Fizyka 1. Zakres materiału do kolokwium zaliczeniowego w semestrze zimowym 2013/2014.

W tekście podałem odpowiadające treści wykładu moduły kursu fizyki z AGH

Kierunek Elektrotechnika.

Uaktualnione (28 stycznia 2014)

Kinematyka AGH moduł 1

1. Pojęcie ruchu cząstki, co potrzebne jest do określenia ruchu.

• Pojęcie układu odniesienia. Wektor wodzący cząstki – jego definicja. Opis toru ruchu za pomocą wektora wodzącego albo jego składowych. Również przypomnij sobie ilustracje graficzne tych pojęć z wykładu.

2. Prędkość chwilowa jako wielkość wektorowa w ruchu krzywoliniowym. - definicja wektora prędkości chwilowej przy użyciu pochodnej wektora wodzącego oraz jego składowe w układzie kartezjańskim.

3. Przyspieszenie chwilowe jako wielkość wektorowa w ruchu krzywoliniowym.

• Przyspieszenie chwilowe cząstki w układzie kartezjańskim, definicja wektora przyspieszenia chwilowego i jego składowe w układzie kartezjańskim.

Dynamika AGH moduł 1

1. Zasady dynamiki Newtona..

• Sformułuj definicję inercjalnego układu odniesienia. Zastanów się nad jej fizycznym sensem.

• Przeanalizuj różne przykłady ruchów zmiennych z punktu widzenia dynamiki: (Wskazówka: Użyj inercjalnego układu odniesienia)

• ruch jednostajny po okręgu – jaka siła wypadkowa powoduje ten ruch?

• Rzut poziomy i spadek swobodny. Jaka siła powoduje te ruchy? Czemu tory ich dla obserwatora nieruchomego względem Ziemi są różnymi krzywymi (odpowiednio: parabolą – o starcie z wierzchołka i dla spadku swobodnego prostą).

2. Pojęcie układu inercjalnego. Transformacja Galileusza.

3. Pojęcie układu nieinercjalnego, Wymień znane siły bezwładności i zastanów się kiedy można je zaobserwować w danym układzie odniesienia?

4. Czemu wprowadza się pojęcie sił pozornych albo sił bezwładności? Czy dla każdej z tych sił istnieje siła reakcji w sensie trzeciej zasady dynamiki Newtona?

5. Spróbuj wyjaśnić zjawisko opisywane w układzie nieinercjalnym jako skutek działania sił pozornych analizując je z punktu widzenia obserwatora w układzie inercjalnym:

• (przykład – pasażer w autobusie hamującym ze stałym opóźnieniem: z punktu widzenia siedzącego w autobusie obserwatora, czyli układu nieinercjalnego i z punktu widzenia człowieka z przystanku autobusowego czyli układu inercjalnego)

• (przykład – krzesełko karuzeli na łańcuszkach z punktu widzenia pasażera i osoby stojącej obok karuzeli).

Zasady zachowania energii i pędu. AGH moduł 2

1. Popęd siły FDt =Dp. Analiza wzoru i jego interpretacja.

• Przeanalizuj dlaczego bolesny jest upadek na betonową podłogę a raczej bezbolesny na warstwę styropianu.

• Przeanalizuj ponownie zagadnienie karateki z wykładu. Przypomnij sobie łapanie pudełka “Ramy” na dwa sposoby. Jak odczuwał to wykładowca. Kiedy i dlaczego słychać było uderzenie ręki o pudełko?

• Co to znaczy, że podłoże jest twarde w kontekście związku popędu siły ze zmianą pędu, przez niego wywołaną? Czemu talerz spadający ze stałej wysokości H tłucze się przy upadku na podłogę kamienną a nie tłucze przy upadku na podłogę z płytek korkowych?

2. Zasada zachowania pędu (sformułowanie i zapisanie jej dla dwóch mas zderzających się centralnie)

3. Pojęcie energii kinetycznej i pracy.

• Jak definiujemy energię kinetyczną punktu materialnego? Jakie wartości może ona przyjmować?

• Jak określić można pracę zmiennej siły F przemieszczającej masę m po dowolnym torze (również krzywoliniowym)?

4. Siły zachowawcze, energia potencjalna.

• Zastanów się nad obydwoma stwierdzeniami o sile zachowawczej. Praca przesunięciu pewnej masy po drodze zamkniętej dla takiej siły jest równa zeru i równoważnie: Praca tej siły przy przesunięciu pewnej masy zależy tylko od punktu początkowego i końcowego toru, nie zależy zaś od drogi.

5. Zasada zachowania energii mechanicznej. Sformułowanie jej dla masy punktowej m w polu grawitacyjnym jednorodnym.

Drgania i Fale AGH moduł 3, moduł 4

1. Pojęcie okresu ruchu, charakter siły sprężystej – siła zawracająca.

2. Ruch harmoniczny prosty - pojęcia podstawowe.

• Zależność siły sprężystej od położenia, czy jest to siła zachowawcza?

• Zależność energii potencjalnej od położenia dla ruchu periodycznego i dla ruchu harmonicznego.

• Dynamiczne równanie ruchu harmonicznego ma = -kx, wyjaśnienie jego sensu fizycznego.

• Rozwiązanie równania dynamiki ruchu drgającego prostego – kinematyczne zależności x(t), v(t), a(t).

• wykres wychylenia, prędkości i przyspieszenia od czasu. Opis okresu drgań, amplitudy, fazy i fazy początkowej.

4. Energia drgań harmonicznych – analiza energii całkowitej układu drgającego

• Od czego zależy wartość energii całkowitej oscylatora?

5. Przeanalizuj związek energii potencjalnej sprężystości od wychylenia z położenia równowagi oraz energii kinetycznej masy m od wychylenia z położenia równowagi dla przypadku jednowymiarowego ruchu drgającego prostego masy m na sprężynie o stałej sprężystej k. Na podstawie wykresu zależności energii potencjalnej od położenia wyznacz: współrzędną gdzie siła znika, gdzie siła jest maksymalna. Jak znaleźć obszary niedostępne dla cząstki, jeśli znamy jej energię potencjalną w funkcji położenia oraz jej energię całkowitą, która jest stała. Gdzie ma ona prędkość zero, a gdzie maksymalną itp

Uwaga: zakres punktu 6 obowiązuje dla terminów od Terminu 2 - 6 lutego 2014.

5. Ruch falowy - pojęcia podstawowe: (Moduł 4 w kursie AGH)

• Warunki niezbędne do zaobserwowania rozchodzenia się fali mechanicznej.

• Co to jest fala mechaniczna?

• Jaka wielkość fizyczna jest przekazywana przez falę?

• Co drga w przypadku rozchodzenia się fali mechanicznej?

• Co to jest fala podłużna oraz fala poprzeczna - od czego zależy możliwość powstania fali poprzecznej w ośrodku, dlaczego fala akustyczna nie jest falą poprzeczną?

• równanie fali płaskiej y(x,t), jego wyprowadzenie z elementarnej analizy drgań ośrodka w pewnej odległości x od źródła zaburzenia.

• Umiejętność analizy równania falowego y(x,t)=Asin(wt-kx): co opisuje równanie y(x₀,t) gdy ustalimy x=x_o ?

Uwaga: W tym wzorze k jest wartością wektora falowego !!! (k=2p /l ), nie stałą sprężystą.

• Umiejętność analizy równania falowego: co opisuje równanie y(x,t₀) gdy ustalimy t=t₀ ?