1 Sprawy organizacyjne i metodologia

background image

http://www.if.pwr.wroc.pl/~wozniak/

fizyka1.html

Terminy i miejsce konsultacji (zima 2011/2012):
poniedziałek 12-14, środa 11-13, pokój 18/11 bud. A-1

Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak

Instytut Fizyki Politechniki Wrocławskiej

Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak

Wykład FIZYKA I

1. Sprawy organizacyjne; metodologia;

elementy rachunku wektorowego i

różniczkowo-całkowego

background image

LITERATURA PODSTAWOWA

D. Halliday, R. Resnick, J. Walker, PODSTAWY FIZYKI, tom 1, tom 2,

PWN, Warszawa 2003 oraz J. Walker, PODSTAWY FIZYKI.

Zbiór zadań,

PWN, Warszawa 2005.

J. Orear, FIZYKA, t. I i II, WNT, Warszawa 2008.

J. Massalski, M. Massalska,

Fizyka dla inżynierów, cz. I, Fizyka

klasyczna, WNT, Warszawa 2008.

R.P. Feynman, R.B. Leighton, M. Sands,

Feynmana wykłady z fizyki, T.

1, cz.1; T.1. cz.2; T. 2, cz. 1; T. 2, cz. 2, T. 3

dotyczy mechaniki

kwantowej; PWN, Warszawa 2005-

7; patrz również strona:

http://www.feynmanlectures.info/.

Strona internetowa Instytutu Fizyki http://www.if.pwr.wroc.pl zawiera

wartościowe materiały dydaktyczne.

http://www.if.pwr.wroc.pl/~wozniak/fizyka1.html

Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak

background image

LITERATURA UZUPEŁNIAJĄCA

P.G. Hewitt,

FIZYKA WOKÓŁ NAS, Wydawnictwo Naukowe PWN,

Warszawa 2008.

Cz. Bobrowski,

Fizyka. Krótki kurs, WNT, Warszawa 2007.

K.

Sierański, K. Jezierski, B. Kołodko, Wzory i prawa z objaśnieniami.

Część I. Oficyna Wyd. Scripta, Wrocław 2005;

K.

Sierański, P. Sitarek, K. Jezierski, Repetytorium. Wzory i prawa

z

objaśnieniami, Oficyna Wyd. Scripta, Wrocław 2002;

K. Jezierski, K.

Sierański, I. Szlufarska, Repetytorium. Zadania z

rozwiązaniami, Oficyna Wyd. Scripta, Wrocław 2003. K. Jezierski, B.
Kołodko, K. Sierański, Zadania z rozwiązaniami. Część I. Oficyna Wyd.
Scripta

, Wrocław 2000.

Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak

background image

PROGRAM WYKŁADU FIZYKA I

1. Sprawy organizacyjne: zasady uczestnictwa w

wykładach, zasady zaliczenia

kursu,

podręczniki i materiały dydaktyczne. Metodologia fizyki: cele fizyki;

układy jednostek fizycznych, jednostki podstawowe i pochodne; konwersja
jednostek; przedrostki

wielkości metrycznych; analiza wymiarowa; dokładność w

fizyce. Elementy rachunku wektorowego i operatory

różniczkowe.

2. Kinematyka:

układy współrzędnych, wielkości kinematyczne: podstawowe

definicje, ruch jednostajny, jednostajnie przyspieszony, ruch po

okręgu, ruchy

dwuwymiarowe (rzut

ukośny).

3. Dynamika punktu materialnego: masa,

pęd, siła; zasady dynamiki Newtona.

4. Nieinercjalne

układy odniesienia: siła Coriolisa.

5. Praca i energia mechaniczna: praca, energia (kinetyczna i potencjalna), moc;
zasada zachowania energii (mechanicznej); pola zachowawcze.

6. Zasada zachowania

pędu: pęd, popęd siły, zasada zachowania pędu;

zderzenia.

7. Dynamika ruchu obrotowego

bryły sztywnej: środek masy, moment: siły,

pędu, bezwładności; zasada zachowania momentu pędu, tensor momentu
bezwładności.

Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak

background image

PROGRAM WYKŁADU FIZYKA I – C.D.

8. Grawitacja: pola fizyczne, pole grawitacyjne, prawo powszechnego

ciążenia, prawa Keplera.
9. Ruch okresowy: oscylator harmoniczny prosty.
10. Ruch okresowy:

tłumiony, wymuszony; rezonans mechaniczny.

11. Fale mechaniczne:

równanie falowe; fale sprężyste; prędkość

fazowa i grupowa; zasada superpozycji; interferencja; fale

dźwiękowe.

12. Elementy hydromechaniki

płynów: płyn idealny i rzeczywisty,

hydrostatyka

płynów:

prawa

Pascala

i

Archimedesa,

napięcie

powierzchniowe,

włoskowatość; przepływ płynu, prawa: ciągłości,

Bernoullego; turbulencja.
13.

Termodynamika

fenomenologiczna:

wielkości

i

opis

makroskopowy, zasady termodynamiki i ich wybrane zastosowania;

równanie stanu gazu doskonałego i rzeczywistego.
14. Termodynamika fenomenologiczna: energia

wewnętrzna, entropia,

przemiany gazu

doskonałego, silniki cieplne, zjawiska termoelektryczne.

15. Elementy termodynamiki statystycznej: idee opisu statystycznego,
mikroskopowa interpretacja entropii, funkcje

rozkładu Boltzmanna i

Maxwella, zasada ekwipartycji energii cieplnej, zjawiska dyfuzji i

lepkości.

Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak

background image

NIEZWYKLE WAŻNE

2+2=4

Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak

Warunki zaliczenia: obecności, egzamin.

background image

Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak

FIZYKA - CEL

Cel: poszukiwanie i poznawanie podstawowych praw przyrody.

Nowe prawa, nowe
podejście
do znanych zagadnień

Upraszczanie podstawowych
praw, eliminacja zbędnych,
przestarzałych teorii (brzytwa
Ockhama)

Ostateczna (!?)
prawda o
świecie
fizycznym

(Fizyka a
filozofia)

background image

UKŁADY JEDNOSTEK FIZYCZNYCH

Podstawowe wielkości fizyczne:

długość;
czas;

masa;
natężenie prądu;
natężenia źródła światła;
kąt płaski (kąt bryłowy).

Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak

background image

UKŁADY JEDNOSTEK FIZYCZNYCH

Układy jednostek fizycznych: CGS, MKGS, SI.

Przykład „ewolucji” definicji metra:

-

definicja bazująca na wymiarach Ziemi (1/10000 odległości

bieguna od równika, 1/40000 długości równika);
-

wzorzec metra w Międzynarodowym Biurze Miar i Wag w Sèvres

pod Paryżem (stop platyny z irydem);
-

liczba długości fal jednej z linii widmowych Kryptonu

86

Kr;

-

(obecna, od 1983 r.): droga, którą w próżni przebywa światło w

czasie 1/299792458 sekundy.

Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak

background image

JEDNOSTKI PODSTAWOWE I POCHODNE

Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak

background image

JEDNOSTKI PODSTAWOWE I POCHODNE –

C.D.

Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak

background image

DAWNE JEDNOSTKI MIAR

Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak

background image

DAWNE JEDNOSTKI MIAR – C.D.

Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak

background image

Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak

PRZEDROSTKI JEDNOSTEK METRYCZNYCH

Przedrostek

Skrót

Potęga dziesięciu

tera

T

12

giga

G

9

mega

M

6

kilo

k

3

centy

c

-2

mili

m

-3

mikro

-6

nano

n

-9

piko

p

-12

femto

f

-15

(peta = 10

15

; eksa = 10

18

; zetta = 10

21

; jotta = 10

24

; atto = 10

-18

; zepto = 10

-21

; jokto = 10

-24

;)

background image

ZASADY ZAPISU ZMIENNOPOZYCYJNEGO

Pojęcie:

Rząd wielkości

Przykłady:

134,22 m = 1,3422

10

2

m

– rząd setek metrów (ale NIE: „rząd stu

trzydziestu

metrów”!)

0,00134 m = 1,34

10

-3

m = 1,34 mm

– rząd milimetrów

Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak

background image

KONWERSJA JEDNOSTEK

Czyli: zamiana z jednego układu jednostek na inny

Przykład:

Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak

 

 

s

m

s

m

h

mi

mph

8

,

26

10

6

,

3

10

61

,

1

1

1

60

60

3

3

background image

ANALIZA WYMIAROWA

Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak

Przykład:
Wzór na prędkość samochodu wyrażoną przez jego przyspieszenie i drogę:

Sprawdzamy wymiary:

q

p

x

a

v

- lewa strona:

 

   

1

1





s

m

s

m

v

- prawa strona:

 

   

p

q

p

q

p

s

m

m

s

m

2

2

stąd: układ dwóch równań

q

p

1

p

2

1

skąd otrzymujemy:

2

1

p

2

1

q

czyli:

ax

v

background image

POJĘCIA WSTĘPNE

Wielkości, występujące w fizyce:

Skalary, wektory, pseudowektory, tensory;

Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak

Język – istotny składnik myśli abstrakcyjnej.

Nowe pojęcia naukowe = nowe słowa.

SKALAR

Wielkość, którą można wyrazić liczbą. Jego wartość nie zależy od wyboru
układu współrzędnych.

Przykłady:

masa, czas, energia, gęstość, objętość, temperatura.

background image

WEKTOR

Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak

Początkowo w astronomii: wyimaginowana linia prosta, łącząca
planetę poruszającą się dookoła środka lub ogniska elipsy z tym
środkiem lub ogniskiem.

Własności zapisu wektorowego:

1.wektorowe

ujęcie praw fizyki jest niezależne od wyboru osi

współrzędnych;
2.zapis wektorowy jest

zwięzły; wiele praw ma w nim prostą i

przejrzystą postać.

background image

WEKTOR

- kierunek

: prosta, na której działa dana wielkość;

Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak

Własności, które musi mieć wielkość fizyczna, aby

przypisać jej cechy wielkości wektorowej, a które nie mogą
zależeć od wyboru układu współrzędnych:

-

wartość: reprezentowana przez długość wektora;

- zwrot:

„orientacja” na danym kierunku;

- (punkt zaczepienia).

background image

WEKTOR

Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak

Aby

wielkość fizyczną można było opisać wektorem,

musi ona

dodawać się jak wektor

(według poniższej reguły)

:

opis „algebraiczny”: każda składowa sumy wektorów jest sumą
odpowiednich składowych tych wektorów;

opis „geometryczny”: reguła równoległoboku:

B

A

A

B

background image

WEKTOR

Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak

Przykłady wielkości wektorowych:

prędkość, przyspieszenie, siła, pęd, moment pędu, natężenie pola
elektrycznego i magnetycznego;

Długość wektora:

Wersor, czyli wektor jednostkowy:

Pochodna wektora:

 

y

x

r

,

2

2

y

x

r

r

r

r

r

ˆ

   

       

dt

t

r

d

t

r

t

r

dt

t

dr

t

r

t

r

dt

d

dt

r

d

ˆ

ˆ

ˆ

background image

ILOCZYN SKALARNY WEKTORÓW

Własności:

1) Przemienność:
2)

Zastosowania:

1) Prawo cosinusów:

jeśli

to:

2) Cosinusy kierunkowe:

Przykład:

Moc jako prędkość wykonywanej pracy przy stałej sile :

Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak

A

B

B

A

0

B

A

B

A

B

A

C

 

B

A

AB

B

A

C

,

cos

2

2

2

2

     

z

A

z

y

A

y

x

A

x

A

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

 

v

F

dt

r

d

F

dt

r

F

d

dt

dW

P

 

B

A

AB

B

A

,

cos

background image

ILOCZYN WEKTOROWY WEKTORÓW

Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak

C

B

A

C

A

B

 

B

A

AB

C

C

,

sin

B

A

C

jest wektorem

prostopadłym do płaszczyzny, w której leżą wektory

o wartości:

a jego zwrot wyznacza reguła śruby prawoskrętnej
(rys):

A

B

B

A

0

B

A

B

A

Własności:

1)

Antyprzemienność:

2)

background image

PSEUDOWEKTORY

Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak

Istnieją wielkości fizyczne, którym możemy przypisać nie tylko wartość liczbową, ale

również kierunek i zwrot. Wielkości te jednak nie są wektorami, gdyż nie stosują się do nich

prawa dodawania

wektorów. Nazywamy je pseudowektorami.

Przykład: kąt obrotu bryły sztywnej, podobnie prędkość kątowa i przyspieszenie kątowe.

background image

TENSORY

Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak

z

y

x

zz

xy

zx

yz

yy

yx

xz

xy

xx

z

y

x

E

E

E

D

D

D

0

ijk

d

i

ijk

jk

E

d

jk

Wektor

= tensor pierwszego rzędu;

Tensor

drugiego rzędu – reprezentacja macierzowa;

Przykład: związek między wektorem indukcji elektrycznej D i wektorem natężenia pola

elektrycznego E:

Tensor

trzeciego rzędu

Przykład: tensor modułów piezoelektrycznych

gdzie:

jest tensorem (drugiego rzędu) odkształceń.

Tensor drugiego

rzędu ustala zależność między

wektorami.
Inne

przykłady: naprężenia, odkształcenia.

background image

OPERATORY RÓŻNICZKOWE

Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak

Gradient

Operator

różniczkowy, który z wielkości (funkcji) skalarnej tworzy wektor:

B

z

A

z

y

A

y

x

A

x

r

A

A

gradA

ˆ

ˆ

ˆ

z

y

x

,

,

-

„nabla”

Przykład: siła jako gradient energii potencjalnej

p

gradE

F

background image

OPERATORY RÓŻNICZKOWE

Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak

Dywergencja

Operator

różniczkowy, który z wektora (funkcji wektorowej) tworzy skalar:

z

B

y

B

x

B

B

B

div

z

y

x

Przykład:
(jedno z praw Maxwella)

– dywergencja natężenia pola elektrycznego równa

się gęstości przestrzennej ładunku

E

div

background image

OPERATORY RÓŻNICZKOWE

Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak

Rotacja

Operator

różniczkowy, który z wektora (funkcji wektorowej) tworzy wektor

(funkcję wektorową):

Przykład:
W prawach Maxwella

proszę sobie znaleźć…

z

B

y

B

B

rot

y

z

x

z

y

x

B

B

B

z

y

x

z

y

x

B

B

rot

ˆ

ˆ

ˆ

background image

OPERATORY RÓŻNICZKOWE

Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak

Laplasjan

Operator

różniczkowy, który z pola skalarnego klasy C

2

tworzy skalar

(funkcję skalarną):

Przykład:
Równanie falowe.

Jak

wygląda?

2

2

2

2

2

2

2

,

,

z

A

y

A

x

A

z

y

x

A

A


Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
Biomechanika sprawy organizacyj Nieznany (2)
sprawy organizacyjne BWS637YFM2ALIMMO2DFJJFWK6OA2BI47IC7Q5KA
samorząd, sprawy organizacyjneSztaba, Zgodnie z art
sprawy organizacyjne, V rok, Psychiatria, 2015-16
opis seminarium lic 2015, Seminarium licencjackie, Sprawy organizacyjne
MWB 0 Sprawy organizacyjne
sprawy organizacyjne
sprawy organizacyjne 2008
Biomechanika sprawy organizacyj Nieznany (2)
Program wykładu, literatura, sprawy organizacyjne
Metody i organizacja badań, Metodologia badań pedagogicznych
01ZPsn Sprawy org Organizacja
METODOLOGIA ORGANIZACJI I PRZEPROWAZANIA KONKURSÓW PRZEDMIOTOWYCH
ORGANIZACJA I ETAPY BADAŃ NAUKOWYCH, Pedagogika pracy socjalnej UWM, metodologia badań społecznych
Metody i organizacja badań, Metodologia badań pedagogicznych

więcej podobnych podstron