PODSTAWY FIZYKI
Wykład  semestr 1 (30 h) i 2 (15 h)
dr hab. inż. Bogusława ADAMOWICZ, prof.nzw. Pol.Śl.
Instytut Fizyki  Centrum Naukowo-Dydaktyczne,
ul. Krzywoustego 2, p.422
Ćwiczenia rachunkowe  mgr inż. Rafał UCKA
Literatura
(1) Z. Kleszczewski, Fizyka klasyczna, skrypt Pol. Śl.
(2) Z. Kleszczewski, Fizyka kwantowa, atomowa i ciała stałego,
skrypt Pol. Śl.
(3) S. Kończak, A. Klimasek, Wykłady z podstaw fizyki, wyd. Pol.
Śl. 2002
(4) A. Zastawny, Zarys fizyki, wyd. Pol. Śl. 1997
(5) Cz. Bobrowski, Fizyka  krótki kurs, WNT, W-wa, 1998
(wyd.VI)
(6) J. Orear, Fizyka, WNT, W-wa, 1998
(6) A. Januszajtis  Fizyka dla politechnik, PWN, W-wa, 1977
(7) R. Resnick, D. Halliday, Fizyka, PWN, W-wa
(8) R. Feynman, Wykłady z Fizyki, PWN, W-wa
Przedmiot i metodologia fizyki
Świat zjawisk fizycznych
Oddziaływania fundamentalne i cząstki
elementarne
Wielkości fizyczne
Układy jednostek
Modele matematyczne i fizyczne
Fizyka jest z
ródłem technologii
Termodynamika �� silniki �� transport, komunikacja
Elektromagnetyzm �� telefon, radio, tv
Optyka �� światłowody �� telekomunikacja
Fizyka ciała stałego �� mikro- i nanoelektronika
Fizyka kwantowa �� lasery, masery
Fizyka jądrowa �� energetyka
Świat zjawisk fizycznych
1020
Wiek wszechświata
Człowiek
1010
100
Neutrony
Mion, pion naładowany
10-10
hiperion
10-20
Rezonanse
T (sekundy)
Świat zjawisk fizycznych
Świat zjawisk fizycznych
Fizyka jest podstawową nauką
przyrodniczą zajmującą się badaniem
najbardziej fundamentalnych i
uniwersalnych własności materii i zjawisk w
otaczającym nas świecie
Prawa fizyki są takie same
w całym wszechświecie
Struktura materii  elementarne  cegiełki
Cząstki elementarne (2001)
Wiemy, że każdy kwark
występuje w 3 kolorach.
Istnieją tylko 3 generacje
kwarków i leptonów.
Przypuszczamy że kwarki i
leptony nie mają struktury
Oddziaływania fundamentalne
Oddziaływanie Natężenie wzg.
Grawitacyjne 10-39
Elektromagnetyczne 10-3
Słabe 10-5
Silne 1
Świat zjawisk fizycznych
Fg Fg
m1m2
Fg =� G
Prawo grawitacji
r2
Fe
q1q2
Fe =� Prawo Coulomba
Fe
4p�e�0r2
Fe
Grawitacja nie odgrywa
=�1042
znaczącej roli w mikroświecie
Fg
Metodologia Fizyki
" DOŚWIADCZENIE " MODEL MATEMATYCZNY
METODA:
- obserwacja
- pomiar
- analiza danych doświadczalnych
�� hipoteza �� model �� prawo fizyczne
Wielkości fizyczne  właściwości ciał lub zjawisk, które można
porównywać ilościowo z takimi samymi właściwościami innych
ciał lub zjawisk
Pomiar wielkości fizycznej  porównanie z wielkością tego samego
rodzaju przyjętą za jednostkę.
Pomiary fizyczne  zawsze obarczone błędem
Jednostki podstawowe układu SI
Jednostka długości metr (m)
Jednostka masy kilogram (kg)
Jednostka czasu sekunda (s)
Jednostka natężenia prądu amper (A)
Jednostka temperatury kelwin (K)
Jednostka natężenia światła kandela (cd)
Jednostka ilości (liczności) materii mol (mol)
t=1s
t = 1/299792458 s
próżnia
t
Cs133
1 m
Przedrostki dla jendostek
wielokrotnych i podwielokrotnych
Niektóre ważne stałe fizyczne
Podział fizyki
XX wiek klasyczna kwantowa XXI wiek
c = 3�108 m/s
relatywistyczna
prędkość światła
FIZYKA
nierelatywistyczna
h = 6.62�10-34 Js
stała Plancka
Kinematyka
" Pojęcia podstawowe
" Położenie i tor
" Prędkość i przyśpieszenie
" Przykłady ruchu
Pojęcia podstawowe
Skalary  masa, czas, temperatura
Wektory  prędkość, przyspieszenie, siła
Wektor r i jego składowe
r� r� r� r�
r =� rx +� ry +� rz
2
2 2
r� r� r� r�
r =� rx +� ry +� rz
Położenie i tor
Ruch - zmiana wzajemnego położenia jednych ciał względem drugich
wraz z upływem czasu �� układ odniesienia
Ruch jest pojęciem względnym
z
tor
Punkt materialny :
obiekt obdarzony masą, którego
P(x,y,z)
rozmiary (objętość) możemy zaniedbać
r(t)
r�
Położenie punktu P - r - wektor wodzący
0
y
We współrzędnych kartezjańskich:
x =� x(t) x
Tor (trajektoria) 
r� r�
zbiór wszystkich
r =� r(t)
y =� y(t)
położeń punktu P
z =� z(t)
Ruch prostoliniowy punktu materialnego
Położenie  współrzędna s = s(t)  funkcja czasu
D�s �� 0
A1
A2
s2
0
s1
B1 B2
t1 t2
s2 -� s1 D�s
(v) =� m/s
v =� =�
Prędkość średnia
t2 -� t1 D�t
B1B2 = D�s w przedziale czasu D�t
Prędkość chwilowa
D�s ds
pochodna współrzędnej położenia
v =� lim =�
względem czasu
D�t dt
D�t��0
d(axn)
=� (axn)` =� naxn-�1
Przykład:
dx
Geometryczna interpretacja pochodnej
funkcji f`(x) nachylenie stycznej
t2
Całka oznaczona prędkości
D�s =�
��v(t)dt
t1
Całkowanie funkcji
dF(x)
f (x) =�
dx
f (x)dx =� F(x) +� C
całka nieoznaczona funkcji f(x):
��
x2
całka oznaczona funkcji f(x)
f (x)dx =� F(x2) -� F(x1)
w granicach x1 i x2:
��
x1
a
n
Przykład:
��ax dx =� n +�1 xn+�1 +� C
Ruch prostoliniowy jednostajny
V = const
Warunek początkowy: t = 0, s = 0 �� s = vt
Ruch prostoliniowy zmienny
V  zależy od czasu: w chwili t1 (t2)  prędkość v1 (v2)
D�v
a =�
Przyspieszenie średnie (a) =� m / s2
D�t
2
d ds d s
Przyspieszenie chwilowe
a =� ( ) =�
t2
dt dt dt2
D�v =�
��adt
t1
Ruch prostoliniowy jednostajnie zmienny
a = const a >� 0  ruch jednostajnie przyspieszony
a <� 0 - ruch jednostajnie opóz
niony
t
Zmiana prędkości
D�v =�
��adt =�at
0
Warunek początkowy: t = 0, v = v0
Prędkość v: v  v0 = at �� v = v0 + at
t t
1
Zmiana położenia:
D�s =�
0
��vdt =� ��(v +� at)dt =� v0t +� 2 at2
0 0
1 1
lub:
��
D�s =� s -� s0 =� v0t +� at2 s =� s0 +� v0t +� at2
2 2
warunek początkowy: t = 0, s = s0
V(t)
Vi
t1 t2
0 D�ti
t
si = vi ��D�ti
s =�
��v D�ti
i
i
t2
D�t �� 0 s =�
��v(t)dt
t1
Graficzne przedstawienie ruchu prostoliniowego
Ruch jednostajny
v s
a
v=const
s = vt
a=0
t t
t
Ruch jednostajnie przyspieszony
a>0 s a>0
a a>0
v
v0
t
t
a<0
t
a<0
a<0
pole powierzchni pod
nachylenie stycznej  v(t)
krzywą v(t) - droga
Ruch krzywoliniowy
Prędkość jako wektor
V
Wektor prędkości średniej y
D�r
r�
r(t)
r� D�r m
ć� ��
vsr =�
�� ��
r(t+D�t) = r(t) + D�r
D�t s
Ł� ł�
dx
x
Wektor prędkości chwilowej
vx =�
dt
r�
v�
r� D�r dr
dy
v =� lim =�
vy =�
D�t��0
dt
D�t dt
dz
vz =�
Wektor v jest zawsze styczny do toru
dt
r�
r�
r�
Wektor przyśpieszenia
v2
D�v
v1
r�
r�
r� D�v m
ć� ��
Wektor przyspieszenia
asr =� v2
�� ��
średniego
D�t s2
Ł� ł�
r� r� r�
2
Wektor przyspieszenia
r� D�v dv d r
chwilowego a =� lim =� =�
D�t��0
D�t dt dt2
V
as
2
A
dvx d x
ax =� =�
a
dt dt2
dvy d 2 y
an
dv
ay =� =�
as =�
dt dt dt2
R
2
dvz d z
r� r� r�
v2
az =� =�
an =�
a =� as +� an
dt dt2
R
Y
Ruch po okręgu
P
r Droga kątowa
a� (rad)
y
a�
0 x
X s = a�r
Droga liniowa
da� rad
Prędkość kątowa
w� =�
(w�) =�
dt
s
Okres ruchu T 
czas na przebycie
ds d(a�r) da�
v =� =� =� r
a�=2p�
v =� rw�
dt dt dt
Gdy w�=const to T=2 p�/ w�
Przyspieszenie
kątowe
Częstotliwość f 
1
f =�
liczba obiegów na
2
T
rad
dw� d a�
jednostkę czasu
(e� ) =�
e� =� =�
s2
dt dt2
Hz
( f ) =� s-�1 -� herc