Fizyka II
Prowad
zący przedmiot:
dr hab. Micha
ł Kruczyk (kruczyk@gik.pw.edu.pl)
Semestr 3 Liczba punktów ECTS: 2
Liczba godzin: 2W (30 godz.)
(Elementy geofizyki. Fizyka miasta. Fizykalne aspekty
środowiska i terenów
zurbanizowanych. Podstawy geofizyki, fizyki
środowiska i klimatologii
urbanistycznej.)
Wykład łączy elementy: geofizyki, fizyki miasta i fizyki środowiska.
Geofizyka – sejsmologia, hydrologia, fizyka atmosfery i meteorologia.
Fizyka miasta – dziedzina wiedzy technicznej, związana z naukami budowlanymi, zajmująca
się rozpoznawaniem, opisem oraz interpretacją współzależności między charakterem,
stopniem i strukturą zabudowy miast i osiedli a czynnikami determinującymi fizyczne aspekty
warunków życia na obszarach zurbanizowanych. - Leszek Laskowski
Fizyka miasta jest wyodrębionym elementem planowania urbanistycznego, szczególnie w
aspekcie kształtowania środowiska życia ludzi i racjonalnej gospodarki energetycznej.
Fizyka środowiska – bada zjawiska fizyczne występujące w środowisku życia człowieka,
zawiera elementy fizyki stosowanej i fizyki technicznej; pozwala analizować, zapobiegać i
łagodzić problemy zmian i degradacji środowiska.
Program zajęć:
1)
Budowa Ziemi. Tektonika płyt (hipoteza Wegenera). Elementy sejsmologii: ognisko,
epicentrum, promień sejsmiczny, typy fal sejsmicznych, hodograf. Obszary sejsmiczne.
Skutki trzęsień ziemi w różnych obszarach. Magnituda trzęsienia (skala Richtera).
Elastyczność skorupy ziemskiej. Budownictwo sejsmiczne. Ruchy masowe gruntu.
2)
Budowa, cyrkulacja i termodynamika atmosfery. Równanie stanu powietrza suchego.
Model atmosfery hydrostatycznej.
Równowaga pionowa i konwekcja termiczna. Para
wodna w atmosferze, para nasycona, miary wilgotności. Widmo promieniowania
słonecznego. Nasłonecznienie. Albedo powierzchni Ziemi. Pogoda: typy wiatru, fronty
atmosferyczne, zachmurzenie i opady. Zjawiska optyczne w atmosferze.
3)
Elementy hydrologii. Cykl wodny. Oceany, falowanie, pływy. Tsunami. Prądy morskie i ich
wpływ na klimat. Urbanizacja a zmiany stosunków wodnych. Groźba powodzi. Wody
gruntowe -
znaczenie użytkowe, ochrona, wpływ na zabudowę. Obiekty hydrologiczne i
ich wpływ na środowisko.
4)
Czynniki klimatu, bioklimat, pogoda. Klimat Polski. Zmiany klimatu: anomalie klimatyczne,
bilans energetyczny Ziemi, efekt cieplarniany, obserwacje współczesne a
paleoklimatologia. Zagrożenia bioróżnorodności.
5)
Równania ruchu powietrza. Warstwa graniczna. Numeryczne prognozowanie pogody –
elementy. Efekt tunelowy. Aerodynamika budowli. Aerodynamika terenów zabudowanych.
Ochrona przed wiatrem. Charakterystyka aerodynamiczna obszarów o różnej
intensywności i strukturze zabudowy oraz jej konsekwencje bioklimatyczne i cieplne (np.
temperatura odczuwalna).
6)
Specyficzne cechy klimatu miasta. Zjawisko wyspy ciepła. Bilans ciepła i wilgoci, znaczenie
fizyki cieplnej w zespołach miejskich. Konsekwencje termiczne i bioklimatyczne urbanizacji.
Rola zieleni i akwenów w kształtowaniu klimatu lokalnego.
7) Zanieczyszczenia
powietrza atmosferycznego., aerozole, smog. Rozprzestrzenianie się
zanieczyszczeń. Monitoring stanu powietrza. Jakość powietrza w wybranych aglomeracjach.
Elementy akustyki, hałas i jego miara. Akustyka urbanistyczna. Przenoszenie dźwięku a
budownictwo. Dopuszczalny poziom hałasu. Strefy hałasu, ochrona przed hałasem.
Odczuwanie wrażeń cieplnych, akustycznych i wizualnych. Akceptowalne i komfortowe
warunki środowiska cieplnego, wizualnego i akustycznego. Spektroskopia środowiska i inne
techniki pomiarowe. Oświetlenie i pola elektromagnetyczne jako czynnik środowiskowy.
8)
Możliwości i ograniczenia wykorzystania odnawialnych źródeł energii (słonecznej, wiatrowej,
geotermalnej i biomasy). Energia jądrowa i termojądrowa - szanse i zagrożenia.
Promieniowanie jonizujące w środowisku.
9)
Fizyka miasta na usługach strategii zrównoważonego rozwoju. Różne koncepcje nisko-
energochłonnych struktur urbanistycznych. Osiedla proekologiczne. Bilans eko-energetyczny,
uwarunkowania i wskaźniki zrównoważenia. Racjonalizacja intensywności zabudowy oraz
wdrażania nowoczesnej technologii. Strategia zrównoważonego rozwoju.
Niekonwencjonalna infrastruktura techniczna.
10) Typologia i klasyfikacja miast oraz aglomeracji miejsko-
przemysłowych. Jakość środowiska
fizycznego w mieście. Charakterystyczne enklawy wielkomiejskie, mikro- klimat ulic i placów.
Insolacja i przewietrzanie głębokich kanionów ulic. Znaczenie zagadnień fizykalnych dla
współczesnej architektury i urbanistyki. Wymagania dotyczące obiektów środowiska
zbudowanego.
Zalecana literatura przedmiotu:
1 Barlik Marcin: Wybrane zagadnienie z geofizyki, Wydawnictwa PW, Warszawa, 1986
2. Bilski Edmund: Geofizyka, Wydawnictwa PW, Warszawa, 1971
3. Stenz Edward, Maria Mackiewicz: Geofizyka ogólna, PWN, Warszawa, 1964
4. Kożuchowski K. (red.): Meteorologia i klimatologia. Wyd. Naukowe PWN, Warszawa 2005
5. Alyn C. Duxbury, Alison B. Duxbury, Keith A. Sverdrup: Oceany świata. PWN. Warszawa, 2002
6. Steven M. Stanley: Historia Ziemi, PWN, Warszawa, 2005
7. Laskowski L.: Wybrane zagadnienia fizyki miasta. COIB, Warszawa 1987
8. Leszek Laskowski: Leksykon podstaw budownictwa niskoenergochłonnego. POLCEN, Warszawa
2009
9. Boeker E., Grondelle R.: Fizyka środowiska. Wyd. Naukowe PWN, Warszawa 2002
10. Pr. zbior.: Klimat miasta - Vademecum urbanisty. Instytut Gospodarki Przestrzennej i Komunalnej,
Kraków 1991
11. Lewińska J.: Klimat miasta – zasoby, zagrożenia, kształtowanie. Instytut Gospodarki Przestrzennej i
Komunalnej, Kraków 2000
12. Pr. zbior.: Bioklimatologia człowieka. Instytut Geogr. i Przestrz. Zagospod. PAN, Warszawa 1997
13. Klemm K.: Kompleksowa ocena warunków mikroklimatu w luźnych i zwartych
strukturach urbanistycznych. KILiW PAN, Warszawa 2011
14. Woś Alojzy (2006). Meteorologia dla geografów, Wydawnictwo Naukowe UAM, Poznań
15. Encyklopedia fizyki współczesnej (1983): Opracowanie zbiorcze, PWN, Warszawa
16. Andrews D.G.: (2000) An Introduction to Atmospheric Physics, Cambridge University
Press, Cambridge
17. Iribarne J.V., Cho H.-R (1988): Fizyka atmosfery, PWN, Warszawa
18. Steven M. Stanley (2005): Historia Ziemi, PWN, Warszawa
19. Tjerd van Andel (2001): Nowe spojrzenie na starą planetę, PWN, Warszawa
20. Mizerski W. (2010): Geologia dynamiczna, PWN, Warszawa
Ziemia - podstawowe własności fizyczne:
Promień: 6371 km (średnio)
Spłaszczenie: 1/298.25
Odległość od Słońca: 149.6 mln km (147-151.5)
Rok (zwrotnikowy): 365.24 dni
Nachylenie do ekliptyki: 23º 26’
Prędkość orbitalna: 29.8 km/s
Dzień słoneczny 24 h
Dzień gwiazdowy 23h 56m 04s
Prędkość kątowa obrotu: 7,292115×10
-5
rad/s
Masa: 5980*10
21
kg
Objętość: 1.083*10
12
km
3
Gęstość średnia: 5.515 t/m
3
Przyspieszenie siły ciężkości: g = 9.81 m/s
2
Prędkość ucieczki: 11.2 km/s
Albedo: 0.367
Temperatura średnia na powierzchni: 15º C (288 K)
Ciśnienie atmosferyczne na powierzchni: 101.325 kPa
Układ współrzędnych elipsoidalnych (szerokość i długość geodezyjna)
P
– punkt na fizycznej
powierzchni Ziemi
O
– środek masy Ziemi
n
e
– wektor jednostkowy
normalnej do elipsoidy
n
g
– wektor jednostkowy
kierunku przyspieszenia
siły ciężkości
B
– szerokość geodezyjna
L
– długość geodezyjna
– odchylenie pionu
ELIPSOIDA ZIEMSKA
Obecnie obowiązuje Geodezyjny System Odniesienia 1980 (GRS’80 – Geodetic Reference
System 1980) przyjęty na XVII Zgromadzeni Generalnym Międzynarodowej Unii Geodezji i
Geofizyki (IUGG) w Canberze w grudniu 1997 roku.
Stosowana rezolucja zaleca aby:
2
8
10
3986005
s
m
GM
8
2
10
108263
J
• równikowy promień Ziemi: a = 6378137 m
• geocentryczna stała grawitacji Ziemi (z atmosferą)
• dynamiczny współczynnik kształtu Ziemi, wyłączając stałą deformacje pływową (o tym
będzie później):
• kątowa prędkość Ziemi:
Wynikają z niej pochodne stałe zarówno geometryczne jak i fizyczne. Jedną z tych
stałych jest spłaszczenie elipsoidy
8118
0033528106
,
0
f
Równanie geocentrycznej elipsoidy obrotowej w układzie współrzędnych prostokątnych
ma postać:
2
2
2
2
a
z
y
x
Gdzie:
2
1
1 e
2
2
2
f
f
e
- kwadrat mimośrodu
a – duża półoś
f – spłaszczenie elipsoidy
sek
rad
11
10
7297115
Informacje o rozkładzie mas we wnętrzu Ziemi zawierają
modele pola grawitacyjnego
Modele pola grawitacyjnego (geoidy) jak SAO, OSU, GRIM,
JGM, EGM96 – obrazują rozkład mas a więc i dane
o momencie bezwładności; misje GRACE I GOCE pozwalają
śledzić zmiany tych parametrów w czasie
Wyszukiwarka
Podobne podstrony:
więcej podobnych podstron