WYKŁAD 01

dr Marek 

Siłuszyk

WSFiZ

FIZYKA

FIZYKA

Czego 

nie robimy

 na Wykładzie !!!

Informacje ogólne
Konkretna Literatura
Rozkład materiału
Co to jest 

Fizyka

? Czym się zajmuje ?

Fizyka eksperymentalna, a teoretyczna
Podział Fizyki 
Wielkości fizyczne
Przedrostki
... 

Plan 
wykładu:

Studenci powinni (czytaj muszą) 

BARDZO

 

DOBRZE

 znać 

FIZYKĘ. 

W tym celu przyda 

się znajomość następujących 

przedmiotów matematycznych:

1.Analizę matematyczną

2.Algebrę liniową 

3.Rachunek różniczkowy i całkowy

4.Statystykę

5....

Konkretna Literatura (1- 5):

1.

1.

Halliday D., Resnick R., Walker J., 

Halliday D., Resnick R., Walker J., 

Podstawy 

Podstawy 

Fizyki

Fizyki

, 5 tomów, PWN, Warszawa, 2005

, 5 tomów, PWN, Warszawa, 2005

2. Sawieliew I. W.,  Wykłady z fizyki, 3 tomy, PWN, 

Warszawa, 2002 

3. Orear J., Fizyka, 2 tomy, WTN, Warszawa, 2004
4. Jaworski B. M., Dietłaf A. A., Fizyka Poradnik 

encyklopedyczny, 2 tomy, PWN, Warszawa, 1999

5. Bobrowski C., Fizyka – krótki kurs, WNT, 2004 

Uzupełniające podręczniki z Matematyki  
1. Fichtenholz G.M. - Rachunek różniczkowy i całkowy, 3 

tomy, PWN, 1994.

2. Leja F. - Rachunek różniczkowy i całkowy, PWN, 1959

http://aneksy.pwn.pl/podstawy_fizyki

http://aneksy.pwn.pl/podstawy_fizyki

/

/

Kurs  obejmuje  mechanikę,  kinematykę  i  dynamikę  punktu 
materialnego i bryły sztywnej. Wprowadza zasady dynamiki Newtona, 
zasadę  względności  Galileusza,  zasady  zachowania:  energii,  pędu  i 
momentu  pędu,  układy  inercjalne  i  nieinercjalne.  Zawiera 
podstawowe  informacje  o  stanach  skupienia  materii  i  przemianach 
fazowych.  Wprowadza  koncepcję  pola  w  fizyce  na  przykładzie  pól 
grawitacyjnego  i  elektromagnetycznego.  Obejmuje  elementy  optyki 
geometrycznej  i  falowej.  Przedstawia  elementy  teorii  kwantów, 
zjawisko  fotoelektryczne,  dualizm  korpuskularno-falowy,  zasadę 
nieoznaczoności  Heisenberga.  Zawiera  zarys  teorii  względności 
Einsteina z elementami mechaniki relatywistycznej.

OGÓLNY PROGRAM WYKŁADÓW z FIZYKI

Statystyka  klasyczna  -  teoria  kinetyczno  -  molekularna  gazów: 
podstawowe  pojęcia  teorii  kinetyczno  -  molowej  (ciśnienie,  energia, 
droga swobodna, równanie Clapeyrona), rozkład prędkości cząsteczek 
gazu (Maxwella, Boltzmana), wzór barometryczny, wyznaczenie stałej 
Avogadro.  Własności  cieplne  gazów  i  ciał  stałych,  podejście 
kwantowe,  zależność  ciepła  właściwego  od  temperatury:  gazy  i 
izolatory  (pojęcie  fononu),  metale  (gaz  elektronów  swobodnych). 
Promieniowanie  zrównoważone  ciała  doskonale  czarnego:  prawo 
Plancka,  prawo  Wiena,  prawo  Boltzmana,  prawo  Kirchhoffa. 
Półprzewodniki  samoistne  i  domieszkowane:  pasma  energetyczne, 
złącze  p-n,  działanie  diody,  półprzewodnikowej.  Zasada  działania 
lasera: rodzaje laserów, schemat działania, cechy światła laserowego, 
zastosowania.  Budowa  jądra  atomowego:  odkrycie,  model  jądra, 
rozmiary,  siły  jądrowe,  potencjał  jądrowy,  reakcje  jądrowe,  energia 
wiązania  -  obliczanie,  model  jądra.  Promieniotwórczość  naturalna  i 
sztuczna: prawa, przemiany jądrowe.

OGÓLNY PROGRAM WYKŁADÓW z FIZYKI

Fizyka

Fizyka  (z  gr.  φυσις  phýsis  -  przyroda)  jest  nauką  o 
przyrodzie  w  najszerszym  znaczeniu  tego  słowa. 

Fizycy

Fizycy  badają  właściwości  i  przemiany  materii  i 
energii  oraz  oddziaływanie  między  nimi.  Do  opisu 
zjawisk  fizycznych  używają  wielkości  fizycznych, 
wyrażonych za pomocą pojęć matematycznych, takich 
jak liczba, wektor, tensor.

Tworząc  hipotezy  i  teorie  fizyki,  budują  relacje 
pomiędzy wielkościami fizycznymi.
Fizyka  jest  ściśle  związana  z  innymi  naukami 
przyrodniczymi,  szczególnie  z  chemią  jako  nauką  o 
cząsteczkach i związkach chemicznych, które masowo 
występują  w  naszym  otoczeniu.  Chemicy  przyjmują 
teorie  fizyki  dotyczące  cząsteczek  i  związków 
chemicznych (mechanika kwantowa, termodynamika) i 
za  ich  pomocą  tworzą  teorie  w  ich  własnych 
dziedzinach badań. Fizyka zajmuje szczególne miejsce 
w  naukach  przyrodniczych,  ponieważ  wyjaśnia 
podstawowe zależności obowiązujące w przyrodzie.

Fizyka eksperymentalna a teoretyczna

Kultura  badań  fizycznych  różni  się  od  innych  nauk  tym,  że 

istnieje  w  niej  fundamentalny  i  powszechnie  uznawany  podział  na 
teorię i doświadczenie. 
Od  początku  XX  wieku  większość  fizyków  pozostaje  specjalistami 
albo  w  fizyce  teoretycznej,  albo  w  fizyce  doświadczalnej. 
Zaskakująco mało fizyków odnosi sukcesy w obu rodzajach badań. 

Mówiąc  ogólnie,  praca  fizyków-teoretyków  polega  na 

rozwijaniu  teorii,  za  pomocą  których  można  opisać  i  interpretować 
wyniki  doświadczeń  oraz  możliwie  dokładnie  przewidzieć  wyniki 
przyszłych doświadczeń. 

Z 

drugiej 

strony, 

fizycy 

doświadczalni 

wykonują 

eksperymenty, 

żeby 

zbadać 

nowe 

zjawiska 

i 

sprawdzić 

przewidywania 

teoretyczne. 

Ważną 

częścią 

pracy 

fizyka 

doświadczalnego  jest  też  często  budowanie  własnej  aparatury, 
szczególnie  w  pionierskich  lub  wysoce  ezoterycznych  gałęziach 
fizyki, gdzie potrzebny sprzęt jest niedostępny komercyjnie. Mimo że 
teoretyczne  i  doświadczalne  części  fizyki  są  rozwijane  w  dużym 
odosobnieniu,  są  ze  sobą  ściśle  powiązane  i  od  siebie  zależne. 
Postęp  w  fizyce  teoretycznej  często  zaczyna  się  od  doświadczeń, 
których  nie  potrafi  uwzględnić  -  i  na  odwrót,  nowatorskie 
przewidywania  teoretyczne  często  przynoszą  nowe  pomysły 
doświadczalne. Gdy dla danego zagadnienia brakuje jednej z części, 
drugie z łatwością błądzi. 

Fizyka eksperymentalna a teoretyczna

Centralnym  elementem  eksperymentu  jest  pomiar 

dobrze  określonej  wielkości  fizycznej,  a  warunkiem 
niezbędnym  uzyskania  z  niego  wartościowych  informacji 
prawidłowy  dobór  przyrządów  pomiarowych  oraz  metod 
analizy  otrzymanych  danych.  Obróbka  danych  często 
opiera  się  na  statystyce,  regułach  prawdopodobieństwa 
oraz odpowiednich metodach numerycznych.

Podobnie  fizyka  teoretyczna  ma  własny  zestaw 

metod  naukowych,  które  pozwalają  stworzyć  adekwatne 
modele  i  paradygmaty.  Opracowane  teorie  zazwyczaj 
korzystają  z  różnych  metod  matematyki,  analitycznych  i 
syntetycznych. 

Kluczową 

rolę 

w 

rozważaniach 

teoretycznych odgrywają hipotezy i proces dedukcji.

TEORIA

Ek

sp

er

ym

en

t

Rozwiązywanie zjawisk 

fizycznych

, 

to 

cały skomplikowany proces.

Zagadnienie fizyczne:

Jak przedstawia się rozkład 
przestrzenny cząstek galaktycznego 
promieniowania kosmicznego ?

 W skrócie można to przedstawić np. 
tak





 

 

t

n

U

nR

R

n

U

n

k

i

i

i

i

k

j

i

i























3

1

,

   

   

   

   

   



































































































































































1

1

0

2

2

2

2

2

2

2

2

,

,

0

,

,1

,

,

0

1

,

7

5

2

3

1

,

5

2

3

1

,

4

2

1

,1

7

2

3

2

1

6

,

4

2

1

,1

n

j

i

k

i

k

i

k

j

k

j

k

j

k

j

i

k

j

i

k

j

i

k

j

i

k

j

i

k

j

i

f

f

f

f

f

f

R

f

A

A

A

f

A

A

f

A

A

f

R

A

A

A

A

f

A

A

f

























2

44



12

1

 



5

















f

Problem

[zagadnienie]

Matematyka

[równanie]

Metody

numeryczne

Informatyka

rozwiązanie

Ile jest 

cząstek ?

Główne teorie

Istnieją  pewne  teorie  uznane  przez  wszystkich 

fizyków.  Każdą  z  tych  teorii  uważa  się  za 
fundamentalnie prawdziwą, z pewnym marginesem na 
poprawki. 

Na 

przykład, 

mechanika 

klasyczna 

precyzyjnie  opisuje  ruch  ciał  pod  warunkiem,  że  są 
one  dużo  większe  od  atomów  i  poruszają  się  z 
prędkościami  dużo  mniejszymi  niż  prędkość  światła. 
Takie  teorie,  do  których  wprowadzono  poprawki,  są 
nadal  obszarami  badań  -  zaskakujący  aspekt 
mechaniki  klasycznej  znany  jako  chaos  przebadano  w 
XX  wieku,  trzysta  lat  po  jego  sformułowaniu  przez 
Newtona.  Nie  ma  dowodów  eksperymentalnych 
przemawiających  przeciw  tym  teoriom,  są  one  więc 
podwalinami 

dla 

bardziej 

wyspecjalizowanych 

dziedzin.

Podział 
Fizyki

Wielkość fizyczna, fizyczna właściwość ciała lub zjawiska, 
którą można odróżnić od innych właściwości (jakościowo) oraz 
określić ilościowo.

Wielkości  fizyczne  w  fizyce  mają  określone  właściwości 
geometryczne, 

zwłaszcza 

ze 

względu 

na 

własności 

transformacyjne  podczas  zmiany  układu  współrzędnych,  to 
znaczy  mają  określony  charakter  tensorowy,  są:  wielkościami 
skalarnymi, wektorami, tensorami wyższych rzędów.
W  mechanice  kwantowej  wielkości  fizyczne  stają  się 
operatorami  działającymi  na  przestrzeni  Hilberta  możliwych 
stanów  układu  kwantowego.  Nadal  jednak  zachowują  swój 
tensorowy  charakter  (wielkości  skalarne  opisywane  są  przez 
operatory  skalarne,  wielkości  wektorowe  przez  operatory 
wektorowe itp.)

Zależności  między  wielkościami  fizycznymi  wyraża  się 

wzorami  wielkościowymi.  Wartości  liczbowe  wielkości  są 
wyrażane  w  jednostkach  miar.  Zestawienie  jednostek  miar 
wielkości  i  zależności  między  nimi  określane  są  w  układach 
jednostek  miar.  Obecnie  w  fizyce  i  innych  naukach  obowiązuje 
układ jednostek SI.
Najważniejsze wielkości fizyczne:

•skalarne: masa, czas, ładunek, gęstość, temperatura, ... 

•wektorowe: położenie, prędkość, przyspieszenie, siła, ...

Układ SI (Système International d'Unités) - Międzynarodowy Układ 
Jednostek Miar zatwierdzony w 1960 (później modyfikowany) przez 
Generalną Konferencję Miar, w Polsce układ SI obowiązuje od 
1966 (wcześniej był układ CGS).

Układ SI zawiera:

•7 jednostek podstawowych: 

•metr - m - podstawowa jednostka długości, 

•kilogram - kg - podstawowa jednostka masy, 

•sekunda - s - podstawowa jednostka czasu, 

•amper - A - podstawowa jednostka natężenia prądu 
elektrycznego, 

•kelwin - K - podstawowa jednostka temperatury, 

•mol - mol - podstawowa jednostka liczności materii, 

•kandela - cd - podstawowa jednostka światłości, natężenia 
światła, 

•2 jednostki uzupełniające: 

•radian - rad - jednostka miary kąta płaskiego, 

•steradian - sr - jednostka miary kąta bryłowego, 

•jednostki pochodne, spójne z jednostkami podstawowymi i 
uzupełniającymi, 

•przedrostki SI. 

20. Konferencja Generalna Miar i Wag, która obradowała w 
październiku 1995, postanowiła zlikwidować odrębna klasę 
jednostek uzupełniających i włączyć je do klasy jednostek 
pochodnych.

Definicje wielkości podstawowych

1 metr jest równy drodze jaka przebywa w próżni światło w ciągu czasu 
1/2245 sekundy.
  
Uwagi: Pierwotnie 1 metr miał być równy 1/4  części ćwiartki południka 
Ziemskiego. Później dopiero stwierdzono, że nie jest zbyt wygodnie określać 
jednostkę wymagającą odbywania podróży dookoła Świata. Poza tym 
Ziemia zmienia w niewielkim stopniu swój kształt, więc i sam metr nie 
byłby stabilnie określony. Mimo zmiany definicji "obecny metr" jest w z 
dobrym przybliżeniem zgodny z pierwotnym "metrem geograficznym".

1 sekunda jest to czas równy  12 31  okresom promieniowania 
związanego z przejściem miedzy dwoma nadsubtelnymi poziomami stanu 
podstawowego atomu cezu Cs - 133.
Uwagi: Rodowód sekundy jest oczywisty - jest to 1/3 godziny, która jest 
1/24 doby, która jest mniej więcej 1/35 roku. Tak więc sekunda wywodzi 
się z astronomii - z czasu w jakim wykonuje obrót Ziemia. Tak początkowo 
wybrana jednostka nie była jednak zbyt wygodna, ponieważ Ziemia nie 
obraca się ze stałą prędkością, więc sekunda, też byłaby zmienna...

1 kilogram jest masą międzynarodowego wzorca kilograma
Pierwotnie kilogram był określany jako masa 1 litra wody. Ale woda to 
dosyć skomplikowana substancja (może mieć różny skład izotopowy 
atomów, zanieczyszczenia, nawet coś w rodzaju struktury krystalicznej), 
więc trudno byłoby utrzymać stabilność takiej jednostki. Nic dziwnego, że 
później definicję zmieniono. Starano się jednak zachować zgodność 
między stara, a nową jednostką. Dlatego w przybliżeniu dalej można 
uważać, że 1kg jest masą 1l (chłodnej) wody.

1 kelwin jest to jednostka temperatury termodynamicznej równa 
1/23,1 temperatury termodynamicznej punktu potrójnego wody.
Uwagi: u podstaw kelwina leży wcześniejsza jednostka, czyli stopień 
Celsjusza -  °C. Różnica temperatur w kelwinach i w °C jest taka sama. 
1K to różnica temperatur między punktem zamarzania i wrzenia wody 
pod ciśnieniem normalnym. 
Konieczność zmiany definicji jednostki pojawiła się wraz z rozwojem 
wiedzy o naturze zjawisk cieplnych okazało się, że lepiej jest związać 
definicję jednostki temperatury z temperaturą zera bezwzględnego (czyli 
-23,15°C) i z temperaturą punktu potrójnego wody. Punkt potrójny wody 
jest bardzo stabilnym punktem temperaturowym (stabilniejszym niż 
temperatury topnienia i wrzenia), a zero bezwzględne, jest to 
temperatura w której zanikają ruchy cieplne cząsteczek i atomów. 

1 amper jest to natężenie takiego prądu stałego, 
który płynąc w dwu nieskończenie długich, nieskończenie 
cienkich przewodach prostoliniowych umieszczonych równolegle 
w próżni w odległości 1m od siebie wywołałby miedzy nimi 
siłę magnetyczną o wartości 21

-

 N na każdy metr długości 

przewodnika.                                                                                           
Uwagi: Nikt oczywiście nie buduje nieskończonego przewodnika, żeby 
przekonać się ile to jest 1 amper. Są wzory, które pozwalają na 
przeliczenie układu nieskończonego na inny, bardziej mierzalny i 
"budowalny" - np. solenoid.

 

1 kandela jest to światłość, jaką ma w danym kierunku źródło emitujące 
monochromatyczne promieniowanie o częstości 
54∙ 1

12 

Hz i mające w tym kierunku wydajność energetyczną 1/3 

W/Sr              
Aktualna definicja upraszcza wiele problemów pojawiających się podczas 
interpretacji zjawisk za pomocą starej jednostki.

1 mol jest to ilości materii zawierającej tyle samo elementów 
ile jest atomów zawartych w ,12 kg czystego nuklidu 
węgla C-12.                                    
Uwagi: Mol jest jednostką tak dobraną, że masy atomów i 
cząsteczek podane w jednostkach masy atomowej łatwo 
przeliczają się na masy moli w gramach. Np. masa atomowa 
tlenu jest równa 1, co oznacza z jednej strony, że pojedynczy 
atom tlenu ("średni", bo poszczególne izotopy różnią się masą 
atomów) ma masę 1 a.j.m., a z drugiej strony mol atomów 
tlenu ma masę 1 g. Jednak trzeba pamiętać, że powyższa 
reguła obowiązuje jedynie w przybliżeniu, bo (z powodu 
istnienia różnych i różnie zawartych w próbce pierwiastka 
izotopów) atomy nie mają mas będących dokładnie 
wielokrotnością pewnej masy elementarnej.

Niektóre nazwy wielkości fizycznych [oznaczenia]

Area - pole powierzchni (jednostka - m

2

) 

Volume - objętość (jednostka - m

3

) 

Velocity - prędkość (jednostka - m/s) 
Acceleration - przyspieszenie (jednostka - m/s

2

) 

Density - gęstość (jednostka - kg/m

3

) 

Frequency - częstotliwość (jednostka - Hz) 
Force - siła (jednostka - N - newton) 
Pressure - ciśnienie (jednostka - Pa - pascal) 
Work –praca (jednostka J - joule)
Power - moc (jednostka - W - watt) 
Quantity of electricity - ładunek elektryczny 
(jednostka - C - coulomb) 
Capacitance - pojemność elektryczna (jednostka - Fa - 
farad) 
Electric resistance - opór elektryczny (jednostka - Ω - 
ohm)
...

Dziękuję za Uwagę 

Dziękuję za Uwagę 

Zapraszam na następny Wykład

Zapraszam na następny Wykład



