Fizyka II
ProwadzÄ…cy przedmiot:
dr hab. Michał Kruczyk ([e-mail])
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, zwiÄ…zana z naukami budowlanymi, zajmujÄ…ca
się rozpoznawaniem, opisem oraz interpretacją współzależności między charakterem,
stopniem i strukturÄ… zabudowy miast i osiedli a czynnikami determinujÄ…cymi 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. Groz
ba 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 siÄ™
zanieczyszczeń. Monitoring stanu powietrza. Jakość powietrza w wybranych aglomeracjach.
Elementy akustyki, hałas i jego miara. Akustyka urbanistyczna. Przenoszenie dz
więku 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 z
ródeł 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 wskaz
niki 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 luz
nych 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 starÄ… planetÄ™, 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
PrÄ™dkość kÄ…towa obrotu: 7,292115×10-5 rad/s
Masa: 5980*1021 kg
Objętość: 1.083*1012 km3
Gęstość średnia: 5.515 t/m3
Przyspieszenie siły ciężkości: g = 9.81 m/s2
Prędkość ucieczki: 11.2 km/s
Albedo: 0.367
Temperatura Å›rednia 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
ne  wektor jednostkowy
normalnej do elipsoidy
ng  wektor jednostkowy
kierunku przyspieszenia
siły ciężkości
B  szerokość geodezyjna
L  długość geodezyjna
qð  odchylenie pionu
ELIPSOIDA ZIEMSKA
Obecnie obowiÄ…zuje 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:
" równikowy promień Ziemi: a = 6378137 m
m
GM =ð 3986005×ð108
" geocentryczna stała grawitacji Ziemi (z atmosferą)
s2
" dynamiczny współczynnik kształtu Ziemi, wyłączając stałą deformacje pływową (o tym
będzie póz
niej):
J2 =ð 108263×ð10-ð8
rad
" kątowa prędkość Ziemi:
wð =ð 7297115×ð10-ð11
sek
Wynikają z niej pochodne stałe zarówno geometryczne jak i fizyczne. Jedną z tych
stałych jest spłaszczenie elipsoidy
f =ð 0,00335281068118
Równanie geocentrycznej elipsoidy obrotowej w układzie współrzędnych prostokątnych
ma postać:
-ð1
x2 +ð y2 +ðtð z2 =ð a2
Gdzie:
tð =ð 1-ð e2
2
e2 =ð 2 f -ð f
- kwadrat mimośrodu
a  duża półoś f  spłaszczenie elipsoidy
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