FIZYKA I - Podstawy Fizyki
Wykład:
Rajmund Bacewicz, prof. dr hab.
p. 325, [e-mail]
http://www.if.pw.edu.pl/~bacewicz/
hasło: fiz_1_2014
Ćwiczenia rachunkowe:
prof. dr hab. Małgorzata Igalson
dr inż. Anna Pietnoczka
dr inż. Jan Ulaczyk
mgr inż. Andrzej Kubiaczyk
mgr inż. Karolina Macielak
PROGRAM WYKA
ADU
1. Przedmiot fizyki.
2. Niektóre zagadnienia mechaniki:
Opis ruchu. Zasady dynamiki. Inercjalne i nieinercjalne układy
odniesienia, prawa zachowania (energii, pędu i momentu pędu),
siły centralne, grawitacja.
3. Elektromagnetyzm: pole elektryczne, prawo Gaussa, przewodniki
i dielektryki, polaryzacja, energia pola elektrycznego,
przewodnictwo elektryczne metali, pole magnetyczne w próżni,
prawo Biota-Savarta, prawo Ampere a, siła Lorentza, wektor
namagnesowania, diamagnetyzm, paramagnetyzm,
ferromagnetyzm, indukcja elektromagnetyczna, energia pola
magnetycznego, równania Maxwella. Fale elektromagnetyczne,
prędkość fazowa i grupowa, zasada Fermata, dyspersja,
interferencja i dyfrakcja fal, polaryzacja światła
4. Mechanika relatywistyczna: zasada względności i transformacja
Galileusza, postulaty Einsteina, doświadczenie Michelsona-Morleya,
transformacja Lorentza, dynamika relatywistyczna, zasada
równoważności Einsteina.
5. Termodynamika i fizyka statystyczna:
Energia wewnętrzna i ciepło. I prawo termodynamiki. Procesy transferu
ciepła: przewodnictwo cieplne, konwekcja, promieniowanie. Kierunek
przemian termodynamicznych - II prawo termodynamiki. Entropia.
Elementy fizyki statystycznej. Gaz doskonały, rozkład Maxwella-
Boltzmanna. Entropia w fizyce statystycznej.
7. Niektóre zagadnienia fizyki współczesnej : Efekt fotoelektryczny,
efekt Comptona, tworzenie par.
Literatura:
1.D. Halliday, R. Resnick, J.Walker   Podstawy Fizyki PWN 2003
2. W. Bogusz, J. Garbarczyk, F. Krok,  Podstawy fizyki , Oficyna
Wydawnicza PW, Warszawa 1999
3. J.Orear,  Fizyka t.1,2 - WNT 1999
Zasady zaliczania:
Ćwiczenia rachunkowe z fizyki  40 pkt.
Egzamin - 60 pkt.
Ocena:
punkty ocena
Ł 51 - 60 3
Ł 61 - 70 3.5
Ł 71 - 80 4
Ł 81 - 90 4.5
Ł 91 - 100 5
Wykład 1
1. Wstęp
Czym zajmuje się fizyka ?
2. Opis ruchu
Wykład 1
Wykład 1
3. Prawa dynamiki
4. Zasady zachowania
współautorstwo prezentacji dr hab. Krystyna Pękała
Czym jest fizyka?
Fizyka to podstawowa nauka przyrodnicza. Zajmuje się
badaniem właściwości materii i zjawisk zachodzących we
Wszechświecie oraz wykrywaniem ogólnych praw, którym te
zjawiska podlegają.
Obserwacja i pomiar (doświadczenie)
Prawa fizyki  wnioski z obserwacji
Modele matematyczne - opis teoretyczny.
Fizyka jest matką techniki
Jednostki podstawowe układu SI
błąd realizacji wzorca
Wzorce (standardy) jednostek
Kilogram
84 rzędy wielkości
Sekunda
82 rzędy wielkości
Jednostki pochodne układu SI
wzorce kwantowe V, &!
Przedrostki w układzie SI
Fundamentalne stałe fizyczne
mierzone z coraz większą dokładnością
Językiem fizyki jest matematyka
Wielkości skalarne i wektorowe
Wektory Skalary
" położenie " droga
" prędkość " masa
" przyśpieszenie " czas
" siła " energia
" pęd
" moment pędu
" itd& &
Do określenia położenia przestrzeni potrzeba trzech
współrzędnych
prostokątny (kartezjański)
układ współrzędnych)
Wersory (wektory jednostkowe)
r
Ć
A = Ax� + Ay 5
+ Azk
Ć
A = Ax� + Ay 5
+ Azk
A = [Ax,Ay,Az]
Równoważne zapisy wektora
Tipler
Kinematyka
dział mechaniki zajmujący się opisem ruchu
( bez uwzględniania przyczyn, które go wywołały)
" Ruch - zmiana położenia ciała względem układu odniesienia.
" Punkt materialny - ciało, którego rozmiary można zaniedbać.
" Ruch prostoliniowy - wszystkie punkty poruszają się wzdłuż linii prostej.
" Ruch płaski - zachodzi w jednej płaszczyz
nie.
" Ruch obrotowy - wszystkie punkty ciała poruszają się po okręgach,
których środki znajdują się na jednej prostej-osi obrotu.
Wektor położenia
r
r( t ) = [ x( t ),y( t ),z( t )]
Równanie ruchu
y
"s
"r12=r2-r1
r1
r2
x
Gdy "t 0, "r12 "s
Wektor prędkości
Nie można obecnie wyświetlić tego obrazu.
r
r dr dx dy dz
�ł łł
v = = = [vx ,vy ,vz ]
�łdt , dt ,dt śł
dt
�ł �ł
Kierunek wektora pokrywa się z kierunkiem
stycznej do toru, a zwrot określony jest przez
znak przyrostu wektora położenia
r
r
gdzie � wektor styczny do toru
v = v�r
r
2 2
v = v = vx + v2 + vz
Wartość (moduł) wektora prędkości :
y
Tę wielkość wskazuje prędkościomierz w samochodzie
Wektor przyspieszenia
r
dv
�ł łł
dvx dvy dvz
r
a = = , , =[ax ,ay ,az]
�ł śł
dt dt dt
dt
�ł �ł
W ruchu jednostajnie zmiennym:
v t
r
r
r r
r
dv = adt
dv = adt
+" +"
a = const
v0 0
v
r r r
v(t) = v0 + at
t
Droga = odległość wzdłuż toru
równania toru
t t
r
2 2
s = v dt = vx + v2 + vz dt
+" +"
y
x = f(y,z)
0 0
y = g(x,z)
Ruch jednostajny prostoliniowy: z = h(x,y)
t
s = vdt = vt
+"
0
s
Ruch jednostajnie zmienny:
t
1
( )
s = v0 + at dt = v0t + at2
+"
2
0
t
DYNAMIKA
bada związek między czynnikami wywołującymi ruch a własnościami tego ruchu
1.Dopóki wypadkowa sił działająca na fortepian nie zmienia się- fortepian nie spada.
2. Wypadkowa siła działająca na fortepian zmienia stan jego ruchu-nadaje mu przyspieszenie
lub opóz
nienie.
3.Działanie jednego ciała na drugie towarzyszy zwykle działanie drugiego ciała na pierwsze.
Prawa dynamiki Newtona
Zasady dynamiki Newtona
I zasada
Jeśli na ciało nie działają żadne siły, lub działające
siły się równoważą to ciało nie zmienia stanu
swojego ruchu pozostaje w spoczynku, lub
porusza się ruchem jednostajnym prostoliniowym.
(1643-1727)
Uwagi
1. Układ, w którym spełniona jest I zasada dynamiki nazywa się układem inercjalnym
2. Każdy układ poruszający się względem układu inercjalnego ze stałą prędkością (stała
wartość i kierunek ) jest też układem inercjalnym.
3. Stany spoczynku oraz ruchu jednostajnego prostoliniowego są równoważne z punktu
widzenie zasad dynamiki
Czy Ziemia jest układem inercjalnym???
Winda porusza się z przyspieszeniem a do góry
1. W układzie obserwatora zewnętrznego
(inercjalnym)
FN - mg = ma
2. W układzie windy
Fnetto = FN - mg
a przyśpieszenie względem windy awinda= 0
II zasada dynamiki nie jest spełniona
winda jest układem nieinercjalnym
II zasada dynamiki Newtona
Zmiana pędu ciała jest proporcjonalna do siły działającej na to ciało i
zachodzi wzdłuż kierunku jej działania.
r
r
d p
F =
dt
r r
p = mv
Kierunek zmiany pędu jest zgodny z kierunkiem działającej siły
r
r
Wyrażenie jest słuszne tylko wtedy, gdy nie zmienia się masa ciała!!
F = ma
III zasada dynamiki
Oddziaływanie wzajemne dwóch ciał są zawsze równe co do wielkości,
ale przeciwnie skierowane
B
FAB = -FBA
FBA
A
FAB
Jeśli ciało A działa na ciało B, to ciało B oddziaływuje na A z taką samą siłą, ale przeciwnie skierowaną
Założenie-oddziaływania przenoszą się z nieskończoną szybkością
-czy to prawda??