Detail předmětu

Fyzika I

FSI-2FAk. rok: 2013/2014

Základní zákony a teorie klasické a moderní fyziky, které tvoří základ inženýrských disciplin.
Klasická mechanika. Pohyb částice (rychlost, zrychlení). Dynamika částice, Newtonovy zákony. Práce a energie, konzervativní a nekonzervativní síly, potenciál. Dynamika soustavy částic a tuhého tělesa, dynamika rotujícího tělesa. Gravitační pole. Kmity a vlny, harmonický oscilátor, postupná a stojatá vlna, vlnová rovnice, interference vln. Geometrická a vlnová optika, zobrazování, difrakce a interference světla. Termodynamika, teplo, kinetická teorie plynů, entropie, tepelné motory.

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

Garant předmětu

prof. RNDr. Radim Chmelík, Ph.D.

Zajišťuje ústav

Ústav fyzikálního inženýrství (ÚFI)

Výsledky učení předmětu

Znalost základů klasické a moderní fyziky na univerzitní úrovni v oblasti klasické mechaniky, nauky o kmitavém pohybu a vlnění, nauky o gravitačním poli, optiky a termodynamiky. Pochopení obecných fyzikálních principů a schopnost aplikovat je na konkrétní fyzikální soustavy. Schopnost provádět fyzikální výpočty aplikací vektorového, diferenciálního a integrálního počtu.

Prerekvizity

Znalosti a dovednosti středoškolské matematiky a fyziky. Základy vektorového, diferenciálního a integrálního počtu.

Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody

Předmět je vyučován formou přednášek, které mají charakter výkladu základních principů a teorie dané disciplíny. Cvičení je zaměřeno na praktické zvládnutí látky probrané na přednáškách. Výuka je doplněna laboratorním cvičením.

Způsob a kritéria hodnocení

Podmínky udělení zápočtu: alespoň 11 bodů v C1 a alespoň 6 bodů v C2a, maximálně lze získat 31 bodů. V případech hodných zvláštního zřetele (zejména s ohledem na aktivitu studenta ve cvičeních) může vyučující stanovit náhradní podmínky pro získání zápočtu, které však nezvýší počet dosažených bodů.<br>
Písemná část zkoušky je povinná pro všechny (14 testových otázek a 3 příklady, max 59 bodů), pokud při ní student získá méně než 30 bodů, pak u zkoušky neuspěl.<br>
Ústní části zkoušky se mohou dobrovolně podrobit studenti, kteří uspěli v předchozích částech. Ústní část je hodnocena celkem -10 až +10 body.<br>
Klasifikační hodnocení studenta (A - F) odpovídá celkovému dosaženému počtu bodů v souladu se Studijním a zkušebním řádem VUT. Podrobnosti na serveru <a href=http://physics.fme.vutbr.cz/files/29/program_vyuky.pdf>na serveru Physics.fme.vutbr.cz</a>.

Učební cíle

Cílem předmětu je seznámit studenty se základními zákony a teoriemi klasické a moderní fyziky tak, aby byli schopni je samostatně aplikovat na jednoduché systémy, objasnit a předpovědět jejich chování. Dalším úkolem předmětu je ukázat studentům, že fyzika tvoří teoretický základ a východisko inženýrských disciplin.

Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky

Účast ve cvičení je kontrolována. Ve teoretickém cvičení jsou zařazeny 3 kontrolní práce (KP, vždy 2 testové otázky s výběrovými odpověďmi, 2 příklady, max 7 bodů).
V laboratorním cvičení je nezbytné absolvovat stanovené laboratorní úlohy a body se udělují za domácí přípravu, vedení laboratorního sešitu a zprávy o samostatných úlohách (celkem max 10 bodů).
V případě neúčasti na KP, která bude omluvena závažnými a doloženými duvody (zejména nemoc), může student požádat učitele o náhradní KP, která bude jednotně pro celý ročník v zápočtovém týdnu.
V případě neúčasti v laboratorní výuce, která bude omluvena závažnými a doloženými důvody (zejména nemoc), učitel studentovi stanoví náhradní termín pro vypracování úlohy.

Základní literatura

ALONSO, M. - FINN, E. J.: Physics, Addison - Wesley, Reading 1996
ČSN ISO 1000 Veličiny a jednotky
FEYNMAN, R.P.-LEIGHTON, R.B.-SANDS, M.: Feynmanovy přednášky z fyziky, Fragment, 2001
HALLIDAY, D. - RESNICK, R. - Walker, J.: Fyzika, VUTIUM, Brno 2001
HALLIDAY, D. - RESNICK, R. - Walker, J.: Fyzika, 2. vydání, VUTIUM, Brno 2013
HORÁK, Z. - KRUPKA, F.: Fyzika, SNTL, Praha 1976
http://physics.fme.vutbr.cz
KREMPASKÝ, J.: Fyzika, Alfa, Bratislava - SNTL, Praha 1982
ŠANTAVÝ, I a kol.: Vybrané kapitoly z fyziky, skriptum VUT, Brno 1986

Doporučená literatura

KUPSKÁ, I. - MACUR, M. - RYNDOVÁ, A.: Fyzika -Sbírka příkladů, skriptum VUT Brno,
ŠANTAVÝ, I. - PEŠKA, L.: Fyzika I., skriptum VUT Brno, 1984

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program B3A-P bakalářský

    obor B-MET , 1 ročník, letní semestr, povinný
    obor B-MAI , 1 ročník, letní semestr, povinný

  • Program B3S-P bakalářský

    obor B-STI , 1 ročník, letní semestr, povinný
    obor B-KSB , 1 ročník, letní semestr, povinný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

39 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

doc. Ing. Stanislav Průša, Ph.D.
prof. RNDr. Jiří Petráček, Dr.

Osnova

Měření, mezinárodní soustava jednotek, standardy.
Vektorový počet.
Přímočarý pohyb.
Pohyb v rovině a prostoru, pohyb po kružnici, vzájemné pohyby.
Newtonovy pohybové zákony.
Práce a kinetická energie, výkon.
Potenciální energie, konzervativní síly, zákon zachování mechanické energie.
Hmotný střed (těžiště) soustavy částic a tuhého tělesa.
Hybnost, první impulzová věta, zákon zachování hybnosti, srážky.
Rotace tuhého tělesa, kinetická energie, moment setrvačnosti, Steinerova věta.
Moment hybnosti, moment síly, druhá impulzová věta, zákon zachování momentu hybnosti.
Rovnováha tělesa a její podmínky.
Newtonův gravitační zákon, slupkové teorémy. Gravitační potenciální energie.
Keplerovy zákony, oběžné dráhy a energie družice.
Kmitavý pohyb. Harmonický oscilátor. Skládání harmonických kmitů, fázorové diagramy.
Pohybová rovnice pro harmonický oscilátor, energie. Kyvadla. Tlumené a nucené kmity, rezonance.
Vlnění. Harmonická vlna rovinná a kulová. Vlnová rovnice. Dopplerův jev.
Interference vln. Stojaté vlny. Odraz vln. Rezonátor.
Geometrická optika. Odraz a lom, úplný odraz. Optické zobrazování.
Interference světla, Youngův pokus, koherence. Michelsonův interferometr.
Difrakce světla, Huygensův-Fresnelův princip. Holografie.
Nultý a první zákon termodynamiky. Termodynamické děje.
Stavová rovnice ideálního plynu. Vnitřní energie, teplota a kinetická energie.
Druhý zákon termodynamiky. Entropie. Tepelné motory.

Cvičení

26 hod., povinná

Vyučující / Lektor

doc. Ing. Miroslav Bartošík, Ph.D.
Ing. Michal Urbánek, Ph.D.
Ing. Michala Slabá
Ph.D. Andriy Ostapovets, Mgr.
Mgr. Věra Kollárová, Ph.D.
prof. Ing. Jan Čechal, Ph.D.
Ing. Zuzana Lišková, Ph.D.
prof. RNDr. Jiří Petráček, Dr.
Mgr. Jitka Strouhalová
Ing. Karel Slámečka, Ph.D.
prof. RNDr. Pavel Šandera, CSc.
doc. Ing. Radek Kalousek, Ph.D.
doc. Ing. Jakub Zlámal, Ph.D.
Ing. Miroslav Bartoš, Ph.D.
prof. Ing. Jozef Kaiser, Ph.D.
prof. RNDr. Jiří Spousta, Ph.D.
Ing. Lukáš Břínek, Ph.D.
Mgr. Martin Friák, Ph.D.
Ing. Martin Hrtoň, Ph.D.
Ing. David Škoda, Ph.D.

Osnova

Příklady jsou označeny podle literatury [1] doporučené studentům:
1.Vektory: kapitola 3 - 10C, 13C, 18Ú, 23C, 28Ú, 42C, 44C, 47Ú, 53Ú, 55Ú;
2. Pohyb částice: kapitola 2 - 11Ú, 16C, 30Ú, 37C, 44C, 49Ú, 61C, 68Ú, 83Ú; kapitola 4 - 14Ú, 18C, 29C, 31C, 48Ú, 49Ú, 51Ú, 63C, 67Ú, 71Ú;
3. Síla a pohyb: kapitola 5 - 7C, 9C, 40Ú, 63Ú; kapitola 6 - 17Ú, 23Ú, 31Ú, 33Ú, 39Ú, 42Ú, 52C, 55C, 57C, 58C;
4. Práce a energie, zákon zachování energie: kapitola 7 - 10C, 17Ú, 21C, 34Ú, 40Ú, 43C; kapitola 8 - 22Ú, 25Ú, 32Ú, 36Ú, 40Ú, 55Ú, 66C, 72Ú, 77Ú, 81Ú;
5. Soustavy částic a srážky těles: kapitola 9 - 7Ú, 10Ú, 17Ú, 21Ú, 29Ú, 36Ú, 31Ú, 39Ú, 42Ú, 71Ú; kapitola 10 - 5C, 21Ú, 31C, 34Ú, 42C, 44C, 45C, 59Ú;
6. Rotace a valení: kapitola 11 - 2C, 18Ú, 21Ú, 32C, 71Ú, 75Ú, 80C, 84Ú, 89Ú; kapitola 12 - 5C, 8C, 11Ú, 13Ú, 14Ú, 17C, 27C, 36C, 43C, 45C, 51C, 61Ú;
7. Gravitace: kapitola 14 - 11Ú, 15Ú, 14.2, 37C, 45Ú, 49Ú, 55C, 64C, 81Ú;
8. Kmitání: kapitola 16 - 9C, 12C, 14C, 17C, 23Ú, 25Ú, 38Ú, 41C, 46C, 49Ú, 55Ú, 57C, 67C, 75Ú, 80Ú, 89Ú;
9. Vlnění: kapitola 17 - 5C, 10C, 11C, 13Ú, 36C, 37C, 39C, 41C; kapitola 18 - 21Ú, 23Ú, 65C, 68C;
10. Geometrická optika: kapitola 35 - 15C, 24C, 42Ú;
11. Vlnová optika: kapitola 36 - 20C, 24C, 30Ú, 47C, 62Ú; kapitola 37 - 20C, 23C, 51C, 54Ú;
12. Termodynamika: kapitola 19 - 71C, 74C, 78C; kapitola 20 - 6C, 7C, 15Ú, 18Ú; kapitola 21 - 5C, 23C, 25C;