Detail předmětu

Využití přírodních zákonů v technických aplikacích

FEKT-MPC-VPZAk. rok: 2022/2023

Důraz v předmětu je kladen na pochopení základních vyzikálních principů z oblasti mechaniky, optiky, astrofyziky a elektrotechniky. Studenti se naučí základům vědecké práci a porozumí využití přírodních jevů v širokém spektru aplikací v oblastech běžného života. Rozšíří si obecnou znalosti fyziky s ohledem na běžně pozorované jevy, které nejsou součástí základních kurzů fyziky.
Důraz je kladem na porozumění dané problematice, aplikovaní daných znalostí a praktické zkušenosti s fyzikou.
Během semestru budou prezentovávána následující témata:

  • Vědecký/inženýrský přístup ke zkoumání světa, charakter vědecké práce, metodologie vědy, modely a skutečnost, zásady experimentální práce, etika vědy a zodpovědnost vědce.
  • Mechanika zdánlivých sil - dimenzování ložisek, gyroskop, senzorika
  • Mechanika kmitů - hudební nástroje, eliminace vibrací, zborcení konstrukcí vlivem kmitání,
  • Optika vlnová – optické kabely, interferenční filtry, interferometry v aplikacích, polarizace světla a její využití.
  • Optika paprsková - optické přístroje (lidské oko, dalekohled mikroskop), zobrazovací vady čoček (klasifikace/eliminace), hloubka pole, clony.
  • Meteorologie - tlakové útvary,  synoptika, cyklona, anticyklona, oblačnost, frontální systémy
  • Fyzikální principy sběračů elektrické energie (energy harvesters) – keramické a polymerní jejich využití pro SELF POWER elektroniku
  • Teorie relativity, Einsteinův gravitační zákon, vznik a hlavní rysy této teorie, její následný rozvoj, oblasti využití
  • Naše Galaxie - velký třesk, stavba a původ hvězd, vývoj a závěrečná stadia hvězd
  • Kvantová fyzika a zajímavé příklady - CERN, měření temné hmoty, solární pohon, plachetnice na sluneční vítr
  • Částice a vlny ve službách vědy - optická pinzeta, laserové chlazení, kryptografie
  • Fyzika v elektrotechnice - nositelná elektronika, funkce solárních článků, peltieruv jev a laserová dioda
  • Fyzika v medicíně: rtg, ultrazvuk, lasery, gama nůž, CT, PET, NMR


Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

Garant předmětu

doc. Ing. Vladimír Holcman, Ph.D.

Zajišťuje ústav

Ústav fyziky (UFYZ)

Výsledky učení předmětu

Studenti se naučí základům vědecké práce a porozumí využití přírodních jevů v širokém spektru aplikací v oblastech běžného života. Rozšíří si obecné znalosti fyziky s ohledem na běžně pozorované jevy, které nejsou součástí základních předmětů fyziky.

Prerekvizity

Primárně jsou požadovány znalosti na úrovni bakalářského studia. Student má být schopen vysvětlit základní fyzikální a elektrotechnické principy.

Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody

Metody vyučování závisejí na způsobu výuky a jsou popsány článkem 7 Studijního a zkušebního řádu VUT. Metody vyučování mimo přednášek a cvičení zahrnují: 1. Práci jedno až dvoučlenných týmů na projektu - tj. kritická studie zvoleného fyzikálního principu či nového tématu z oboru. 2. Veřejnou prezentaci projektu.

Způsob a kritéria hodnocení

Hodnocení studia je založeno na bodovém systému.

- Semestrální práce - 45 b (1 semestrální práce s obhajobou)
- Závěrečná zkouška - 55 b 

Osnovy výuky

1. Vědecký/inženýrský přístup ke zkoumání světa, charakter vědecké práce, metodologie vědy, modely a skutečnost, zásady experimentální práce, etika vědy a zodpovědnost vědce.

2. Mechanika zdánlivých sil - dimenzování ložisek, gyroskop, senzorika.

3. Mechanika kmitů - hudební nástroje, eliminace vibrací, zborcení konstrukcí vlivem kmitání.

4. Optika vlnová – optické kabely, interferenční filtry, interferometry v aplikacích, polarizace světla a její využití.

5. Optika paprsková - optické přístroje (lidské oko, dalekohled mikroskop), zobrazovací vady čoček (klasifikace/eliminace), hloubka pole, clony.

6. Meteorologie - tlakové útvary,  synoptika, cyklona, anticyklona, oblačnost, frontální systémy.

7. Fyzikální principy sběračů elektrické energie (energy harvesters) – keramické a polymerní, jejich využití pro SELF POWER elektroniku.

8. Teorie relativity, Einsteinův gravitační zákon, vznik a hlavní rysy této teorie, její následný rozvoj, oblasti využití.

9. Naše Galaxie - velký třesk, stavba a původ hvězd, vývoj a závěrečná stadia hvězd.

10. Kvantová fyzika a zajímavé příklady - CERN, měření temné hmoty, solární pohon, plachetnice na sluneční vítr.

11. Částice a vlny ve službách vědy - optická pinzeta, laserové chlazení, kryptografie.

12. Fyzika v elektrotechnice - nositelná elektronika, funkce solárních článků, Peltierův jev a laserová dioda.

13. Fyzika v medicíně: rtg, ultrazvuk, lasery, gama nůž, CT, PET, NMR.

Učební cíle

Cílem předmětu je uvést studenty do přehledového řešení problémů technické fyziky. 

Důraz se klade na to, aby studenti porozuměli fyzikálním principům okolo nás a jejich využití v praxi.

Předmět se zaměřuje na srozumitelné vysvětlení  běžně známých zařízení či metod z oblasti, mechaniky (ložiska, gyroskop, hudební nástroje), optiky (optické kabely, kamery, fotoaparáty, dalekohledy), astrofyziky (velký třesk, původ hvězd, vesmírné teleskopy) a elektrotechniky (solární články, nositelná elektroniky,  gama nuž atd.)

 

 

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

Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění stanoví každoročně aktualizovaná vyhláška garanta předmětu.

 

 

Elearning

eLearning: aktuální otevřený kurz

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program MPC-AUD magisterský navazující

    specializace AUDM-TECH , 0 ročník, letní semestr, volitelný
    specializace AUDM-ZVUK , 0 ročník, letní semestr, volitelný

  • Program MPC-BIO magisterský navazující 0 ročník, letní semestr, volitelný
  • Program MPC-BTB magisterský navazující 0 ročník, letní semestr, volitelný
  • Program MPC-EEN magisterský navazující 0 ročník, letní semestr, volitelný
  • Program MPC-EAK magisterský navazující 0 ročník, letní semestr, volitelný
  • Program MPC-EKT magisterský navazující 0 ročník, letní semestr, volitelný
  • Program MPC-EVM magisterský navazující 0 ročník, letní semestr, volitelný
  • Program MPC-IBE magisterský navazující 0 ročník, letní semestr, volitelný
  • Program MPC-KAM magisterský navazující 0 ročník, letní semestr, volitelný
  • Program MPC-MEL magisterský navazující 0 ročník, letní semestr, volitelný
  • Program MPC-SVE magisterský navazující 0 ročník, letní semestr, volitelný
  • Program MPC-TIT magisterský navazující 0 ročník, letní semestr, volitelný
  • Program MPAD-BIO magisterský navazující 0 ročník, letní semestr, volitelný
  • Program MKC-EVM magisterský navazující 0 ročník, letní semestr, volitelný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

Ing. Jiří Majzner, Ph.D.
doc. Ing. Petr Sedlák, Ph.D.
Ing. Pavel Tofel, Ph.D.
doc. Mgr. Dinara Sobola, Ph.D.
doc. Ing. Vladimír Holcman, Ph.D.

Projekt

13 hod., povinná

Vyučující / Lektor

doc. Ing. Vladimír Holcman, Ph.D.

Elearning

eLearning: aktuální otevřený kurz