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

3

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