Detail předmětu

Fyzika

FSI-BFAk. rok: 2024/2025

Předmět fyzika seznamuje studenty se základy klasické fyziky tak, aby byli schopni je aplikovat na jednoduché systémy, objasnit a předpovědět jejich chování. Osvojované znalosti jsou předpokladem pro pochopení teoretických základů moderních inženýrských disciplín. Tématický rozsah: pohyb částice (rychlost, zrychlení), práce a energie (konzervativní a nekonzervativní síly, potenciál), dynamika rotujících těles, kmitání, harmonický oscilátor, vlnění, postupná vlna, interference vln, termodynamika, elektrostatické pole, elektrický proud, jednoduchý obvod.

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

7

Garant předmětu

prof. Mgr. Miroslav Černý, Ph.D.

Zajišťuje ústav

Ústav fyzikálního inženýrství (ÚFI)

Vstupní znalosti

Znalosti klasické fyziky na úrovni střední školy. Základy lineární algebry, vektorového počtu a analytické geometrie. Diferenciální a integrální počet funkcí jedné proměnné.

Pravidla hodnocení a ukončení předmětu

Podmínky udělení zápočtu: Dosažení 50% z možného počtu bodů v teoretickém i laboratorním cvičení.
Zkouška je písemná (popřípadě i ústní), prověřuje znalosti fyzikálních veličin, zákonů a zejména jejich užití na příkladech. Vodítkem pro hodnocení je získaný počet bodů:
A: 90 - 100
B: 80 - 90)
C: 70 - 80)
D: 60 - 70)
E: 50 - 60)
F: 0 - 50)
Podrobnosti a upřesnění jsou uvedeny v elearningu.
Kontrolovaná účast vyučujícím ve výuce Teoretického cvičení a Laboratorního cvičení stanovené rozvrhem. Způsob a termín nahrazení zameškané výuky stanoví vyučující.

Učební cíle

Osvojení zákonů klasické fyziky (v uvedených oblastech fyziky), schopnost jejich aplikace. Budování fyzikálního základu technických disciplín.
Systemizace jednotek fyzikálních veličin, manipulace s rovnicemi obsahujícími fyzikální veličiny. Znalosti definic, zákonů a podmínek jejich platnosti v oblastech uvedených v osnově.

Základní literatura

Halliday, D., Resnick, R., Walker, J.: Fundamentals of Physics, 8th edition, John Wiley and Sons,New York 2008 (EN)
Halliday, D., Resnick, R., Walker, J.: Fyzika. 2. přepracované vydání, VUTIUM Brno, 2013 (CS)

Doporučená literatura

Feynman, R.P. - Leigton, R.B. - Sands, M.:  Feynmanovy přednášky z fyziky - revidované vydání, Fragment, 2013  (CS)
Šikula, J., Liška, M., Vašina, P.: Fyzika I, II, VUT v Brně, Brno 1991 (CS)

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program B-PDS-P bakalářský 1 ročník, letní semestr, povinný
  • Program B-PRP-P bakalářský 1 ročník, letní semestr, povinný

  • Program B-STR-P bakalářský

    specializace STR , 1 ročník, letní semestr, povinný

  • Program C-AKR-P celoživotní vzdělávání v akr. stud. programu

    specializace CLS , 1 ročník, letní semestr, volitelný

  • Program B-STG bakalářský 1 ročník, letní semestr, povinný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

prof. Mgr. Miroslav Černý, Ph.D.

Osnova

Mezinárodní soustava jednotek, jednotky základní a jednotky odvozené. Standardy délky, hmotnosti a času. Vektory a skaláry. Vyjádření vektorů pomocí složek a jednotkových vektorů. Sčítání a násobení vektorů. Vektory a fyzikální zákony.
Dvojrozměrný a trojrozměrný pohyb. Poloha a posunutí. Průměrná a okamžitá rychlost. Průměrné a okamžité zrychlení. Příklady pohybů. Přímočarý pohyb. Rovnoměrně zrychlený pohyb. Šikmý vrh. Rovnoměrný pohyb po kružnici. Vzájemný pohyb po přímce.
Proč mění částice svoji rychlost? První Newtonův zákon. Síla, některé typy sil. Druhý Newtonův zákon - pohybová rovnice. Řešení pohybové rovnice. Třetí Newtonův zákon.
Kinetická energie. Práce konstantní a proměnné síly. Výkon. Vztažné soustavy. Práce tíhové síly, práce pružné síly.
Potenciální energie. Práce nekonzervativních sil a zákon zachování mechanické energie. Zákon zachování celkové energie. Hmotnost a energie.
Posuvný a otáčivý pohyb. Veličiny charakterizující otáčivý pohyb. Rovnoměrně zrychlený otáčivý pohyb. Korespondence obvodových a úhlových veličin. Kinetická energie tělesa při otáčivém pohybu. Výpočet momentu setrvačnosti, Steinerova věta. Pohybová rovnice pro otáčivý pohyb tuhého tělesa (druhá impulsová věta).
Kmitání. Harmonický pohyb. Pohybová rovnice pro harmonický pohyb. Energie jednoduchého harmonického oscilátoru. Tlumený oscilátor. Nucené kmity a rezonance.
Vlny a částice. Druhy vln. Vlny příčné a podélné. Postupné vlny. Rychlost postupné vlny. Princip superpozice. Interference vln. Stojaté vlny, vlastní kmity.
Teplota a teplo. Teplo a práce. První zákon termodynamiky. Entropie. Vratné a nevratné děje. Druhý zákon termodynamiky. Entropie kolem nás: motory, chladničky.
Elektrický náboj. Vodiče a nevodiče. Coulombův zákon. Kvantování náboje. Zachování náboje. Elektrické pole – intenzita a potenciál. Elektrické siločáry. Elektrické pole bodového náboje. Elektrické pole dipólu. Bodový náboj v elektrickém poli. Dipól v elektrickém poli.
Pohybující se náboje a elektrické proudy. Elektrický proud. Hustota proudu. Rezistivita. Ohmův zákon. Výkon v elektrických obvodech. Polovodiče. Supravodiče.
Práce a energie elektromotorického napětí. Výpočet proudu v jednoduchém obvodu. Napětí v obvodech. Obvody s více smyčkami.

Laboratorní cvičení

14 hod., povinná

Vyučující / Lektor

prof. Mgr. Miroslav Černý, Ph.D.

Osnova

Měření momentu setrvačnosti. Poissonova konstanta.
Absorpce gama záření
Vazkost kapalin. Skupenské teplo tání ledu.
RLC obvod. Vlnová délka světla.
Ohnisková vzdálenost tenkých čoček.
Aktualizované informace a materiály lze nalézt v elearningu.

Cvičení

12 hod., povinná

Vyučující / Lektor

prof. Mgr. Miroslav Černý, Ph.D.

Osnova

Vektory: Kapitola 3 – 37, 57 (6, 17, 30, 54, 58).
Pohyb hmotného bodu: Kapitola 2 – 78, 87 (5, 14, 32, 56, 83, 104), kapitola 4 – 15 (27, 62, 120, 123).
Síla a pohyb: Kapitola 5 – 47, 51, 53 (5, 20, 32, 78), kapitola 6 - 30, 34 (13, 22, 55, 60, 70, 109).
Práce a energie: Kapitola 7 - 22, 37 (12, 36, 55, 56, 73), kapitola 8 – 25, 27, 64 (29, 34, 40, 53, 59, 94).
Rotace a valení: Kapitola 10 – 38, 69 (4, 17, 20, 26, 30, 55, 79, 82, 96).
Kmitání: Kapitola 15 – 11, 24, 101 (32, 65, 76, 81, 96, 110).
Vlnění: Kapitola 16 – 84 (8, 32, 79, 91).
Elektrický náboj, elektrické pole: Kapitola 21 – 9 (12, 15, 54), kapitola 22 – 10 (7, 40, 69).
Proudy a obvody: Kapitola 26: 44 (1, 17, 18, 43), kapitola 27: 44 (7, 9, 19).

Poznámka: Úlohy jsou převzaty z učebnice [1], kde je najdete vždy v závěru příslušné kapitoly. Zadání příkladů lze najít i v elearningu.