Detail předmětu

Fyzika 1

FEKT-BPC-FY1Ak. rok: 2024/2025

Předmět se nejdříve věnuje základům mechaniky částic, které jsou pak využity při zkoumání vlivu sil, které na částice působí ve fyzikálních polích. Podstatná část předmětu je věnována elektrickému a magnetickému poli, jejich vzniku, zákonům a společné podstatě vedoucí k pojmu elektromagnetické pole a Maxwellovým rovnicím.

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

6

Zajišťuje ústav

Vstupní znalosti

Student při vstupu do tohoto předmětu by měl na středoškolské úrovni:
mít znalosti základních pojmů a zákonů mechaniky, elektřiny a magnetizmu,
být schopen základní pojmy a zákony mechaniky, elektřiny a magnetizmu vysvětlit a také vyjádřit vlastními slovy oblasti jejich využití,
být schopen aplikovat základní zákony mechaniky na jednoduchý pohyb částice, zákony elektřiny a magnetizmu aplikovat v jednoduchých elektrických obvodech.

Matematický aparát:
Při vstupu do tohoto předmětu by student měl být schopen diskutovat základní pojmy středoškolské algebry a geometrie, počítat lineární rovnice a aplikovat základní goniometrické funkce. Práce v laboratoři je podmíněna platnou kvalifikací „osoby poučené", kterou musí studenti získat před zahájením výuky. Informace k této kvalifikaci jsou uvedeny ve Směrnici děkana Seznámení studentů s bezpečnostními předpisy.

Pravidla hodnocení a ukončení předmětu

Hodnocení studia je založeno na bodovacím systému. Celkové hodnocení předmětu: max. 100 bodů.
Semestr:
- až 20 bodů za laboratorní cvičení (6 úloh s protokoly, vstupní testy k úlohám a souhrnný test)
- až 12 bodů za tři písemné testy,
- až 2 body za aktivitu cvičení na počítači a cvičení odborných základů,
- až 1 bod za tři autokorekční testy.

Pro udělení zápočtu je nutné splnit povinnosti v laboratorním cvičení, úspěšně absolvovat tři autokorekční testy a získat neméně 12 bodů z 35 možných.
Zkouška: až 65 bodů za zkoušku.
Zkouška je písemná. Tvoří ji test s výběrovými odpověďmi, část teoretická a část s příklady. Jak v části teoretické, tak i v části s příklady je nutné získat alespoň 6 bodů.
Podmínkou úspěšného ukončení předmětu je získání zápočtu a vykonání závěrečné zkoušky. Celkový dosažený počet bodů pro absolvování předmětu musí být minimálně 50.
Výuka ve všech cvičeních je povinná. Řádně omluvená cvičení, lze po domluvě s vyučujícím nahradit.

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

 

Učební cíle

Cílem předmětu je poskytnout studentům jasný a logický výklad základních fyzikálních pojmů a zákonů v oblasti Mechaniky, elektřiny a magnetizmu. Posílit porozumění těmto pojmům a zákonům pomocí širokého spektra zajímavých aplikací.
Absolvent předmětu je schopen:
definovat pojmy kinematiky a dynamiky částic, elektrického a magnetického pole pomocí diferenciálního a integrálního počtu,
popsat základní zákony a principy ve zmíněných oblastech,
diskutovat podmínky pro použití zákonů mechaniky, elektřiny a magnetizmu, vysvětlit vztahy mezi nimi a rozlišit, kterou formu zákonitostí je v dané oblasti výhodné použít,
aplikovat studované zákonitosti ve vzájemných souvislostech, roztřídit síly působící v elektrickém a magnetickém poli a počítat jednoduché trajektorie nabitých částic v těchto polích,
aplikovat studované zákony ve fyzikální laboratoři,
porovnat a analyzovat zákony elektrického a magnetického pole. Umí objasnit jejich společnou podstatu a vysvětlit proč mluvíme o poli elektromagnetickém popsaném Maxwellovými rovnicemi.

Základní literatura

Fyzika 1. Studijní materiály k přednáškám, cvičením a laboratornímu cvičení. Stránka předmětu na eLearningu VUT. (CS)
Halliday D., Resnick R., Walker J.: Fyzika, 2 vázané svazky. Vysoké učení technické v Brně, Vutium, Brno, 2013 a 2019, Překlad 8. orig. vydání (CS)
Halliday D., Resnick R., Walker J.: Fyzika, 5 brožovaných svazků. Vysoké učení technické v Brně, Vutium, Prometheus Praha, 2000, 2003, 2006, Překlad 5. orig. vydání. (CS)

Doporučená literatura

DOBIS, P., UHDEOVÁ, N., BRÜSTLOVÁ, J., BARTLOVÁ, M. Průvodce studiem předmětu Fyzika 1. Průvodce studiem Fyziky 1. Brno: FEKT VUT v Brně, 2002. (CS)
Hyperphysics: http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/hframe.html (EN)
Lepil O., Bednařík M., Hýblová R.: Fyzika pro střední školy 1.díl (vydání s CD) Prometheus 2012 (CS)
Lepil O., Bednařík M., Hýblová R.: Fyzika pro střední školy 2.díl (vydání s CD) Prometheus 2012 (CS)
Serway R.,A, Jewett J,W: Physics for Scientists and Engineers with Modern Physics, 8 th Edition, Saunders College Publishing, 2010 (EN)

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program BPC-AMT bakalářský 1 ročník, letní semestr, povinný
  • Program BPC-SEE bakalářský 1 ročník, letní semestr, povinný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

Osnova

1. Základy mechaniky částic. 2. Pohybová rovnice a její aplikace. Kmity. Práce, energie, výkon. Zákony zachování. Srážky. 3. Gravitační, tíhové pole a elektrostatické pole. 4. Elektrický náboj, Coulombův zákon. Intenzita elektrického pole, siločáry. Bodový náboj a dipól v elektrickém poli. 5. Gaussův zákon elektrostatiky a jeho použití. 6. Elektrický potenciál a napětí. 7. Kapacita. Energie elektrostatického pole. Elektrostatické pole v dielektriku. 8. Elektrický proud, rovnice kontinuity. Elektrický odpor. Vedení proudu v látkách 9. Magnetické pole vyvolané proudem, Biotův-Savartův zákon, magnetické indukční čáry. 10. Ampérův zákon celkového proudu. Silové působení magnetického pole. 11. Faradayův indukční zákon. Cívky a indukčnost. Střídavé proudy. 12. Gaussův zákon pro magnetické pole. Magnetické pole v látkách. 13. Maxwellovy rovnice v integrálním a diferenciálním tvaru pro vakuum a pro dielektrikum.

Cvičení odborného základu

14 hod., povinná

Vyučující / Lektor

Osnova

Pohybová rovnice, zákony zachování v mechanice, srážky.
Intenzita elektrického pole. Gaussův zákon elektrostatiky.
Magnetické pole vyvolané proudem, zákon celkového proudu. Silové působení magnetického pole.
Gaussův zákon pro magnetické pole. Faradayův indukční zákon.

Cvičení na počítači

12 hod., povinná

Vyučující / Lektor

Osnova

Pohyb hmotného bodu v homogenním tíhovém poli.
Modelování elektrostatického pole - intenzita a potenciál.
Pohyb nabitých částic ve stacionárním magnetickém poli.

Laboratorní cvičení

26 hod., povinná

Vyučující / Lektor

Osnova

Pravidla práce v laboratoři. Zpracování a prezentace uskutečněného měření.
Určování momentů setrvačnosti. Zákony zachování momentu setrvačnosti a mechanické energie.
Tíhové zrychlení - Reverzní kyvadlo.
Rychlost světla.
Měrný náboj elektronu.
Teplotní závislost odporu kovů a polovodičů. Termistor.
Supravodivost.
Magnetické pole kolem vodiče. Silové působení magnetického pole.
Magnetické vlastnosti látek.
Hallův jev.
Absorpce světla.
Polarizované světlo, interference světla, laser.
Seminář, prezentace seminární práce.