Detail předmětu
Fyzika
FSI-BFAk. rok: 2010/2011
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. Témetický rozsah: pohyb částice (rychlost, zrychlení), práce a energie (konzervativní a nekonzervativní síly, potenciál), dynamika rotujících tělesd kmitání, harmonický oscilátor, vlnění, postupná vlna, interference vln, termodynamika, první a druhý princip termodynamiky, elektrostatické pole, intenzita a potenciál, elektrický proud, jednoduchý obvod.
Jazyk výuky
čeština
Počet kreditů
6
Garant předmětu
Zajišťuje ústav
Výsledky učení předmětu
Systemizace jednotek fyzikálních veličin, manipulace s rovnicemi obsahujícími fyzikální veličiny. Znalosti definic, zákonů a podmínek jejich platnosti v oblastech uvedených v osnově.
Prerekvizity
Znalosti klasické fyziky na úrovni střední školy. Základy lineární algebry, vektorového počtu a analytické geometrie. Diferenciální a integrální počet funkcí jedné proměnné.
Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody
Metody vyučování závisejí na způsobu výuky a jsou popsány článkem 7 Studijního a zkušebního řádu VUT.
Způsob a kritéria hodnocení
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.
Zkouška je písemná (popřípadě i ústní), prověřuje znalosti fyzikálních veličin, zákonů a zejména jejich užití na příkladech.
Učební cíle
Osvojení zákonů klasické fyziky (v uvedených oblastech fyziky), schopnost jejich aplikace. Budování fyzikálního základu technických disciplin.
Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky
Kontrolovaná účast vyučujícím ve výuce Teoretického cvičení (C1) a Laboratorního cvičení (C2B) stanovené rozvrhem. Způsob a termín nahrazení zameškané výuky stanoví vyučující.
Základní literatura
Halliday,D. - Resnick,R. - Walker,J.: Fyzika. VUTIUM, 2000.
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)
Šikula, J., Liška, M., Vašina, P.: Fyzika I, II, VUT v Brně, Brno 1991 (CS)
Zařazení předmětu ve studijních plánech
Typ (způsob) výuky
Přednáška
26 hod., nepovinná
Vyučující / Lektor
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. Vzájemný pohyb při vysokých rychlostech. Částicová (kvantová) fyzika.
Proč mění částice svoji rychlost? První Newtonův zákon. Síla, některé typy sil. Hmotnost. Druhý Newtonův zákon - pohybová rovnice. Řešení pohybové rovnice. Třetí Newtonův zákon.
Kinetická energie. Práce konstantní a proměnné síly. Výkon. Kinetická energie při vysokých rychlostech. 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. Kvantování 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. Lineárně polarizovaná vlny. 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. Entropie. Druhý zákon termodynamiky. Entropie kolem nás: motory, chladničky.
Elektrický náboj. Vodiče a nevodiče. Coulombův zákon. Kvantování náboje. Zachování náboje. Elektrického pole – intenzita. 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. Ampérmetr a voltmetr.
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. Vzájemný pohyb při vysokých rychlostech. Částicová (kvantová) fyzika.
Proč mění částice svoji rychlost? První Newtonův zákon. Síla, některé typy sil. Hmotnost. Druhý Newtonův zákon - pohybová rovnice. Řešení pohybové rovnice. Třetí Newtonův zákon.
Kinetická energie. Práce konstantní a proměnné síly. Výkon. Kinetická energie při vysokých rychlostech. 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. Kvantování 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. Lineárně polarizovaná vlny. 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. Entropie. Druhý zákon termodynamiky. Entropie kolem nás: motory, chladničky.
Elektrický náboj. Vodiče a nevodiče. Coulombův zákon. Kvantování náboje. Zachování náboje. Elektrického pole – intenzita. 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. Ampérmetr a voltmetr.
Cvičení
12 hod., povinná
Vyučující / Lektor
Osnova
Vektory: Kapitola 3 - 10C, 13C, 28Ú, 42C, 44C, 53Ú. Pohyb hmotného bodu: Kapitola 2 - 16C, 30Ú, 37C, 44C, 49Ú, 61C, 68Ú, 83Ú.
Síla a pohyb: Kapitola 5 - 7C, 9C, 40Ú, 63Ú. Kapitola 6 - 17Ú, 23Ú, 33Ú, 39Ú, 42Ú, 52C, 55C, 57C, 58C.
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.
Rotace a valení: Kapitola 4 - 63C, 67Ú. Kapitola 11 - 2C, 18Ú, 21Ú, 32C, 71Ú, 75Ú, 80C, 89Ú. Kapitola 12 - 5C, 8C, 13Ú, 14Ú.
Kmitání: Kapitola 16 - 9C, 12C, 14C, 17C, 23Ú, 25Ú, 41C, 46C, 49Ú, 67C. Vlnění: Kapitola 17 - 5C, 10C, 11C, 13Ú, 36C, 39C, 41C.
Termodynamika: Kapitola 19 - 16C, 21C, 25C, 29Ú, 43C, 44C, 50C, 52C, 54C, 65Ú.
Elektrický náboj, elektrické pole: Kapitola 22 - 4C, 10Ú. Kapitola 23 - 7C, 14Ú, 15Ú, 25Ú, 46C, 52Ú, 59C. Proudy a obvody: Kapitola 28: 9C, 11C, 16Ú, 23Ú, 33C, 60Ú, 61Ú, 65C, 66C.
Poznámka: Příklady jsou převzaty z učebnice [1] doporučené studentům: cvičení (např. 4C) a úlohy (např. 10Ú) jsou uvedeny v závěru kapitoly. Zadání příkladů lze najít i na http://physics.fme.vutbr.cz/~mcerny/BF/teorcv.htm
Síla a pohyb: Kapitola 5 - 7C, 9C, 40Ú, 63Ú. Kapitola 6 - 17Ú, 23Ú, 33Ú, 39Ú, 42Ú, 52C, 55C, 57C, 58C.
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.
Rotace a valení: Kapitola 4 - 63C, 67Ú. Kapitola 11 - 2C, 18Ú, 21Ú, 32C, 71Ú, 75Ú, 80C, 89Ú. Kapitola 12 - 5C, 8C, 13Ú, 14Ú.
Kmitání: Kapitola 16 - 9C, 12C, 14C, 17C, 23Ú, 25Ú, 41C, 46C, 49Ú, 67C. Vlnění: Kapitola 17 - 5C, 10C, 11C, 13Ú, 36C, 39C, 41C.
Termodynamika: Kapitola 19 - 16C, 21C, 25C, 29Ú, 43C, 44C, 50C, 52C, 54C, 65Ú.
Elektrický náboj, elektrické pole: Kapitola 22 - 4C, 10Ú. Kapitola 23 - 7C, 14Ú, 15Ú, 25Ú, 46C, 52Ú, 59C. Proudy a obvody: Kapitola 28: 9C, 11C, 16Ú, 23Ú, 33C, 60Ú, 61Ú, 65C, 66C.
Poznámka: Příklady jsou převzaty z učebnice [1] doporučené studentům: cvičení (např. 4C) a úlohy (např. 10Ú) jsou uvedeny v závěru kapitoly. Zadání příkladů lze najít i na http://physics.fme.vutbr.cz/~mcerny/BF/teorcv.htm