PROGRAM WYKŁADU Z FIZYKI

dla kierunku: ‘Fizyka Techniczna’ – semestr pierwszy

I.A. Ogólne spojrzenie na fizykę i jej znaczenie

II. B. Pomiary i jednostki

1. Wielkość mierzona – definicja operacyjna, jednostka, niepewność pomiaru

2. Wielkości fundamentalne i jednostki fundamentalne w układzie SI (sekunda, metr, kilogram)

3. Jednostki uzupełniające (mol, radian i steradian)

4. Jednostki pochodne

5. Jednostki wielokrotne i podwielokrotne

1. Podstawy kinematyki

1. Ruch i jego znaczenie

2. Pojęcie układu odniesienia i układy współrzędnych

3. Aparat matematyczny w kinematyce

4. Ruch punktu materialnego na płaszczyźnie (równanie ruchu i toru, prędkość chwilowa, prędkość radialna i transwersalna, przyspieszenie, przyspieszenie styczne i normalne, przykłady: ruch jednostajny po okręgu, rzut ukośny)

5. Ruch względny i transformacja Galileusza

6. Kinematyka ruchu po okręgu

7. Względny ruch obrotowy (transformacja prędkości i przyspieszenia, opis w układzie biegunowym)

2. Wstęp do dynamiki

1. Pojęcie siły

2. Prawo bezwładności

3. Pojęcie pędu

4. Zasada zachowania pędu

3. Zasady dynamiki Newtona i ich konsekwencje (ciężar a masa)

4. Układy nieinercjalne i siły bezwładności

1. Klasyczna zasada względności

2. Układy nieinercjalne i pojęcie siły bezwładności

3. Przykłady (wahadło stożkowe, człowiek w windzie, siły działające na ciała na powierzchni Ziemi - siła odśrodkowa, siła Coriolisa)

* * *

5. Zastosowania praw dynamiki

1. Ruch pod wpływem działania stałej siły

2. Maszyna Atwooda

3. Siły tarcia

4. Ciało na równi pochyłej

5. Siła sprężysta

6. Siły oporu w ośrodku lepkim (spadek w powietrzu)

7. Ruch ciała o zmiennej masie (spadająca kropla deszczu, równanie dynamiki rakiety, równanie Ciołkowskiego)

6. Dynamika krzywoliniowego ruchu punktu materialnego

1. Siła styczna i siła normalna

2. Pojęcie momentu siły

3. Pojęcie momentu pędu punktu materialnego

4. Ruch punktu materialnego pod wpływem siły centralnej

7. Praca i energia

1. Pojęcie pracy

2. Pojęcie mocy

3. Energia kinetyczna

4. Energia potencjalna (pojęcie siły zachowawczej)

5. Zasada zachowania energii mechanicznej

6. Związek między energią potencjalną a ruchem punktu materialnego (przypadek jednowymiarowy, energia w ruchu krzywoliniowym w polu centralnym)

III.Ruch drgający

1. Drgania relaksacyjne i harmoniczne
2. Kinematyka prostego ruchu harmonicznego
3. Wahadło matematyczne
4. Superpozycja drgań prostych (dudnienia, krzywe Lissajous)
5. Oscylatory sprzężone
6. Drgania anharmoniczne
7. Drgania harmoniczne tłumione
8. Drgania wymuszone i rezonans
9. Analiza Fouriera ruchu periodycznego
10. Przestrzeń fazowa i podstawowe informacje o oscylacjach nieliniowych i dynamicznym chaosie

* * *

8. Grawitacja

1. Prawa Keplera

2. Prawo Newtona

3. Pole grawitacyjne (pojęcie linii pola, natężenie pola, zasada superpozycji)

4. Grawitacyjna energia potencjalna

5. Ogólne rozwiązanie ruchu w centralnym polu grawitacyjnym

6. Grawitacja ciał o symetrii sferycznej

7. Podstawy eksploracji przestrzeni kosmicznej (satelity, podróże po Układzie Słonecznym, orbity Hohmanna)

8. Masa bezwładna a masa grawitacyjna

9. Dynamika układu punktów materialnych

1. Model bryły sztywnej i model płynu idealnego

2. Pojęcie środka masy

3. Moment pędu układu cząstek (zasada zachowania momentu pędu, wewnętrzny i orbitalny moment pędu, moment pędu bryły sztywnej, pojęcie momentu bezwładności)

4. Dynamika ruchu obrotowego bryły sztywnej (równanie dynamiki ruchu obrotowego bryły, twierdzenie Steinera, wahadło fizyczne i wahadło torsyjne, energia kinetyczna ruchu obrotowego bryły, tarcie toczne)

5. Konsekwencje zasady zachowania momentu pędu (efekty żyroskopowe)

6. Ruch obrotowy bryły sztywnej wokół osi swobodnej (układ sił działających na bryłę, obrót bryły wokół osi zamocowanej w łożyskach – główne osie bezwładności i elipsoida bezwładności, ruch bąka symetrycznego – precesja)

7. Statyka bryły sztywnej (dynamiczne i energetyczne warunki równowagi)

8. Zderzenia (ogólny opis zderzenia jako efektu oddziaływania dwóch ciał, zderzenia kul: sprężyste i całkowicie niesprężyste, centralne i niecentralne, rozpad ciała na dwa fragmenty, ruch komety w polu Słońca)

* * *

10. Elementy mechaniki płynów

1. Definicje podstawowych pojęć

2. Hydrostatyka (prawa Pascala, siła wyporu i prawo Archimedesa, powierzchnia swobodna cieczy, napięcie powierzchniowe)

3. Ogólny opis przepływu płynów (rodzaje przepływów, pojęcia linii prądu i strugi, prawo ciągłości)

4. Równanie Bernoulli’ego i jego konsekwencje (paradoks hydrodynamiczny, efekt Magnusa, siła nośna działająca na skrzydło)

5. Dynamika cieczy rzeczywistej (lepkość, przepływ laminarny przez rurę – prawo Hagena-Poisseuille’a, opór tarcia i opór ciśnienia, podobieństwo hydrodynamiczne i liczba Reynoldsa, przepływ turbulentny i półempiryczna formuła Darcy’ego)

11. Właściwości sprężyste ciał

1. Prawo Hooke’a (odkształcenia postaci i objętości, pojęcie naprężenia, siły styczne i normalne)

2. Odkształcenia sprężyste (ścinanie, rozciąganie i ściskanie, ugięcie i wyboczenie belki)

3. Odkształcenia plastyczne i granica wytrzymałości

12. Ruch falowy

1. Definicje podstawowych pojęć (rodzaje fal – różne kryteria podziału, równanie fali o stałym kształcie)

2. Równanie falowe d’Alamberta

3. Fale sprężyste (fala podłużna w pręcie, fala poprzeczna na strunie, ogólna formuła na prędkość fali sprężystej)

4. Fale na powierzchni wody

5. Natężenie fali

6. Ruch falowy w ośrodku dyspersyjnym (pojęcie prędkości grupowej)

7. Zjawisko Dopplera

8. Zasada Huygensa i dyfrakcja fal na szczelinie

9. Interferencja dwóch fal (doświadczenie Younga, fale stojące i rezonans akustyczny)

13. Szczególna teoria względności

1. Prędkość światła (doświadczenie Michelsona-Morleya, postulaty Einsteina)

2. Transformacja Lorentza

3. Diagram Minkowskiego i interwał czasoprzestrzenny

4. Konsekwencje transformacji Lorentza (relatywistyczne: dodawanie prędkości, transformacja przyspieszenia, skrócenie długości, dylatacja czasu

5. Pęd relatywistyczny

6. Relatywistyczne ujęcie problemu energii (energia całkowita i spoczynkowa, relatywistyczna energia kinetyczna)

7. Wybrane efekty relatywistyczne (relatywistyczne: efekt Dopplera, zwężenie wiązki promieniowania, paradoks bliźniąt)

XVI. Elementy ogólnej teorii względności

1. Podstawowe pojęcia (zasada równoważności, związek między rozkładem mas i strukturą czasoprzestrzeni)

2. Główne efekty OTW (precesja peryhelium Merkurego, ugięcie promieni świetlnych przez masy, zmiana częstotliwości promieniowana elektromagnetycznego w polu grawitacyjnym, zależność biegu zegarów od pola grawitacyjnego – GPS, fale grawitacyjne)