Detail předmětu
Fyzika I
FSI-2F-A Ak. rok: 2020/2021 Letní semestr
Základní zákony a teorie klasické a moderní fyziky, které tvoří základ inženýrských disciplin.
Klasická mechanika. Pohyb částice (rychlost, zrychlení). Dynamika částice, Newtonovy zákony. Práce a energie, konzervativní a nekonzervativní síly, potenciál. Dynamika soustavy částic a tuhého tělesa, dynamika rotujícího tělesa. Gravitační pole. Kmity a vlny, harmonický oscilátor, postupná a stojatá vlna, vlnová rovnice, interference vln. Termodynamika, teplo, kinetická teorie plynů, entropie, tepelné motory.
Jazyk výuky
angličtina
Počet kreditů
7
Garant předmětu
Zajišťuje ústav
Výsledky učení předmětu
Znalost základů klasické a moderní fyziky na univerzitní úrovni v oblasti klasické mechaniky, nauky o kmitavém pohybu a vlnění, nauky o gravitačním poli a termodynamiky. Pochopení obecných fyzikálních principů a schopnost aplikovat je na konkrétní fyzikální soustavy. Schopnost provádět fyzikální výpočty aplikací vektorového, diferenciálního a integrálního počtu.
Prerekvizity
Znalosti a dovednosti středoškolské matematiky a fyziky. Základy vektorového, diferenciálního a integrálního počtu.
Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody
Předmět je vyučován formou přednášek, které mají charakter výkladu základních principů a teorie dané disciplíny. Cvičení je zaměřeno na praktické zvládnutí látky probrané na přednáškách. Výuka je doplněna laboratorním cvičením.
Způsob a kritéria hodnocení
Podmínky udělení zápočtu: alespoň 11 bodů v C1 a alespoň 6 bodů v L, maximálně lze získat 31 bodů. V případech hodných zvláštního zřetele (zejména s ohledem na aktivitu studenta ve cvičeních) může vyučující stanovit náhradní podmínky pro získání zápočtu, které však nezvýší počet dosažených bodů.<br>
Písemná část zkoušky je povinná pro všechny (15 testových otázek s výběrovými odpověďmi, 3 příklady, max 60 bodů), pokud při ní student získá méně než 30 bodů, pak u zkoušky neuspěl.<br>
Ústní části zkoušky se mohou dobrovolně podrobit studenti, kteří uspěli v předchozích částech. Ústní část je hodnocena celkem -10 až +10 body.<br>
Klasifikační hodnocení studenta (A – F) odpovídá celkovému dosaženému počtu bodů v souladu se Studijním a zkušebním řádem VUT. Podrobnosti na serveru <a href=http://physics.fme.vutbr.cz/files/vyuka/F1/FYZIKA1full.pdf>Physics.fme.vutbr.cz</a>.
Učební cíle
Cílem předmětu je seznámit studenty se základními zákony a teoriemi klasické a moderní fyziky tak, aby byli schopni je samostatně aplikovat na jednoduché systémy, objasnit a předpovědět jejich chování. Dalším úkolem předmětu je ukázat studentům, že fyzika tvoří teoretický základ a východisko inženýrských disciplin.
Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky
Účast ve cvičení je kontrolována. V teoretickém cvičení (C1) jsou zařazeny 3 kontrolní práce (KP, vždy 2 testové otázky s výběrovými odpověďmi, 2 příklady, max 7 bodů).
V laboratorním cvičení (L) je nezbytné absolvovat stanovené laboratorní úlohy a body se udělují za domácí přípravu, vedení laboratorního sešitu a zprávy o samostatných úlohách (celkem max 10 bodů).
V případě neúčasti na KP, která bude omluvena závažnými a doloženými důvody (zejména nemoc), může student požádat učitele o náhradní KP, která bude jednotně pro celý ročník v zápočtovém týdnu.
V případě neúčasti v laboratorní výuce, která bude omluvena závažnými a doloženými důvody (zejména nemoc), učitel studentovi stanoví náhradní termín pro vypracování úlohy.
Použití předmětu ve studijních plánech
Program B-STI-A: Fundamentals of Mechanical Engineering, bakalářský, povinný
Typ (způsob) výuky
Přednáška
39 hod., nepovinná
Vyučující / Lektor
Osnova
Měření. Mezinárodní soustava jednotek, základní a odvozené jednotky. Přímočarý pohyb. Grafické integrování při analýze pohybu. Vektory, jejich sčítání a násobení.
Dvojrozměrný a trojrozměrný pohyb, rychlost a zrychlení, rovnoměrný pohyb po kružnici. Vzájemný pohyb.
Síla a pohyb. Newtonovská mechanika. Inerciální vztažné soustavy. První, druhý a třetí Newtonův zákon. Některé typy sil. Užití Newtonových zákonů.
Práce a kinetická energie. Teorém o práci a kinetické energii. Práce gravitační síly. Práce pružné síly. Práce proměnné síly. Výkon.
Potenciální energie a zákon zachování energie. Konzervativní a nekonzervativní síly. Určení hodnot potenciální energie gravitační a pružné. Práce vnějších a nekonzervativních sil.
Soustavy částic a tuhé těleso. Střed hmotnosti. Hybnost. První impulzová věta. Srážky částic.
Rotace tuhého tělesa a valení. Veličiny charakterizující otáčivý pohyb. Moment setrvačnosti. Moment síly. Moment hybnosti. Druhá impulzová věta. Zákon zachování momentu hybnosti.
Rovnováha a pružnost. Těžiště a střed hmotnosti. Tah a tlak, smyk a všestranný tlak. Hookův zákon.
Gravitace. Newtonův gravitační zákon. Princip superpozice. Gravitační potenciální energie. Planety a družice: Keplerovy zákony.
Tekutiny. Tlak. Pascalův zákon. Archimedův zákon. Rovnice kontinuity. Bernoulliova rovnice.
Kmity. Harmonický pohyb, pohybová rovnice, energie. Torzní kmity. Kyvadla. Tlumený oscilátor. Nucené kmity a rezonance.
Vlny. Druhy vln. Vlny příčné a podélné. Postupná harmonická vlna. Vlnová rovnice. Princip superpozice. Interference vln. Stojaté vlny a rezonance. Zvukové vlny. Zázněje. Dopplerův jev.
Termodynamika. Nultý zákon termodynamiky, teplota a tepelná rovnováha. Práce a teplo. Vnitřní energie a první zákon termodynamiky, jeho aplikace. Ideální plyn (stavová rovnice, tepelné kapacity). Druhý zákon termodynamiky a entropie. Vratné a nevratné děje. Carnotův motor a jeho účinnost. Chladnička a tepelné čerpadlo.
Laboratorní cvičení
13 hod., povinná
Vyučující / Lektor
Osnova
1. Účinnost tepelného stroje: Stirlingův motor.
2. Numerická integrace pohybové rovnice: torzní kmity.
3. Vytvoření modelu: vlny v trubicích.
4. Numerické a grafické řešení: ohřev při tepelných ztrátách.
Cvičení
26 hod., povinná
Vyučující / Lektor
Osnova
Příklady jsou označeny podle základní literatury [1]:
1. téma: Vektory – opakování
2. téma: Pohyb částice
3. téma: Síla a pohyb
4. téma: Práce a energie
5. téma: Soustavy částic
6. téma: Rotace a valení
7. téma: Gravitace
8. téma: Kmity
9. téma: Vlny
10. téma: Termodynamika