UFPA110 Mechanika a molekulová fyzika pro Apl. fyziku

Filozoficko-přírodovědecká fakulta v Opavě
zima 2021
Rozsah
4/2/0. 6 kr. Ukončení: zk.
Vyučující
doc. RNDr. Jiří Kovář, Ph.D. (přednášející)
RNDr. Daniel Charbulák, Ph.D. (cvičící)
Garance
doc. RNDr. Jiří Kovář, Ph.D.
Centrum interdisciplinárních studií – Filozoficko-přírodovědecká fakulta v Opavě
Rozvrh
St 15:35–18:50 B1
  • Rozvrh seminárních/paralelních skupin:
UFPA110/A: Út 14:45–16:20 B4, D. Charbulák
Předpoklady
Znalosti středoškolské fyziky a matematiky.
Omezení zápisu do předmětu
Předmět je nabízen i studentům mimo mateřské obory.
Mateřské obory/plány
Cíle předmětu
Předmět je prvním z předmětů základního kurzu fyziky. Cílem předmětu je seznámit studenty s matematickým aparátem používaným v klasické fyzice a zejména potom se základními zákonitostmi mechaniky a termiky na vysokoškolské úrovni, fyzikálními postupy, myšlením a pohledem na fyzikální problémy obecně.
Výstupy z učení
Studenti budou ovládat matematický aparát používaným v klasické fyzice a mít znalosti základních zákonitostmi mechaniky a termiky na vysokoškolské úrovni.
Osnova
  • • Úvod do studia fyziky – obsah, metody a dělení fyziky; fyzikální veličiny a jednotky; vztažná soustava a soustava souřadnic; skalární a vektorové fyzikální veličiny.
    • Kinematika hmotného bodu – polohový vektor, pohyb, trajektorie, dráha; rychlost a zrychlení; klasifikace a diskuse pohybů; kruhový pohyb. • Dynamika hmotného bodu – síla a interakce těles, izolované těleso; Newtonovy pohybové zákony; reálné síly; setrvačné síly, inerciální a neinerciální vztažné soustavy; Galileova transformace a princip relativity; hybnost a II. Newtonův pohybový zákon, zákon zachování hybnosti soustavy hmotných bodů, I. věta impulzová; moment síly a hybnosti, centrální síla, zákon zachování momentu hybnosti, II. věta impulzová; práce síly; mechanická energie. • Gravitační pole – Newtonův gravitační zákon; intenzita gravitačního pole, práce gravitační síly, gravitační potenciální energie a potenciál; pohyb v centrálním gravitačním poli, Keplerovy zákony; tíhová versus gravitační síla, pohyb v tíhovém poli. • Mechanické kmitání – mechanický oscilátor a jeho kmitání, perioda a frekvence kmitání; volné harmonické kmitání, pohybová rovnice a rovnice výchylky, pružinový oscilátor a matematické kyvadlo; tlumené harmonické kmitání, pohybová rovnice a rovnice výchylky, nucené harmonické kmitání, pohybová rovnice; skládání kmitání, rezonance. • Mechanika tuhého tělesa – tuhé těleso, jeho hmotnost a typy pohybů; skládání sil působících na tuhé těleso; hmotný střed a těžiště tělesa, výpočet polohy těžiště; energie, moment setrvačnosti a pohybové rovnice tuhého tělesa; kyvadla. • Mechanika ideální kapaliny – ideální kapalina, tlak, Pascalův zákon, hydrostatický tlak, Archimédův zákon; základní rovnice hydrostatiky; proudění ideální kapaliny, rovnice kontinuity a Bernoulliho rovnice; proudění reálné kapaliny. • Termodynamika – termodynamická soustava, rovnovážný stav soustavy, stavové veličiny; teplota, vnitřní energie, práce, teplo; I. hlavní věta termodynamiky; tepelná kapacita, Poissonova konstanta, kalorimetrická rovnice; šíření tepla; vratný děj a nevratný děj, II. hlavní věta termodynamiky. • Kinetická teorie plynů – základní předpoklady kinetické teorie plynů, ideální plyn; tlak ideálního plynu, střední kvadratická rychlost molekul; stavová rovnice ideálního plynu, Gay-Lussacův, Charlesův, Boylův a Mariottův zákon; Boltzmanova rovnice a Maxwellův zákon rozdělení rychlostí molekul, střední volná dráha molekuly; stavová rovnice reálného plynu. • Termodynamika ideálního plynu – vratný a nevratný děj v ideálním plynu, vnitřní energie ideálního plynu, ekvipartiční teorém; I. hlavní věta termodynamiky, vratný děj izochorický, izobarický, izotermický, adiabatický; Carnotův kruhový děj a jeho účinnost, II. hlavní věta termodynamiky.
Literatura
    povinná literatura
  • Mechanika. Elektronická sbírka příkladů. SU Opava, 2005. info
  • HALLIDAY D., RESNICK R., WALKER J. Fyzika. Část 1 a 2. VUTIUM Brno, 2000. ISBN 80-214-1868-0. info
Výukové metody
Přednášky, diskuse, cvičení.
Metody hodnocení
Zápočet je udělován na základě úspěšného řešení příkladů dvou písemných prací v průběhu semestru a na základě aktivity studentů na cvičení. Zkouška se skládá ze tří částí. V první části studenti řeší dva příklady, ve druhé potom představují a komentují základní zákonitosti, zatímco ve třetí části diskutují a odvozují základních vztahy.
Další komentáře
Studijní materiály
Předmět je dovoleno ukončit i mimo zkouškové období.
Předmět je zařazen také v obdobích zima 1993, zima 1994, zima 1995, zima 1996, zima 1997, zima 1998, zima 1999, zima 2000, zima 2001, zima 2002, zima 2003, zima 2004, zima 2005, zima 2006, zima 2007, zima 2008, zima 2009, zima 2010, zima 2011, zima 2012, zima 2013, zima 2014, zima 2015, zima 2016, zima 2017, zima 2018, zima 2019, zima 2020, zima 2022.