UFAF001 Mechanika a molekulová fyzika

Filozoficko-přírodovědecká fakulta v Opavě
zima 2022
Rozsah
4/2/0. 8 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 seminárních/paralelních skupin
UFAF001/A: Čt 14:45–16:20 B1, 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
    doporučená 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 2016, zima 2017, zima 2018, zima 2019, zima 2020, zima 2021, zima 2023.