1 FIZYKA dr inż. Janusz Tomaszewski Centrum Nauczania Matematyki i Fizyki PŁ budynek C3 pokój nr 504 tel. 42 6313654 e-mail: [email protected] http://cmf.p.lodz.pl/jtomasz

2 WYKŁAD (I-X) Cele, metody i narzędzia fizyki. Podstawy mechaniki klasycznej. Drgania i fale. Elementy akustyki. Elementy hydromechaniki. Właściwości stanów skupienia materii. Elementy termodynamiki fenomenologicznej. Mechanizmy transportu energii i ciepła, izolacyjność termiczna. Cztery podstawowe oddziaływania w przyrodzie. Elektryczne i magnetyczne właściwości materii. Fale elektromagnetyczne. Kwantowa natura materii i energii. Budowa atomu i jądra atomowego. Elementy mechaniki kwantowej. Zasada działania lasera. Poziomy energetyczne, model pasmowy ciał stałych. Elektronika i optoelektronika. Promieniotwórczość naturalna i sztuczna. Elementy fizyki jądrowej. ĆWICZENIA AUDYTORYJNE (I-V) Student zapoznaje się z fizyczną metodą analizowania rzeczywistości. Analiza różnorodnych problemów z zakresu mechaniki klasycznej: matematyczny opis układu fizycznego, postawienie problemu, jego rozwiązanie i interpretacja uzyskanych wyników. ĆWICZENIA LABORATORYJNE (VI-X) Wykonując różnorodne eksperymenty z zakresu fizyki klasycznej i współczesnej student zapoznaje się z zasadami zbierania i opracowywania danych doświadczalnych, oraz uczy się przygotowywać czytelne raporty z takiej działalności. Student ma też możliwość zaznajomienia się z różnymi rodzajami przyrządów pomiarowych oraz technikami komputerowej akwizycji i analizy danych.

3 Składniki oceny końcowej 1.Wykład (kolokwium wykładowe na koniec semestru) – 40 % 2.Ćwiczenia (kolokwium z zadań na koniec ćwiczeń) – 30 % 3.Laboratorium (średnia ocen ze sprawozdań i odp. ustnych) – 30 %

4 Literatura podstawowa 1. Tomaszewski J.: prezentacje wykładowe i materiały do ćwiczeń dostępne na stronie http://cmf.p.lodz.pl/jtomasz. 2. Pracownicy CMF PŁ: materiały z fizyki ogólnej (podręcznik, animacje) dostępne na stronie http://cmf.p.lodz.pl/efizyka 3. Kania S.(red.): Laboratorium fizyki CMF. Wyd.II, Wydawnictwa PŁ, Łódź 2009. 4. Pracownicy CMF PŁ: materiały z fizyki laboratoryjnej dostępne na stronie http://cmf.p.lodz.pl/efizyka Literatura uzupełniająca 1. Bobrowski Cz.: Fizyka - krótki kurs. Wyd. Nauk.-Techn., Warszawa 2004. 2. Halliday D., Resnick R., Walker J. : Podstawy fizyki. PWN, Warszawa, 2005. 3. Just A. (red.):Wstęp do analizy matematycznej i wybranych zagadnień z fizyki, Wydawnictwa PŁ, Łódź 2009.

5 http://cmf.p.lodz.pl/efizyka

6

7 Podział wielkości fizycznych skalar = liczba + jednostka wektor = liczba + jednostka + kierunek + zwrot + [punkt przyłożenia] 700 N kg

8 SKALARY WEKTORY objętość położenie masa prędkość czas pęd energia przyspieszenie siła ładunek opór natężenie prądu temperatura

9 Zapis wielkości fizycznych skalar wektor Wielkości skalarne zapisujemy symbolicznie za pomocą zwykłej czcionki, np.: m – masa, Q – ładunek, t – czas Wielkości wektorowe zapisujemy symbolicznie umieszczając strzałeczkę nad symbolem pisanym zwykłą czcionką lub za pomocą czcionki pogrubionej, np.: – siła, – przyspieszenie

10 to wektor siły to już skalar oznaczający wartość wektora siły czyli inaczej jego długość

11 Współrzędne wektora Każdy wektor można w przyjętym układzie współrzędnych rozłożyć na trzy składowe. Ich wartości to tzw. współrzędne wektora.

12 X Z Y

13 Współrzędne wektora Każdy wektor można w przyjętym układzie współrzędnych rozłożyć na trzy składowe. Ich wartości to tzw. współrzędne wektora. Można zatem zapisać wektor również i tak jak poniżej: wektory jednostkowe osi układu współrzędnych współrzędne wektora

14 Jak obliczyć długość wektora na podstawie współrzędnych?

15 Co można zrobić ze skalarami? dodawanie odejmowanie mnożenie dzielenie TAK ale tylko takich samych wielkości i o takiej samej jednostce

16 Co można zrobić z wektorami? dodawanie w - uw - u u w + uw + u w w u - u odejmowanie

17 Sumowanie (składanie) więcej niż dwóch wektorów Przenosimy wektory równolegle tak aby koniec jednego pokrywał się z początkiem kolejnego w sumie. Wektorem wypadkowym (sumą wektorów składowych) jest wektor zaczynający się w początku pierwszego a kończący się w końcu ostatniego z nich.

18 w 3·w3·w -w mnożenie wektora przez skalar

19 mnożenie skalarne wektorów Iloczynem skalarnym dwóch wektorów nazywamy skalar określony wzorem: Jeśli znamy współrzędne wektorów, ich iloczyn skalarny można także zapisać jako: gdzie  jest kątem między wektorami w i u Mnożenie skalarne jest operacją przemienną! Iloczyn skalarny wektorów prostopadłych wynosi zero!

20 mnożenie wektorowe wektorów Iloczynem wektorowym dwóch wektorów nazywamy wektor oznaczany jako w  u o następujących własnościach: - kierunek prostopadły do płaszczyzny wyznaczonej przez wektory w i u - zwrot w  u jest taki, że układ wektorów w, u, w  u (kolejność jest tu istotna) ma orientację zgodną z orientacją układu współrzędnych UWAGA!!! tzw. reguła śruby prawoskrętnej - wartość (długość wektora w  u) określona jest następującym wzorem: gdzie  jest kątem między wektorami w i u

21

22 mnożenie wektorowe wektorów c.d. - własności Jeżeli wektory w i u mają identyczny kierunek (są współliniowe) lub któryś z nich jest wektorem zerowym (ma wartość 0) to ich iloczyn wektorowy jest wektorem zerowym. Wartość (długość) iloczynu wektorowego wektorów w i u jest równa polu P rozpiętego na nich równoległoboku: P =  w  u  UWAGA!!! Mnożenie wektorowe nie jest operacją przemienną!!! P =  w  u  = = w∙u∙sin  

23 Podział wielkości fizycznych skalar = liczba + jednostka wektor = liczba + jednostka + kierunek + zwrot + [punkt przyłożenia] 700 N kg wróćmy do:

24 zauważmy że: wartości dowolnej wielkości fizycznej czy to skalarnej czy to wektorowej towarzyszy z reguły jednostka !!!

25 SI to obowiązujący układ jednostek Système International d'Unités Jednostki podstawowe metr [m] długość kilogram [kg] masa sekunda[s] czas amper [A] natężenie prądu kelwin [K] temperatura termodynamiczna kandela [cd] światłość kierunkowa mol [mol] ilość substancji/materii Wszystkie pozostałe jednostki są kombinacjami tych siedmiu podstawowych, np. jednostką przyspieszenia jest m/s 2. Czasem taka kombinacja posiada nawet nową specjalną nazwę, np. jednostka ładunku elektrycznego kulomb C = A∙s jednostka indukcji magnetycznej tesla T = kg/(s 2 ∙A)

26 UWAGA !!! Istnieje cała gama jednostek spoza SI. Należy je zawsze sprowadzać do jednostek SI !!! minuta 1 min = 60s godzina 1 h = 3600s cal 1 ” = 1 in = 0.0254m stopa 1 ft = 12 ” = 0.3048m jard 1 yd = 3ft = 0.9144m mila morska 1 NM = 1851.66m mila angielska 1 M = 1760yd = 1609.344m węzeł 1 kt = 1 NM/h = 1.852 km/h = 0.514444444 m/s st.Celsjusza T K = t C + 273.15 st.Fahrenheita T K = ( 5 / 9 )∙(t F – 32) + 273,15 kaloria 1 cal = 4.1855 J [J = kg∙m/s 2 ] funt 1 lb = 0.45359237 kg Przykłady:

27 wielokrotności i podwielokrotności petaP 10 +15 teraT10 +12 gigaG10 +09 megaM10 +06 kilok10 +03 hektoh10 +02 dekada10 +01 10 0 = 1 decyd10 -01 centyc10 -02 milim10 -03 mikro μ10 -06 nanon10 -09 pikop10 -12 femtof10 -15 attoa10 -18 UWAGA !!! w informatyce kB a właściwie KiB = 2 +10 B = 1024 B MB a właściwie MiB = 2 +20 B GB a właściwie GiB = 2 +30 B TB a właściwie TiB = 2 +40 B

28 przejścia między jednostkami P MGT k hda d c n μ m f p „stara liczba” ∙10 +18 „stara liczba” ∙10 –15 Przechodząc z większej jednostki na mniejszą musimy dostać większą liczbę – przesuwamy przecinek w liczbie w prawo (dodatnia potęga w mnożniku). Przechodząc z mniejszej jednostki na większą musimy dostać mniejszą liczbę – przesuwamy przecinek w liczbie w lewo (ujemna potęga w mnożniku). Mierząc ilość wody w wannie wiadrami (jednostka większa) dostajemy mniejszą liczbę niż wtedy gdy pomiary wykonujemy za pomocą szklanki (mniejsza jednostka).

29 Dane we wzorach Zaleca się sprowadzić najpierw wszystkie dane do jednostek podstawowych układu SI i dopiero po tym wstawiać do wzoru !!! Wynik otrzymamy wówczas również w jednostce podstawowej SI

30 Działania na mnożnikach potęgowych w szczególności STOP !!! sprowadź najpierw obie liczby do postaci z tym samym mnożnikiem i dopiero wtedy dodaj je