The growth influence on optical properties of GaAsSb/GaAs ...piosit/eka/wyklad_1.pdf · Pomoce...

Podstawy fizyki Wykład 1

Dr Piotr Sitarek

Katedra Fizyki Doświadczalnej, W11, PWr

Moja strona domowa:

if.pwr.edu.pl/~piosit

informacje do wykładu:

Dydaktyka/Elektronika 1 Miejsce konsultacji: pokój 37/4, budynek A-1

Użyteczne informacje

Plan kursu

1. Pomiary i wielkości fizyczne. Rachunek wektorowy

2. Kinematyka punktu materialnego

3. Zasady dynamiki Newtona. Równania ruchu

4. Układy nieinercjalne. Siły bezwładności

5. Zasada zachowania pędu. Zderzenia ciał

6. Druga zasada dynamiki dla ruchu obrotowego

7. Zasada zachowania momentu pędu

8. Drgania harmoniczne

9. Fale mechaniczne

10. Kinetyczna teoria gazów. Elementy termodynamiki

11. Elementy optyki geometrycznej – odbicie, załamanie

światła

12. Elementy optyki falowej – dyfrakcja, interferencja światła

13. Elementy szczególnej teorii względności

Literatura

Wykład

D. Halliday, R. Resnick, J.Walker: Podstawy Fizyki, tomy 1-2, 4, Wydawnictwa

Naukowe PWN, Warszawa 2003.

I.W. Sawieliew, Wykłady z Fizyki tom1 i 2 , Wydawnictwa Naukowe PWN,

Warszawa, 2003.

K.Sierański, P.Sitarek, K.Jezierski, Repetytorium. Wzory i prawa z

objaśnieniami, Oficyna Wydawnicza Scripta, 2002.

K.Sierański, K.Jezierski, B.Kołodka, Wzory i prawa z objaśnieniami, cz. 1,

Oficyna Wydawnicza Scripta, 2005.

K.Sierański, K.Jezierski, B.Kołodka, Wzory i prawa z objaśnieniami, cz. 2,


K.Sierański, J.Szatkowski, Wzory i prawa z objaśnieniami, cz. 3, Oficyna

Wydawnicza Scripta, 2008.

H. D. Young, R. A. Freedman, Sear’s & Zemansky’s University Physics with

Modern Physics, Addison-Wesley Publishing Company, 2000.

Witryna dydaktyczna Instytutu Fizyki PWr http://www.if.pwr.wroc.pl/dydaktyka.

zawiera materiały dydaktyczne

Literatura (cd)

Ćwiczenia

J.Walker, Podstawy fizyki. Zbiór zadań, Wydawnictwa Naukowe PWN,

Warszawa 2005.

K.Jezierski, B.Kołodka, K.Sierański, Zadania z rozwiązaniami, Oficyna

Wydawnicza Scripta.

K.Jezierski, K.Sierański, I.Szlufarska, Repetytorium. Zadania z rozwiązaniami,


Pomoce dydaktyczne

Politechnika Wrocławska na swoim kanale internetowym YouTube udostępniła kurs Fizyka 1. Wykłady i doświadczenia zostały przeprowadzone przez dr hab. Ewę Popko z Instytutu Fizyki Wydziału Podstawowych Problemów Techniki. Na cały cykl składają się 82 odcinki wykładów oraz 16 odcinków doświadczeń, omawiających szereg kluczowych zagadnień z kursu Fizyka 1. Więcej informacji na stronie:

http://www.portal.pwr.wroc.pl/2200170,241.dhtml

Pomiary i wielkości fizyczne

Np. D.Halliday, R.Resnick, J.Walker, Podstawy fizyki (PWN) H. D. Young, R. A. Freedman, Sear’s & Zemansky’s University Physics with Modern Physics, Addison-Wesley Publishing Company, 2000. K.Sierański, P.Sitarek, K.Jezierski, Repetytorium … (Scripta)

Fizyka to nauka eksperymentalna

Fizycy (i inni obserwatorzy) obserwują naturę i starają się znajdować schematy

i zasady, które do tych zjawisk się odnoszą. Te schematy nazywamy teoriami

fizycznymi.


Rozwiązywanie problemów fizycznych – metodologia.

1. Zidentyfikowanie problemu – znalezienie zasad fizycznych, które mają miejsce

2. Opisanie problemu – szkice, równania

3. Rozwiązanie – matematyczne

4. Sprawdzenie wyniku pod kątem fizycznym


Model wyidealizowany

- uproszczona wersja systemu fizycznego

Np. rzut piłką baseball’ową

piłka obraca się, ma skomplikowany kształt

kierunek ruchu

siła grawitacji (zależna od wysokości)

siła oporu

piłka traktowana jako punkt materialny

brak siły oporu

stała siła grawitacji


Eksperyment fizyczny wymaga pomiarów, których wynik opisujemy

zwykle liczbami – wielkości fizyczne (np. waga, wzrost).

Niektóre wielkości fizyczne są tak podstawowe, że możemy tylko

opisać jak je mierzyć, np. pomiar :

- długości

- czasu

Inne wielkości zależą od wielkości podstawowych, np. prędkość.

Aby pomiar był wiarygodny, niezbędne jest aby był powtarzalny

niezależnie od miejsca pomiaru.

Od 1960 roku obowiązuje Międzynarodowy System Miar i Wag (SI

– z j. francuskiego).


Definicje jednostek podstawowych wielkości fizycznych

ewoluowały poprzez wieki.

Metr

w 1791 była to 1/10 000 000 poniższej długości

Aktualnie jest to odległość jaką pokonuje światło w próżni przez

1/299 792,458 sekundy.

m znany wszechświat 1026

odległość od Słońca 1011

średnica Ziemi 107

człowiek i otoczenie 1

czerwona krwinka 10-5

promień atomu 10-10

promień jądra atomowego 10-14


Sekunda

Między 1889 a 1967 była to część tzw. dnia słonecznego, czyli

czasu gdy Słońce osiąga najwyższy punkt na niebie.

Od 1967 roku 1 sekunda jest to 9 192 631 770 cykli promieniowania

mikrofalowego cezu – tzw. zegar atomowy.


Kilogram

walec platynowo-irydowy

lub węgiel C12, którego masa wynosi 12 atomowych jednostek masy: 1u = 1,660 538 86 10-27kg

kg znany wszechświat 1053

nasza galaktyka 2 1041

Słońce 2 1030

Księżyc 7 1022

liniowiec 7 107

słoń 3 103

winogrono 3 10-3

cząsteczka penicyliny 5 10-17

atom uranu 4 10-25

elektron 9 10-31

Rachunek wektorowy

Np. K.Sierański, K.Jezierski, B.Kołodka, Wzory …, cz. 1, (Scripta, 2005)

Skalar to wielkość, do opisu której wystarczy podanie liczby rzeczywistej. Tak

jest w przypadku masy ciała, czasu, temperatury, pracy, energii, ładunku

elektrycznego i wielu innych wielkości fizycznych.

Wektor to wielkość, którą opisujemy podając liczbę i kierunek w przestrzeni.

Przykładem fizycznych wielkości wektorowych są prędkość i siła. W ich

przypadku nie wystarcza podanie ich wartości, konieczne jest podanie kierunku

prędkości (ruchu ciała) oraz kierunku siły.

W układzie współrzędnych wektor można opisać za pomocą trzech liczb

nazywanych składowymi wektora.

Tensor to wielkość, do opisania której podajemy macierz współczynników, tak

jak w przypadku momentu bezwładności. W przestrzennym układzie

współrzędnych (3–wym.) tensor to 9 liczb nazywanych współczynnikami

(wektor – 3 liczby, skalar – 1 liczba).

Wielkości fizyczne ze względu na ich własności matematyczne dzielimy na:

Rachunek wektorowy

Rachunek wektorowy

własności

Rachunek wektorowy

Kinematyka

Ruch prostoliniowy

• Położenie i przemieszczenie

• Prędkość średnia i chwilowa

• Przyspieszenie

• Spadek swobodny

Ruch w dwóch i trzech wymiarach

• Rzut ukośny

• Ruch jednostajny po okręgu

Np. D.Halliday, R.Resnick, J.Walker, Podstawy fizyki (PWN) K.Sierański, P.Sitarek, K.Jezierski, Repetytorium … (Scripta)

Założenia:

- ruch odbywa się tylko wzdłuż linii prostej (pionowej lub poziomej),

- interesuje nas sam ruch i jego zmiany a nie ich przyczyny,

- poruszające się ciało traktujemy jak obiekt punktowy, czyli obdarzony masą lecz bez rozmiaru.

Ruch prostoliniowy

Położenie i przemieszczenie

- położenie ciała, współrzędna punktu w jakim się ono znajduje liczone od określonego punktu odniesienia – np. początku osi,

- przemieszczenie Dx – zmiana położenia pomiędzy danymi punktami

Ruch prostoliniowy

kierunek ujemny

kierunek dodatni

2 1x x xD

Ruch prostoliniowy

Prędkość średnia

nachylenie prostej

2 1

2 1

sr

x xxv

t t t

D D

całkowita droga przebyta przez ciało

czas potrzebny na przebycie odcinka drogi

Ruch prostoliniowy

Prędkość chwilowa – prędkość poruszania się ciała w danej chwili,

0

dlim

dt

x xv

t tD

D

D

dla

dla

Czas [s]

Po

łoże

nie

[m

]

24m 4m4m/s

8s 3s

xv

t

D

D

Przyspieszenie – określa jak zmienia się prędkość ciała.

Ruch prostoliniowy

Analogicznie jak w przypadku prędkości, można określić przyspieszenie średnie

oraz przyspieszenie chwilowe (przyspieszenie)

Ruch prostoliniowy

2 1

2 1

sr

v vva

t t t

D D

2

2

d d d d

d d d d

v x xv

t t t t a

Ruch prostoliniowy

Przyspieszenie stałe

- Najczęściej będziemy się spotykać ze stałym przyspieszeniem (opóźnieniem).

- Gdy przyspieszenie chwilowe i średnie są równe, można zapisać

Gdzie przez v0 oznaczyliśmy prędkość w chwili t = 0. Przekształcając powyższe, mamy

0

0sr

v va a

t

0v v at

Spadek swobodny (rzut pionowy)

Gdy rzucimy ciało do góry, to po pewnym czasie zacznie ono spadać. Tak podczas wznoszenia jak i opadania ciało porusza się z przyspieszeniem, które nazywamy

przyspieszeniem ziemskim.

Nie zależy ono od własności

przedmiotu (masa, kształt, itd.) – gdy

zaniedbamy wpływ powietrza.

Ruch prostoliniowy

29,8 m/sg

Ruch prostoliniowy

Rzut pionowy w górę

Ruch prostoliniowy

Rzut pionowy w dół

Ruch prostoliniowy

Ruch prostoliniowy jednostajnie zmienny

Ruch prostoliniowy

Graficzne wyznaczanie drogi

Ruch jednostajny

Ruch jednostajnie zmienny


Założenia:

- tor ruchu nie musi być linią prostą,

- ciągle interesuje nas sam ruch i jego zmiany a nie ich przyczyny,

- poruszające się ciało traktujemy jak obiekt punktowy, czyli obdarzony masą lecz bez rozmiaru


Położenie

Wektor położenia (wektor wodzący) – wektor łączący punkt, w którym znajduje się cząstka z punktem odniesienia (np. początek układu współrzędnych)

ˆ ˆ ˆi j kr x y z


Przemieszczenie

Gdy wektory położenia cząstki w pewnym przedziale czasu zmienia się od r1 do r2, to przemieszczenie cząstki w tym przedziale czasu wynosi

2 1r r rD

położenie początkowe

położenie końcowe tor ruchu cząstki

2 2 2 1 1 1

2 1 2 1 2 1

ˆ ˆ ˆ ˆ ˆ ˆ( i j k) ( i j k)

ˆ ˆ ˆ( )i ( ) j ( )k

r x y z x y z

x x y y z z

D


Przyspieszenie średnie

2 1sr

v v va

t t

D

D D

zmiana prędkości

przedział czasu

Przyspieszenia chwilowe d

d

va

t

dd d; ;

d d d

yx zx y z

vv va a a

t t t

tor

styczna dd dd ˆ ˆ ˆ ˆ ˆ ˆ( i j k) i j k

d d d d

yx zx y z

vv va v v v

t t t t


Rzut poziomy w polu grawitacyjnym


Rzut poziomy w polu grawitacyjnym – obliczenia


Rzut ukośny w polu grawitacyjnym


Rzut ukośny w polu grawitacyjnym - obliczenia


Rzut ukośny w polu grawitacyjnym – tor ruchu

Ruch po okręgu

Ruch jednostajny po okręgu

- ruch odbywa się po okręgu lub kołowym łuku z prędkością o stałej wartości,

- choć wartość prędkości się nie zmienia, ruch cząstki jest ruchem przyspieszonym

2 RT

v

okres obiegu

promień okręgu

Ruch po okręgu

Wielkości kątowe – prędkość kątowa

d

dt

Ruch po okręgu

Wielkości kątowe – przyspieszenie kątowe

2

2

d d

d dt t

d

ds

va

t

Ruch po okręgu

Przyspieszenie dośrodkowe (normalne)

Ruch po okręgu

Wielkości liniowe a kątowe

Dziękuję za uwagę!

The growth influence on optical properties of GaAsSb/GaAs ...piosit/eka/wyklad_1.pdf · Pomoce...

Documents

Transcript of The growth influence on optical properties of GaAsSb/GaAs ...piosit/eka/wyklad_1.pdf · Pomoce...