PODSTAWY FIZYKIOsoby prowadzce:

Wykad: Krystyna Pkaa p 322, tel 8214 pekala@mech.pw.edu.plhttp://www.if.pw.edu.pl/~pekala/

wiczenia rachunkowe: Magorzata Igalson p.322 Anna Pietnoczka p.315 Andrzej Kubiaczyk p. 326 Jerzy Filipowicz p. 709 Pawe Zabierowski p.315

TRE WYKADUPrzedmiot fizyki. Oddziaywania fundamentalne. Niektre zagadnienia mechaniki: inercjalne i nieinercjalne ukady odniesienia, zasada wzgldnoci i transformacja Galileusza, prawa zachowania (energii, pdu i momentu pdu), siy centralne, grawitacja. Mechanika relatywistyczna: postulaty Einsteina, dowiadczenie Michelsona-Morleya, transformacje Lorentza-wnioski z transformacji, dynamika relatywistyczna, zasada rwnowa noci Einsteina. Elektromagnetyzm: pole elektryczne, prawo Gaussa, przewodniki i dielektryki, polaryzacja, energia pola elektrycznego, przewodnictwo elektryczne metali, pole magnetyczne w pr ni, prawo Biota-Savarta, prawo Amperea, sia Lorentza, wektor namagnesowania, diamagnetyzm, paramagnetyzm, ferromagnetyzm, indukcja elektromagnetyczna, energia pola magnetycznego, rwnania Maxwella. Fale elektromagnetyczne, prdko fazowa i grupowa, zasada Fermata, dyspersja, interferencja i dyfrakcja fal, polaryzacja wiata

Niektre zagadnienia fizyki wspczesnej : Efekt fotoelektryczny, efekt Comptona , tworzenie par. Elementy mechaniki kwantowej: postulat de Brogliea, fale materii, zasada nieoznaczonoci Heisenberga, rwnanie Schrdingera, funkcja falowa. Teoria budowy atomu Czstki elementarne.

Literatura: 1.D. Halliday, R. Resnick, J.Walker Podstawy Fizyki t.1, 2 (rozdz 17,18), t.3, t.4, t.5, PWN 2003 2. W. Bogusz, J. Garbarczyk, F. Krok, Podstawy fizyki, Oficyna Wydawnicza PW, Warszawa 1999 3. J.Orear-Fizyka t.1,2-WNT 1999

Zasady zaliczania: wiczenia rachunkowe z fizyki 40 pkt. Egzamin 60 pkt. Jeli: 51-60 61-70 71-80 81-90 91-100 ocena 3 3.5 4 4.5 5

Wykad 1

1.Wstp Wykad 1 Czym zajmuje si fizyka ? Opis zjawisk w jzyku matematyki Oddziaywania fundamentalne 2.Kinematyka 3.Prawa dynamiki

Czym zajmuje si fizyka ? Fizyka zajmuje si badaniem podstawowych i uniwersalnych waciwoci materii i zjawisk zachodzcych w wiecie materialnym. Szuka praw opisujcych zachowanie wszystkich obiektw znajdujcych si w przyrodzie.

do kwarkw

Zakres mas i wymiarw obiektw materialnych we Wszechwiecie

magnetobakteria

Jak powstaj teorie fizyczne? Poznanie otaczajcego wiata przez dowiadczenie, w ktrym zbieramy dane (fizyczne wielkoci wyra one w jednostkach) Nastpnie tworzone s modele opisujce rzeczywisto. Potem powstaje teoria wyjaniajca mechanizm zjawiska

Jednostka dugoci-rok wietlny L=ct Jednostka masy m0c2 -MeV

41 rzdw wielkoci

Kilogram

84 rzdy wielkoci

82 rzdy wielkoci

Oddziaywania fundamentalne

silne elektromagnetyczne. sabe grawitacyjne

Oddziaywania silnekrtkozasigowe (10-15 jadro atomowe), wymiana ci kich czstek (gluony) Yukawa

Oddziaywania elektromagnetyczneatomy czsteczki krysztay wiato i inne fale elektromagnetyczne zasig nieskoczony

oddz. elektryczne >> magnetyczne

Oddziaywania sabenp. rozpad : wymiana ci kich bozonw, zasig 10-18 m < protonu

Oddziaywania grawitacyjnesabsze 10-37 razy od e-m zasig nieskoczony

Noniki oddziaywa

Noniki oddziaywa

Zakres zjawisk fizycznych, ktre bd omawiane na wykadzie

I semestr

DODAWANIE WEKTORW

Kinematykadzia mechaniki zajmujcy si opisem ruchu ( bez uwzgldniania przyczyn, ktre go wywoay)

Ruch - zmiana poo enia ciaa wzgldem ukadu odniesienia. Punkt materialny - ciao, ktrego rozmiary mo na zaniedba. Ruch prostoliniowy - wszystkie punkty poruszaj si wzdu linii prostej. Ruch paski - zachodzi w jednej paszczynie. Ruch obrotowy - wszystkie punkty ciaa poruszaj si po okrgach, ktrych rodki znajduj si na jednej prostej-osi obrotu.

Wektor poo enia

y

s r12=r2-r1 r2

r1

r = [x(t), y(t),z(t)]Rwnanie ruchux

Gdy t

0,

r12

s

Wektor prdkocidr dx dy dz v= = [ , , ] = [vx ,v y , v z ] dt dt dt dtKierunek wektora pokrywa si z kierunkiem stycznej, a zwrot okrelony jest przez znak przyrostu wektora poo enia

v = v , gdzie wersor styczny do toru Warto wektora prdkoci :

v= v2 +v2 +v2 x y zT wielko wskazuje prdkociomierz w samochodzie

Wektor przyspieszeniadv dvx dvy dvz a = =[ , , ] = [a x ,a y ,a z] dt dt dt dtW ruchu jednostajnie zmiennym:

a = const

t d v = a dt 0v

t dv = adt v 0v0

v(t) = v + at 0

t

Wykresy zale noci fizycznych

V R = = Constant I

t (s)

Droga = odlego wzdu toru

t t 2 2 2 s = vdt = vx + vy +vz dt 0 0Ruch jednostajny prostoliniowy:

rwnania toru

x = f(y,z) y = g(x,z) z = h(x, y)s

t s = vdt = vt 0Ruch jednostajnie zmienny:

t s = v + at dt = v t + 1 at 2 0 2 0 0

t

W ka dym innym przypadku:

t t 2 2 2 s = vdt = vx + vy +vz dt 0 0

W ruchu jednostajnym krzywoliniowym

:

Ruch jednostajny po okrgu pojawia si przyspieszenie an zwizane ze zmian kierunku wektora v

Obliczy r(t), v(t), a(t) dla punktu materialnego poruszajcego si ze sta prdkoci v0 po okrgu o promieniu R. Znale rwnanie toru.

Ruch przyspieszony po okrguA B C D a) prdko ronie b) maleje b)

a)

Ruch przyspieszony krzywoliniowyprzyspieszenie styczne i normalne do toru as an -wersor styczny do torun -wersor normalny do toru

r(t)

a = as + ann dv as = dt v2 an =

Dowd:

d (v ) dv d d ds / v2 n =a + n a= = +v = a +v n = a +v s s s dt dt dt dt dt Kiedy kierowca naciska peda gazu lub hamulca zmienia as, kiedy krci kierownic zmienia an

Zasada niezale noci ruchw: Ka dy ruch ciaa mo na traktowa jako zo enie kilku niezale nych ruchw

Gdzie powinni znale si turyci, aby odebra zrzucony z samolotu prowiant?

Rzut poziomy

Yh

V0 V0 Vy V0 V(t) Vy V0 Vy V(t) X

a = [0,g] v = [v ,0] o 0 r = [0, h] 0 v(t) = ? r (t) = ? y(x) = ?

Wektory prdkoci i przyspieszenia w rzucie ukonym

DYNAMIKAbada zwizek midzy czynnikami wywoujcymi ruch a wasnociami tego ruchu

PRAWA DYNAMIKI1.Postawiona na stole szklanka pozostaje w spoczynku. 2.Jeli odsuniemy st, spada, uzyskujc prdko im wy ej staa, tym wiksz ma prdko na dole. 3.Jeli spadnie, mo e si rozbi oraz uszkodzi podog.

1.Dopki wypadkowa si dziaajca na szklank nie zmienia si-szklanka nie spada. 2. Wypadkowa sia dziaajca na wazon zmienia stan jego ruchu-nadaje mu przyspieszenie lub opnienie. 3.Dziaanie jednego ciaa na drugie towarzyszy zwykle dziaanie drugiego ciaa na pierwsze.

Zasady dynamiki NewtonaI zasadaJeli na ciao nie dziaaj adne siy, lub dziaajce siy si rwnowa to ciao nie zmienia stanu swojego ruchu pozostaje w spoczynku, lub porusza si ruchem jednostajnym prostoliniowym.

(1643-1727)

Uwagi 1. Ukad, w ktrym speniona jest I zasada dynamiki nazywa si ukadem inercjalnym 2. Ka dy ukad poruszajcy si wzgldem ukadu inercjalnego ze sta prdkoci (staa warto i kierunek ) jest te ukadem inercjalnym. 3. Stany spoczynku oraz ruchu jednostajnego prostoliniowego s rwnowa ne z punktu widzenie zasad dynamiki

Czy Ziemia jest ukadem inercjalnym??? an=3.4 cm/s2, 0.6 cm/s2

TRANSFORMACJE GALILEUSZA

z z r r r0 U x y x (1564-1642) U u y

Ukad U porusza si wzgldem ukadu U ruchem jednostajnym prostoliniowym z prdkoci u

r =r +r0 '

'

v = v +u a= dv =a dt'

v a r t

= = = =

v ' + u a ' r ' + u t t'

SIA JEST NIEZMIENNIKIEM TRANSFORMACJI GALILEUSZA

Gdy U wykonuje dodatkowo ruch rotacyjny:

v = v' + u + r'

v = v' + u

II zasada dynamiki NewtonaZmiana pdu ciaa jest proporcjonalna do siy dziaajcej na to ciao i zachodzi wzdu kierunku jej dziaania.

dp F = dtp = mvKierunek zmiany pdu jest zgodny z kierunkiem dziaajcej siy

Wyra enie

F= ma jest suszne

tylko wtedy, gdy nie zmienia si masa ciaa!!

Oblicz przyspieszenie ukadu oraz si T

III zasada dynamikiOddziaywanie wzajemne dwch cia s zawsze rwne co do wielkoci, ale przeciwnie skierowaneB FBA A FAB

FAB = -FBA

Jeli ciao A dziaa na ciao B, to ciao B oddziaywuje na A z tak sam si, ale przeciwnie skierowan Zao enie-oddziaywania przenosz si z nieskoczon szybkoci -czy to prawda??

1.Czy lepiej wbija gwd motkiem, czy wciska go palcem w twarde podo e? Masa motka 0.5kg,v0 =10m/s, x=1cm F=m (v/ t) =2500N=250kG ! istotne jest mae t 2.Zderzenie samochodu z drzewem i z piaskiem

Sia tarciaa) Jeli F < fs , ciao pozostaje w spoczynku b) Jeli F>fsmax ciao zaczyna si porusza z przyspieszniem a.

ma=F-fk fk=mgkk zale y od wasnoci trcych powierzchniwspczynniki tarcia

Swobodny spadek cia a=g

Ruch cia w orodku materialnymMasa m porusza si pod dziaaniem siy F=mg oraz siy oporu R=-bv, .v(0)=[0,0] ,r(0)=[ 0, h ] ,.Obliczy v(t) , r(t),

R

F

Sia oporu orodka-prdko graniczna

Siy oporu orodka pynnego (gazu, cieczy)1 Fop = CSv 2 2C-wspczynnik oporu (0.4-1) S-powierzchnia -gsto orodka v-prdko ciaa

Z ktrego pitra powinien spa kot, aby efekty upadku byy optymistyczne ??vg = 97km/h

v=vgruch jednostajny

v,