Fizyka 2, wykład 1

Fizyka 2, wykład 1
Kiedy? Piątek, godz. 17.05
Gdzie? Sala 322 /A1
Z kim? dr inż. Janusz Andrzejewski
Co to jest fizyka ?
• Przedmiot mało lubiany przez
uczniów/studentów
• Przedmiot mało ciekawy i nudny
• Przedmiot trudny, który trzeba zakuć i zdać
• Nie przydaje się do niczego w życiu (?)
• Jest nauką
• Jest potrzebna inżynierowi
• Znajomość nie pomaga w studiowaniu innych
przedmiotów
• Pomaga w życiu codziennym (?)
Wikipedia
• Nauka – autonomiczna część kultury służąca wyjaśnieniu
funkcjonowania świata, w którym żyje człowiek. Nauka jest
budowana i rozwijana wyłącznie za pomocą tzw. metody naukowej
lub metod naukowych nazywanych też paradygmatami nauki
poprzez działalność badawczą prowadzącą do publikowania
wyników naukowych dociekań. Proces publikowania i wielokrotne
powtarzanie badań w celu weryfikacji ich wyników prowadzi do
powstania wiedzy naukowej. Zarówno ta wiedza jak i sposoby jej
gromadzenia określane są razem jako nauka.
• Jako metodę naukową rozumie się:
– całokształt sposobów badawczego docierania do prawdy i pojęciowego
przedstawiania jej,
– sposób uzyskiwania materiału naukowego do prowadzenia badań.
W pierwszym znaczeniu metoda naukowa to ogół czynności i
sposobów niezbędnych do rozwiązywania problemów naukowych,
do tworzenia prac naukowych i do oceny wyników tych działań.
Janusz Andrzejewski
3
Co to jest fizyka ?
•
•
•
Fizyka to nauka przyrodnicza badająca podstawowe zjawiska, które zachodzą w otaczającym nas świecie.
W szczególności fizyka zajmuje się zagadnieniami związanymi z energią i materią. Fizycy szukają
odpowiedzi na pytania takie, jak: z czego składają się różne ciała? jakie oddziaływania zachodzą między
nimi? skąd w ogóle wzięła się materia? (Encyklopedia naukowa dla dzieci i młodzieży, Wydawnictwo
MUZA S.A., Warszawa 1996)
Fizyka - nauka przyrodnicza zajmująca się badaniem ogólnych właściwości materii i zjawisk w niej
zachodzących oraz wykrywaniem ogólnych praw, którym te zjawiska podlegają. (Słownik języka polskiego,
Wydawnictwo PWN, Warszawa 1982)
Fizyka - nauka której przedmiotem są prawa zjawisk przyrody z wyjątkiem zjawisk biologicznych. Prawa
te są poznawane i sprawdzane przez doświadczenia i obserwacje, przy czym ważne jest dla fizyki aspekt
ilościowy zjawisk, czyli wyniki pomiarów. Prawa przyrody wyrażone są w fizyce w postaci związków
matematycznych między wielkościami fizycznymi, fizyka jest więc nauką przyrodniczą, a jednocześnie
nauką ścisłą. Dawniej i lepiej poznane działy fizyki zalicza się zwykle do tzw. fizyki klasycznej. Wśród
najważniejszych działów fizyki klasycznej wymienić należy mechanikę (z akustyką), naukę o cieple i fizykę
statystyczną, optykę oraz naukę o elektryczności i magnetyzmie, z tym jednak że zakresy poszczególnych
działów często przenikają się, co jest objawem fundamentalnej jedności fizyki. Według poglądu ogólnie
obecnie przyjęto szczególną teorię względności zalicza się również do fizyki klasycznej. Znamieniem tzw.
fizyki nowoczesnej jest to, że obejmuje ona te wszystkie dziedziny fizyki, w których znajduje zastosowanie
mechanika kwantowa. Należą tu przede wszystkim kwantowa teoria pola, oddziaływania wysokich
energii, fizyka cząstek elementarnych, fizyka jądrowa, fizyka atomowa, fizyka ciała stałego i fizyka cieczy
kwantowych. W tych dziedzinach przejawia się obecnie największa aktywność badawcza. (Słownik
fizyczny, Wydawnictwo Wiedza Powszechna, Warszawa 1984)
ROK AKADEMICKI 2013/2014 - SEMESTR ZIMOWY
Sesja egzaminacyjna obejmuje 13 dni roboczych i trwa
od 31 I 2014 r. do 18 II 2014 r. plus 2 soboty ( 8 II i 15 II 2014 r.)
Przerwa międzysemestralna obejmuje 4 dni robocze i trwa
od 19 II 2014 r. do 24 II 2014 r.
Janusz Andrzejewski
5
Podsumowanie wyników egzaminu
15) Jak wysoko nad powierzchnią Ziemi – h, ciało swobodnie puszczone będzie poruszało się
z przyśpieszeniem 7[m/s2]? Dane: G=6.67·10-11[Nm2/kg2]; Mz=5.98·1024[kg]; Rz=6370[km]; h=…
Odpowiedzi poprawnych 64, czyli 31.8% piszących
7) Które ze stwierdzeń, tyczących się II zasady dynamiki jest prawdziwe:
a) siła wypadkowa działająca na ciało jest równa iloczynowi masy i przyśpieszenia ciała
b) popęd siły wypadkowej działającej na ciało równy jest pędowi tego ciała
c) zmiana pędu ciała w kierunku osi Y do czasu w którym ta zmiana nastąpiła równa jest składowej siły
wypadkowej działającej w kierunku osi Y
d) iloczyn masy ciała razy składowa przyśpieszenia jest równa składowej siły prostopadłej do przyśpiesz.
Janusz Andrzejewski
6
Cele przedmiotu
C1. Nabycie podstawowej wiedzy, uwzględniającej jej aspekty
aplikacyjne, z następujących działów elektrodynamiki
klasycznej:
• C1.1. Elektrostatyki.
• C1.2. Prądu elektrycznego.
• C1.3. Magnetostatyki.
• C1.4. Indukcji elektromagnetycznej i równań Maxwella.
• C1.5. Fal elektromagnetycznych.
• C1.6. Optyki falowej.
C2. Nabycie podstawowej wiedzy, uwzględniającej jej aspekty
aplikacyjne, z następujących działów fizyki współczesnej:
• C2.1. Szczególnej teorii względności.
• C2.2. Fizyki kwantowej.
• C2.3. Podstaw fizyki ciała stałego.
• C2.4. Fizyki jądra atomowego.
Janusz Andrzejewski
7
• C2.5. Cząstek elementarnych
i astrofizyki.
Cele przedmiotu
C3. Poznanie podstawowych technik i metod
pomiarowych wybranych wielkości fizycznych.
C4. Zdobycie umiejętności:
• C4.1. Planowania i wykonywania doświadczeń w
Laboratorium Podstaw Fizyki (LPF) polegających na
doświadczalnej weryfikacji wybranych praw/zasad
fizyki i mierzeniu wielkości fizycznych.
• C4.2. Opracowania wyników pomiarów.
• C4.3. Szacowania niepewności pomiarowych.
• C4.4. Opracowania pisemnego raportu z
przeprowadzonych pomiarów z wykorzystaniem
oprogramowania użytkowego.
Janusz Andrzejewski
8
Program wykładu
Tematy
Wykład
Liczba godzin
W-y 1, 2
Sprawy organizacyjne. Podstawy matematyczne analizy pól
wektorowych Elektrostatyka
4
W. 3
Prąd elektryczny
2
W-y 4, 5
Magnetostatyka
4
W. 6
Indukcja elektrostatyczna. Równania Maxwella
2
W. 7
Fale elektromagnetyczne
2
W. 8
Podstawy optyki falowej
2
W. 9
Elementy szczególnej teorii względności
2
W-y. 10-12 Fizyka kwantowa
6
W. 13
Podstawy fizyki ciała stałego
2
W. 14
Elementy fizyki jądrowej
2
W. 15
Wybrane zagadnienia fizyki cząstek elementarnych i
astrofizyki
Suma godzin
Janusz Andrzejewski
2
30
9
Literatura podstawowa
[1] D. Halliday, R. Resnick, J. Walker, Podstawy fizyki, tom 1. i 2.,
Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2003; J. Walker,
Podstawy fizyki. Zbiór zadań, PWN, Warszawa 2005.
[2] I.W. Sawieliew, Wykłady z fizyki, tom 1 i 2, Wydawnictwa Naukowe
PWN, Warszawa, 2003.
[3] K. Jezierski, B. Kołodka, K. Sierański, Zadania z rozwiązaniami, cz.
1., i 2., Oficyna Wydawnicza SCRIPTA, Wrocław 1999-2003.
[4] W. Salejda, Fizyka a postęp cywilizacyjny, opracowanie dostępne w
pliku do pobrania pod adresem
http://www.if.pwr.wroc.pl/dokumenty/jkf/fizyka_a_postep_cywiliza
cyjny.pdf
[5] W.Salejda, Metodologia fizyki, opracowanie dostępne w pliku do
pobrania pod adresem
http://www.if.pwr.wroc.pl/dokumenty/jkf/metodologia_fizyki.pdf
Janusz Andrzejewski
10
Literatura uzupełniająca
[1] J. Massalski, M. Massalska, Fizyka dla inżynierów, cz. 1., WNT, Warszawa 2008.
[2] J. Orear, Fizyka, tom 1., WNT, Warszawa 2008.
[3] Z. Kleszczewski, Fizyka klasyczna, Wyd. Politechniki Śląskiej, Gliwice 2001.
[4] L. Jacak, Krótki wykład z fizyki ogólnej, Oficyna Wydawnicza PWr, Wrocław
2001; podręcznik dostępny na stronie Dolnośląskiej Biblioteki Cyfrowej.
[5] K. Sierański, K. Jezierski, B. Kołodka, Wzory i prawa z objaśnieniami, cz. 1. i 2.,
Oficyna Wydawnicza SCRIPTA, Wrocław 2005; K. Sierański, J. Szatkowski, Wzory
i prawa z objaśnieniami, cz. 3., Oficyna Wydawnicza SCRIPTA, Wrocław 2008.
[6] W. Salejda, R. Poprawski, J. Misiewicz, L. Jacak, Fizyka dla wyższych szkół
technicznych, Wrocław 2001; dostępny jest obecnie rozdział Termodynamika
pod adresem:
http://www.if.pwr.wroc.pl/dokumenty/podreczniki_elektroniczne/termodynam
ika.pdf
[7] Witryna dydaktyczna Instytutu Fizyki PWr;
http://www.if.pwr.wroc.pl/index.php?menu=studia
zawiera duży zbiór materiałów dydaktycznych
Janusz Andrzejewski
11
Cel wykładu
• Nauczenie studentki/studenta myślenia
• Zrozumienie podstawowych pojęć fizyki
• Umiejętność stosowania podstawowych pojęć
fizyki
• Poznanie podstawowych praw fizyki oraz ich
stosowanie
• Scalenie „fizyki” z życiem codziennym
Janusz Andrzejewski
12
Wykład
• Należy uczęszczać na zajęcia
• Niegrzeczne i niekulturalne jest przeszkadzanie
na wykładzie
• Zaliczenie – egzamin pisemny
Pytania testowe w którym można otrzymać
ujemne punkty
Proste problemy fizyczne które należy
rozwiązać i obliczyć (liczba + wielkość fizyczna)
Janusz Andrzejewski
13
Elektromagnetyzm
1. «dział fizyki zajmujący się zagadnieniami dotyczącymi
współzależności zjawisk magnetycznych i elektrycznych»
2. «ogół zjawisk magnetycznych wywoływanych przez prąd
elektryczny»
magnetyt (gr. magnetite )
bursztyn (gr. electron )
Janusz Andrzejewski
14
Ładunek elektryczny
Natura ładunku jest ziarnista, dyskretna, kwantowa
e = 1.6 ⋅10 −19 C
Q = ne
Ładunek punktowy
punkt materialny obdarzony różnym od zera
ładunkiem elektrycznym
Zasada zachowania ładunku – sumaryczny ładunek układu odosobnionego
jest wielkością stałą (algebraiczna suma ładunków w układzie izolowanym
jest stała i nie zmienia się w czasie)
∑ qi = const
i
Prawo niezmienności ładunku elektrycznego - wartość ładunku
elektrycznego nie zależy od jego prędkości i jest taka sama we wszystkich
układach inercjalnych.
Janusz Andrzejewski
15
Ładunek elektryczny
Janusz Andrzejewski
16
Ładunek dodatni i ujemny
Istnieją dwa rodzaje ładunku: ładunek dodatni i ładunek ujemny.
Jeżeli ciało zawiera jednakowe ilości ładunku dodatniego i ładunku
ujemnego, jest elektrycznie obojętne.
Jeżeli dwa rodzaje ładunku nie równoważą się, to jest naładowane
elektrycznie.
Określenie „dodatni” i „ujemny” zostało
wprowadzone przez Benjamina Franklina
Janusz Andrzejewski
17
Ładunek jest skwantowany
Ładunek elektryczny to własność cząstek elementarnych.
1 kulomb to ilość ładunku przepływającego przez przekrój poprzeczny
przewodnika w ciągu 1 sekundy, jeśli przez przewodnik płynie prąd
o natężeniu 1 ampera.
1 C to około 6.25x1018 cząstek elementarnych
Janusz Andrzejewski
18
Ładunek jest zachowany
anihilacja
kreacja pary
W układzie izolowanym elektrycznie algebraiczna suma
ładunków elektrycznych jest stała.
Fakt:
W zwyczajnej materii ładunki dodatnie i ujemne występują w dokładnie równych ilościach,
z fantastyczną dokładnością, przez co ich działanie zostaje niemal całkowicie zneutralizowane
Janusz Andrzejewski
19
Ładunki dodatnie i ujemne
Janusz Andrzejewski
20
Ładowanie
Janusz Andrzejewski
21
Ładowanie przez indukcje
Janusz Andrzejewski
22
Przewodniki, izolatory
Anglik, Stephen Gray (1696 -1736) – wyróżnił 2 rodzaje materiałów:
-Przewodnik – materiał który łatwo przenosi(przewodzi) ładunki
-Izolator – materiał który nie przewodzi ładunków
Obecnie wyróżnia się ponadto:
- półprzewoniki
- nadprzewodniki
Janusz Andrzejewski
23