Podstawy fizyki I (mechanika) 1100-1Ind03

Celem wykładu jest przedstawienie i ugruntowanie podstawowej wiedzy z zakresu mechaniki relatywistycznej oraz zagadnień grawitacji nierelatywistycznej, dynamiki układów dyskretnych i ośrodków ciągłych.

Przedmiot składa się z wykładu ilustrowanego pokazami i ćwiczeń obejmujących następujące zagadnienia:

1. Relacja geometrii i fizyki. Względność przestrzeni. Czasoprzestrzeń. Punkt materialny. Zdarzenie. Linia świata. Ciało swobodne. Zasada bezwładności Galileusza. Zegar. Położenie i czas. Układ inercjalny. Ruch ciała swobodnego.
2. Dwa i trzy układy inercjalne. Zasada względności Galileusza i jej konsekwencje. Składanie prędkości. Trzy możliwości geometrii dla czasoprzestrzeni: Euklides, Galileusz, Einstein. Doświadczenie Fizeau z płynącą wodą. Minkowski, nie Galileusz!! "Relatywistyczny" i "nierelatywistyczny" reżim zjawisk.
3. Konsekwencje nowej geometrii. Stałość prędkości światła. Paradoks bliźniąt. Skrócenie Lorentza. Magnetyczne przyciąganie prądów.
4. Opis "sklejania" i rozpadu ciał według geometrii czasoprzestrzeni Galileusza. Masa. Pęd. Zderzenia. Prawo zachowania pędu i masy. Gdzie energia??
5. Opis sklejania i rozpadu ciał według geometrii Minkowskiego. Masa. Pęd i energia. Prawo zachowania pędu i energii. Defekt masy. Energia wewnętrzna. Zderzenia sprężyste i niesprężyste.
6. Rakieta. Ruch obiektu w rozrzedzonym ośrodku. Siła jako szybkość przekazu pędu. Równanie F=dp/dt jako definicja!
7. Gaz w naczyniu z tłokiem nieruchomym. Ciśnienie. Ruch tłoka. Reżim adiabatyczny. Szybkość zmiany pędu tłoka jako funkcja położenia. Siła i energia potencjalna.
8. Równania Newtona. Determinizm.
9. Jednowymiarowe równanie ruchu. Przyspieszenie. Ruch jednostajnie przyspieszony. Tarcie i siły oporu ośrodka. Siła proporcjonalna do wychylenia. Ruch oscylacyjny. Oscylator z siłą zewnętrzną. Ruch tłumiony. Rezonans.
10. Ruch relatywistyczny w stałym polu elektrycznym. "Masa podłużna".
11. Ruch w przestrzeni. Wektory. Siła Lorentza. Spektrograf Bainbridge'a. Cyklotron. "Masa poprzeczna". Synchrotron.
12. Opis ruchu w układzie nieinercjalnym. Przyspieszenie liniowe. Obrót jednostajny. Siła odśrodkowa, siła Coriolisa.
13. Grawitacja. Jej pokrewieństwo z siłami bezwładności. Tożsamość masy i "masy grawitacyjnej". Doświadczenie Eötvösa. Rzuty ukośne.
14. Więzy. Wahadło matematyczne. Wahadło Foucaulta.
15. Prawo powszechnego ciążenia. Ruch w polu centralnym. Prawa Keplera.
16. Rozpraszanie Rutherforda.
17. Zagadnienie dwóch ciał. Układ środka masy. Siły pływowe. Oddalanie się Księżyca od Ziemi. Ograniczone zagadnienie trzech ciał. Punkty Lagrange'a.
18. Oscylatory sprzężone. Superpozycja drgań. Drgania układów o wielu stopniach swobody, mody własne. Granica ośrodka ciągłego.
19. Fale mechaniczne. Fale podłużne i poprzeczne. Prędkość fazowa i grupowa. Odbicie i załamanie fal. Analiza fourierowska.
20. Akustyka. Szybkość rozchodzenia się dźwięku. Źródła dźwięku. Instrumenty muzyczne. Zjawisko Dopplera.
21. Zasada zachowania momentu pędu dla układu punktów materialnych. Bryła sztywna. Moment bezwładności. Statyka brył.
22. Naprężenia w ciele stałym. Odkształcenia w ciele stałym. Prawo Hooke'a. Stałe elastyczne.
23. Obroty wokół osi zmiennej. Prędkość kątowa. Tensor bezwładności. Niezwykłe własności żyroskopów.
24. Statyka cieczy i gazów. Dynamika cieczy i gazów. Równanie Bernoulliego. Lepkość.

Zasady zaliczenia przedmiotu:

1) Osoba, która zdobędzie więcej niż 50% punktów z dwóch kolokwiów ma zaliczone ćwiczenia, jest dopuszczona do egzaminu pisemnego oraz bez względu na jego wynik jest również dopuszczona egzaminu ustnego.
2) Osoba, która uczęszczała na ćwiczenia, ale nie uzyskała wymaganego minimum punktów może zdawać egzamin pisemny i jeżeli z tego egzaminu uzyska więcej niż 50% wymaganej liczby punktów będzie miała prawo przystąpić do egzaminu ustnego.
3) Osoba, która nie zaliczyła ćwiczeń może przystąpić do części pisemnej egzaminu poprawkowego i jeśli uzyska więcej niż 50% wymaganej liczby punktów, będzie mogła przystąpić do egzaminu ustnego.
4) Egzamin pisemny (zarówno w sesji zwykłej, jaki też poprawkowej) składa się z testu oraz części zadaniowej. Z każdej z części można uzyskać połowę maksymalnej, sumarycznej liczby punktów.

Nakład pracy studenta:

Wykład
60h - udział w wykładzie - 2 ECTS
15h - przygotowanie do wykładów - 0,5 ECTS
30h - przygotowanie do egzaminu - 1 ECTS

Ćwiczenia
75h - udział w ćwiczeniach - 2,5 ECTS
15 h przygotowanie do ćwiczeń - 0,5 ECTS
30 h - prace domowe - 1 ECTS
45 h - przygotowanie do sprawdzianów pisemnych - 1,5 ECTS

Razem: 9 ECTS

Opis przygotowali K. Meissner, A. Szymacha i A. Wysmołek, maj 2015