Lista zagadnień do egzaminu do kursu Fizyka I dla studentów I roku

Zagadnienia do egzaminu z Fizyki I dla studentów I roku Wydziału InŜynierii Środowiska PWr., r. ak. 2006/07
Lista zagadnień do egzaminu do kursu Fizyka I dla studentów I roku Wydziału InŜynierii Środowiska PWr; rok ak.
2006/2007. Materiały dydaktyczne: kserokopie notatek do wykładów, listy zadań oraz podręczniki: D. Halliday, R. Resnick,
J. Walker, Podstawy fizyki, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2003 oraz J. Walker, Podstawy fizyki, Zbiór zadań. Wyd.
Naukowe PWN, Warszawa 2005. Egzaminy: I termin: 19.06.2007 (wtorek), godz. 9.00-11.00, sala 322 bud. A-1 − egzamin zdają
studenci z grup ćwiczeniowych prowadzonych przez dr M. Gładysiewicz-Kudrawiec; sala 1.31 w bud. C-13 (Zintegrowane Centrum
Dydaktyczne (ZCD)) − zdają egzamin studenci z pozostałych grup ćwiczeniowych. II termin: 27.06.2007 (środa), godz. 9.00-11.00,
sala 322 bud. A-1 − egzamin zdają studenci z grup ćwiczeniowych prowadzonych przez dr M. Gładysiewicz-Kudrawiec; sala 1.31
bud. C-13 (ZCD) − egzamin zdają studenci z pozostałych grup ćwiczeniowych. III termin: 05.07.2007 (czwartek), godz. 9.00-11.00,
sala 322 bud. A-1 − egzamin zdają studenci z grup ćwiczeniowych prowadzonych przez dr M. Gładysiewicz-Kudrawiec; sala 1.28 w
bud. C-13 (ZCD) − egzamin zdają studenci z pozostałych grup ćwiczeniowych.
1. Wielkości fizyczne, wielkości podstawowe w SI. Proste szacowania i analiza wymiarowa. Podstawy rachunku wektorowego:
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
pojęcie wektora, suma i róŜnica wektorów; iloczyn skalarny i wektorowy; wektory w układzie współrzędnych; zadania z list I, II,
I kolokwium i poprawkowego; rozdziały 1 i 3 podręcznika1; rozdziały 1 i 3 zbioru zadań2.
Kinematyka ruchu jednowymiarowego: układ odniesienia, układ współrzędnych, wielkości kinematyczne i ich wymiary; graficzna reprezentacja wielkości kinematycznych, ruch prostoliniowy: jednostajny, jednostajnie zmienny, zmienny (ruch okresowy);
rzut pionowy, spadek swobodny ciał w polu grawitacyjnym; zadania z list III i IV oraz I kolokwium i poprawkowego; rozdział 2,
rozdział 2 ze zbioru zadań.
Kinematyka ruchu płaskiego (dwuwymiarowego); tor ruchu, parametryczne równania toru, rzuty: poziomy, ukośny; graficzna
reprezentacja wielkości kinematycznych, przyspieszenie dośrodkowe i styczne, ruch po okręgu, kinematyczne wielkości kątowe,
związki wielkości kątowych i liniowych w ruchu po okręgu; względność ruchu – transformacja Galileusza i jej sens fizyczny; zadania z listy IV oraz I kolokwium i poprawkowego; rozdział 4; rozdziały 3 i 4 ze zbioru zadań.
Zasady dynamiki Newtona – pojęcie masy i siły; równania ruchu, tarcie; zadania z listy V oraz I kolokwium i poprawkowego;
rozdziały 5 i 6; rozdziały 5 i 6 ze zbioru zadań.
Całkowanie wybranych równań ruchu: ruch pod wpływem stałej siły, ruch w ośrodku lepkim, rzut pionowy w ośrodku lepkim,
spadek w ośrodku lepkim; zadania z listy V oraz I kolokwium i poprawkowego; rozdziały 5 i 6; rozdziały 5 i 6.
Dynamika ruchu po okręgu; przykłady ruchu; zadania z I kolokwium i poprawkowego; rozdział 6, rozdział 6 ze zbioru zadań.
Nieinercjalne układy odniesienia – druga zasada dynamiki w nieinercjalnych układach odniesienia, siły bezwładności, siła odśrodkowa, pozorny cięŜar ciała, siła Coriolisa i jej efekty w warunkach ziemskich (wahadło Foucaulta, cyrkulacja mas powietrza
w niŜu i wyŜu barycznym, etc.); zadania z listy VI oraz II kolokwium i poprawkowego (jeśli się odbędzie); rozdział 6; rozdział 6
ze zbioru zadań.
Praca i energia kinetyczna – pojęcie pracy mechanicznej i energii kinetycznej ciała, jednostki, przykłady zastosowań, twierdzenie
o pracy i energii kinetycznej oraz jego zastosowania; moc; jednostki; zadania z listy VII oraz II kolokwium i poprawkowego (jeśli
się odbędzie); rozdz. 7; rozdz. 7 ze zbioru zadań.
Energia potencjalna – siły zachowawcze i niezachowawcze, warunek potencjalności pola siły, związek energii potencjalnej
z pracą siły zachowawczej, związek siły zachowawczej z energią potencjalną, przykłady zastosowań; zadania z listy VII oraz II
kolokwium i poprawkowego (jeśli się odbędzie); rozdział 8; rozdział 8 ze zbioru zadań.
Zasada zachowania energii mechanicznej i jej związek z symetrią układu, tj. z niezmienniczością równań dynamiki względem
przesunięcia w czasie; zadania z listy VII oraz II kolokwium i poprawkowego (jeśli się odbędzie); rozdział 8; rozdział 8 ze zbioru
zadań.
Pęd i impuls (popęd) siły. Zasada zachowania pędu dla pojedynczego ciała i układu ciał; związek zasady zachowania pędu
z jednorodnością przestrzeni, przykłady zastosowań; zderzenia spręŜyste i niespręŜyste; zadania z listy VIII oraz II kolokwium i
poprawkowego (jeśli się odbędzie); rozdziały 9 i 10; rozdziały 9 i 10 ze zbioru zadań.
Ruch ciała o zmiennej masie; warunek startu rakiety, równanie ruchu rakiety; zadania z listy VIII oraz II kolokwium i poprawkowego (jeśli się odbędzie); rozdziały 9 i 10; rozdziały 9 i 10 ze zbioru zadań.
Układ punktów materialnych, środek masy, równanie ruchu środka masy; zadania z listy VIII i IX oraz II kolokwium i poprawkowego (jeśli się odbędzie); rozdziały 9 i 10; rozdziały 9 i 10 ze zbioru zadań.
Ruch obrotowy bryły sztywnej wokół ustalonej osi – kinematyczne wielkości kątowe i liniowe, moment siły (reguła prawej dłoni), moment pędu punktu materialnego i bryły sztywnej, druga zasada dynamiki dla ruchu obrotowego, ruch obrotowy jednostajnie zmienny, energia kinetyczna ruch obrotowego, praca i moc w ruchu obrotowym; zjawisko precesji, przykłady ruchu
i dynamiki bryły sztywnej, ruch postępowo-obrotowy bryły sztywnej (toczenie się symetrycznej bryły sztywnej po równi pochyłej); zadania z listy IX i X oraz II kolokwium i poprawkowego (jeśli się odbędzie); rozdział 11 i 12; rozdział 11 ze zbioru zadań.
Zasada zachowania momentu pędu – przykłady zastosowań; związek z izotropowością przestrzeni, zadania z listy IX i X oraz II
kolokwium i poprawkowego (jeśli się odbędzie); rozdział 12; rozdziały 11 i 12 ze zbioru zadań.
Drgania – ruch harmoniczny prosty (równanie ruchu, zaleŜność podstawowych wielkości kinematycznych od czasu, okres drgań,
energia kinetyczna i potencjalna), ruch drgający tłumiony i wymuszony; rezonans mechaniczny; zadania z listy XI, rozdział 16
podręcznika, rozdział 16 ze zbioru zadań..
Statyka. SpręŜystość płynów i ciał stałych – warunki równowagi ciała, deformacja i napręŜenie, prawo Hooke’a, moduły: Younga, ścinania i spręŜystości objętościowej, wytrzymałość materiałów; rozdział 13; lista XIII; rozdział 13 ze zbioru zadań.
1
Podano numery rozdziałów podręcznika D.Halliday, R. Resnick, J. Walker, Podstawy fizyki, PWN, Warszawa 2003.
2
Podano (tym typem czcionki) numery rozdziałów podręcznika: J. Walker, Podstawy fizyki, Zbiór zadań. Wyd. Naukowe PWN, Warszawa 2005.
.
Zagadnienia do egzaminu z Fizyki I dla studentów I roku Wydziału InŜynierii Środowiska PWr., r. ak. 2006/07
18. Pole grawitacyjne – prawo powszechnego ciąŜenia, prawa Keplera, natęŜenie, energia potencjalna i potencjał pola grawitacyjne19.
20.
21.
22.
23.
24.
25.
26.
27.
28.
29.
30.
31.
32.
33.
34.
35.
go, twierdzenia Gaussa dla pola grawitacyjnego, wyznaczanie pola grawitacyjnego symetrycznych ciał z wykorzystaniem twierdzenia Gaussa, prędkości kosmiczne, czarne dziury; rozdział 14; lista XII, rozdział 14 ze zbioru zadań.
Statyka i dynamika płynów – ciśnienie hydrostatyczne, prawa Pascala i Archimedesa, napięcie powierzchniowe i efekty nim
wywołane; dynamika płynów: rodzaje przepływów, płyn idealny, równania: ciągłości i Bernoulliego, przykładowe zastosowania,
lepkość cieczy i efekty nią wywołane, ruch kulki w ośrodku lepkim; rozdział 15; lista XIV; rozdział 15 ze zbioru zadań.
Termodynamika – podstawowe pojęcia: układ makroskopowy, stan równowagi, parametry termodynamiczne, funkcje stanu,
procesy termodynamiczne itd.; patrz słownik terminologiczny w notatkach; rozdział 19 podręcznika.
Zerowa zasada termodynamiki – pojęcie temperatury, termodynamiczna skala temperatur, definicja jednostki kelwin, rodzaje
termometrów, kalorymetria: pojemność cieplna, molowa pojemność cieplna, ciepło właściwe, związek ciepła właściwego z ciepłem molowym, jednostki; model gazu doskonałego, równanie gazu doskonałego, przemiany gazu doskonałego (reprezentacja
graficzna); rozdział 19 i 20.
Pierwsza zasada termodynamiki – pojęcie energii wewnętrznej układu, wartość elementarnej pracy nad gazem idealnym (g.i.),
praca i ciepło w przemianach g.i., energia wewnętrzna g.i.; rozdział 19 i 20.
Druga i trzecia zasada termodynamiki – procesy odwracalne i nieodwracalne, pojęcie entropii układu, sformułowanie zasady,
elementarna zmiana entropii układu, wyznaczanie zmian entropii gazu idealnego, maszyna cieplna Carnota i jej sprawność, silniki
(nisko- i wysokopręŜne), zasada działania lodówki i klimatyzatora; rozdział 21.
Termodynamiczny kwadrat – potencjały termodynamiczne U, F, H i G oraz parametry termodynamiczne, od których zaleŜą U, F,
H i G; równości i toŜsamości termodynamiczne (toŜsamości Maxwella).
Wybrane zastosowania zasad termodynamiki – gazy rzeczywiste, prawo van’t Hoffa, równanie Claussiusa-Clapeyrona, reguła faz
Gibbsa, faza fullerenowa węgla i jej potencjalne zastosowania, zjawiska termoelektryczne (Seebecka, Peltiera, Thompsona), gaz
fotonów (prawo Stefana–Boltzmanna), przewodnictwo cieplne (prawo przewodnictwa cieplnego), prawo Wiedemanna–Franza,
pojemność cieplna przewodników i dielektryków w niskich temperaturach, jednostki Plancka, nadprzewodniki nisko- i wysokotemperaturowe.
Elementy termodynamiki statystycznej – cel i narzędzia termodynamiki statystycznej, zmienna losowa, wielkość fizyczna jako
zmienna losowa, funkcje rozkładu i jej sens fizyczny, graniczna funkcja rozkładu, mikrostan i makrostan układu termodynamicznego, waga statystyczna, entropia Boltzmanna-Plancka, zasada Landauera i termodynamika mikroprocesorów, informatyczna interpretacja entropii (kwant entropii i kwant informacji, tzw. bit), funkcja rozkładu Boltzmanna i jej sens fizyczny, wzór barometryczny, funkcja rozkładu Maxwella i jej sens fizyczny, prędkość najbardziej prawdopodobna i średnia prędkość kwadratowa cząsteczek g.i., statystyczna interpretacja temperatury i ciśnienia g.i. (wyprowadzenie równania g.i. z funkcji rozkładu Maxwella),
zasada ekwipartycji energii cieplnej, pojemność cieplna gazów przy stałej objętości, związek liczba stopni swobody
z wykładnikiem adiabaty g.i.; fluktuacje wielkości termodynamicznych, ruchy Browna; rozdział 20.
Ruch falowy – definicja fali spręŜystej, rodzaje fal spręŜystych, równanie fali monochromatycznej, podstawowe wielkości opisujące falę (długość, częstotliwość, prędkość, wektor falowy, częstość kołowa), prędkości związane z ruchem falowym (fazowa,
cząsteczek ośrodka, grupowa); rozdziały 17 i 18.
RóŜniczkowe równanie fali, prędkość fali poprzecznej w naciągniętej strunie (właściwości fali poprzecznej w strunie), prędkość
fali poprzecznej i podłuŜnej w pręcie; prędkości fal spręŜystych w objętości ciał stałych (podłuŜnych i poprzecznych) i płynów
(podłuŜnych), rodzaje fal spręŜystych rozchodzących się w ciałach stałych i płynach oraz ich związek z właściwościami spręŜystymi); rozdziały 17 i 18.
Transport energii w ruchu falowym – chwilowa energia i intensywność (natęŜenie) fali we fragmencie ośrodka, średnia energia i
intensywność fali we fragmencie ośrodka, chwilowa i średnia gęstość energii fali w ośrodku, zaleŜność intensywności (natęŜenia)
fali od źródła, przechodzenie fali przez granicę ośrodków (prawa odbicia i załamania), współczynniki odbicia i transmisji fal na
granicy ośrodków); rozdziały 17 i 18.
Fale akustyczne – rodzaje dźwięków, pole fali akustycznej (ciśnienie dodatkowe, odkształcenie względne), prędkość dźwięku
(wzór Laplace’a), wielkości charakteryzujące dźwięk (pole fali akustycznej): prędkość podłuŜna cząsteczek ośrodka (powietrza),
odkształcenie względne ośrodka, względna zmiana gęstości powietrza, dodatkowe ciśnienie fali akustycznej (ciśnienie akustyczne); transport energii przez falę akustyczną – średnia energia <Emech> fali w objętości ∆V powietrza, w którym rozchodzi się fala
akustyczna, intensywność <I> fali akustycznej, średnia wartość <p2(x,t)> kwadratu ciśnienia akustycznego i jej związek z intensywnością <I>, poziom L(f) ciśnienia akustycznego (poziom natęŜenia fali); transport pędu przez falę akustyczną – związek pędu
fali z jej energią, siła oddziaływania fali na powierzchnię, ciśnienie fali wywierane na powierzchnie pochłaniającą i odbijającą;
zastosowania ultradźwięków; rozdziały 17 i 18.
Akustyczny efekt Dopplera; rozdziały 17 i 18.
Interferencja fal akustycznych – zasada superpozycji, interferencja destruktywna i konstruktywna fal monochromatycznych, fale
stojące, źródła dźwięków (struna zamocowana dwustronnie, tuby dwustronnie otwarte dwu- lub jednostronnie zamknięte, tuba
dwustronnie zamknięta, fale stojące w ośrodkach dwuwymiarowych (płyty), figury Chladniego); rozdziały 17 i 18.
Dudnienia – warunki powstawania, częstotliwość i okres dudnień; rozdziały 17 i 18.
Prędkość grupowa fal i modulacja fal – paczka falowa, definicja prędkości falowej, związek prędkości grupowej i fazowej, związek dyspersyjny, dyspersja fal, modulacja fal a przekaz radiowy i telewizyjny.
Fale nieliniowe – przykłady fal uderzeniowych, stoŜek fali uderzeniowej, liczba Macha, tsunami, solitony.
W. Salejda
Wrocław, 28 maja 2007 r.
.