Fizyka I

IŚ / OŚ Fizyka 1
Fizyka I
Wydział Inżynierii Środowiska,
kierunek Ochrona Środowiska, rok 1
Rok. akad. 2009/10, semestr zimowy, FZP1055W/C
Maciej Mulak, dr inż.
pok. 320 bud. A1
http://www.if.pwr.wroc.pl/~mmulak
[email protected]
Wykłady (2h, środy, 11.15, 322 A1)
Ćwiczenia rachunkowe (2h)
Dr JERZY PEISERT
Dr inż. ANDRZEJ JANUTKA
Dr inż. MARCIN SZPULAK
Mgr inż. MARCIN TYTUS
Dr inż. MACIEJ MULAK
Wykład 1
Zaliczenie wykładu
Termin I
egzamin podstawowy, testowy
27 I 2010 r., 11.00-13.00
sale 322 i 314 A1
Termin II
egzamin poprawkowy, testowy
4 II 2010 r., 11.00-13.00
sale 322 i 314 A1
Termin III
egzamin poprawkowy, ustny
http://www.if.pwr.wroc.pl/~mmulak/IS.html
Konsultacje
wtorek 13.15-15.15, czwartek: 15.00-17.00,
pok. 320A1
M.Mulak / IF PWr
Informacje o zaliczeniu
wykładu z fizyki
1
IŚ / OŚ Fizyka 1
Wykład 1
Zaliczenie ćwiczeń
http://www.if.pwr.wroc.pl/~mmulak/IS.html
Informacje o zaliczeniu ćwiczeń
rachunkowych z fizyki
E-sprawdziany: pracownie 3.02, 3.03, 3.04,
3.05 w bud.C-13
Dokładne dni, godziny oraz numery sal dla
poszczególnych grup wg. wydziałowych
planów zajęć.
Listy zadań + harmonogram
na stronie SKP
Informacje o zapisach na
e-sprawdziany e-Portal SKP
Terminy e-sprawdzianów:
(I). 2.11 - 6.11.2009
(II). 30.11 - 4.12.2009
(III). 14.12 -18.12.2009
(IV). 18.01 - 22.01.2010
Komplet informacji o kursie
Fizyki I dla Wydziału IŚ znajduje
się na stronie prof. W. Salejdy
http://www.if.pwr.wroc.pl/~wsalejda
ePortal SKP http://eportal-skp.pwr.wroc.pl
M.Mulak / IF PWr
80+20
2
IŚ / OŚ Fizyka 1
Wykład 1
Podręczniki
D. Halliday, R. Resnick, J. Walker,
Postawy fizyki, t. I-V, Wyd. Naukowe PWN,
Warszawa 2003 (www.pwn.pl) (t.I-II)
Czym zajmuje się fizyka?
Różne poziomy opisu rzeczywistości:
- nauki społeczne (zachowanie się grup ludzi)
- psychologia (zachowanie jednostek)
J. Orear, Fizyka, t. I-II, WNT, Warszawa 1993.
- biologia (struktura i funkcja organizmów)
- chemia (kombinacje atomów)
P.G. Hewitt, Fizyka wokół nas, PWN,
Warszawa 2000.
Cel fizyki: fundamentalne prawa natury
J. Walker, Postawy fizyki. Zbiór zadań, Wyd.
Naukowe PWN, Warszawa 2005.
materia i jej oddziaływanie na najbardziej
Hyperphysics
(interaktywny kurs fizyki w języku angielskim)
podstawowym poziomie: od jądra atomowego po cały
Wszechświat
C. Bobrowski, Fizyka - krótki kurs, WNT, Warszawa
1995.
K. Jezierski, B. Kołodko, K. Sierański, Zadania z
rozwiązaniami. Część I. Skrypt do ćwiczeń z fizyki dla
studentów I roku PWr, Oficyna Wyd. Scripta, Wrocław
2000.
M.Mulak / IF PWr
Fizyka a postęp cywilizacyjny
Dyscypliny fizyki
3
IŚ / OŚ Fizyka 1
Wykład 1
Język fizyki
Pojęcia fizyczne: np. przestrzeń, czas,
siła, przyspieszenie, energia, temperatura,
ładunek elektryczny;
Modele fizyczne:
punkt materialny, modele światła, model gazu idealnego,
przybliżenia!
* niekompletne lub niepoprawne
(np. model heliocentryczny, model planetarny atomu)
Fizyka: nauka eksperymentalna
Opis rzeczywistości fizycznej
mierzona przez instrumenty pomiarowe
Powtarzalne eksperymenty
wyniki pomiarów jako liczby rzeczywiste
Ograniczenia pomiarowe:
- dokładność: każdy pomiar obarczony błędem
Prawa fizyczne: z eksperymentu lub teorii
(np. pV=nRT, prawa Keplera)
- zakres: fizyczny sens wielkości (np. rozmiar i wiek
Wszechświata, skończona prędkość światła, zero
bezwględne)
Fundamentalne zasady fizyczne:
(np. względność ruchu, zachowanie energii; pędu)
Teorie fizyczne: kombinacje zasad, modeli i
założeń (postulatów) pozwalające przewidywać wyniki
doświadczeń (np.: teoria grawitacji Newtona)
M.Mulak / IF PWr
Universum - C. Flammarion, Woodcut, Paris 1888
Mgławica Krab, czyli szczątki supernowej, która
rozbłysła na niebie w 1054 roku. Opisali ją
Chińczycy
4
IŚ / OŚ Fizyka 1
Wykład 1
Rozwój praw fizyki
Głębsze zrozumienie natury uproszczenie praw fizycznych
Przykład: elektryczność i magnetyzm
- Starożytność (bursztyn, magnes, kawałki żelaza)
- XVII w. prawo Coulomba
- XIX w. Oersted, Ampere,
Faraday,
Maxwell (prawa elektromagnetyzmu)
światło jako fala elektromagnetyczna
M.Mulak / IF PWr
5
IŚ / OŚ Fizyka 1
Wykład 1
4 typy oddziaływań fundamentalnych
Oddziaływanie
Grawitacyjne
(np. planety krążące
wokół Słońca)
Źródło
Względna
siła
Masa
∼10-38
Elektromagnetyczne
(reakcje chemiczne,
światło,
radio,promienie
Roentgena, tarcie!)
Ładnek
elektryczny
Słabe
(pomiędzy kwarkami
i leptonami; związane
z rozpadem
promieniotwórczym)
Wszystkie
cząstki
elementarne
Jądrowe
(utrzymuje cząstki w
jądrze atomowym)
Hadrony
(protony,
neutrony,
mezony)
M.Mulak / IF PWr
∼10-2
Zasięg
∞
∞
Gdzie się to wszystko dzieje?
Klasyczne pojęcie przestrzeni i czasu
Przestrzeń euklidesowa
(kartezjański układ współrzędnych )
Czas absolutny
Skala czasu: od 10-43 s do 1018 s
Skala odległości: od 10-10 m do 1026 m
∼ 10-15
krótki
10-18 m
krótki
10-15 m
1
Oszacowania skali czasu i odległości
(np. 1 ns, 1 milion lat, 1 rok świetlny)
Oszacowania innych wielkości
fizycznych (szybka wycena towarów lub
usług) „zmysł inżynierski”
6
IŚ / OŚ Fizyka 1
Wykład 1
Skala czasu
Skala odległości
sekundy
Wiek Wszechświata
Wiek Ziemi
Wiek ludzi
Rok
Doba
1018 (13,7 mld lat)
1, 3 · 1017
6, 3 · 108
107
3, 2 ·
8, 6 · 104
Promień Wszechświata
metry
2 · 1026
Galaktyka Andromedy
2, 0 · 1022
Najbliższa gwiazda
Proxima Centauri
4, 0 · 1016
Rok świetlny
9, 46 · 1015
Okres drgań atomów
w ciele stałym
1, 0 · 10-13
Słońce
1, 5 · 1011
Okres fali świetlnej
2, 0 · 10-15
Księżyc
3, 8 · 108
Czas Plancka
5, 4 · 10-43
Rozmiar liniowy wirusów
10-7 ÷ 10-8
Atom wodoru
10-10
Średnica protonu
10-15
M.Mulak / IF PWr
7
IŚ / OŚ Fizyka 1
Wykład 1
Jednostki
Jak wyrazić wielkości fizyczne w liczbach?
Potrzebujemy tylko kilku podstawowych
jednostek!
Wszystkie muszą mieć dokładne i powtarzalne
wzorce.
Uwaga: fizyka nie może zależeć od układu
odniesienia, tj. od jednostek opisujących pomiar!
Jednostki podstawowe (SI)
długość: metr (m); masa: kilogram (kg); czas:
sekunda (s), temperatura: kelwin (K); prąd
elektryczny: amper (A); światłość: kandela (cd); ilość
substancji: mol
Przykłady definicji:
metr: odległość jaką światło pokonuje w próżni w
czasie 1/299792458 s
kilogram: masa wzorcowego walca (stop platyny i
irydu)
M.Mulak / IF PWr
Jednostki pochodne. Analiza wymiarowa
Każda wielkość fizyczna może być odniesiona do
wielkości podstawowych: ta relacja określa
WYMIAR.
Przykłady:
prędkość = (długość)1 × (czas)-1 [m/s]
siła = (masa)1 × (długość)1 × (time)-2 [kg×m/s2]
(np.: Niuton, Hz, Pa, Wat)
Układ SI:
[prędkość] = (metr)1 × (sekunda)-1
[niuton] = (kilogram)1 × (metr)1 × (sekunda)-2
*Układ CGS:
[prędkość] = (centymetr)1 × (sekunda)-1
[dyna] = (gram)1 × (centymetr)1 × (sekunda)-2
8
IŚ / OŚ Fizyka 1
Wykład 1
Układ metryczny
Matematyka w fizyce
Podstawowe prawa:
Tera
T
1012
elementarna algebra, geometria i
Giga
G
109
trygonometria
Mega
M
106
Kilo
k
103
Centy
c
10-2
Mili
m
10-3
Funkcje i liczby
Mikro
µ
10-6
(wartości stałe, zmienne, wartości chwilowe)
Nano
n
10-9
Piko
p
10-12
Femto
f
10-15
M.Mulak / IF PWr
Rachunek różniczkowy i *całkowy
(w ograniczonym zakresie)
Zapis formalny (9.1x10-31 kg)
Wykresy
Obliczenia
Analiza wymiarowa jak pamiętać wzory
Obliczenia szacunkowe
Brzytwa Ockhama
9