docFizyka - Andrzej Skoczeń
download 
Reklamacja Transkrypt
Fizyka - Andrzej Skoczeń
Fizyka Wykład pierwszy (8 marzec2014) Wprowadzenie Wprowadzenie. Mechanika Prowadzący: Dr inż. Andrzej Skoczeń e‐mail: strona www: [email protected] http://skoczen.pl/sucha/fizyka Wyższa Szkoła Turystyki i Ekologii Wydział Informatyki, rok I WSTiE Informatyka - Fizyka 1 Tematyka y wykładów y z fizyki: y 1 8-9 III Wprowadzenie. Mechanika: kinematyka, dynamika, grawitacja, praca i energia, ruch obrotowy, drgania. Termodynamika. 2 30 III Elektryczność. Elektromagnetyzm. Prąd elektryczny. Fale. 3 13 IV Fizyka kwantowa. Promieniowanie. 4 11 V y ciała stałego. g Półprzewodniki. p Dioda i tranzystor. y Fizyka ?X Egzamin – termin I Podstawy matematyczne: Wektory, liczby zespolone, funkcje trygonometryczne Definicja i technika obliczania pochodnych Definicja i technika obliczania całek nieoznaczonych Definicja i technika obliczania całek oznaczonych Ró Równania i różniczkowe óż i k WSTiE Informatyka - Fizyka 2 Fizyka Nauka przyrodnicza tzn. taka dla której przedmiotem badań jest świat materialny, Bada najbardziej fundamentalne i uniwersalne własności materi i zjawisk, Jestt nauką J k ścisłą ś i ł i ilościową il ś i t tzn. posługuje ł j się i pojęciem j i wielkości fizycznej, a wyniki podaje w postaci liczb i praw. Wielkość fizyczna : Właściwość ciał lub cecha charakterystyczna zjawisk, którą można zmierzyć. WSTiE Informatyka - Fizyka 3 Fizyka Pomiar : Porównanie wielkości fizycznej z wielkościa tego samego rodzaju w ilości uznanej za jednostkową. Prawo fizyki : Zauważalny ż l związek i k lub l b korelacja k l j między i d f k faktami i lub l b zjawiskami fizycznymi wyrażony w posataci wzoru y g matematycznego. WSTiE Informatyka - Fizyka 4 Układ SI (Système International d'Unités) – Międzynarodowy Układ Jednostek Miar zatwierdzony w 1960 (później modyfikowany) przez Generalną Konferencję Miar. Długość g Masa Czas Temperatura Natężenie prąd elektryczny Światłość Ilość materii Metr [m] Odległość, g jjakąą p pokonuje j światło w p próżni w czasie 1/299 792 458 s. ((1983)) Kilogram masa międzynarodowego wzorca (walca o wysokości i średnicy podstawy 39 mm wykonanego ze stopu platyny z irydem) przechowywanego w Międzynarodowym Biurze Miar w Sèvres koło Paryża. (1889) [kg] Sekunda [s] Kelwin [K] Amper [A] K d l Kandela [cd] Mol [ l] [mol] czas równy 9 192 631 770 okresom promieniowania odpowiadającego przejściu między dwoma poziomami F = 3 i F = 4 struktury nadsubtelnej stanu podstawowego 2S1/2 atomu cezu 133Cs (powyższa definicja odnosi się do atomu cezu w spoczynku w temperaturze 0 K) (1967) Temperatura równa 1/273,16 temperatury termodynamicznej punktu potrójnego wody. prąd, który płynąc w dwóch równoległych, prostoliniowych, nieskończenie długich przewodach o znikomo małym przekroju kołowym, umieszczonych w próżni w odległości 1 m od siebie, spowodowałby wzajemne oddziaływanie przewodów na siebie z siłą równą 2·10‐7 N na każdy metr długości przewodu. światłość z jjakąą świeci w określonym y kierunku źródło emitujące ją promieniowanie monochromatyczne o częstotliwości 5,4·1014 Hz i wydajności energetycznej w tym kierunku równej (1/683) W/sr. Liczba cząstek równa liczbie atomów zawartych w 12 gramach izotopu węgla 12C czyli liczbie Avogadra N =(6,02214179 0 00000030) ·10 1023 cząstek. cząstek A=(6 02214179 ± 0,00000030) Metoda fizyki Projektowanie eksperymentu Eksperyment indukcja Prawa Fizyki → budujące Teorię dedukcja j Przewidywania y Sprawdzian teorii: Weryfikacja Falsyfikacja WSTiE Informatyka - Fizyka 6 Cel fizyki Poznawczy Poznanie elementarnych składników materii i fundamentalnych odzdziaływan między nimi Praktyczny Niezliczone zastoswania odkryć fizyki w innych dziedzinach naukowaych: technice, biologii, medycynie i in. WSTiE Informatyka - Fizyka 7 Historia fizyki Tales (624 – 547 p.n.e) p n e) Arystoteles (384 – 322 p.n.e) Galileusz (1564 – 1642 n.e) Isaac Newton (1642 – 1727) ‐ mechanika James Clerk Maxwell (1831 – 1879) ‐ elektromagnetyzm w. XX: Albert Enstein – relatywistyka Max Planck, Niels Bohr, Werner Heisenberg, Erwin Schroedinger – fi k kwantowa fizyka k WSTiE Informatyka - Fizyka 8 Michał Faraday – zapoczątkował badania nad wytwarzaniem i zastosowaniem prądu elektrycznego: 1812 – pierwsze ogniwo dostarczające SEM (dwa prawa elektrolizy) 1821 – pierwszy silnik elektryczny (prawo Faradaya indukcji elektromagnetycznej) Słynne zdanie Faradaya do Gladstone’a: O One d day, Si Sir, you will ill ttax it. it Masa, ładunek, spin Spin Wewnętrzny moment pędu cząstek. Jest podawany w jednostkach ħ (zredukowana stała Plancka). Ładunek elektryczny Podawany w jenostkach ładunku protonu (elektronu) Jest tzw. ładunek elementarny: e = 1,602 176 487 (40) ·10-19 C Energia g Podawany w jenostkach: 1eV = 1,602·10-19 J Masa Podawany w jenostkach: 1GeV/c2 = 1,78 10-27 kg Masa protonu wyrażona w takich jednostkach wynosi: mp = 0,938GeV/c 0 938GeV/c2 Stałe uniwersalne Stała Plancka Ma wymiar działania, pojawia się w większości równań mechaniki kwantowej. Historycznie stała Plancka pojawiła się w pracy Maxa Plancka na temat wyjaśnienia przyczyn tzw. katastrofyy w nadfiolecie w p prawie p promieniowania ciała doskonale czarnego. g Planck stwierdził, że energia nie może być wypromieniowywana w dowolnych ciągłych ilościach, a jedynie w postaci "paczek" (kwantów) o wartości hν, gdzie ν jest częstotliwością. W układzie SI jjest równa: h = 6,626 069 57(29)·10–34 J·s = 4,135 667 516(91)·10–15 eV·s ħ = h/2π = 1,054 571 68 (18)·10−34 J·s = 6,582 119 15 (56)·10−16 eV·s Prędkość światła prędkość rozchodzenia się fali elektromagnetycznej w próżni Nie zależy l od d częstości ś fali f l (ω=2πν) ( ) ani układu kł d odniesienia. d Stałość ł ść tej prędkości dk ś wynika k z podstawowych własności przestrzeni. W elektrodynamice klasycznej prędkość światła jest konsekwencją równań Maxwella i daje się wyrazić przez dwie inne stałe uniwersalne: W układzie kł d i SI jjestt równa: ó c = 299 792 458 m/s c= 1 ε 0 µ0 Cztery rodzaje fizyki KLASYCZNA KWANTOWA 1 1 → c 3 ⋅108 ms −1 RELATWISTYCZNA 1 →0 c NIERELATWISTYCZNA h→0 h ≈ 10 −34 WSTiE Informatyka - Fizyka J Js 12 Kinematyka KINEMATYKA – rozważa ruch nie wnikając w jego przyczyny. PUNKT MATERIALNY – idealny obiekt fizyczny o określonej masie, a nie posiadający rozmiarów. rozmiarów RUCH – dokonująca się w czasie zmiana położenia ciała względem innych ciał. UKŁAD ODNIESIENIA – ciało lub układ ciał, z którym możemy związać układ współrzędnych, względem którego rozważamy ruch. WZGLĘDNOŚĆ RUCHU r Wektor wodzący r ‐ wektor łączący początek układu odniesienia z punktem, w którym znajduje się ciało. Wektor przemieszczenia r r r ∆r = rk − rp WSTiE Informatyka - Fizyka 13 Definicja prędkości Prędkość chwilowa tzn. określona w danej, nieskończenie krótkiej chwili; np. na rysunku użyto oznaczeń początkowej „0” lub końcowej „1”, ale może to byc dowolna chwila pomiędzy nimi. r r r dr ∆r v= = lim dt ∆t →0 ∆t Prędkość ę jjest p pochodnąą wektora wodzącego ą g p po czasie. Jest to wektor styczny do toru ruchu. Prędkość średnia r r ∆r vśr = ∆t WSTiE Informatyka - Fizyka 14 Definicja przyspieszenia Przyspieszenie chwilowe tzn. określone w danej, nieskończenie krótkiej chwili; np. na rysunku użyto oznaczeń początkowej „0” lub końcowej „1”, ale może to byc dowolna chwila pomiędzy nimi. v v r dv ∆v a= = lim dt ∆t →0 ∆t Przyspieszenie jest pochodną wektora prędkości po czasie. Przyspieszenie ma dwie składowe: r r r styczną do toru: a = a + a s n i prostopadłą do toru ruch: v2 an = R Przyspieszenie ś d i średnie v ∆v v aśr = ∆t WSTiE Informatyka - Fizyka 15 Tor ruchu : zbór p punktów określających ją y kolejne j położenie p ciała w p przestrzeni Droga : długość toru, który zakreśliło ciało, przemieszczając się z położenia początkowego do końcowego Prędkość : Przyspieszenie : r drr v= dt r 2r r dv d r a= = 2 dt dt WSTiE Informatyka - Fizyka 16 ZASADA NIEZALEŻNOŚCI RUCHÓW : Jeżeli punkt materialny bierze udział równocześnie w kilku ruchach (ruch złożony) to każdy z tych ruchów (składowych) odbywa się bez zakłóceń tak, jakby pozostałych ruchów nie było. RUCHY PROSTE : RUCHY ZŁOŻONE : jednostronny prostoliniowy jednostajnie zmienny prostoliniowy harmoniczny prostoliniowy jednostajny po okręgu rzut poziomy p y rzut ukośny WSTiE Informatyka - Fizyka 17
