Fizyka

1. Fizyka Dr Grzegorz Górski ggorski@univ.rzeszow.pl www: http://fonon.univ.rzeszow.pl/~gorski/wyklady.html

2. Literatura D. Halliday, R. Resnick „Fizyka” J. Orear „Fizyka” Sz. Szczeniowski „Fizyka doświadczalna”

3. Program Wykładu • Podstawowy aparat matematyczny wykorzystywany w fizyce: wektory, pochodne, całki. • Kinematyka punktu materialnego. Opis ruchu, prędkość, przyspieszenie, rzut pionowy i ukośny. • Dynamika punktu materialnego. Siła, Zasady dynamiki Newtona. • Praca i energia. Praca, moc, energia. Zasady zachowania energii. • Kinematyka i dynamika ruchu obrotowego bryły sztywnej. Pojęcie bryły sztywnej. Opis ruchu bryły sztywnej. Zasady dynamiki dla bryły sztywnej.

4. Ruch drgający i falowy. Opis ruchu drgającego. Rodzaje fal. Zjawiska falowe. • Kinematyczna teoria gazów. Ciśnienie, temperatura i gaz doskonały. Prawo gazów doskonałych. • Zasady termodynamiki. Pierwsza i druga zasada termodynamiki. Cykl Carnota. Entropia. • Elektrostatyka. Prawo Coulomba. Pole elektryczne. Prawo Gaussa. • Prąd elektryczny. Prawo Ohma. Obwody prądu stałego. Siła elektromotoryczna. • Pole magnetyczne. Pojęcia opisujące pole magnetyczne. Prawo Ampère’a. Prawo Faradaya. • Optyka geometryczna. Odbicie i załamanie światła. Zwierciadła i soczewki.

5. Optyka falowa. Zasada Huygensa. Zjawisko dyfrakcji i interferencji. Siatka dyfrakcyjna. Polaryzacja światła. • Elementy fizyki kwantowej. Falowa natura materii. Prawo Plancka. Zasada nieoznaczoności. Równanie Schrödingera. • Fizyka atomowa i fizyka ciała stałego. Atom wodoru. Zasada Pauliego. Teoria swobodnych elektronów w metalu. Pasmowa teoria ciała stałego.

6. Czym jest fizyka? Fizyka jest podstawową nauką przyrodniczą, zajmującą się badaniem najbardziej fundamentalnych i uniwersalnych własności materii i zjawisk w otaczającym nas świecie. Ostatecznym celem badań fizycznych jest poznanie praw fizyki, czyli związków i korelacji między faktami i zjawiskami fizycznymi wyrażonymi w postaci wzorów matematycznych. Cechą praw fizycznych jest uniwersalność i niezmienniczość.

7. Pomiary, wielkości fizyczne i jednostki Pomiar – najlepszy weryfikator teorii fizycznych Wielkości fizyczne – własności ciał lub zjawisk, które można porównać ilościowo podczas pomiaru z takimi samymi własności innych ciał lub zjawisk.

8. Pomiary, wielkości fizyczne i jednostki Wielkości fizyczne dzielimy na podstawowe i pochodne Wielkości podstawowe – wielkości których nie definujemy lecz podajemy sposób pomiaru. Są to: długość (l), masa (m), czas (t), temperatura (T), natężenie prądu elektrycznego (i), światłość (I), ilość materii (n) Wielkości pochodne – wielkości definiowane za pomocą wielkości podstawowych, np.. Predkość, przyspieszenie, siła.

9. Pomiary, wielkości fizyczne i jednostki Operacyjna definicja wielkości podstawowych polega na: • Wyborze odpowiedniego wzorca • Ustaleniu sposobu porównania wzorca z wielkością podstawową Idealny wzorzec charakteryzuje się • Łatwością dostępu • Niezmienniczością Miarą wielkości fizycznej jest pewna ilość jednostek wzorca. Podając wartość wielkości fizycznej należy również podać jednostkę w której ta wielkość jest wyrażona

10. Pomiary, wielkości fizyczne i jednostki Zbiór jednostek wielkości fizycznych nazywamy układem jednostek. Dawne układy to: • CGS (centymetr, gram, sekunda) • MKS (metr, kilogram, sekunda) Od 1960 r. obowiązuje międzynarodowy układ jednostek (skrót SI – Systéme International)

11. Pomiary, wielkości fizyczne i jednostki Podstawowe jednostki to: • Metr (m) – j. długości • Kilogram (kg) – j. masy • Sekunda (s) – j. czasu • Amper (A) – j. natężenia prądu • Kelwin (K) – j. temperatury termodynamicznej • Kandela (cd) – j. światłości • Mol (mol) – j. ilości materii • radian [rad]- miara kąta płaskiego , • steradian [sr] - miara kąta bryłowego. Jednostki pochodne definiujemy za pomocą jednostek podstawowych np. 1 N = 1 kg*1m/(1s)2 (j. siły)

12. Pomiary, wielkości fizyczne i jednostki Metr Dawniej Wzorzec ze stopu platynowo-irydowego równy jednej dziesięciomilionowej odległości od bieguna do równika mierzonej wzdłuż południka przechodzącego przez Paryż

13. Pomiary, wielkości fizyczne i jednostki Obecnie Metrjest długością równą 1 650 763, 73 długości fali w próżni promieniowania monochromatycznego o barwie pomarańczowej emitowanego przez atom kryptonu 86

14. Rozmiary obiektów fizycznych

15. Nasza Galaktyka z obłokiem Magellana 9325 Galaktyk 1026=100 000 000 000 000 000 000 000 000 Metrów Układ Słoneczny 1022=10 000 000 000 000 000 000 000 Metrów Droga Ziemi w 6 tygodniach 1013=10 000 000 000 000 Metrów 1011=100 000 000 000 Metrów Akcelerator LEP Jezioro Genewskie Orbita Księżyca CERN 105=100 000 Metrów 104=10 000 Metrów 103=1000 Metrów 109=1000 000 000 Meter Przegląd podstawowych rozmiarów 1023=100 000 000 000 000 000 000 000 Metrów 1020=100 000 000 000 000 000 000 Metrów 106=1000 000 Metrów 108=100 000 000 Metrów 1014=100 000 000 000 000 Metrów 101=10 Metrów 100=1 Metr 102=100 Metrów 107=10 000 000 Metrów

16. Jądro Atomowe Proton zKwarkami Atom Węgla 10-15=0.000 000 000 000 001 Metra 10-10=0.000 000 000 1 Metra 10-14=0.000 000 000 000 01 Metra Molekuła DNS 10-8=0.000 000 01 Metra Oko Muchy Włosek Facetten 10-3=0.001 Metra 10-5=0.000 01 Metra 10-4=0.000 1 Metra Przegląd podstawowych rozmiarów 10-2=0.01 Metra 10-1=0.1 Metra 100=1 Metr 10-7=0.000 000 1 Metra 10-6=0.000 001 Metra

17. Przedrostki wielokrotności i podwielokrotności

18. Wektory Oznaczenie wektorów lub Wektor opisujący przemieszczenie punktu materialnego z położenia A do B ma postać B (Cechy wektorów) A

19. Dodawanie jest przemienne Działania na wektorach • Dodawanie Dodawanie jest łączne

20. Odejmowanie

21. Rozkład wektora na składowe y O x

22. Wersor Wersorami nazywamy wektory jednostkowe o długości równej jeden, a kierunku i zwrocie zgodnym z osiami układu y O x

23. Analityczne dodawanie wektorów Analityczne odejmowanie wektorów

24. Mnożenie wektorów - Iloczyn skalarny Wynikiem iloczynu skalarnego jest liczba

25. - Iloczyn wektorowy Wynikiem iloczynu wektorowego wektorów a i b jest wektor c prostopadły do płaszczyzny utworzonej przez wektory a i b . Zwrot wektora c określa reguła śruby prawoskrętnej

26. Iloczyn skalarny i wektorowy dla wersorów y O x Układ prawoskrętny z

27. Analityczne mnożenie wektorów

28. Pochodna funkcji jednej zmiennej y=f(x), oznaczana symbolicznie y’, f ’(x), jest to nowa funkcja zmiennej x, równa przy każdej wartości x granicy stosunku przyrostu funkcji Dy do odpowiadającego mu przyrostu zmiennej niezależnej Dx, gdy Dx dąży do zera: Warunkiem koniecznym istnienia pochodnej (różniczkowalności) funkcji f w punkcie x jest ciągłość funkcji w punkcie x.

29. Pochodna funkcji f w punkcie x0.

30. Pochodne wybranych funkcji

31. Reguły różniczkowania

32. Pochodna funkcji złożonej

33. Całkowanie funkcji Całkowanie funkcji to operacja odwrotna do różniczkowania Polega na znalezieniu tzw. funkcji pierwotnej, czyli funkcji, która po zróżniczkowaniu da funkcję wyjściową: Funkcja F(x) jest nazywana całką nieoznaczoną funkcji f(x) Funkcja pierwotna może być wyznaczona z dokładnością do stałej nazywanej stałą całkowania

34. Podstawowe całki C - stała całkowania

35. Reguły całkowania

36. Całka oznaczona Całką oznaczoną funkcji f w granicach od x1 do x2 nazywamy różnicę wartości funkcji pierwotnej F(x) w punktach x2 i x1 W obszarze całkowania funkcja f musi być ciągła Interpretacja geometryczna Całka oznaczona jest liczbowo równa polu powierzchni pod wykresem funkcji f(x)