image

Fyzika 1 - Program přednášek

[lctlec.show.tpl]

Osnova předmětu Fyzika 1 pro Fakultu dopravní, 2. semestr, 2+2

 

Předpoklady

 

  • Základy středoškolské fyziky (znalost základních fyzikálních veličin).

  •  Znalost práce s vektory (sčítání a odčítání vektorů, velikost vektoru, skalární a vektorový součin).
  • Ovládání diferenciálního a integrálního počtu jedné proměnné.

  • Základy diferenciálního a integrálního počtu více proměnných (parciální derivace, v 2. polovině semestru věta Gausse – Ostrogradského, Greenova a Stokesova věta).

 

 

Obsah předmětu

 

1.    Fyzikální veličiny a zákony. Struktura hmoty. Modely těles (hmotný bod, soustava hmotných bodů, kontinuum). Klasická mechanika. Relativistická a nerelativistická mechanika. Kinematika hmotného bodu, základní kinematické charakteristiky. Pohyb hmotného bodu (přímočarý, po kružnici).

2.   Silová pole (kontaktní a nekontaktní síly). Konzervativní a nekonzervativní silová pole (intenzita, potenciál). Gravitační a tíhové pole. Newtonův gravitační zákon. Princip realizace satelitů.

3.   Newtonovy zákony. Inerciální a neinerciální souřadnicové soustavy. Aplikace pohybových zákonů. Hybnost a impuls síly. Zákon zachování hybnosti. Práce, kinetická a potenciální energie. Zákon zachování energie.

4.            4.      Oscilace (harmonický pohyb, matematické kyvadlo, tlumené kmity, vynucené oscilace
         a rezonance)-modely, odvození pohybových rovnic, základní charakteristiky.

5.     Soustava hmotných bodů. Hmotný střed, vnější a vnitřní síly a jejich výslednice. Izolovaná a neizolovaná soustava hmotných bodů. Srážka dvou částic, laboratorní a těžišťová soustava. Zákon zachování hybnosti.

6.   Tuhé těleso. Translační a rotační pohyb. Moment síly, moment hybnosti. Moment setrvačnosti, Steinerova věta. I. a II. věta impulsová. Zákon zachování momentu hybnosti. Kinetická energie při translačním a rotačním pohybu.

7.     Základy mechaniky kontinua. Popis kontinua. Plošné a objemové síly. Vznik napětí a deformace. Tensor napětí a význam jeho složek. Hookův zákon. Jednoosé prodloužení, smyk. Rovnice rovnováhy pro deformovatelné těleso.

8.      Základy mechaniky tekutin. Vlastnosti kapalin a plynů. Ideální tekutina. Pohyb tekutiny. Druhy proudění. Bilanční rovnice. Zákon zachování hmotnosti, rovnice kontinuity. Eulerova pohybová rovnice. Bernoulliho rovnice.

9.     Aplikace Bernoulliho rovnice. Reálná tekutina, viskozita. Turbulentní proudění. Reynoldsovo kritérium. Odporová síla při obtékání těles. Povrchové jevy.

10.    Elastické vlny. Zdroje a vznik vlnění. Vlnová rovnice. Huygensův princip. Vlastnosti vlnění (interference, stojaté vlnění). Dopplerův jev. Energie elastických vln.

11.   Základy termiky. Termodynamický systém. Teplo a teplota. Stav termodynamického systému, stavové proměnné. Termodynamická rovnováha (relaxační procesy). 0. zákon termodynamiky. Ideální plyn. Stavová rovnice ideálního plynu. Stavová rovnice Van der Waalsova. Základy kinetické teorie plynů. Vnitřní energie plynu. Ekvipartiční teorém.

12.   Základy teorie transportních jevů. Vedení tepla (radiace, konvekce, kondukce). Rovnice vedení tepla. Přestup tepla, tepelný odpor. Teplo a práce. Tepelná kapacita. První zákon termodynamiky. Kvazistatické děje v ideálních plynech.

13.  Vratné a nevratné procesy. Entropie. Druhý zákon termodynamiky. Carnotův cyklus. Třetí zákon termodynamiky. Termodynamické potenciály. Agregátní stavy látek. Skupenství. Fáze. Klasifikace fázových přechodů. Fázové přechody I. druhu (tuhnutí, tání, vypařování, kondenzace).

14.    Rezerva.

 

 

Dosažené znalosti

 

  • Sestavení (a v některých případech řešení) soustav pohybových rovnic hmotného bodu, soustavy hmotných bodů, tuhého tělesa, kontinua.
  • Znalost základních zákonů mechaniky a termodynamiky (Newtonovy pohybové zákony, Newtonův gravitační zákon, 1. a 2. zákon termodynamiky).
  • Znalost zákonů zachování hybnosti, momentu hybnosti, energie.
  • Znalost tvaru vlnové rovnice a popisu rovinné harmonické vlny.
  • Umět správně použít rovnici kontinuity a Bernoulliho rovnici pro různé případy proudící tekutiny.
  • Znalost určení změny vnitřní energie, tepla a práce při jednotlivých tepelných procesech v ideálním plynu.
  • Znalost určení změny entropie při vratných dějích.

 


Literatura:

Malá, Z., Nováková, D., Vítů, T.: Fyzika I, Vydavatelství ČVUT, Praha 2009