Moodle FEL ČVUT
Fyzika 1
B241 - Zimní 2024/2025
Fyzika 1 - BD5B02FY1
| Kredity | 7 |
| Semestry | letní |
| Zakončení | zápočet a zkouška |
| Jazyk výuky | čeština |
| Rozsah výuky | 14KP+6KC |
Anotace
V rámci základního předmětu Fyzika 1 jsou studenti uvedeni do dvou hlavních částí fyziky. První část se týká klasické mechaniky. V rámci klasické mechaniky, která je pomyslnou vstupní bránou do studia fyziky vůbec, se seznámí s kinematikou hmotného bodu, dynamikou hmotného bodu, soustavy hmotných bodů či tuhého tělesa. Studenti si osvojí takové znalosti z klasické mechaniky, aby byli schopni řešit základní úlohy spojené s popisem mechanických soustav, se kterými se setkají v průběhu dalšího studia. Na těchto znalostech staví navazující předmět Fyzika 2. Na klasickou mechaniku v rámci tohoto kurzu následně navazuje úvod do relativistické mechaniky. Druhá část tohoto kurzu je věnována elektrickému a magnetickému poli. Studenti jsou během výuky této části postupně seznámeni se základními zákonitostmi jak časově proměnných, tak časově neproměnných elektrických a magnetických polí. Nabyté znalosti využijí v dalších oblastech studia, zejména v elektrických obvodech, teorii materiálů či dynamických systémů. Na těchto znalostech staví navazující předmět Fyzika 2.
Cíle studia
None
Osnovy přednášek
1. Fyzikální jednotky, základní druhy fyzikálních polí. Souřadnicové systémy.
2. Kinematika hmotného bodu (přímočarý pohyb, pohyb po kružnici a obecný křivočarý pohyb).
3. Newtonovy pohybové zákony, inerciální a neinerciální vztažné soustavy. Pohybové rovnice v
inerciálních i neinerciálních soustavách.
4. Práce, výkon, konzervativní silová pole, kinetická a potenciální energie. Zákon zachování
mechanické energie.
5. Centrální silové pole, pohyb v centrálním silovém poli, Keplerovy zákony. Newtonův gravitační zákon, gravitační pole soustavy hmotných bodů a těles se spojitě rozloženou hmotou. Intenzita a potenciál gravitačního pole. Energie gravitačního pole.
6. Mechanické kmitavé soustavy. Netlumený a tlumený mechanický lineární oscilátor. Vynucené
kmity. Rezonance výchylky a rychlosti. Skládání kmitů.
7. Soustava hmotných bodů, izolovaná a neizolovaná soustava hmotných bodů, I. a II. věta
impulzová, zákon zachování hybnosti, momentu hybnosti a mechanické energie pro soustavu
hmotných bodů. Hmotný střed a těžišťová soustava.
8. Tuhé těleso, obecný pohyb tuhého tělesa, pohybové rovnice tuhého tělesa, otáčení tělesa
kolem pevné osy a pevného bodu. Teorie deformace, mechanické napětí, Hookův zákon.
9. Úvod do mechaniky tekutin - Eulerova pohybová rovnice, barometrická formule, Bernoulliova rovnice, Pascalův a Archimédův zákon.
10. Základní postuláty speciální teorie relativity, Lorentzova transformace, relativistická kinematika a dynamika.
11. Vlastnosti elektrického náboje, Coulombův zákon, intenzita a potenciál elektrického pole
soustavy bodových nábojů či spojitě rozloženého elektrického náboje. Gaussova věta, Maxwellovy rovnice pro elektrostatické pole ve vakuu.
12. Potenciál a intenzita pole elektrického dipólu, vektor elektrické polarizace a elektrické indukce, dielektrika v elektrickém poli, Maxwellovy rovnice elektrostatiky pro materiálové prostředí. Vodič v elektrickém poli, Faradayova klec. Kapacita, kondenzátor. Energie elektrostatického pole.
13. Stacionární elektrický proud, proudová hustota, rovnice kontinuity elektrického náboje,
elektromotorické napětí, Kirchhoffovy zákony, Ohmův zákon, Jouleův zákon. Magnetostatické
pole, Lorentzova síla, Ampérův zákon, Biotův-Savartův zákon.
14. Magnetický moment, vektor magnetické polarizace, intenzita magnetického pole. Silové
účinky magnetického pole, vlastnosti látek v magnetickém poli. Energie magnetostatického
pole. Elektromagnetická indukce, energie elektromagnetického pole. Maxwellův proud.
Soubor Maxwellových rovnic.
2. Kinematika hmotného bodu (přímočarý pohyb, pohyb po kružnici a obecný křivočarý pohyb).
3. Newtonovy pohybové zákony, inerciální a neinerciální vztažné soustavy. Pohybové rovnice v
inerciálních i neinerciálních soustavách.
4. Práce, výkon, konzervativní silová pole, kinetická a potenciální energie. Zákon zachování
mechanické energie.
5. Centrální silové pole, pohyb v centrálním silovém poli, Keplerovy zákony. Newtonův gravitační zákon, gravitační pole soustavy hmotných bodů a těles se spojitě rozloženou hmotou. Intenzita a potenciál gravitačního pole. Energie gravitačního pole.
6. Mechanické kmitavé soustavy. Netlumený a tlumený mechanický lineární oscilátor. Vynucené
kmity. Rezonance výchylky a rychlosti. Skládání kmitů.
7. Soustava hmotných bodů, izolovaná a neizolovaná soustava hmotných bodů, I. a II. věta
impulzová, zákon zachování hybnosti, momentu hybnosti a mechanické energie pro soustavu
hmotných bodů. Hmotný střed a těžišťová soustava.
8. Tuhé těleso, obecný pohyb tuhého tělesa, pohybové rovnice tuhého tělesa, otáčení tělesa
kolem pevné osy a pevného bodu. Teorie deformace, mechanické napětí, Hookův zákon.
9. Úvod do mechaniky tekutin - Eulerova pohybová rovnice, barometrická formule, Bernoulliova rovnice, Pascalův a Archimédův zákon.
10. Základní postuláty speciální teorie relativity, Lorentzova transformace, relativistická kinematika a dynamika.
11. Vlastnosti elektrického náboje, Coulombův zákon, intenzita a potenciál elektrického pole
soustavy bodových nábojů či spojitě rozloženého elektrického náboje. Gaussova věta, Maxwellovy rovnice pro elektrostatické pole ve vakuu.
12. Potenciál a intenzita pole elektrického dipólu, vektor elektrické polarizace a elektrické indukce, dielektrika v elektrickém poli, Maxwellovy rovnice elektrostatiky pro materiálové prostředí. Vodič v elektrickém poli, Faradayova klec. Kapacita, kondenzátor. Energie elektrostatického pole.
13. Stacionární elektrický proud, proudová hustota, rovnice kontinuity elektrického náboje,
elektromotorické napětí, Kirchhoffovy zákony, Ohmův zákon, Jouleův zákon. Magnetostatické
pole, Lorentzova síla, Ampérův zákon, Biotův-Savartův zákon.
14. Magnetický moment, vektor magnetické polarizace, intenzita magnetického pole. Silové
účinky magnetického pole, vlastnosti látek v magnetickém poli. Energie magnetostatického
pole. Elektromagnetická indukce, energie elektromagnetického pole. Maxwellův proud.
Soubor Maxwellových rovnic.
Osnovy cvičení
A. Laboratorní cvičení (povinné)
1. Úvodní výklad (bezpečnost práce, seznámení s úlohami a laboratorním řádem).
2. Měření vybraných úloh podle zvláštního seznamu.
B. Početní cvičení (nepovinné)
Na cvičení budou detailně probírány příklady ke zkoušce a k zápočtu
Podrobnosti ke cvičením v pokynech na stránce předmětu (bude otevřena).
1. Úvodní výklad (bezpečnost práce, seznámení s úlohami a laboratorním řádem).
2. Měření vybraných úloh podle zvláštního seznamu.
B. Početní cvičení (nepovinné)
Na cvičení budou detailně probírány příklady ke zkoušce a k zápočtu
Podrobnosti ke cvičením v pokynech na stránce předmětu (bude otevřena).
Literatura
1. Kubeš P., Kyncl Z., FYZIKA I, Vyd. ČVUT Praha, 2003, třetí vydání
2. Jelen J., FYZIKA II, Vyd. ČVUT Praha, 1998, vydání druhé přepracované
3. Pekárek S., Murla M., Fyzika I - semináře, Vyd. ČVUT Praha, 1997, druhé vydání
4. Kulhánek P., Malinský K., Murla M., Pekárek S., Plocek J.: Fyzika 2 - Semináře, Vyd. ČVUT
Praha, 2002, první vydání
5. Červenka, M.: 234 problémů z mechaniky, elektřiny a magnetizmu
6. Červenka, M.: Zpracování fyzikálních měření
7. Halliday, D., Resnick, R., Walker, J.: Fyzika, VUTIUM-PROMETHEUS, 2000
8. Kvasnica, J., Havránek, A., Lukáč, P., Sprášil, B.: Mechanika, ACADEMIA, 2004
9. Sedlák, B., Štoll, I.: Elektřina a magnetismus, ACADEMIA, 2002
2. Jelen J., FYZIKA II, Vyd. ČVUT Praha, 1998, vydání druhé přepracované
3. Pekárek S., Murla M., Fyzika I - semináře, Vyd. ČVUT Praha, 1997, druhé vydání
4. Kulhánek P., Malinský K., Murla M., Pekárek S., Plocek J.: Fyzika 2 - Semináře, Vyd. ČVUT
Praha, 2002, první vydání
5. Červenka, M.: 234 problémů z mechaniky, elektřiny a magnetizmu
6. Červenka, M.: Zpracování fyzikálních měření
7. Halliday, D., Resnick, R., Walker, J.: Fyzika, VUTIUM-PROMETHEUS, 2000
8. Kvasnica, J., Havránek, A., Lukáč, P., Sprášil, B.: Mechanika, ACADEMIA, 2004
9. Sedlák, B., Štoll, I.: Elektřina a magnetismus, ACADEMIA, 2002
Požadavky
https://moodle.fel.cvut.cz/course/view.php?id=7714