FA052 Prvky fyzikálních teorií 2

Přírodovědecká fakulta
jaro 2017
Rozsah
1/1. 3 kr. Doporučované ukončení: z. Jiná možná ukončení: k.
Vyučující
prof. RNDr. Martin Černohorský, CSc. (přednášející)
prof. RNDr. Martin Černohorský, CSc. (cvičící)
Garance
prof. RNDr. Jana Musilová, CSc.
Ústav teoretické fyziky a astrofyziky – Fyzikální sekce – Přírodovědecká fakulta
Kontaktní osoba: prof. RNDr. Michal Lenc, Ph.D.
Dodavatelské pracoviště: Ústav teoretické fyziky a astrofyziky – Fyzikální sekce – Přírodovědecká fakulta
Omezení zápisu do předmětu
Předmět je otevřen studentům libovolného oboru.
Cíle předmětu
Cílem kurzu je (1) umět popsat obecné principy
(1a) metodologie budování pojmů, (1b) postupů vedoucích k formulaci zákonů a (2) uplatnit jejich dobré pochopení
(2a) na Einsteinových pracích o vztahu energie–hmotnost,
(2b) na příkladech z mechaniky, (2c) na příkladech z oblastí využívajících statistiky včetně fyzikálního měření.
Organickou součástí kurzu jsou fyzikálněhistorické jednotlivosti a poznámky k tematickým aktualitám.
Osnova
  • 1. Testování, imunizace, falzifikace teorie.
  • 'Selhání Newtonovy teorie': Existence planety Neptun. – 'Nedělitelnost atomu': Radioaktivita, Large Hadron Collider. – 'Natura non facit saltus': Kvantová teorie.
  • 2. Vztah energie–hmotnost.
  • (1) Zobecnění souběžného narůstání hmotnosti a kinetické energie elektronu (a) na jakoukoli hmotnou soustavu, (b) na celkovou energii. (2) Einsteinův aproximativní krok při odvozování vztahu energie–hmotnost. (3) Einsteinovy práce o vztahu energie–hmotnost.
  • 3. Veličiny a vztahy v různých vztažných systémech.
  • (1) Transformace statických a kinetických charakteristik. (2) Volný pád. – Königova věta. – Kosmické rychlosti.
  • 4. Viriálový teorém a jeho aplikace.
  • Slunce–planeta. Bohrův model vodíku. – Harmonický oscilátor.
  • 5. Ideální plyn a jeho stavová rovnice. Odvození stavové rovnice (a) z experimentálně získaných zákonů o plynech, (b) pomocí věty o viriálu. – Homogenita a izotropnost prostoru. Homogenita času. – Ekvipartiční princip. Ergodická hypotéza.
  • 6. Teplota, teplo.
  • Maxwellovy představy o teple. – Fenomenologická a mikrostrukturní definice teploty. – Tepelná energie. Mikropráce. – Modely interakcí na rozhraní soustav. Balistické kyvadlo. – Definice tepla.
  • 7. První věta termodynamiky. Tři složky 'tepla': mikropráce, záření, látka. – Od zákona setrvačnosti k principu zachování energie.
  • 8. Dvouatomový model kondenzované látky.
  • Silové křivky částic. Energiová křivka soustavy. Charakteristické body. Model tepelné roztažnosti pevných látek. Fázové přeměny. Vazebná energie. 9. Fyzikální měření.
  • Správnost. Přesnost. Zpřesňovací činitele. – Velikost molekul. Avogadrův zákon. Loschmidtovo číslo. Velikost atomů. Meziatomové vzdálenosti. – Projekt IUCr 'Přesná stanovení mřížkových parametrů'.
  • 10. Machovy základy mechaniky. Machova kritika Newtonovy axiomatiky. Analýza její oprávněnosti. – Machova formulace základů mechaniky.
  • 11. Johann Gregor Mendel, Ernst Mach, Georg Placzek, Kurt Gödel. Životopisné črty s poukazem na význačné prvky teorií spjatých s jejich dílem.
  • 12. Rekapitulace kurzu.
  • Závěrečná diskuse s náměty na úpravu jeho obsahu a stylu studia.
  • LITERATURA
  • Student dostane během semestru tištěně (1) faksimilia vybraných stránek z obtížně dostupné literatury, (2) české překlady faksimilií, pokud jsou v latině nebo v němčině, (3) listy ke speciálním tématům.
  • Koncepce kurzu využívá především tyto prameny:
  • 1. Einstein, A.:
  • 1.1. Über einen die Erzeugung und Verwandlung des Lichtes betreffenden heuristischen Gesichtspunkt. Ann. d. Phys. 17 (1905) 132-148.
  • 1.2. Über die von der molekularkinetischen Theorie der Wäme geforderten Bewegung von in ruhenden Flüssigkeiten suspendierten Teilchen. Ann. d. Phys. 17 (1905) 549-560.
  • 1.3. Zur Elektrodynamik bewegter Körper. Ann. d. Phys. 17 (1905) 891-921.
  • 1.4. Ist die Trägheit eines Körpers von seinem Energieinhalt abhängig? Ann. d. Phys. 18 (1905) 639-641.
  • 1.5. Eine neue Bestimmung der Moleküldimensionen.. Ann. d. Phys. 19 (1906) 289-306.
  • 1.6. Das Prinzip von der Erhaltung der Schwerpunktsbewegung und die Trägheit der Energie. Ann. d. Phys. 20 (1906) 627-633.
  • 1.7. Über die vom Relativitätsprinzip geforderte Trägheit der Energie. Ann. d. Phys. 23 (1907) 371-384.
  • 2. Maxwell, J. C.: Substanz und Bewegung. 1878. Translation of Matter and Motion,. 1876.
  • 3. Newton, I.: PHILOSOPHIAE NATURALIS PRINCIPIA MATHEMATICA. Editio ultima. Amstaelodami, Sumptibus Societatis, 1723.
  • 4. Newton, I.: THE PRINCIPIA. Mathematical Principles of Natural Philosophy. A New Translation by I. Bernard Cohen and Anne Whitman assisted by Budenz. Preceded by A Guide to Newton's Principia by I. Bernard Cohen. University of California Press. Berkeley, Los Angeles, London, 1999.
  • 5. Mach, E.: Die Geschichte und die Wurzel des Satzes von der ERHALTUNG DER ARBEIT. Vortrag gehalten in der k. böhm. Gesellschaft der Wissenschaften am 15. Nov. 1871 von E. Mach, Professor der Physik an der Universität Prag. Prag, 1872. J. G. Galve'sche k. k. Buchhandlung (Ottomar Bayer). II+58 S. Vortrag S.1-46, Noten S. 47-58.
  • 6. Mach, E.: Die Mechanik in ihrer Entwicklung, Historisch-kritisch dargestellt. Akademie- Verlag Berlin 1988. (Siebente verbesserte und vermehrte Auflage. F.A. Brockhaus, Leipzig 1912.)
  • 7. Černohorský, M.: Mach's criticism on Newton's axiomatization and the rotation in Lex I. In: Prosser V., Folta J. (eds.): Ernst Mach and the Development of Physics. Conference papers. Karolinum, Prague, 1991. 531 p. Pp. 267-270. (Conference Ernst Mach and the Development of Physics, Prague, 14-16 September 1988.)
  • 8. Černohorský M.: Metrologie mřížkových parametrů. Rozpravy Československé akademie věd, řada technických věd, ročník 78, sešit 5. Academia, Praha, 1968. 82 s., 21 příloh.
Literatura
  • HALLIDAY, David, Robert RESNICK a Jearl WALKER. Fundamentals of physics. 5th ed. New York: John Wiley & sons, 1997, vi, 362. ISBN 047109675X. info
  • Informace týkající se literatury jsou uvedeny na závěr Osnovy.
  • Information concerning the literature is to be found at the end of the Syllabus.
Výukové metody
Přednáška s diskusí
Metody hodnocení
Typ pracovního semináře (dílna) s výklady a diskusemi. Aktivity studenta: Účast v diskusi, krátká zadaná vystoupení (10 minut), písemné orientační testy ad hoc.
Informace učitele
Individuální konzultace mohou být sjednány při kterékoli pravidelné výuce.

Individual consultations can be setttled at the occasion of any regulare classes.
Další komentáře
Studijní materiály
Předmět je vyučován každoročně.
Výuka probíhá každý týden.
Předmět je zařazen také v obdobích jaro 2008 - akreditace, jaro 2011 - akreditace, jaro 2002, jaro 2003, jaro 2004, jaro 2005, jaro 2006, jaro 2007, jaro 2008, jaro 2009, jaro 2010, jaro 2011, jaro 2013, jaro 2014, jaro 2015, jaro 2016, jaro 2018.