F1040 Mechanika a molekulová fyzika

Přírodovědecká fakulta
podzim 2013
Rozsah
3/2. 4 kr. (plus ukončení). Ukončení: zk.
Vyučující
prof. RNDr. Jiří Spousta, Ph.D. (přednášející)
Mgr. Jiří Bartoš, PhD. (cvičící)
Mgr. Filip Hroch, Ph.D. (cvičící)
doc. RNDr. Aleš Lacina, CSc. (cvičící)
Mgr. Michal Čech, Ph.D. (pomocník)
Mgr. Matúš Kocka (pomocník)
Mgr. Michael Krbek, Ph.D. (pomocník)
Mgr. Ing. arch. Petr Kurfürst, Ph.D. (pomocník)
Mgr. Bc. Tomáš Řiháček, Ph.D. (pomocník)
Garance
prof. RNDr. Michal Lenc, Ph.D.
Ústav teoretické fyziky a astrofyziky – Fyzikální sekce – Přírodovědecká fakulta
Kontaktní osoba: doc. RNDr. Aleš Lacina, CSc.
Dodavatelské pracoviště: Ústav teoretické fyziky a astrofyziky – Fyzikální sekce – Přírodovědecká fakulta
Rozvrh
Pá 8:00–10:50 F2 6/2012
  • Rozvrh seminárních/paralelních skupin:
F1040/01: Čt 17:00–18:50 F3,03015, F. Hroch
F1040/02: St 14:00–15:50 Fs1 6/1017
F1040/03: Čt 7:00–8:50 F4,03017
F1040/04: Čt 14:00–15:50 F4,03017, F. Hroch
Předpoklady
Zvládnutí požadavků předmětu Mechanika na úrovni společné části maturity z fyziky.
Omezení zápisu do předmětu
Předmět je otevřen studentům libovolného oboru.
Cíle předmětu
Mechanika a molekulová fyzika je tradiční úvodní disciplinou základního kurzu obecné fyziky, zejména díky své názornosti a přístupnosti lidskému smyslovému vnímání. Předmět je určen studentům odborné fyziky a učitelství fyziky a sleduje především tyto cíle:

* Seznámit studenty s problémy a metodami klasické mechaniky a molekulové fyziky na úrovni základního univerzirního kursu, s použitím přiměřeného aparátu matematické analýzy a algebry.

* Formou praktické výuky názorné a přístupné disciplíny včetně demonstračních experimentů uvést studenty do problematiky postupů a metod fyziky, vytvářejících fyzikální myšlení budoucího odborného či vědeckého pracovníka, nebo učitele.

Absolvováním předmětu získá student tyto znalosti a dovednosti:

* Základní znalost a přehled o stavbě fyziky jako disciplíny.
* Schopnost rozeznat základní stavební kameny fyzikální disciplíny: vstupní experiment, principy fyzikální disciplíny (axiomy), odvozená tvrzení (fyzikální zákony), ověřovací experiment.
* Posoudit úlohu matematického aparátu ve fyzice.
* Schopnost aplikovat na problémy mechaniky matematický aparát.
* Schopnost vyvozovat z fyzikálních principů klasické mechaniky odvozená tvrzení (např. z Newtonových zákonů impulzové věty, zákony zachování, apod.)
* Schopnost vytvářet zjednodušující fyzikální modely mechanických soustav. * Schopnost posoudit aproximativní charakter některých modelů a postupů v mechanice z hlediska fyzikálního i matematického.
* Schopnost řešit příklady a úlohy z klasické mechaniky částic, soustav částic a kontinua na úrovni základního univerzitního kurzu obecné fyziky.
* Schopnost interpretovat základní demonstrační experimenty.
Osnova
  • 1. Experiment ve fyzice.
  • 2. Veličiny charakterizující pohyb těles.
  • 3. Vztažné soustavy.
  • 4. Nerelativistická dynamika částice: Zákony newtonovské mechaniky.
  • 5. Pohybové rovnice a jejich řešení.
  • 6. Základní myšlenky relativistické mechaniky.
  • 7. Práce a mechanická energie, mechanika dvoučásticové izolované soustavy.
  • 8. Mechanika soustavy částic: Hybnost a moment hybnosti, impulzové věty a zákony zachování.
  • 9. Pohyb tuhého tělesa.
  • 10. Mechanika spojitých prostředí: Statická rovnováha kapaliny.
  • 11. Pohyb ideální a viskózní kapaliny.
  • 12. Makroskopické soustavy--termodynamický popis: Makrostav soustavy, rovnovážné stavy a vratné děje, termodynamické zákony, základní myšlenky nerovnovážné termodynamiky.
  • 13. Makroskopické soustavy--statistický popis: Mikrostav soustavy, rozdělovací funkce, entropie.
  • 14. Tepelné vlastnosti látek. Fázové přechody.
Literatura
  • HALLIDAY, David, Robert RESNICK a Jearl WALKER. Fyzika. 1. vyd. Brno, Praha: Vutium, Prometheus, 2001. ISBN 80-214-1868-0. info
  • KVASNICA, Jozef. Mechanika. Vyd. 1. Praha: Academia, 1988, 476 s. info
  • MUSILOVÁ, Jana a Pavla MUSILOVÁ. Matematika pro porozumění i praxi I. Brno: VUTIUM, 2006, 281 s. Vysokoškolské učebnice. ISBN 80-214-2914-3. info
  • KVASNICA, Jozef. Matematický aparát fyziky. Vyd. 1. Praha: Academia, 1989, 383 s. ISBN 8020000887. info
  • FEYNMAN, Richard Phillips, Robert B. LEIGHTON a Matthew L. SANDS. Feynmanove prednášky z fyziky. 2. vyd. Bratislava: Alfa, 1986, 451 s. info
Výukové metody
Přednáška: teoretická výuka kombinovaná s demonstračními experimenty včetně jejich fyzikálního výkladu. Cvičení: teoretické cvičení zaměřené na procvičení základních pojmů a zákonů mechaniky, samostatné řešení úloh, včetně úloh komplexnějšího charakteru
Metody hodnocení
Výuka: přednáška, konzultační cvičení Zkouška: písemná (dvě části: (a) úlohy, (b) test) a ústní
Navazující předměty
Informace učitele
Požadavky cvičení – prezenční forma studia:

1)Účast ve cvičení je povinná a je kontrolována.
2)Na každé cvičení se nejméně týden předem zadává cca 10 úloh, jejichž řešení jsou všichni studenti povinni si připravit tak, aby je byli schopni v tomto cvičení provést a podrobně okomentovat. Aktivita ve cvičení je zaznamenávána a bude zohledněna při závěrečné klasifikaci předmětu.
3)V každém cvičení píší studenti test – doba trvání cca 15 minut. Výsledky těchto testů jsou bodovány a v závěru semestru souhrnně klasifikovány na základě bodového zisku. Známka je započtena do výsledné klasifikace zkoušky.
4)Případná neúčast v jednotlivém cvičení musí být řádně omluvena vyučujícímu, který také rozhoduje o přijetí omluvy. Omluvená neúčast v jednotlivém cvičení bude kompenzována vypracováním pěti úloh spadajících do oblasti probírané problematiky a odevzdaných nejpozději v příštím cvičení. (Ve zdůvodněných případech může termín odevzdání vyučující výjimečně prodloužit.) Test zameškaný v důsledku omluvené neúčasti v jednotlivém cvičení je student povinen absolvovat v nejbližším ze tří náhradních termínů, které budou stanoveny na konec první, druhé a poslední třetiny semestru.

Požadavky cvičení – kombinovaná forma studia + celoživotní vzdělávání:
1)Účast ve cvičení není povinná. Každý student je však administrativně veden v určité seminární skupině, při čemž jeho příslušnost k seminární skupině je dána studovaným oborem.
2)Každý student se může účastnit jednotlivých cvičení své seminární skupiny. V tom případě pro jeho jednotlivé účasti platí v plném rozsahu body 2) a 3) požadavků cvičení pro prezenční formu studia.
3)Ke každému cvičení, jehož se ve své seminární skupině nezúčastní, vypracovává řešení pěti předem zadaných úloh (výpočet a stručný komentář k postupu), která odevzdá nejpozději na konci první, resp. druhé, resp. poslední třetiny semestru (z tématiky první, resp. druhé, resp. poslední třetiny semestru). Úroveň řešení je hodnocena a bude zohledněna při závěrečné klasifikaci předmětu.
4)Na konci první, druhé a poslední třetiny semestru student absolvuje prezenční test pokrývající látku cvičení, jichž se v příslušné třetině semestru nezúčastnil. Výsledky těchto testů jsou bodovány a v závěru semestru souhrnně klasifikovány na základě bodového zisku. Známka je započtena do výsledné klasifikace zkoušky.

Zkouška:
1)Podmínkou přístupu ke zkoušce je splnění všech požadavků cvičení, přičemž výsledná klasifikace průběžných testů nesmí být „F“. (Výsledná klasifikace je „F“, jestliže student získal v průběžných testech méně než 50% bodů.)
2)Zkouška je písemná a ústní.
3)Písemná část zkoušky má dvě části, zvlášť klasifikované: - úlohy 90 min (4 úlohy komplexnějšího charakteru, zahrnující výpočty, úroveň obtížnosti odpovídá cvičení) - test 60 min (10 otázek, resp. krátkých úloh bez složitých výpočtů, pokrývajících celou látku
4)Ústní zkouška – rozprava o problematice písemky, otázky z celé látky. Ústní zkouška je veřejná.
5)Do výsledné klasifikace je započtena známka ze semestrálních testů, známky z obou částí písemky u zkoušky a známka z ústní části zkoušky. Je-li známka u ústní části „F“, je výsledná známka „F“.

Konzultace:
Studenti mohou po předchozí domluvě konzultovat problematiku cvičení s vyučujícími ve cvičení, s přednášejícími, popřípadě s asistenty – doktorandy Ústavu teoretické fyziky a astrofyziky, kteří se věnují opravě úloh: Mgr. Ing. Arch. Petr Kurfürst, Mgr. Matúš Kocka.
Další komentáře
Studijní materiály
Předmět je vyučován každoročně.
Nachází se v prerekvizitách jiných předmětů
Předmět je zařazen také v obdobích podzim 2007 - akreditace, podzim 2010 - akreditace, podzim 2001, podzim 2002, podzim 2003, podzim 2004, podzim 2005, podzim 2006, podzim 2007, podzim 2008, podzim 2009, podzim 2010, podzim 2011, podzim 2011 - akreditace, jaro 2012 - akreditace, podzim 2012, podzim 2014, podzim 2015, podzim 2016, podzim 2017, podzim 2018, podzim 2019, podzim 2020, podzim 2021, podzim 2022, podzim 2023, podzim 2024.