Obecná fyzika I (Mechanika a molekulová fyzika) (FSI-TF1)

Akademický rok 2021/2022
Garant: doc. Ing. Radek Kalousek, Ph.D.  
Garantující pracoviště: ÚFI všechny předměty garantované tímto pracovištěm
Jazyk výuky: čeština
Cíle předmětu:
Seznámit studenty prostřednictvím jedné z nejnázornějších oblastí fyziky - mechaniky a molekulové fyziky - se strukturou fyzikálních disciplín, metodami fyziky, stylem fyzikálního myšlení i aplikačními možnostmi fyziky. Umožnit studentům pochopení základních zákonitostí mechaniky, termiky, termodynamiky a molekulové fyziky a aplikovat je na řešení konkrétních fyzikálně-technických úlohách.
Výstupy studia a kompetence:
Získání představy o pohybových zákonech newtonovské mechaniky, včetně zvládnutí problematiky pohybu tuhého tělesa i základů mechaniky kontinua. Popis klasických soustav mnoha částic jak z hlediska makroskopického, tak z hlediska mikroskopické představy. Zvládnout řešení modelových fyzikálních úloh i úloh směřujících k případným technickým aplikacím.
Prerekvizity:
Znalosti a dovednosti středoškolské matematiky a fyziky. Tento předmět je prerekvizitou pro předměty TF3 (Obecná fyzika 3, Kmity, vlny, optika) a TMM (Teoretická mechanika a mechanika kontinua).
Obsah předmětu (anotace):
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 biofyziky, aplikované fyziky a fyzikálního inženýrství a sleduje tyto cíle: * Seznámit studenty s problémy a metodami klasické mechaniky a molekulové fyziky na úrovni základního univerzitního kursu, s použitím přiměřeně úsporného matematického aparátu. * Formou praktické výuky názorné a přístupné disciplíny, zejména prostřednictvím demonstračních experimentů, uvést studenty do problematiky postupů a metod fyziky, vytvářejících základ fyzikálně-technického myšlení a schopnost aplikovat fyzikální poznatky v ostatních vědách.
Metody vyučování:
Předmět je vyučován formou přednášek, které mají charakter výkladu základních principů a teorie dané disciplíny. Cvičení je zaměřeno na praktické zvládnutí látky probrané na přednáškách.
Způsob a kritéria hodnocení:
Společné podmínky pro podání přihlášky ke zkoušce pro studenty oborů Biofyzika, Aplikovaná fyzika, Fyzikální inženýrství: Odevzdání a otestování deseti elaborátů sestavených z úloh jednotlivých kapitol
literatury [1] a [2]. Požadavky úspěšného ukončení předmětu:
l. Znalost základních charakteristik popisu pohybu částice (trajektorie, rychlost, zrychlení,...) a schopnost s nimi počítat.
2. Schopnost řešit s porozuměním základní úlohy dynamiky hmotného bodu s využitím pohybových zákonů, silových zákonů a zákonů zachování (pohyb částice v silovém poli).
3. Schopnost aplikovat základní zákony dynamiky a zákony zachování při řešení úloh o pohybu tuhého tělesa (rotace tuhého tělesa kolem pevné osy).
4. Schopnost použít s porozuměním základní poznatky z mechaniky pro řešení úloh o statické rovnováze a proudění kapalin (rozložení tlaku v kapalině, vytékání kapaliny z nádoby).
5. Použití zákonů termodynamiky a stavové rovnice ideálního plynu pro praktické výpočty: tepelné kapacity, účinnost strojů.
6. Interpretovat Maxwellovo rozdělení rychlostí a použít je pro jednoduché praktické výpočty.

Písemná část zkoušky: V části (a) - příklady se ověřuje schopnost samostatného řešení komplexnějších příkladů
(obtížnost stejná nebo poněkud nižší než ve cvičení). Část (b) je test pokrývající jednoduchými úlohami problematiku mechaniky a molekulové fyziky. Ústní část zkoušky: Diskuse o širší problematice úloh z písemné části.
Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky:
Výuka v teoretickém cvičení dle rozvrhu je kontrolována vyučujícím. Způsob nahrazení zmeškané výuky stanoví vyučující, zpravidla formou odevzdání a otestování vypočítaných příkladů.
Typ (způsob) výuky:
    Přednáška  13 × 3 hod. nepovinná                  
    Cvičení  13 × 2 hod. povinná                  
Osnova:
    Přednáška Experiment ve fyzice.
Popis pohybu hmotného bodu.
Popis pohybu v různých vztažných soustavách.
Pohybové zákony mechaniky.
Pohybové rovnice a jejich řešení.
Práce a kinetická energie.
Pohyb soustavy částic.
Pohyb tuhého tělesa.
Mechanika kapalin-statika.
Mechanika kapalin-proudění.
Makroskopický popis soustavy mnoha částic.
Základy termodynamiky.
Základy kinetické teorie plynů.
    Cvičení Řešení problémů definovaných v přednášce. Další problémy jsou řešeny ve volitelném (nepovinném) předmětu Fyzikální proseminář I.
Literatura - základní:
1. HALLIDAY, D. - RESNICK, R. - Walker, J.: Fyzika, VUTIUM, Brno 2001
2. FEYNMAN, R.P.-LEIGHTON, R.B.-SANDS, M.: Feynmanovy přednášky z fyziky, Fragment, 2001
3. KVASNICA, J. a kol.: Mechanika,
Literatura - doporučená:
1. HALLIDAY, D. - RESNICK, R. - Walker, J.: Fundamentals of Physics, John Wiley and Sons, New York, 1997
2. FEYNMAN, R.P.-LEIGHTON, R.B.-SANDS, M.: Feynmanovy přednášky z fyziky, Fragment, 2001
3. HORÁK, Z. - KRUPKA, F.: Fyzika, SNTL, Praha 1976
4. HANDLÍŘOVÁ, B. a kol.: Konzultační cvičení I a II, Vydavatelství MU Brno, 1996
Zařazení předmětu ve studijních programech:
Program Forma Obor Spec. Typ ukončení   Kredity     Povinnost     St.     Roč.     Semestr  
B-FIN-P prezenční studium --- bez specializace -- zá,zk 7 Povinný 1 1 Z