Fyzika (FSI-BF)

Akademický rok 2023/2024
Garant: prof. Mgr. Miroslav Černý, Ph.D.  
Garantující pracoviště: ÚFI všechny předměty garantované tímto pracovištěm
Jazyk výuky: čeština
Cíle předmětu:
Osvojení zákonů klasické fyziky (v uvedených oblastech fyziky), schopnost jejich aplikace. Budování fyzikálního základu technických disciplín.
Výstupy studia a kompetence:
Systemizace jednotek fyzikálních veličin, manipulace s rovnicemi obsahujícími fyzikální veličiny. Znalosti definic, zákonů a podmínek jejich platnosti v oblastech uvedených v osnově.
Prerekvizity:
Znalosti klasické fyziky na úrovni střední školy. Základy lineární algebry, vektorového počtu a analytické geometrie. Diferenciální a integrální počet funkcí jedné proměnné.
Obsah předmětu (anotace):
Předmět fyzika seznamuje studenty se základy klasické fyziky tak, aby byli schopni je aplikovat na jednoduché systémy, objasnit a předpovědět jejich chování. Osvojované znalosti jsou předpokladem pro pochopení teoretických základů moderních inženýrských disciplín. Tématický rozsah: pohyb částice (rychlost, zrychlení), práce a energie (konzervativní a nekonzervativní síly, potenciál), dynamika rotujících těles, kmitání, harmonický oscilátor, vlnění, postupná vlna, interference vln, termodynamika, elektrostatické pole, elektrický proud, jednoduchý obvod.
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. Výuka je doplněna laboratorním cvičením.
Způsob a kritéria hodnocení:
Podmínky udělení zápočtu: Dosažení 50% z možného počtu bodů v teoretickém i laboratorním cvičení.
Zkouška je písemná (popřípadě i ústní), prověřuje znalosti fyzikálních veličin, zákonů a zejména jejich užití na příkladech. Vodítkem pro hodnocení je získaný počet bodů:
A: 90 - 100
B: 80 - 90)
C: 70 - 80)
D: 60 - 70)
E: 50 - 60)
F: 0 - 50)
Podrobnosti a upřesnění jsou uvedeny v elearningu.
Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky:
Kontrolovaná účast vyučujícím ve výuce Teoretického cvičení a Laboratorního cvičení stanovené rozvrhem. Způsob a termín nahrazení zameškané výuky stanoví vyučující.
Typ (způsob) výuky:
    Přednáška  13 × 2 hod. nepovinná                  
    Laboratorní cvičení  7 × 2 hod. povinná                  
    Cvičení  6 × 2 hod. povinná                  
Osnova:
    Přednáška Mezinárodní soustava jednotek, jednotky základní a jednotky odvozené. Standardy délky, hmotnosti a času. Vektory a skaláry. Vyjádření vektorů pomocí složek a jednotkových vektorů. Sčítání a násobení vektorů. Vektory a fyzikální zákony.
Dvojrozměrný a trojrozměrný pohyb. Poloha a posunutí. Průměrná a okamžitá rychlost. Průměrné a okamžité zrychlení. Příklady pohybů. Přímočarý pohyb. Rovnoměrně zrychlený pohyb. Šikmý vrh. Rovnoměrný pohyb po kružnici. Vzájemný pohyb po přímce.
Proč mění částice svoji rychlost? První Newtonův zákon. Síla, některé typy sil. Druhý Newtonův zákon - pohybová rovnice. Řešení pohybové rovnice. Třetí Newtonův zákon.
Kinetická energie. Práce konstantní a proměnné síly. Výkon. Vztažné soustavy. Práce tíhové síly, práce pružné síly.
Potenciální energie. Práce nekonzervativních sil a zákon zachování mechanické energie. Zákon zachování celkové energie. Hmotnost a energie.
Posuvný a otáčivý pohyb. Veličiny charakterizující otáčivý pohyb. Rovnoměrně zrychlený otáčivý pohyb. Korespondence obvodových a úhlových veličin. Kinetická energie tělesa při otáčivém pohybu. Výpočet momentu setrvačnosti, Steinerova věta. Pohybová rovnice pro otáčivý pohyb tuhého tělesa (druhá impulsová věta).
Kmitání. Harmonický pohyb. Pohybová rovnice pro harmonický pohyb. Energie jednoduchého harmonického oscilátoru. Tlumený oscilátor. Nucené kmity a rezonance.
Vlny a částice. Druhy vln. Vlny příčné a podélné. Postupné vlny. Rychlost postupné vlny. Princip superpozice. Interference vln. Stojaté vlny, vlastní kmity.
Teplota a teplo. Teplo a práce. První zákon termodynamiky. Entropie. Vratné a nevratné děje. Druhý zákon termodynamiky. Entropie kolem nás: motory, chladničky.
Elektrický náboj. Vodiče a nevodiče. Coulombův zákon. Kvantování náboje. Zachování náboje. Elektrické pole – intenzita a potenciál. Elektrické siločáry. Elektrické pole bodového náboje. Elektrické pole dipólu. Bodový náboj v elektrickém poli. Dipól v elektrickém poli.
Pohybující se náboje a elektrické proudy. Elektrický proud. Hustota proudu. Rezistivita. Ohmův zákon. Výkon v elektrických obvodech. Polovodiče. Supravodiče.
Práce a energie elektromotorického napětí. Výpočet proudu v jednoduchém obvodu. Napětí v obvodech. Obvody s více smyčkami.
    Laboratorní cvičení Měření momentu setrvačnosti. Poissonova konstanta.
Absorpce gama záření
Vazkost kapalin. Skupenské teplo tání ledu.
RLC obvod. Vlnová délka světla.
Ohnisková vzdálenost tenkých čoček.
Aktualizované informace a materiály lze nalézt v elearningu.
    Cvičení Vektory: Kapitola 3 – 37, 57 (6, 17, 30, 54, 58).
Pohyb hmotného bodu: Kapitola 2 – 78, 87 (5, 14, 32, 56, 83, 104), kapitola 4 – 15 (27, 62, 120, 123).
Síla a pohyb: Kapitola 5 – 47, 51, 53 (5, 20, 32, 78), kapitola 6 - 30, 34 (13, 22, 55, 60, 70, 109).
Práce a energie: Kapitola 7 - 22, 37 (12, 36, 55, 56, 73), kapitola 8 – 25, 27, 64 (29, 34, 40, 53, 59, 94).
Rotace a valení: Kapitola 10 – 38, 69 (4, 17, 20, 26, 30, 55, 79, 82, 96).
Kmitání: Kapitola 15 – 11, 24, 101 (32, 65, 76, 81, 96, 110).
Vlnění: Kapitola 16 – 84 (8, 32, 79, 91).
Elektrický náboj, elektrické pole: Kapitola 21 – 9 (12, 15, 54), kapitola 22 – 10 (7, 40, 69).
Proudy a obvody: Kapitola 26: 44 (1, 17, 18, 43), kapitola 27: 44 (7, 9, 19).

Poznámka: Úlohy jsou převzaty z učebnice [1], kde je najdete vždy v závěru příslušné kapitoly. Zadání příkladů lze najít i v elearningu.
Literatura - základní:
1. Halliday, D., Resnick, R., Walker, J.: Fyzika. 2. přepracované vydání, VUTIUM Brno, 2013
Literatura - doporučená:
1. Feynman, R.P. - Leigton, R.B. - Sands, M.:  Feynmanovy přednášky z fyziky - revidované vydání, Fragment, 2013 
2. Šikula, J., Liška, M., Vašina, P.: Fyzika I, II, VUT v Brně, Brno 1991
Zařazení předmětu ve studijních programech:
Program Forma Obor Spec. Typ ukončení   Kredity     Povinnost     St.     Roč.     Semestr  
B-PDS-P prezenční studium --- bez specializace -- zá,zk 7 Povinný 1 1 L
B-PRP-P prezenční studium --- bez specializace -- zá,zk 7 Povinný 1 1 L
B-STR-P prezenční studium STR Strojírenství -- zá,zk 7 Povinný 1 1 L