Plan wykładu Fizyka – Wstep˛ - cmf.p.lodz.plcmf.p.lodz.pl/iowczarek/materialy/fizyka/mibm_1wstep_new13.pdf · Orear J. Fizyka t. I i II . WNT, Warszawa 1994. Sawieliew I. W. Wykłady

Fizyka – Wstep

dr inz. Ireneusz Owczarek

CMF PŁ[email protected]://cmf.p.lodz.pl/iowczarek

2013/14

1 dr inz. Ireneusz Owczarek Fizyka – Wstep

Plan wykładu

1 Wstep

Z karty przedmiotu

Jak uczyc sie fizyki?

2 Fizyka a rozwój nauki i techniki

Nowe materiały

3 Podstawowe pojecia

Podstawowe prawa i zasady

Co to jest fizyka?

Wielkosci fizyczne i ich jednostki

Jednostki w układzie SI

4 Model Standardowy

Rodzaje czastek elementarnych

Prostota praw fizyki


Wstep Z karty przedmiotu

Formy zajec

Wykład Cwiczenia Laboratorium Suma w semestrze

10 10 10 30

Cele przedmiotu

Umozliwienie zdobycia wiedzy w zakresie opisu zjawisk fizycznych

zachodzacych zarówno w srodowiskach naturalnych, jak i spotykanych

w technice oraz w zakresie podstawowych praw z wybranych działów

fizyki.

Kształtowanie umiejetnosci rozwiazywania podstawowych zadan

z wybranych działów fizyki.

Umozliwienie zdobycia umiejetnosci obsługi podstawowego sprzetu

laboratoryjnego, opracowywania wyników i prezentowania ich w postaci

raportu.



Efekty kształcenia

Umiejetnosci i kompetencje

Student potrafi:

Wiazac zjawiska przyrodnicze i działanie urzadzen technicznych

z okreslonymi prawami fizyki.

Wykorzystywac matematyke jako narzedzie opisu wybranych zjawisk

fizycznych.

Rozwiazywac proste zadania rachunkowe w sposób logiczny

i przejrzysty.

Obsługiwac w podstawowym zakresie wybrany sprzet laboratoryjny.

Wykorzystywac odpowiednie metody opracowania wyników

eksperymentu i dokonywac ich ewaluacji.



Program

Tresci merytoryczne i formy zaliczenia

1 Elementy fizyki jadrowej i kwantowej.

2 Fizyczna zasada działania masera i lasera.

3 Zjawisko nadprzewodnictwa.

Sprawdzenie osiagniec efektów kształcenia

Wykład – Pisemne kolokwium z omawianych zagadnien.

Cwiczenia – Pisemne kolokwium z zadan.

Laboratorium – pisemne sprawozdania, jeden sprawdzian ustny, praca

podczas zajec.

Uwaga! Zaliczenie laboratorium jest warunkiem koniecznym!!

Ocena koncowa jest srednia wazona z ocen:

60% – kolokwia z cwiczen i wykładów,

40% – laboratorium (opracowanie wyników -24%, odpowiedz - 12%

i aktywnosc - 2% ).



Literatura podstawowa

Kania S.

Wykłady z fizyki cz. 1 i 2.

Wydawnictwo PŁ, Łódz 2012.

Halliday D., Resnick R, Walker J.

Podstawy Fizyki t. 1-5.

PWN, Warszawa 2005.

Orear J.

Fizyka t. I i II.

WNT, Warszawa 1994.

Sawieliew I. W.

Wykłady z fizyki t. I-III.

PWN, Warszawa 1994.

Strona internetowa prowadzona przez CMF PŁ

http://cmf.p.lodz.pl/efizyka

e-Fizyka. Podstawy fizyki.

Kakol Z. Zukrowski J.

http://home.agh.edu.pl/˜kakol/wyklady_pl.htm

Wykłady z fizyki.


Wstep Jak uczyc sie fizyki?

Obciazenie praca studenta

Systematyczna nauka na długo przed egzaminem i regularne powtarzanie –

to rzadko praktykowany sposób przygotowania do egzaminu.

W jaki sposób uczyc sie fizyki?

zrezygnowac z uczenia sie fizyki na pamiec!!!,

poprawic umiejetnosci matematyczne, jesli sa one niewystarczajace,

uczyc sie wzorów fizycznych poprzez analize zagadnienia.

Ogólne zasady uczenia sie fizyki

1 Systematycznosc.

2 Operatywnosc.

3 Posługiwanie sie wyobraznia.

Zadawajcie pytania!Mozecie zadawac pytania w kazdym momencie.


Fizyka a rozwój nauki i techniki Nowe materiały

CIEKAWOSC na Marsie!

6 sierpnia (2012) o godzinie 7:31 powierzchni Czerwonej Planety dotknał

najpotezniejszy z badajacych ja łazików (CURIOSITY).

Wyposazony w 10 instrumentów

badawczych, w tym:

działko laserowe ze

spektrometrem

przeprowadzajacym, na

odległosc, analize składu

chemicznego,

wiertło do drazenia dziur w glebie,

ramie zbierajace próbki gleby

i skał,

nuklearny reaktor

termoelektryczny (4, 8kg 23894 Pu).



Nobel (2009) za zonglowanie swiatłem

Nagrodzono pionierów obecnego swiata informacji i obrazu.

Naukowców, którzy wynalezli matryce CCD (stosowana w fotografii cyfrowej)

i zrewolucjonizowali przesyłanie bitów za pomoca szklanych autostrad.

Charles K. Kao, George E. Smith i Willard S. Boyle



Nobel (2010) za cudowny materiał – Andre Geim, KonstantinNowoselow

Grafen – weglowy plaster o grubosci

atomu – posiada wielka wytrzymałosc,

dzieki niezwykle silnym wiazaniom

miedzy atomami wegla – silniejszym

niz te, które czynia diament

najtwardszym z minerałów.

Gdyby uszyc z niego hamak - to chocwazyłby ledwie ułamek miligrama, beztrudu utrzymałby kota.

To materiał, który w elektronice zdetronizuje krzem:

Bardzo dobry przewodnik ciepła — zmierzona przewodnosc cieplna

wynosi od 4840± 440 do 5300± 480W/mK (srebro – 429W/mK),

Posiada niewielka rezystancje,

Jest niemal całkowicie przezroczysty (pochłania tylko 2, 3 proc. swiatła),

Jest ponad 100 razy mocniejszy niz stal, a zarazem tak elastyczny, ze

mozna go bez szkody rozciagnac o 20%.



Nobel za kwanty pod kontrola (2012)

Nagroda za ujarzmienie kwantowego mikroswiata – bedzie mozna stworzyc

bardziej precyzyjne zegary i kwantowe komputery.

David J. Wineland

Serge Haroche

Konstrukcje tzw. wnek rezonansowych dla fotonów i pułapek

elektromagnetycznych dla jonów.


Podstawowe pojecia Podstawowe prawa i zasady

Fizyka wokół nas

Zródłem informacji w fizyce sa obserwacje i pomiary.

Na ich podstawie fizycy formułuja prawa i zasady

opisujace przebieg zjawisk i zwiazki wystepujace

pomiedzy mierzonymi wielkosciami.

Prawa i zasady formułuja tez organizacje

miedzynarodowe i rzadowe, prawnicy, politycy,

ekonomisci.

Prawom fizyki podlegaja wszyscy – cała przyroda.Praw tych nie da sie uniknac.

Zmiany systemów ekonomicznych i społecznych nie

maja na nie zadnego wpływu.


Podstawowe pojecia Podstawowe prawa i zasady

Ignorowanie praw fizyki

Próby nieprzestrzegania lub ignorowania praw

fizyki sa zawsze skazane na niepowodzenie,

a skutki bywaja czesto tragiczne.

Nieuwzglednienie np. siły odsrodkowej na

zakrecie, zmiany współczynnika tarcia na

mokrej nawierzchni . . . .

Kiedy prasa donosi o zawaleniu sie dachu hali

widowiskowej lub mostu mozna stwierdzic

z ubolewaniem, "ktos znów nie uczył sie

fizyki".


Podstawowe pojecia Co to jest fizyka?

Definicje

Fizyka (z greckiego physiké - natura)

zajmuje sie badaniem materii oraz zjawiskami zachodzacymi w przyrodzie.

Wg Alberta Einsteina

To proste, mój przyjacielu: poniewaz polityka jest trudniejsza od fizyki.

Wg Alberta Einsteina

To, co nazywamy fizyka, obejmuje cała grupe nauk przyrodniczych, które

opieraja swe teorie na pomiarach i których idee i twierdzenia daja sie

sformułowac za pomoca matematyki.

Wg Richarda Feynmana

Fizyka jest jak seks: pewnie, ze moze dawac jakies praktyczne rezultaty,

ale nie dlatego to robimy.


Podstawowe pojecia Co to jest fizyka?

Fizyka – nauka eksperymentalna

Zjawiska fizyczne zachodza w klasycznej przestrzeni i czasie:

Przestrzen euklidesowa (kartezjanski układ współrzednych).

Czas absolutny.

Pierwszym etapem jest opisywanie rzeczywistosci (Jak?).

1 Obserwacja zjawisk zachodzacych w przyrodzie zwiazana jest

z pomiarem przy uzyciu odpowiednich przyrzadów.

2 Uzyskuje sie wyniki w postaci zbioru liczb rzeczywistych.

3 Ograniczenia pomiarowe:dokładnosc – kazdy pomiar obarczony błedem,

zakres – fizyczny sens wielkosci (np. rozmiar i wiek Wszechswiata,skonczona predkosc swiatła, zero bezwzgledne).

Drugi etap poznawania to wyjasnienie (Dlaczego?).


Podstawowe pojecia Wielkosci fizyczne i ich jednostki

Wielkosci i prawa fizyczne

Prawo fizyczne

opisuje zaleznosci miedzy wielkosciami fizycznymi, opisuje wyniki

przeprowadzonych badan, uogólnia zwiazki miedzy wielkosciami fizycznymi.

Zasada fizyki

to kazde prawo fizyczne, które opisuje typ zaleznosci uniwersalnych

powszechnie wystepujacych w przyrodzie tj. niezaleznie od jej warstwy czy

natury zjawisk.

Wielkosci fizyczne

to mierzalne cechy czy własciwosci obiektów zdarzen, zjawisk i procesów.



Typy wielkosci fizycznych

Skalar

to wielkosc fizyczna lub geometryczna okreslana jedna liczba, np. masa, pole

powierzchni.



Typy wielkosci fizycznych . . .

Wektor

to skierowany odcinek o zwrocie okreslonym przez kolejnosc punktów.

Tensor

to uogólnione pojecie wektora i skalara. Uzywa sie go do opisu np.

odkształcen w osrodkach, zachowania sie bryły sztywnej, w teorii pola (np.

w ogólnej teorii wzglednosci Einsteina) itd.


Podstawowe pojecia Jednostki w układzie SI

Podstawowe jednostki w układzie SI

System International d’Unites został uchwalony na XI Generalnej

Konferencji Miar w 1960 roku.

Jednostki podstawowe Symbol

metr mkilogram kgsekunda samper Akelwin Kmol molkandela cd

oraz

Jednostki uzupełniajace Symbol

radian radsteradian sr



Definicje wybranych jednostek

Metr to odległosc, która w prózni przebywa swiatło

w czasie 1/299792458s.

Kilogram jest to masa wzorca – walca

platyno-irydowego.

Sekunda jest równa 9 192 631 770 okresom przejscia

pomiedzy podpoziomami F = 3 i F = 4 struktury

nadsubtelnej poziomu podstawowego 2S1/2 atomu133Cs znajdujacego sie na poziomie morza.



Porównanie wielkosci fizycznych


Model Standardowy Rodzaje czastek elementarnych

Wszystkie czastki Wszechswiata

Symetria – główna idea współczesnej fizyki czastek elementarnych.

Model Standardowy (MS) jest jedna z najwazniejszych teorii współczesnej

fizyki.

Zakłada sie, ze istnieja dwa rodzaje czastek elementarnych:

czastki które sa materia (jak elektrony, protony, neutrony i kwarki),

czastki które przenosza oddziaływania (fotony, bozony W−,W+, Z0

i gluony rózniace sie kolorem, tj. ładunkiem silnym).



Jakie sa najmniejsze składniki materii?

Kwarki nie moga wystepowac samodzielnie i sa uwiezione w hadronach(nukleony, hiperony lub mezony ).



Trwa poszukiwanie czastki Higgsa!

MS przewiduje tez istnienie czastki, która oddziałujac z innymi czastkami

nadaje im mase — jest to bozon Higgsa. Jej istnienia jak dotad nie udało sie

potwierdzic doswiadczalnie.

Potencjał pola Higgsa, nazywany jest czasem "El Sombrero".


Model Standardowy Prostota praw fizyki

Teoria Wielkiej Unifikacji Oddziaływan

Oddziaływanie elektromagnetyczne

polega na wymianie miedzy czastkami naładowanymi elektrycznie

posredniczacego fotonu.

Zmienne pole elektromagnetyczne rozprzestrzenia sie w postaci fali

elektromagnetycznej. Kwantem oddziaływania elektromagnetycznego jest

foton.

Oddziaływanie silne

łaczace kwarki w hadrony, przenoszone jest przez osiem rodzajów gluonów

(o zerowej masie spoczynkowej). Sposób oddziaływania (rodzaj gluonu)

oznaczany jest własciwoscia nazywana kolorem gluonu.

Oddziaływanie słabe

to oddziaływanie, w którym uczestnicza wszystkie czastki z wyjatkiem fotonu

(i grawitonu).

Jest odpowiedzialne za rozpad β i zwiazana z nim radioaktywnosc.


Model Standardowy Prostota praw fizyki

Teoria Wielkiej Unifikacji Oddziaływan . . .

Oddziaływania przenoszone sa przez specjalne czastki i polega na

wytworzeniu lub pochłonieciu czastki przenoszacej oddziaływanie.

Własnosci Słabe Silne Elektro-magn. Grawitacyjne

Zródło wszystkie czastki hadrony ładunki masa

Nosnik W−,W+, Z0 gluony foton (γ) grawiton

Zasieg 10−18m 10

−15m ∞ ∞

Wzgledna siła 10−6

11

13710−39

Stała struktury subtelnej

α =e2

4πǫ0~c≈1

137.

MS dobrze opisuje oddziaływania, jednak nie uwzglednia oddziaływania

grawitacyjnego. Ma wady:

ok. 20 wolnych parametrów o nie znanych wartosciach,

czastka Higgsa nie została odkryta.

Strategia na najblizsza przyszłosc to:

znalezc czastke Higgsa lub wykluczyc jej istnienie ( ok. 1TeV ),

poszukiwac nowych czastek (od 50GeV do 5TeV ).


Documents

Plan wykładu Fizyka – Wstep˛ - cmf.p.lodz.plcmf.p.lodz.pl/iowczarek/materialy/fizyka/mibm_1wstep_new13.pdf · Orear J. Fizyka t. I i II . WNT, Warszawa 1994. Sawieliew I. W. Wykłady