prof. dr hab. Zbysław Wilamowski

Profesor zwyczajny

w Instytucie Fizyki Polskiej Akademii Nauk w Warszawie

Profesor zwyczajny

na Uniwersytecie Warmińsko Mazurskim

Urodzony w Olsztynie

Matura w LO 1 im. Mickiewicza

Studia na Wydziale Fizyki UW

Cała kariera naukowa w Instytucie Fizyki PAN

wilam@matman.edu.plhttp://wmii.uwm.edu.pl|/~wilam

Wymagania egzaminacyjne.• Ćwiczenia do wykładu będzie prowadził:

– Mgr Agnieszka Niemczynowicz• Zaliczenie ćwiczeń rachunkowych i laboratoryjnych jest

warunkiem koniecznym.• Na ocenę końcową

– 25% punktów przyznaje mgr Agnieszka Niemczynowicz na podstawie wyników kolokwiów z ćwiczeń rachunkowych w I semestrze,

– 25% można uzyskać z ćwiczeń laboratoryjnych w II semestrze,– 20% wyniki testu pisemnego po II semestrze,– 30% egzamin pisemny – zadania rachunkowe– na egzaminie ustnym , na życzenie, można próbować poprawić

ocenę.

• 50 % punktów zalicza egzamin.

Podręczniki

• J. Orear– Fizyka, WNT 1990, t.1 I 2

• A.K. Wróblewski, J.A. Zakrzewski– Wstęp do fizyki, PWN 1984, t. 1 i 2

• R.P. Feynman, R.B.Leighton, M. Sands– Feynmana wykłady z fizyki, kilka wydań

• R. Resnic, D. Halliday– Fizyka, stare wydania 2 tomy, nowe wydanie

wielotomowe

Zadawajcie pytania!

• Możecie zadawać pytania w każdym momencie.

• Wiem, że zadanie każdego pytania wymaga dużej wiedzy.

• Wiem, że każde Wasze głupie pytanie oznacza błąd w moim wykładzie.

• Podstawy matematyczne – też pytajcie.

Fizyka

• Równie piękna co trudna.

• Piękna, bo nieznana.

• Trudna, bo tysiące najtęższych umysłów pracowało nad jej rozwojem.

• Enrico Fermi: „fizyk,a to jest to, czym zajmują się fizycy wieczorami”

Bardzo małe i bardzo dużeSkala logarytmiczna

Logarytm to jest wykładnik do którego należy podnieść podstawę by uzyskać liczbę logarytmowaną.

log101=0

log1010=1

log10100=2

log101000=3

Nasze zmysły są logarytmiczne.

Decybel (dB) jedna dziesiąta log10(10)

0 200 400 600 800 1000-2

-1

0

1

2

3

10-5 10-4 10-3 10-2 10-1 100 101 102 103 104 105 106-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

5

6

log

10(x

)

x

skala liniowa

skala logarytmiczna

log

10(x

)

x

10 dB

10-12 10-9 10-6 10-3 100 103 106 109 1012

centy

(c)

kilo (

k)

hekto

(h)

decy (

d) lub (

dc)

tera

(T

)

gig

a (

G)

mili (m

)

mik

ro (

)

nano (

n)

fem

to (

fm)

mega (

M)

xdeka (

da) lub (

dk)

Przedrostki

Duże i małerzędy wielkości

Sears and Zemansky

Rozmiar przestrzenny

10-1210-9 10-6 10-3 100 103 106 109 1012 1015 1018 1021

----

---

angs

trem

----

---

nano

met

r

----

---

met

r

----

---

rok

świe

tlny

obse

rwow

alny

wsz

echś

wia

t

Sło

ńce

gala

ktyk

a

odle

głoś

ć do

Sło

ńca

Zie

mia

mia

sto

jądr

o ar

omow

e

atom

rozd

ziel

czoś

ć m

ikro

skop

u op

tycz

nego

rozd

ziel

czoś

ć ok

a

czło

wie

k

długość, x (metr)

Masa

10-3010-24 10-1810-12 10-6 100 106 1012 1018 1024 1030 1036 1042 1048

atom

obse

rwow

alny

wsz

echś

wia

t

Sło

ńce

gala

ktyk

a

czoł

g

Zie

mia

ziar

nko

mak

u

prot

onel

ektr

on

bakt

eria

czło

wie

k

masa, m (kilogram)

Czas

10-2410-2110-1810-1510-12 10-9 10-6 10-3 100 103 106 109 1012 1015 1018

czas

prz

ełąc

zani

a pr

oces

ora

----

-- s

ekun

da

----

-- r

ok

----

-- d

zień

wie

k w

szec

hśw

iata

----

-- g

odzi

na

wie

k Z

iem

i

czas

roz

chod

zeni

a si

ę sy

gnał

u w

pro

ceso

rze

czas

życ

ia tz

w. r

ezon

ansó

w

pom

iary

pro

cesó

w fe

mto

seku

ndow

ych

życ

ie c

złow

ieka

czas, t (sekunda)

Czym jest fizyka?

• Obserwacja i pomiar (doświadczenie)

• Prawa fizyki – wnioski z obserwacji

• Modele matematyczne - opis teoretyczny.

• Czy możliwy jest jednolity opis rzeczywistości? Ciągle nie różne dziedziny fizyki.

masa

prę

dko

ść

ilość

cząs

tek

fizyka relatywistyczna

Fizyka klasyczna

fizy

ka

kwan

tow

a

fizyka materii skondensowanej

Nie ma jednej ogólnej teorii fizyki.

Nawet gdyby była...

Fizyka jest sztuką umiejętnych przybliżeń.

Wielkości fizyczne• droga,

• siła,

• czas,

• masa,

• prędkość,

• temperatura

• energia,

• …

Jednostki, do ilościowego opisu wielkości fizycznych

• Droga, metry, kilometry, stopy, cale, mikrony

• siła, niutony, kG siły, …

• czas, sekunda, godzina, miesiąc, rok, pacierz,…

• masa, gram, tona, funt, karat, …

• prędkość, km/h, węzeł, m/s,

• temperatura, Kelwin, °Celcjusza, °Farenheita

• energia, kaloria, Joule,

• …

Wzorzec metra

Wzorzec czasu astronomia (doba, miesiąc księżycowy, rok)zegary (wodne, wahadłowe, kwarcowe, atomowe)

Zegar wodnyTipler

Wzorzec kilograma

Zegar atomowy

Wzorzec kilograma

Tipler

Jednostki wszystkich wielkości fizycznych da się wyrazić za

pomocą 4 jednostek podstawowych

• droga, metr, m.

• masa, kilogram, kg.

• czas, sekunda, s.

• natężenie prądu elektrycznego, Amper, A.

Wielkości fizyczne• masa, kg

• droga, m

• czas, s

• prędkość, m/s

• siła, Newton, N=kg·m/s2

• energia, Joule, J=N·m= N=kg·m2/s2

• temperatura –ma wymiar energii…

Zamiana jednostek prędkości• droga, m

• czas, s czas

droga

t

lvpręrędkość

s3600min60h

m1000km

6.3

100

s3600

m1000100

h

km100

s

m

t

lv

Zamiana jednostek objętościcbaVćobjębjętoś

m10m1.0dcm

m1000

110m1010m1010dcm10litrów10

1

333313

Położenie• Niby wiadomo co to jest, ale jak zapisać

ilościowo?

• Potrzebny układ odniesienia!

Jednostka, metr.

0 1 32

położenier = 1.7 mPoczątek

układu odniesienia,względem którego mierzymy

Położenie

Potrzebujemy:• Układu odniesienia;

• Miary (jednostki);

• Jedna współrzędna nie wystarcza!

Tipler

Do określenia położenia na płaszczyźnie potrzeba dwóch współrzędnych

Tipler

Do określenia położenia przestrzeni potrzeba trzech współrzędnych

Wersory (wektory jednostkowe)

zyx

zyx

zyx

AAA

AAA

AAAA

,,

ˆˆˆ

ˆˆˆ

A

kjiA

kji

Równoważne zapisy wektora

Tipler

Nie tylko kartezjański układ współrzędnych

Układ biegunowy: azymut, kąt podniesienia, odległość

Współrzędne walcowe: azymut, kąt podniesienia, odległość

Tipler

Wielkość wektorowa

• Wielkość, która posiada:– długość (miarę)– kierunek– zwrot

• punkt zaczepienia może być różny dla całej klasy wektorów związanych. Klasę tę nazywamy wektorem swobodnym. Czyli wszystkie wektory o tej samej długości, kierunku i zwrocie są tym samym wektorem (swobodnym)

Wymiar przestrzeni

• Nasza przestrzeń jest trójwymiarowa. Do opisu położenia potrzebujemy 3 współrzednych

• Do opisu położenia na płaszczyźnie potrzebujemy 2 współrzędnych. Płaszczyzna jest przestrzenią dwuwymiarową.

• Prosta (linia) jest przestrzenia jednowymiarową.

Tipler

Dodawanie wektorówgraficzne i rachunkowe

zC

zz

yC

yy

xC

xx

zyxzyx

zyx

zyx

BABABA

BBBAAA

BBB

AAA

,,

,,,,

,,

,,

BAC

B

A

Dodawanie wektorówrównoległobok (np. sił)

Suma wektorów(równoległobok)

CBACBA

ABBA

Mnożenie przez skalar (liczbę)

ABBA kkk

Długość i wersor (wektor jednostkowy)

1ˆˆ AAAA AA

A

BA+B

A

B

A+B

2A

2B

2(A+B)

AA

A

ˆ5

5

Â

Wektor położenia i przesunięcia

Wielkości skalarne i wektorowe

Wektory

• położenie

• przesunięcie

• prędkość

• siła

• pęd

Skalary

• długość

• wysokość

• czas

• energia

Zadania testowe

Jednostką masy w układzie SI jesta) µg

b) mg

c) g

d) kg

e) 1b

Jednostką masy w układzie SI jesta) µg

b) mg

c) g

d) kg

e) 1b

Przedrostek „nano” oznacza:a) 10–12

b) 10–6 b) 10–3 d) 10–2

e) Żadna z podanych odpowiedzi nie jest poprawna.

Przedrostek „nano” oznacza:a) 10–12

b) 10–6 b) 10–3 d) 10–2

e) Żadna z podanych odpowiedzi nie jest poprawna„nano” to 10-9.

Gęstość wody morskiej wynosi 1.07 g/cm3. Ta gęstość w układzie jednostek SI wynosi:

 A) l.07 kg/m3

B) (1/1.07) x 103 kg/m3

C) 1.07 x 103 kg

D) 1.07 x 10–3 kg

E) 1.07 x 103 kg/m3

Gęstość wody morskiej wynosi 1.07 g/cm3. Ta gęstość w układzie jednostek SI wynosi:

 A) l.07 kg/m3

B) (1/1.07) x 103 kg/m3

C) 1.07 x 103 kg

D) 1.07 x 10–3 kg

E) 1.07 x 103 kg/m3