Fizyka I
dla ZFBM-FMiNI+ Projektowanie Molek. i Bioinformatyka 2017/2018 1100-1B01Streszczenie
Wykład przedstawia podstawowe zagadnienia mechaniki klasycznej od kinematyki punktu materialnego, przez prawa Newtona i zasady zachowania, do grawitacji, praw Keplera, mechaniki bryły sztywnej i podstawowe zagadnienia Szczególnej Teorii Względności (STW). Przedstawiane są szerzej zagadnienia mające znaczenie w dalszych studiach Fizyki Medycznej, Neuroinformatyki, Projektowania Molekularnego i
Bioinformatyki. Omawiane zagadnienia są bogato ilustrowane pokazami. Istotną częścią przedmiotu są ćwiczenia wykładowe i ćwiczenia rachunkowe uzupełniajace i rozszerzajace zagadnienia poruszane na wykładzie.
Wymagania
Student powinien znać:
podstawowe funkcje elementarne i ich wykresy
funkcje trygonometryczne w pełnym zakresie kątów
układ współrzędnych na płaszczyźnie,
wektory, współrzędne wektorów (operacje na wektorach poznamy)
pojęcie pochodnej, podstawowe własności pochodnej (poznamy) Plan szczegółowy
W semestrze zimowym roku 2017/2018 przewidziane jest 15 wykładów po 3 godziny i 14 ćwiczeń wykładowych godzinnych.
Wykłady odbywają się w czwartki, w godzinach 14:15-17:00 w Sali C003 ul. Pasteura5.
Ćwiczenia wykładowe odbywają się w środy, 15:15-16:00 w Sali C006 ul. Pasteura5.
Wykład 1: Wprowadzenie 05.10.2017
Co to jest fizyka, czym się zajmuje, ogólna klasyfikacja zjawisk, pomiary fizyczne, układ jednostek SI, zamiana jednostek, rzędy wielkości. Wektory i skalary, składowe
wektorów. Rola wektorów w fizyce błędy pomiarowe, modele w fizyce.
Wykład 2: Ruch prostoliniowy 12.10.2017
Ruch, położenie i przemieszczenie, opis ruchu w przestrzeni, ruch jednostajny, ruch jednostajnie przyspieszony, spadek swobodny, względność ruchu, transformacja Galileusza, prędkość chwilowa, prędkość średnia, przyspieszenie chwilowe i średnie, Wykład 3: 19.10.2017: Siła i ruch, Prawa dynamiki
Położenie i przemieszczenie w przestrzeni, składanie ruchów, rzut ukośny, siły i oddziaływania, definicja masy, przyspieszenie jako skutek działania siły I zasada dynamiki, układ inercjalny, II zasada dynamiki, równania ruchu, bezwładność, siły sprężyste, ruch harmoniczny, wahadło, oscylator harmoniczny.
Wykład 4: Prawa dynamiki, rozwiązywanie równań ruchu. 26.10.2017
III zasada dynamiki, statyka, opory ruchu, tarcie, rozwiązywanie równań ruchu, warunki początkowe, ruch względny w dwu wymiarach
Wykład 5: Układy nieinercjalne, ruch obrotowy, inne siły 2.11.2017
Układy nieinercjalne, dynamika ruchu po okręgu, układy obracające się, prawa ruchu w układzie obracającym się (siła odśrodkowa, siła Coriolisa), ruch obrotowy Ziemi, wahadło Foucault’a, pole elektryczne i magnetyczne, ruch w jednorodnym polu elektrycznym i magnetycznym, spektroskopia,
Wykład 6: Energia kinetyczna i praca , 9.11.2017
Energia, praca sił, związki między pracą i energią kinetyczną, praca-energia-moc, Praca a energia potencjalna, siły zachowawcze, wyznaczanie energii potencjalnej, gradient, zasada zachowania energii, zachowanie energii ruchu, praca siły zewnętrznej, praca wykonana przez siły: ciężkości, sprężystości i inne siły zmienne
Wykład 7: Zasada zachowania pędu, zderzenia, układy cząstek 16.11.2017
Pęd, pęd układu cząstek, zasada zachowania pędu, zderzenia, środek masy, układ środka masy, druga zasada dynamiki dla układu cząstek, ruch ciał o zmiennej masie
Wykład 8: Ruch obrotowy 23.11.2017
Definicja, opis ruchu, zmienne w ruchu obrotowym, moment siły, moment pędu, zachowanie momentu pędu w ruchu obrotowym, moment bezwładności, twierdzenie Steinera.
Wykład 9: Ruch obrotowy c.d. 30.11.2017
Dynamika ruchu obrotowego, energia kinetyczna w ruchu obrotowym, toczenie ciał, bąk, precesja, żyroskop,
Wykład 10: Grawitacja 7.12.2017
Doświadczenie Cavendisha, Prawo powszechnego ciążenia, energia potencjalna od powłoki kulistej, ruch satelity po orbicie kołowej, satelita geostacjonarny
Wykład 11: Grawitacja c.d. 14.12.2017
Ruch w polu siły centralnej, orbity eliptyczne, prawa Kepplera, ruch po paraboli i hiperboli, ciemna materia, pole odpychające, rozpraszanie Rutherforda
Wykład 12: Kinematyka relatywistyczna 21.12.2017
Zdarzenia i czasoprzestrzeń, zasada względności Galileusza, prędkość światła i doświadczenie Michelsona-Morleya, postulaty Einsteina i transformacja Lorenza, dylatacja czasu i, wykres Minkowskiego,
Wykład 13: Kinematyka relatywistyczna c.d. 11.01.2018
Skrócenie Lorenza, składanie prędkości, efekt Dopplera klasyczny i relatywistyczny
Wykład 14: Dynamika relatywistyczna 18.01.2018
Relatywistyczna definicja pędu, energia kinetyczna, energia spoczynkowa, zasada
zachowania energii, transformacja Lorentza dla energii i pędu, masa niezmiennicza, foton jako cząstka, efekt Comptona, rozpady cząstek, rozpraszanie nieelastyczne, energia progowa
Wykład 15: Podsumowanie 25.01.2018
Powtórzenie zagadnień kinematyki, dynamiki, bryły sztywnej, grawitacji Ćwiczenia
14 ( 1godzina tygodniowo) ćwiczeń wykładowych
Ok. 42 godzin (3 godziny tygodniowo) ćwiczeń właściwych Program ćwiczeń obejmował będzie:
max. 1h/tyg. - przypominanie i przekazywanie dodatkowych informacji, definicji i wzorów potrzebnych przy rozwiązywaniu problemów (z założenia wszystkie zagadnienia powinny być poruszone na wykładzie i ćwiczeniach wykładowych)
2h/tyg. - rozwiązywanie prostych problemów koncepcyjnych (także bardzo prostych rachunkowo), pogłębiających zrozumienie poruszanych zagadnień.
Problemy te są udostępniane studentom wcześniej w plikach pdf.
W każdym tygodniu 2-3 „zadania wstępne” , podobne do przykładów z wykładu, będą rozwiązywane na ćwiczeniach wykładowych. Obszernie wyjaśniane będą metody użyte w rozwiązywaniu zadań, a także metody matematyczne.
Dodatkowo wywieszane będą w każdym tygodniu trzy zadania domowe. Problemy na ćwiczeniach powinny być w większości rozwiązywane przez studentów, na zasadzie
"na ochotnika". Jednak w studenci mogą być także „wywoływani” z listy.
Przewidziane są 2 kolokwia, obejmujące (orientacyjnie) program z pierwszych 5 wykładów (kinematyka+dynamika) i z kolejnych 4 (ruch po okręgu, bryła sztywna, grawitacja).
Terminy kolokwiów:
I kolokwium 13 listopada 2017 od godz. 8:30- 12:00 w sali C003a i C006 II kolokwium 8 stycznia 2017 od godz. 8:30- 12:00 w Sali 1.40 i 1.02
Termin egzaminu pisemnego 31 stycznia 2018, 8:30-12:30 w sali C003a i C006.
Warunki zaliczenia
Uzyskanie pozytywnej oceny końcowej z wykładu możliwe jest po pozytywnym zaliczeniu części rachunkowej i zdaniu egzaminu teoretycznego.
Zaliczenie części rachunkowej odbywa się na podstawie obecności na ćwiczeniach, ćwiczeniach wykładowych, oceny asystenta, wyników 2 kolokwiów, trzech
kartkówek przeprowadzanych na ćwiczeniach wykładowych i części rachunkowej egzaminu pisemnego.
Obecność na ćwiczeniach i ćwiczeniach wykładowych jest obowiązkowa. Bez usprawiedliwienia student może opuścić co najwyżej 2 ćwiczenia. Osoby, które mają więcej niż 2 nieobecności nieusprawiedliwione zdają egzamin w sesji poprawkowej, a nieobecności mogą „zaliczyć” pisząc egzamin pisemny w I terminie
Przed przystąpieniem do ćwiczeń student powinien zapoznać się z planowanym materiałem i przestudiować rozwiązania zadań z ćwiczeń wykładowych i zadania rozwiązywane na wykładzie.
W ramach kolokwiów do rozwiązania będą po 4 zadania rachunkowe, za rozwiązanie każdego z nich można dostać maksymalnie 5 punktów (co najmniej jedno z zadań będzie zadaniem domowym). Dodatkowo należy odpowiedzieć na 3 pytania testowe z materiału wykładu (do zdobycia 5 punktów).
W ramach egzaminu pisemnego przedstawionych będzie 5 zadań
rachunkowych, za rozwiązanie każdego z nich można dostać maksymalnie 5 punktów. Dodatkowo należy odpowiedzieć na 7 pytań testowych z materiału wykładu (do zdobycia 15 punktów).
Do egzaminu pisemnego dopuszczone będą tylko te osoby, które z
kolokwiów i kartkówek uzyskały przynajmniej 25 punktów. W przeciwnym przypadku, egzamin pisemny będzie traktowany jako kolokwium
poprawkowe.
Do zaliczenia części rachunkowej konieczne jest uzyskanie łącznie (z kolokwiów oraz egzaminu pisemnego) przynajmniej 45 punktów .
W wyjątkowych i uzasadnionych przypadkach indywidualnych możliwe jest zwolnienie z obowiązku uczestniczenia w ćwiczeniach – należy skontaktować się z wykładowcą najpóźniej w trzecim tygodniu zajęć.
Egzamin teoretyczny składa się z testu (w ramach egzaminu pisemnego) i egzaminu ustnego. Zaliczenie części rachunkowej (45 pkt. - razem z kolokwiami i
kartkówkami) oraz testu pisemnego (co najmniej 7 punktów) jest warunkiem dopuszczenia do egzaminu ustnego.
W przypadku gdy wyniki części rachunkowej i testu pisemnego pozwolą na zaproponowanie oceny końcowej student może zrezygnować z egzaminu ustnego.
Egzamin przedsesyjny:
Egzamin przedsesyjny w formie egzaminu ustnego mogą zdawać osoby które:
Nie mają zadnych nieusprawiedliwionych nieobecności na ćwiczeniach;
Zdobyli z dwu kolokwiów i kartkówek co najmniej 45 punktów łącznie.
Egzamin poprawkowy:
Do egzaminu poprawkowego dopuszczone są osoby, które zaliczyły ćwiczenia uzyskując z kolokwiów (łacznie z kolokwium poprawkowym pisanym na egzaminie I terminu) 25 punktów. Egzamin poprawkowy składa się z części pisemnej i ustnej. W ramach egzaminu pisemnego przedstawionych będzie 5 zadań rachunkowych, za rozwiązanie każdego z nich można dostać maksymalnie 5 punktów. Dodatkowo należy odpowiedzieć na 7 pytań testowych z materiału wykładu (do zdobycia 15 punktów). Osoby, które uzyskały w części pisemnej co najmniej 20 punktów z 40 możliwych, zdają egzamin ustny. Pozostałe osoby nie zaliczają przedmiotu.
Podsumowanie
I kol 25 pkt.
II kol 25 pkt.
3 kartkówki 10 pkt
Egz.+ test 40 pkt.
Razem 100 pkt.
Dopuszczenie do ustnego 45 pkt.
Literatura
R. Resnick, D. Halliday, Fizyka, tom I, PWN J. Orear, Fizyka, tom I, WNT
D. Halliday, R. Resnick, J Walker , Podstawy Fizyki, tom I, PWN A. K. Wróblewski, J.A. Zakrzewski, Wstęp do fizyki, tom I, PWN
Schemat prowadzący do zaliczenia przedmiotu
Koniec oznacza niezaliczenie przedmiotu.
I kolokwium II kolokwium kartkówki
+ egzamin Nie
Tak Suma
>25
Koniec Suma
>20 + egzamin
Suma
>45
Tak
Nie
Nie Egzamin poprawkowy
punkty
>20 Nie
Koniec
Ustny poprawkowy Ustny lub
propozycja oceny
