Module also offered within study programmes:
General information:
Name:
Fizyka 1
Course of study:
2014/2015
Code:
IET-1-108-s
Faculty of:
Computer Science, Electronics and Telecommunications
Study level:
First-cycle studies
Specialty:
-
Field of study:
Electronics and Telecommunications
Semester:
1
Profile of education:
Academic (A)
Lecture language:
Polish
Form and type of study:
Full-time studies
Responsible teacher:
Stobiecki Tomasz (stobieck@agh.edu.pl)
Academic teachers:
dr Czapkiewicz Maciej (czapkiew@agh.edu.pl)
Kanak Jarosław (kanak@agh.edu.pl)
Schneider Krystyna (kryschna@agh.edu.pl)
Stobiecki Tomasz (stobieck@agh.edu.pl)
dr inż. Szklarski Zbigniew (szkla@agh.edu.pl)
Wiśniowski Piotr (pwis@agh.edu.pl)
mgr Łysoń-Sypień Barbara (b.lyson@wp.pl)
Module summary

Description of learning outcomes for module
MLO code Student after module completion has the knowledge/ knows how to/is able to Connections with FLO Method of learning outcomes verification (form of completion)
Social competence
M_K001 Rozumie potrzebę i zna możliwości ciągłego dokształcania się; dostrzega konieczność wykształcenia umiejętności posługiwania się narzędziami matematycznymi w opisie zjawisk fizycznych. ET1A_W02, ET1A_K01, ET1A_W01 Activity during classes
M_K002 Ma świadomość ważności i rozumie pozatechniczne aspekty i skutki działalności inżyniera, w tym jej wpływ na środowisko, i związaną z tym odpowiedzialność za podejmowane decyzje. ET1A_K02 Activity during classes
M_K003 Student jest przygotowany, w oparciu o znajomość zasad fizycznych, do podjęcia działań zmierzających do rozwoju nauk technicznych, m.in. elektroniki, i telekomunikacji. ET1A_W02 Activity during classes
Skills
M_U001 Umie zastosować odpowiednie prawa i zasady fizyczne do rozwiązywania zagadnień z dynamiki, drgań i ruchu falowego, elektromagnetyzmu i podstaw termodynamiki i hydrodynamiki. ET1A_W02 Test
M_U002 Zdobywa matematyczne podstawy opisu zjawisk fizycznych, zna przykłady zastosowania rachunku wektorowego, różniczkowego i całkowego w fizyce. ET1A_W02, ET1A_W01 Test
M_U003 Potrafi pozyskiwać informacje z literatury, baz danych i innych źródeł; potrafi integrować uzyskane informacje, dokonywać ich interpretacji, a także wyciągać wnioski oraz formułować i uzasadniać opinie. ET1A_U01 Activity during classes
M_U004 Samodzielnie rozwiązuje zadania w obszarze mechaniki klasycznej, potrafi pracować indywidualnie; umie oszacować czas potrzeby na realizację zleconego zadania; umie zastosować odpowiednie prawa fizyczne do rozwiązywania zagadnień z drgań i ruchu falowego, elektromagnetyzmu i podstaw termodynamiki i hydrodynamiki. ET1A_W02, ET1A_W01, ET1A_U02 Test
Knowledge
M_W001 Zna i rozumie znaczenie fizyki jako nauki przyrodniczej, jej miejsce i rolę w dzisiejszej nauce i technice; dostrzega wzajemne relacje pomiędzy teorią a eksperymentem. ET1A_W02 Examination,
Test
M_W002 Dysponuje aktualną wiedzą na temat zjawisk fizycznych i fundamentalnych oddziaływań w przyrodzie. ET1A_W02 Examination,
Test
M_W003 Ma wiedzę w zakresie fizyki, obejmującą: mechanikę, termodynamikę, elektryczność i magnetyzm, w tym wiedzę niezbędną do zrozumienia podstawowych zjawisk fizycznych występujących w elementach i układach elektronicznych, układach transmisyjnych, sieciach telekomunikacyjnych oraz w ich otoczeniu. ET1A_W02 Examination,
Test
FLO matrix in relation to forms of classes
MLO code Student after module completion has the knowledge/ knows how to/is able to Form of classes
Lecture
Audit. classes
Lab. classes
Project classes
Conv. seminar
Seminar classes
Pract. classes
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Others
E-learning
Social competence
M_K001 Rozumie potrzebę i zna możliwości ciągłego dokształcania się; dostrzega konieczność wykształcenia umiejętności posługiwania się narzędziami matematycznymi w opisie zjawisk fizycznych. - + - - - - - - - - -
M_K002 Ma świadomość ważności i rozumie pozatechniczne aspekty i skutki działalności inżyniera, w tym jej wpływ na środowisko, i związaną z tym odpowiedzialność za podejmowane decyzje. + + - - - - - - - - -
M_K003 Student jest przygotowany, w oparciu o znajomość zasad fizycznych, do podjęcia działań zmierzających do rozwoju nauk technicznych, m.in. elektroniki, i telekomunikacji. + + - - - - - - - - -
Skills
M_U001 Umie zastosować odpowiednie prawa i zasady fizyczne do rozwiązywania zagadnień z dynamiki, drgań i ruchu falowego, elektromagnetyzmu i podstaw termodynamiki i hydrodynamiki. + + - - - - - - - - -
M_U002 Zdobywa matematyczne podstawy opisu zjawisk fizycznych, zna przykłady zastosowania rachunku wektorowego, różniczkowego i całkowego w fizyce. + + - - - - - - - - -
M_U003 Potrafi pozyskiwać informacje z literatury, baz danych i innych źródeł; potrafi integrować uzyskane informacje, dokonywać ich interpretacji, a także wyciągać wnioski oraz formułować i uzasadniać opinie. + + - - - - - - - - -
M_U004 Samodzielnie rozwiązuje zadania w obszarze mechaniki klasycznej, potrafi pracować indywidualnie; umie oszacować czas potrzeby na realizację zleconego zadania; umie zastosować odpowiednie prawa fizyczne do rozwiązywania zagadnień z drgań i ruchu falowego, elektromagnetyzmu i podstaw termodynamiki i hydrodynamiki. + + - - - - - - - - -
Knowledge
M_W001 Zna i rozumie znaczenie fizyki jako nauki przyrodniczej, jej miejsce i rolę w dzisiejszej nauce i technice; dostrzega wzajemne relacje pomiędzy teorią a eksperymentem. + - - - - - - - - - -
M_W002 Dysponuje aktualną wiedzą na temat zjawisk fizycznych i fundamentalnych oddziaływań w przyrodzie. + - - - - - - - - - -
M_W003 Ma wiedzę w zakresie fizyki, obejmującą: mechanikę, termodynamikę, elektryczność i magnetyzm, w tym wiedzę niezbędną do zrozumienia podstawowych zjawisk fizycznych występujących w elementach i układach elektronicznych, układach transmisyjnych, sieciach telekomunikacyjnych oraz w ich otoczeniu. + - - - - - - - - - -
Module content
Lectures:

Celem przedmiotu jest wykształcenie umiejętności opisu otaczającej rzeczywistości fizycznej za pomocą podstawowych praw i zasad. Student uzyskuje umiejętność rozumienia zjawisk fizycznych i ich znaczenia w przyrodzie i technice, potrafi rozwiązywać proste zadania rachunkowe i jest przygotowany do podjęcia bardziej złożonych problemów technicznych w oparciu o prawa fizyki.

Zajęcia w ramach modułu są prowadzone w formie wykładu (45 godzin) i ćwiczeń audytoryjnych (30 godzin).

WYKŁADY:

1.Wprowadzenie do fizyki. Elementy rachunku wektorowego i zastosowanie do prostych problemów fizycznych (2 godz.)
Przedmiot i znaczenie fizyki jako nauki przyrodniczej. Międzynarodowy układ jednostek SI – podstawowe wielkości fizyczne i ich jednostki. Podział wielkości fizycznych na skalarne i wektorowe. Cechy wektora, Podstawowe działania na wektorach w tym iloczyn skalarny i wektorowy.
2.Kinematyka punktu materialnego (2 godz.)
Na przykładach z kinematyki punktu materialnego wprowadzenie podstawowych pojęć rachunku różniczkowego i całkowego. Definicje i graficzna interpretacja: wektora położenia, przemieszczenia, prędkości chwilowej i średniej, przyspieszenia chwilowego i średniego. Ruch po okręgu w ujęciu wektorowym. Spadek swobodny, rzuty: pionowy, poziomy, ukośny. Opis wielkości służących do opisu ruchu krzywoliniowego.
3.Dynamika punktu materialnego (4 godz.)
Zasady dynamiki układów inercjalnych i nieinercjalnych. Zasada zachowania pędu i energii (zderzenia). Zasady dynamiki dla układów o zmiennej masie. Przyspieszenie i siła Coriolisa.
4.Grawitacja (4 godz.)
Wielkości charakteryzujące pole grawitacyjne: natężenie, potencjał. Energia potencjalna, strumień pola. Prawo Gaussa i przykłady jego zastosowań. Energia grawitacyjna kuli. Prawa Keplera, przyspieszenie ziemskie (wahadło Foucault). 5.Dynamika bryły sztywnej (4 godz.)
Dyskretny i ciągły rozkład masy. Środek masy, podstawowe pojęcia ruchu obrotowego układów punktów materialnych i bryły sztywnej. Tensor momentu bezwładności i twierdzenie Steinera. Przykłady obliczeń momentu bezwładności. Równanie Eulera. Precesja – przykłady: bąk i spin elektronu.
6.Elektrostatyka (4 godz.)
Podstawowe pojęcia: pole, potencjał, energia potencjalna, strumień. Dipol elektryczny. Przykłady zastosowania prawa Gaussa (liniowy, powierzchniowy objętościowy rozkład ładunków). Dielektryki, piezoelektryczność.
7.Prąd stały (4 godz.)
Prąd i prawo Ohma. SEM – siła elektromotoryczna i opór wewnętrzny. Przewodnictwo elektryczne w metalach i półprzewodnikach. Prawa Kirchhoffa. Obwód RC.
8.Pole magnetyczne (4 godz.)
Wektor indukcji B, siła Lorentza, siła elektrodynamiczna. Przykłady: efekt Halla, e/m, cyklotron. Prawo Ampera (nieskończenie długi przewodnik, solenoid), prawo Biota Savarta, prawo Faraday’a i reguła Lenza. Indukcyjność i samoindukcja. Obwód RL, energia pola B, magnetyzm materii i jego zastosowania.
9.Drgania, oscylator harmoniczny (5 godz.)
Własności mechaniczne ciał stałych. Odkształcenie i naprężenie. Prawo Hooke’a. Oscylator liniowy ruchu drgającego prostego (punktu materialnego i obwodu LC). Drgania tłumione (mechaniczne i RLC) i wymuszone (mechaniczne i RLC z zasilaniem zmiennym w czasie). Rezonans (amplituda i przesunięcie fazowe). Wahadła (fizyczne, matematyczne i torsyjne), składanie drgań.
10.Fale mechaniczne (4 godz.)
Opis zjawisk falowych, równanie fali płaskiej w przestrzeni i ogólne równanie falowe. Fala sprężysta w ciele stałym i w gazach. Fala stojąca. Podstawowe pojęcia z akustyki, efekt Dopplera.
11.Elementy termodynamiki i hydrodynamiki (4 godz.)
Zasady termodynamiki. Energia wewnętrzna i entropia. Równanie stanu gazu doskonałego. Przemiany gazowe. Ciepło właściwe i molowe. Hydrodynamika – pojęcia podstawowe (prawo Bernoulliego, równanie ciągłości strugi, lepkość).
12.Równania Maxwella i fale elektromagnetyczne (4 godz.)
Operatory dywergencji i rotacji, przykłady zastosowań. Twierdzenie Stokesa. Magnetyzm materii, prąd przesunięcia. Indukowane pole B i E. Równanie falowe. Energia fali elektromagnetycznej, wektor Poyntinga. Widmo promieniowania elektromagnetycznego.

Auditorium classes:

ĆWICZENIA AUDYTORYJNE:

Ćwiczenia audytoryjne mają na celu utrwalenie wiadomości zdobytych na wykładzie i wykształcenie umiejętności posługiwania się podstawowymi prawami i zasadami fizyki. W ramach tych zajęć studenci rozwiązują zadania rachunkowe związane z tematyką wykładów i omawiają z prowadzącym zajęcia problemy poruszane na wykładzie. Studenci otrzymują zadania do samodzielnego wykonania, tzw. zadania domowe. Poziom wiedzy jest monitorowany poprzez prace pisemne i na tej podstawie odbywa się zaliczenie zajęć. Do zaliczenia zajęć niezbędna jest obecność na min. 80% zajęć. W uzasadnionych przypadkach (długotrwała choroba i zwolnienie lekarskie) możliwe jest indywidualne uzgodnienie z prowadzącym zajęcia. Studenci mają możliwość skorzystania z konsultacji prowadzonych przez wykładowcę i prowadzących zajęcia, które pozwalają przedyskutować najważniejsze problemy związane ze zrozumieniem materiału wykładu i ćwiczeń.

1.Praktyczna umiejętność posługiwania się rachunkiem wektorowym w fizyce (2 godz.)
Geometryczne metody dodawania i odejmowania wektorów, rozkład wektora na składowe; wektor w kartezjańskim układzie współrzędnych, działania na wektorach w tym układzie; zastosowanie iloczynu skalarnego i wektorowego do definiowania podstawowych wielkości fizycznych (pracy, momentu siły, momentu pędu, siły Lorentza)
2.Kinematyka punktu materialnego (4 godz.)
Praktyczna umiejętność obliczania prędkości chwilowej i przyspieszenia chwilowego korzystając z pojęcia pochodnej. Całkowanie równań ruchu przy wykorzystaniu warunków początkowych. Szczegółowa analiza ruchu po okręgu. Wyznaczanie przyspieszenia normalnego, stycznego i całkowitego. Związek pomiędzy wielkościami liniowymi i kątowymi na przykładzie prędkości i przyspieszenia. Rzuty.
3.Zasady dynamiki w układach inercjalnych i nieinercjalnych (2 godz.)
Praktyczna umiejętność korzystania z zasad dynamiki: schemat postępowania w przypadku rozwiązywania zagadnień dynamicznych, znajdowanie siły wypadkowej i przyspieszenia ciała.Omówienie przykładów, w których wprowadza się siły pozorne: ciężar pozorny w przyspieszającej windzie, rotor. Ziemia jako układ nieinercjalny, konsekwencje ruchu obrotowego Ziemi.
4.Grawitacja (4 godz.)
Omówienie przypadków pola jednorodnego i pola o symetrii sferycznej. Natężenie pola grawitacyjnego i wielkości fizyczne, od których zależy. Zastosowanie prawa Gaussa.
5.Elektrostatyka (4 godz.)
Zastosowanie prawa Gaussa w elektrostatyce. Przykłady sił i pól zachowawczych – energia potencjalna. Praktyczna umiejętność sprawdzania czy pole jest polem zachowawczym i obliczania pracy za pomocą całki krzywoliniowej. Praktyczna umiejętność obliczania gradientu funkcji skalarnej. Związek energii potencjalnej z siłą. Kondensatory.
6.Kinematyka i dynamika bryły sztywnej (6 godz.)
Środek masy i praktyczna umiejętność znajdowania położenia i prędkości środka masy. Omówienie definicji i interpretacji elementów diagonalnych i pozadiagonalnych tensora momentu bezwładności. Praktyczna umiejętność znajdowania tensora momentu bezwładności dla dyskretnych i ciągłych rozkładów masy na przykładach powłoki kulistej, pełnej kuli, dysku, prostokąta, pręta. Zastosowanie zasady zachowania energii mechanicznej i zasad dynamiki do ruchu obrotowego bryły sztywnej i toczenia bez poślizgu.
7.Oscylator harmoniczny (5 godz.)
Rozwiązanie równania prostego oscylatora harmonicznego, znajdowanie częstości drgań własnych. Praktyczna umiejętność analizy zależności wielkości opisujących oscylator harmoniczny od czasu i położenia. Rozwiązywanie zadań, w których występują wahadła: torsyjne, matematyczne i fizyczne. Zależność amplitudy oscylatora tłumionego od czasu. Logarytmiczny dekrement tłumienia. Analiza częstości, amplitudy i fazy dla oscylatora z wymuszeniem. Umiejętność rysowania i analizy krzywych rezonansowych. Omówienie warunków rezonansu. Analogia pomiędzy oscylatorem mechanicznym a obwodem RLC. Układy RC i LC.
8.Równania Maxwella i fale elektromagnetyczne (3 godz.)
Operatory dywergencji i rotacji, przykłady zastosowań. Równanie falowe. Energia fali elektromagnetycznej – wektor Poyntinga.

Student workload (ECTS credits balance)
Student activity form Student workload
Summary student workload 145 h
Module ECTS credits 5 ECTS
Participation in lectures 45 h
Realization of independently performed tasks 40 h
Participation in auditorium classes 30 h
Preparation of a report, presentation, written work, etc. 30 h
Additional information
Method of calculating the final grade:

Ocena końcowa obliczana jest zgodnie z regulaminem studiów, jako średnia ważona ocen: zaliczenia ćwiczeń audytoryjnych i egzaminu.

Prerequisites and additional requirements:

Wymagana jest znajomość podstaw fizyki i matematyki w zakresie programu gimnazjum i liceum. Dodatkowo konieczne jest posiadanie umiejętności posługiwania się rachunkiem różniczkowym i całkowym w stopniu elementarnym.
Wymagana jest obecność na ćwiczeniach audytoryjnych (min. 80%) oraz zaliczenie 9 ćwiczeń na ćwiczeniach laboratoryjnych.

Recommended literature and teaching resources:

1. J. Wolny, Podstawy fizyki, AGH Kraków, 2007
2. D. Halliday, R. Resnick, J. Walker, Podstawy Fizyki, t.1-5, PWN W-wa, 2003
3. C. Kittel, W.D. Knight, M.A. Ruderman, Mechanika, PWN W-wa 1975
4. Treść wykładu i dodatkowe materiały w tym przykładowe zadania egzaminacyjne umieszczane na stronie internetowej przedmiotu

Scientific publications of module course instructors related to the topic of the module:

Additional scientific publications not specified

Additional information:

None