Module also offered within study programmes:
General information:
Name:
Physics 1
Course of study:
2019/2020
Code:
IETP-1-103-n
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:
Part-time studies
Course homepage:
 
Responsible teacher:
prof. dr hab. Stapiński Tomasz (stap@agh.edu.pl)
Module summary

Celem przedmiotu jest wykształcenie umiejętności opisu rzeczywistości za pomocą podstawowych praw fizyki i przygotowanie do rozwiązywania złożonych problemów technicznych w oparciu o te prawa.

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: is able to
M_K001 Rozumie potrzebę i zna możliwości ciągłego dokształcania się ETP1A_K01, ETP1A_W01, ETP1A_W02 Execution of exercises
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. ETP1A_K02 Execution of exercises
M_K003 Student jest przygotowany, w oparciu o znajomość zasad fizycznych, do podjęcia działań zmierzających do rozwoju nauk technicznych, m.in. elektroniki, i telekomunikacji. ETP1A_K04, ETP1A_K03 Execution of exercises
Skills: he can
M_U001 Umie zastosować odpowiednie prawa i zasady fizyczne do rozwiązywania zagadnień z dynamiki, drgań i ruchu falowego, elektromagnetyzmu i podstaw termodynamiki i hydrodynamiki. ETP1A_U01, ETP1A_W02 Activity during classes,
Test
M_U002 Zdobywa matematyczne podstawy opisu zjawisk fizycznych, zna przykłady zastosowania rachunku wektorowego, różniczkowego i całkowego w fizyce. ETP1A_U01, ETP1A_U02 Test
M_U003 Potrafi pozyskiwać informacje z literatury, baz danych i innych źródeł ETP1A_U01, ETP1A_U02 Activity during classes,
Test
M_U004 Samodzielnie rozwiązuje zadania w obszarze mechaniki klasycznej, potrafi pracować indywidualnie ETP1A_U03, ETP1A_U04, ETP1A_U01, ETP1A_W01, ETP1A_W02, ETP1A_U02 Activity during classes,
Test
Knowledge: he knows and understands
M_W001 Dysponuje aktualną wiedzą na temat zjawisk fizycznych i fundamentalnych oddziaływań w przyrodzie. ETP1A_W02 Examination
M_W002 Zna i rozumie znaczenie fizyki jako nauki przyrodniczej, jej miejsce i rolę w dzisiejszej nauce i technice. ETP1A_W02 Examination
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. ETP1A_W02 Examination
Number of hours for each form of classes:
Sum (hours)
Lecture
Audit. classes
Lab. classes
Project classes
Conv. seminar
Seminar classes
Pract. classes
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Prace kontr. przejść.
Lektorat
60 28 16 16 0 0 0 0 0 0 0 0
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
Prace kontr. przejść.
Lektorat
Social competence
M_K001 Rozumie potrzebę i zna możliwości ciągłego dokształcania się - - + - - - - - - - -
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 - + + - - - - - - - -
M_U004 Samodzielnie rozwiązuje zadania w obszarze mechaniki klasycznej, potrafi pracować indywidualnie - + + - - - - - - - -
Knowledge
M_W001 Dysponuje aktualną wiedzą na temat zjawisk fizycznych i fundamentalnych oddziaływań w przyrodzie. + + + - - - - - - - -
M_W002 Zna i rozumie znaczenie fizyki jako nauki przyrodniczej, jej miejsce i rolę w dzisiejszej nauce i technice. + + + - - - - - - - -
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. + + + - - - - - - - -
Student workload (ECTS credits balance)
Student activity form Student workload
Summary student workload 177 h
Module ECTS credits 7 ECTS
Udział w zajęciach dydaktycznych/praktyka 60 h
Preparation for classes 45 h
przygotowanie projektu, prezentacji, pracy pisemnej, sprawozdania 40 h
Realization of independently performed tasks 30 h
Examination or Final test 2 h
Module content
Lectures (28h):
  1. Wprowadzenie do fizyki. Elementy rachunku wektorowego i zastosowanie do prostych problemów fizycznych

    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.
    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.

  2. Kinematyka punktu materialnego

    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

    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.

  4. Grawitacja

    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

    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. Drgania, oscylator harmoniczny

    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.

  7. Fale mechaniczne

    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.

  8. Elementy termodynamiki i hydrodynamiki

    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).

  9. Elektrostatyka

    Podstawowe pojęcia: pole, potencjał, energia potencjalna, strumień. Dipol elektryczny. Przykłady zastosowania prawa Gaussa (liniowy, powierzchniowy objętościowy rozkład ładunków). Dielektryki, piezoelektryczność.

  10. Prąd stały

    Prąd i prawo Ohma. SEM – siła elektromotoryczna i opór wewnętrzny. Przewodnictwo elektryczne w metalach i półprzewodnikach. Prawa Kirchhoffa. Obwód RC.

  11. Pole magnetyczne

    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.

  12. Równania Maxwella i fale elektromagnetyczne

    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 (16h):
  1. Praktyczna umiejętność posługiwania się rachunkiem wektorowym w fizyce

    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)

    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. Studenci mają możliwość skorzystania z konsultacji prowadzonych przez wykładowcę i prowadzących zajęcia, które pozwalają przedyskutować najważniejsze problemy związane ze zrozumieniem materiału wykładu i ćwiczeń.

  2. Kinematyka punktu materialnego

    Położenie i przemieszczenie. Prędkość średnia. Przyspieszenie średnie. Prędkość chwilowa. Przyspieszenie chwilowe. Ruch prostoliniowy. Równania ruchu ze stałym przyspieszeniem. Rzut pionowy, Rzut poziomy. Rzut ukośny. Ruch po okręgu.
    Praktyczna umiejętność obliczania prędkości chwilowej i przyspieszenia chwilowego korzystając z pojęcia pochodnej. Całkowanie równań ruchu przy wykorzystaniu warunków początkowych. Analiza ruchu po okręgu. Wyznaczanie przyspieszenia normalnego, stycznego i całkowitego.

  3. Zasady dynamiki w układach inercjalnych i nieinercjalnych

    Zasady dynamiki Newtona. Dynamika ruchu po okręgu. Tarcie. 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.

  4. Praca i energia. Zasady zachowania.

    Praca jako zmiana energii kinetycznej. Praca wykonana przez siłę ciężkości Praca wykonana przez dowolną siłę zmienną. Energia potencjalna. Zasada zachowania energii. Pęd. Moment pędu. Zasada zachowania pędu. Zasada zachowania momentu pędu.

  5. Kinematyka i dynamika bryły sztywnej

    Środek masy i praktyczna umiejętność znajdowania położenia i prędkości środka masy. Praktyczna umiejętność znajdowania 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.

  6. Ruch drgający

    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.

  7. Ruch falowy

    Równanie opisujące przemieszczenie w ruchu falowym. Pojęcie amplitudy, fazy, okresu, częstotliwości, częstości kołowej fali . Prędkość fali biegnącej. Zasada superpozycji fal. Interferencja fal. Fale stojące. Rezonans.

Laboratory classes (16h):
-
Additional information
Teaching methods and techniques:
  • Lectures: Treści prezentowane na wykładzie są przekazywane w formie prezentacji multimedialnej w połączeniu z klasycznym wykładem tablicowym wzbogaconymi o pokazy odnoszące się do prezentowanych zagadnień.
  • Auditorium classes: Podczas zajęć audytoryjnych studenci na tablicy rozwiązują zadane wcześniej problemy. Prowadzący na bieżąco dokonuje stosowanych wyjaśnień i moderuje dyskusję z grupą nad danym problemem.
  • Laboratory classes: W trakcie zajęć laboratoryjnych studenci samodzielnie rozwiązują zadany problem praktyczny, dobierając odpowiednie narzędzia. Prowadzący stymuluje grupę do refleksji nad problemem, tak by otrzymane wyniki miały wysoką wartość merytoryczną.
Warunki i sposób zaliczenia poszczególnych form zajęć, w tym zasady zaliczeń poprawkowych, a także warunki dopuszczenia do egzaminu:

Participation rules in classes:
  • Lectures:
    – Attendance is mandatory: No
    – Participation rules in classes: Studenci uczestniczą w zajęciach poznając kolejne treści nauczania zgodnie z syllabusem przedmiotu. Studenci winni na bieżąco zadawać pytania i wyjaśniać wątpliwości. Rejestracja audiowizualna wykładu wymaga zgody prowadzącego.
  • Auditorium classes:
    – Attendance is mandatory: Yes
    – Participation rules in classes: Studenci przystępując do ćwiczeń są zobowiązani do przygotowania się w zakresie wskazanym każdorazowo przez prowadzącego (np. w formie zestawów zadań). Ocena pracy studenta może bazować na wypowiedziach ustnych lub pisemnych w formie kolokwium, co zgodnie z regulaminem studiów AGH przekłada się na ocenę końcową z tej formy zajęć.
  • Laboratory classes:
    – Attendance is mandatory: Yes
    – Participation rules in classes: Studenci wykonują ćwiczenia laboratoryjne zgodnie z materiałami udostępnionymi przez prowadzącego. Student jest zobowiązany do przygotowania się w przedmiocie wykonywanego ćwiczenia, co może zostać zweryfikowane kolokwium w formie ustnej lub pisemnej. Zaliczenie zajęć odbywa się na podstawie zaprezentowania rozwiązania postawionego problemu.
Method of calculating the final grade:

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

Sposób i tryb wyrównywania zaległości powstałych wskutek nieobecności studenta na zajęciach:

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.

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:

Materiały i metody optymalizacji budowy ogniw i paneli fotowoltaicznych — [Materials and optimalization methods for solar cells and PV panels construction] / red. Tomasz STAPIŃSKI ; aut. Tomasz STAPIŃSKI, Marek Godlewski, Małgorzata Jakubowska, Konstanty MARSZAŁEK, Rafał Pietruszka, Piotr Panek, Bartosz SOLIŃSKI, Ireneusz SOLIŃSKI, Kinga TUROŃ, Grzegorz Wróblewski. — Kraków ; Włocławek : Agencja Reklamowa TOP – Drukarnia Cyfrowa, 2014. — 126, 2 s.. — Bibliogr. s. 124–126. — ISBN: 978-83-63179-17-5

Additional information:

None