Moduł oferowany także w ramach programów studiów:
Informacje ogólne:
Nazwa:
Fizyka 1
Tok studiów:
2019/2020
Kod:
EAiR-1-107-s
Wydział:
Elektrotechniki, Automatyki, Informatyki i Inżynierii Biomedycznej
Poziom studiów:
Studia I stopnia
Specjalność:
-
Kierunek:
Automatyka i Robotyka
Semestr:
1
Profil:
Ogólnoakademicki (A)
Język wykładowy:
Polski
Forma studiów:
Stacjonarne
Strona www:
 
Prowadzący moduł:
dr hab. inż. Nizioł Jacek (niziol@agh.edu.pl)
Treści programowe zapewniające uzyskanie efektów uczenia się dla modułu zajęć

Wykład omawia podstawowe prawa rządzące zjawiskami mechaniki klasycznej i termodynamiki. Zajęciom towarzyszą pokazy doświadczeń fizycznych i rozwiązywanie zadań z zakresu mechaniki i termodynamiki.

Opis efektów uczenia się dla modułu zajęć
Kod MEU Student, który zaliczył moduł zajęć zna i rozumie/potrafi/jest gotów do Powiązania z KEU Sposób weryfikacji i oceny efektów uczenia się osiągniętych przez studenta w ramach poszczególnych form zajęć i dla całego modułu zajęć
Wiedza: zna i rozumie
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. AiR1A_W01 Kolokwium
M_W002 Dysponuje aktualną wiedzą na temat zjawisk fizycznych i fundamentalnych oddziaływań w przyrodzie. AiR1A_W01 Kolokwium
M_W003 Ma wiedzę w zakresie mechaniki klasycznej punktu materialnego i bryły sztywnej, grawitacji, elektrostatyki, prądu stałego, pola magnetycznego, ruchu drgającego i fal oraz podstaw termodynamiki i hydrodynamiki, niezbędną do zrozumienia podstawowych zjawisk fizycznych w przyrodzie i technice, a w szczególności w automatyce, elektronice, elektrotechnice i mechanice. AiR1A_W01 Kolokwium
Umiejętności: potrafi
M_U001 Umie zastosować odpowiednie prawa i zasady fizyczne do rozwiązywania zagadnień z dynamiki, drgań i ruchu falowego, elektromagnetyzmu i podstaw termo- i hydrodynamiki. AiR1A_U01 Wykonanie ćwiczeń
M_U002 Zdobywa matematyczne podstawy opisu zjawisk fizycznych, zna przykłady zastosowania rachunku wektorowego, różniczkowego i całkowego w fizyce. AiR1A_U01 Wykonanie ćwiczeń
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. AiR1A_U01 Wykonanie ćwiczeń
M_U004 Samodzielnie rozwiązuje zadania w obszarze mechaniki klasycznej oraz umie zastosować odpowiednie prawa fizyczne do rozwiązywania zagadnień z drgań i ruchu falowego, elektromagnetyzmu i podstaw termo- i hydrodynamiki. AiR1A_U01 Wykonanie ćwiczeń
Kompetencje społeczne: jest gotów do
M_K001 Rozumie potrzebę i zna możliwości ciągłego dokształcania się; dostrzega konieczność wykształcenia umiejętności posługiwania się narzędziami matematycznymi w opisie zjawisk fizycznych. AiR1A_K01, AiR1A_K02 Aktywność na zajęciach
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. AiR1A_K02 Aktywność na zajęciach
M_K003 Student jest przygotowany, w oparciu o znajomość zasad fizycznych, do podjęcia działań zmierzających do rozwoju nauk technicznych, m.in. automatyki, elektroniki, elektrotechniki i mechaniki. AiR1A_K01 Aktywność na zajęciach
Liczba godzin zajęć w ramach poszczególnych form zajęć:
SUMA (godz.)
Wykład
Ćwicz. aud
Ćwicz. lab
Ćw. proj.
Konw.
Zaj. sem.
Zaj. prakt
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Prace kontr. przejść.
Lektorat
60 32 28 0 0 0 0 0 0 0 0 0
Matryca kierunkowych efektów uczenia się w odniesieniu do form zajęć i sposobu zaliczenia, które pozwalają na ich uzyskanie
Kod MEU Student, który zaliczył moduł zajęć zna i rozumie/potrafi/jest gotów do Forma zajęć dydaktycznych
Wykład
Ćwicz. aud
Ćwicz. lab
Ćw. proj.
Konw.
Zaj. sem.
Zaj. prakt
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Prace kontr. przejść.
Lektorat
Wiedza
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 mechaniki klasycznej punktu materialnego i bryły sztywnej, grawitacji, elektrostatyki, prądu stałego, pola magnetycznego, ruchu drgającego i fal oraz podstaw termodynamiki i hydrodynamiki, niezbędną do zrozumienia podstawowych zjawisk fizycznych w przyrodzie i technice, a w szczególności w automatyce, elektronice, elektrotechnice i mechanice. + - - - - - - - - - -
Umiejętności
M_U001 Umie zastosować odpowiednie prawa i zasady fizyczne do rozwiązywania zagadnień z dynamiki, drgań i ruchu falowego, elektromagnetyzmu i podstaw termo- 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 oraz umie zastosować odpowiednie prawa fizyczne do rozwiązywania zagadnień z drgań i ruchu falowego, elektromagnetyzmu i podstaw termo- i hydrodynamiki. - + - - - - - - - - -
Kompetencje społeczne
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. automatyki, elektroniki, elektrotechniki i mechaniki. - + - - - - - - - - -
Nakład pracy studenta (bilans punktów ECTS)
Forma aktywności studenta Obciążenie studenta
Sumaryczne obciążenie pracą studenta 160 godz
Punkty ECTS za moduł 6 ECTS
Udział w zajęciach dydaktycznych/praktyka 60 godz
przygotowanie projektu, prezentacji, pracy pisemnej, sprawozdania 30 godz
Samodzielne studiowanie tematyki zajęć 65 godz
Dodatkowe godziny kontaktowe 5 godz
Szczegółowe treści kształcenia w ramach poszczególnych form zajęć (szczegółowy program wykładów i pozostałych zajęć)
Wykład (32h):

WYKŁADY:

1. Jednostki podstawowe w układach: CGS, MKS, MKSA, SI.
2. Przedrostki powiększające i pomniejszające w zakresie od 10-15 do 1015.
3. Wzorce wielkości (jednostek) podstawowych.
4. Eksperymentalne przybliżenie wielkości prawdziwych (postulat Gaussa, wyprowadzenie wzoru).
5. Prędkość i przyspieszenie dla ruchu nieprostoliniowego w biegunowym układzie współrzędnych. Przyspieszenie Coriolisa.
6. Zasady dynamiki Newtona. Zasada zachowania pędu. Siły pozorne.
7. Siły tarcia; prawa tarcia Coulomba i Morena.
8. Praca. Twierdzenie o pracy i energii (dowód), moc.
9. Moment bezwładności – definicje.
10. Twierdzenie Steinera. Definicja środka masy.
11. Moment siły, moment pędu, druga zasada dynamiki Newtona dla ruchu obrotowego, zasada zachowania momentu pędu.
12. Tensor momentu bezwładności – wyprowadzenie.
13. Delta Kroneckera, konwencja sumowania (Einsteina), definicja momentu bezwładności z wykorzystaniem konwencji sumowania.
14. Energia kinetyczna w ruchu obrotowym – wyprowadzenie wzoru.
15. Osie główne, równania Eulera.
16. Precesja, rezonans w układzie wirującego momentu magnetycznego. Krzywa absorpcji – krzywa Gaussa i Lorentza.
17. Prawo Hooke’a. Definicja siły harmonicznej.
18. Równanie ruchu oscylatora harmonicznego prostego, rozwiązania. Częstotliwość drgań oscylatora harmonicznego.
19. Energia oscylatora harmonicznego prostego – wyprowadzenie wzoru.
20. Wahadło proste (matematyczne), wahadło fizyczne; okres drgań – wyprowadzenie wzorów.
21. Równanie oscylatora harmonicznego prostego z siłą tłumiącą, rozwiązanie równania, okres drgań – wyprowadzenia. Liczba Eulera. Wzór Eulera; podstawienie: j=p.
22. Oscylator harmoniczny tłumiony – ruch aperiodyczny, tłumienie krytyczne.
23. Oscylator harmoniczny tłumiony z siłą wymuszającą. Amplituda drgań, przesunięcie fazowe – wyprowadzenia. Rezonans. Amplituda drgań w funkcji tłumienia – wykres. Dobroć układu rezonansowego.
24. Oscylator anharmoniczny.
25. Siły centralne, grawitacja. Siła grawitacji Newtona. Energia potencjalna.
26. Wyznaczanie stałej G, doświadczenie Cavedisha.
27. Praca w polu sił zachowawczych.
28. Zależność siły od energii potencjalnej; operator gradientu w układach współrzędnych: kartezjańskim, cylindrycznym i sferycznym.
29. Natężenie i potencjał pola grawitacyjnego.
30. Siła działająca pomiędzy masą punktową a kulistą powłoką i kulą – wyprowadzenia.
31. Siła grawitacyjna układu dwóch ciał – masa zredukowana.
32. Prawa Keplera – wyprowadzenia.
33. Twierdzenia o wiriale – wyprowadzenie.
34. Pomiary prędkości światła; doświadczenia Bradley’a, Fizeau, Foucaulta i Michelsona.
35. Doświadczenie Michelsona – Morleya; wyprowadzenie wzorów.
36. Transformacja Lorentza – wyprowadzenie.
37. Kontrakcja Fizgeralda – Lotentza, dylatacja czasu: wyprowadzenia wzorów.
38. Transformacja prędkości – wyprowadzenia wzorów.
39. Energia relatywistyczna – wyprowadzenia wzoru; przypadek małej prędkości.
40. Transformacja energii i pędu: wyprowadzenia wzorów.
41. Energia wiązania, najważniejszy wykres Wszechświata.
42. Dynamika relatywistyczna – praca i energia; wyprowadzenie wzorów.
43. Fale – klasyfikacja fal. Parametry równania fali. Równanie fali poruszającej się w prawo i w lewo.
44. Wyprowadzenie równania falowego dla drgającej struny dla małych drgań.
45. Równanie falowe; operator Laplace’a i d’Alembert’a.
46. Analiza fourierowska równania falowego. Szereg trygonometryczny.
47. Interferencja fal, doświadczenie Younga.
48. Strumień energii, natężenie fali.
49. Obraz interferencyjny dla dwóch szczelin.
50. Dyfrakcja na pojedynczej szczelinie.
51. Dyfrakcja na dwóch szczelinach – złożenie dyfrakcji i interferencji.
52. Siatka dyfrakcyjna, kryterium Rayleigha. Zasada Huygensa.
53. Fale stojące – wyprowadzenie wzoru.
54. Polaryzacja; prawo Malusa. Przykłady polaryzacji.
55. Dudnienia fal, wzory, wykresy.
56. Zjawisko Dopplera – wyprowadzenie wzorów.
57. Liczba Macha.
58. Prawo Pascala, Archimedesa. Równanie ciągłości strugi. Prawo Bernoulliego, wyprowadzenie, przykłady (siła nośna skrzydła samolotu).
59. Lepkość cieczy, wzór Poiseuille’a, i Stokes’a.
60. Przepływ laminarny i turbulentny, liczba Reynoldsa.

Ćwiczenia audytoryjne (28h):

ĆWICZENIA AUDYTORYJNE:

Ćwiczenia audytoryjne mają na celu utrwalenie wiadomości zdobytych na wykładzie i wykształcenie umiejętności posługiwania się podstawowymi prawami 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 sprawdziany w trakcie ćwiczeń i na tej podstawie odbywa się zaliczenie zajęć. Studenci mają możliwość korzystania z konsultacji prowadzonych przez wykładowcę i prowadzących ćwiczenia, które pozwalają przedyskutować najważniejsze problemy związane ze zrozumieniem materiału wykładu i ćwiczeń.

1.Praktyczna umiejętność posługiwania się rachunkiem wektorowym z fizyce (2 godz.)
Geometryczne metody dodawania i odejmowania wektorów, rozkład wektora na składowe; wektor w kartezjańskim układzie współrzędnych, działania na wektorach. Zastosowanie iloczynu skalarnego i wektorowego w fizyce na przykładach: pracy, energii, momentu siły, momentu pędu, siły Lorentza.
2.Kinematyka punktu materialnego (4 godz.)
Praktyczna umiejętność obliczania prędkości chwilowej i przyspieszenia chwilowego korzystając z pojęcia pochodnej. Analiza jednostajnego i niejednostajnego ruchu krzywoliniowego (rzuty) z zastosowaniem rachunku wektorowego i różniczkowego i całkowego.
3.Dynamika w układach inercjalnych i nieinercjalnych (5 godz.)
Zasady dynamiki, siły pozorne, ruch po okręgu. Zasady zachowania energii i pędu, układy o zmiennej masie, zderzenia sprężyste i niesprężyste.
4.Grawitacja (3 godz.)
Omówienie przypadków pól zachowawczych, pole o symetrii sferycznej. Natężenie pola grawitacyjnego, praca w polu grawitacyjnym. Zastosowanie prawa Gaussa.
5. Elektrostatyka (4 godz.)
Zastosowanie prawa Gaussa w elektrostatyce, Praktyczna umiejętność obliczania gradientu funkcji skalarnej. Związek energii potencjalnej i potencjału z siłą i natężeniem pola. Kondensatory.
6.Kinematyka i dynamika bryły sztywnej (5 godz.)
Środek masy. Omówienie i interpretacja składowych tensora momentu bezwładności. Obliczanie tensora momentu bezwładności dla dyskretnych i ciągłych rozkładów masy. Zastosowanie zasady zachowania energii mechanicznej i zasad dynamiki do ruchu obrotowego bryły sztywnej i toczenia bez poślizgu.
7.Oscylator harmoniczny i ruch falowy (5 godz.)
Rozwiązanie równania prostego oscylatora harmonicznego, analiza 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. Omówienie warunków rezonansu, krzywe rezonansowe. Analogia pomiędzy oscylatorem mechanicznym a obwodem RLC. Układy RC i LC. Równanie fali płaskiej w przestrzeni i równanie falowe, fala stojąca.
8.Podstawy hydrodynamiki i termodynamiki (2 godz.)
Równanie ciągłości i równanie Bernoulliego. równanie stanu gazu, przemiany gazowe, zasady termodynamiki. Przemiany gazowe.

Pozostałe informacje
Metody i techniki kształcenia:
  • Wykład: Treści prezentowane na wykładzie są przekazywane w formie prezentacji multimedialnej w połączeniu z klasycznym wykładem tablicowym wzbogaconymi o pokazy odnoszące się do prezentowanych zagadnień.
  • Ćwiczenia audytoryjne: Podczas zajęć audytoryjnych studenci na tablicy rozwiązują zadane wcześniej problemy. Prowadzący na bieżąco dokonuje stosowanych wyjaśnień i moderuje dyskusję z grupą nad danym problemem.
Warunki i sposób zaliczenia poszczególnych form zajęć, w tym zasady zaliczeń poprawkowych, a także warunki dopuszczenia do egzaminu:

Warunkiem przystąpienia do kolokwium zaliczeniowego jest uzyskanie zaliczenia z ćwiczeń, towarzyszących wykładowi. Student ma prawo przystąpienia do dwóch kolokwiów poprawkowych.

Zasady udziału w zajęciach:
  • Wykład:
    – Obecność obowiązkowa: Nie
    – Zasady udziału w zajęciach: 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.
  • Ćwiczenia audytoryjne:
    – Obecność obowiązkowa: Tak
    – Zasady udziału w zajęciach: 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.
Sposób obliczania oceny końcowej:

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:

Sposób i tryb wyrównania zaległości powstałych wskutek nieobecności student uzgadnia bezpośrednio z osobą prowadzącą odpowiednie zajęcia.

Wymagania wstępne i dodatkowe, z uwzględnieniem sekwencyjności modułów :

Wymagana jest znajomość podstaw fizyki i matematyki w zakresie programu gimnazjum i liceum. Dodatkowo konieczne jest posiadanie umiejętności posługiwania się rachunkiem różniczkowym w stopniu elementarnym.

Zalecana literatura i pomoce naukowe:

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

Publikacje naukowe osób prowadzących zajęcia związane z tematyką modułu:

Nie podano dodatkowych publikacji

Informacje dodatkowe:

Brak