Moduł oferowany także w ramach programów studiów:
Informacje ogólne:
Nazwa:
Fizyka 1/2
Tok studiów:
2019/2020
Kod:
HNKT-1-205-s
Wydział:
Humanistyczny
Poziom studiów:
Studia I stopnia
Specjalność:
-
Kierunek:
Nowoczesne technologie w kryminalistyce
Semestr:
2
Profil:
Ogólnoakademicki (A)
Język wykładowy:
Polski
Forma studiów:
Stacjonarne
Prowadzący moduł:
dr inż. Szklarski Zbigniew (szkla@agh.edu.pl)
Treści programowe zapewniające uzyskanie efektów uczenia się dla modułu zajęć

Celem przedmiotu jest wykształcenie umiejętności opisu otaczającej rzeczywistości fizycznej za pomocą podstawowych praw i zasad. Student uzyskuje umiejętność rozumienia oddziaływań i zjawisk fizycznych oraz 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 i ćwiczeń rachunkowych.

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 Student uzyskuje umiejętność rozumienia oddziaływań i zjawisk fizycznych oraz ich znaczenia w przyrodzie i technice. Dostrzega powiązania miedzy modelem teoretycznym a doświadczeniem fizycznym NKT1A_W02, NKT1A_K04, NKT1A_K01, NKT1A_U02 Udział w dyskusji,
Odpowiedź ustna,
Aktywność na zajęciach
M_W002 Student ma wiedzę w zakresie fizyki klasycznej, obejmującą: rachunek wektorowy, kinematykę i dynamikę punktu materialnego i bryły sztywnej, termodynamikę, drgania i fale, w tym wiedzę niezbędną do zrozumienia podstawowych zjawisk fizycznych występujących w przyrodzie i ich zastosowań w technice. NKT1A_W02, NKT1A_W01 Odpowiedź ustna,
Kolokwium,
Egzamin,
Aktywność na zajęciach
Umiejętności: potrafi
M_U001 Umie zastosować odpowiednie prawa i zasady fizyczne do rozwiązywania zagadnień z dynamiki, drgań i ruchu falowego i podstaw termodynamiki. NKT1A_U03, NKT1A_U02 Udział w dyskusji,
Odpowiedź ustna,
Kolokwium,
Egzamin,
Aktywność na zajęciach
M_U002 Zdobywa matematyczne podstawy opisu zjawisk fizycznych, zna przykłady zastosowania rachunku wektorowego, różniczkowego i całkowego w fizyce. NKT1A_U02, NKT1A_U01 Odpowiedź ustna,
Kolokwium,
Egzamin
M_U003 Potrafi szukać informacji z literatury przedmiotu i innych źródeł; potrafi dokonywać ich interpretacji i zastosować je do rozpatrywanego problemu, a także formułować i uzasadniać wynikające stąd wnioski. NKT1A_U02 Odpowiedź ustna,
Aktywność na zajęciach,
Kolokwium
M_U004 Student potrafi konsekwentnie i logiczne rozumować i interpretować poznane prawa fizyczne w zastosowaniu do napotkanych problemów fizycznych i inżynierskich. NKT1A_U02, NKT1A_U01 Odpowiedź ustna,
Egzamin,
Aktywność na zajęciach,
Kolokwium
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. Ma również świadomość ważności i rozumie pozatechniczne aspekty i skutki działalności inżyniera, w tym jej wpływ na środowisko, i związaną z tym odpowiedzialność za podejmowane decyzje. NKT1A_K04, NKT1A_K01, NKT1A_K02 Udział w dyskusji,
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
58 30 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 Student uzyskuje umiejętność rozumienia oddziaływań i zjawisk fizycznych oraz ich znaczenia w przyrodzie i technice. Dostrzega powiązania miedzy modelem teoretycznym a doświadczeniem fizycznym + + - - - - - - - - -
M_W002 Student ma wiedzę w zakresie fizyki klasycznej, obejmującą: rachunek wektorowy, kinematykę i dynamikę punktu materialnego i bryły sztywnej, termodynamikę, drgania i fale, w tym wiedzę niezbędną do zrozumienia podstawowych zjawisk fizycznych występujących w przyrodzie i ich zastosowań w technice. + + - - - - - - - - -
Umiejętności
M_U001 Umie zastosować odpowiednie prawa i zasady fizyczne do rozwiązywania zagadnień z dynamiki, drgań i ruchu falowego i podstaw termodynamiki. - + - - - - - - - - -
M_U002 Zdobywa matematyczne podstawy opisu zjawisk fizycznych, zna przykłady zastosowania rachunku wektorowego, różniczkowego i całkowego w fizyce. - + - - - - - - - - -
M_U003 Potrafi szukać informacji z literatury przedmiotu i innych źródeł; potrafi dokonywać ich interpretacji i zastosować je do rozpatrywanego problemu, a także formułować i uzasadniać wynikające stąd wnioski. - + - - - - - - - - -
M_U004 Student potrafi konsekwentnie i logiczne rozumować i interpretować poznane prawa fizyczne w zastosowaniu do napotkanych problemów fizycznych i inżynierskich. - + - - - - - - - - -
Kompetencje społeczne
M_K001 Rozumie potrzebę i zna możliwości ciągłego dokształcania się; dostrzega konieczność wykształcenia umiejętności posługiwania się narzędziami matematycznymi w opisie zjawisk fizycznych. Ma również świadomość ważności i rozumie pozatechniczne aspekty i skutki działalności inżyniera, w tym jej wpływ na środowisko, i związaną z tym odpowiedzialność za podejmowane decyzje. - + - - - - - - - - -
Nakład pracy studenta (bilans punktów ECTS)
Forma aktywności studenta Obciążenie studenta
Sumaryczne obciążenie pracą studenta 150 godz
Punkty ECTS za moduł 6 ECTS
Udział w zajęciach dydaktycznych/praktyka 58 godz
Przygotowanie do zajęć 30 godz
przygotowanie projektu, prezentacji, pracy pisemnej, sprawozdania 20 godz
Samodzielne studiowanie tematyki zajęć 25 godz
Egzamin lub kolokwium zaliczeniowe 2 godz
Dodatkowe godziny kontaktowe 5 godz
Inne 10 godz
Szczegółowe treści kształcenia w ramach poszczególnych form zajęć (szczegółowy program wykładów i pozostałych zajęć)
Wykład (30h):

1. Wprowadzenie do fizyki. Elementy rachunku różniczkowego i całkowego w zastosowaniu do prostych problemów fizycznych.
Przedmiot i znaczenie fizyki jako nauki przyrodniczej. Pomiary wielkości fizycznych – Międzynarodowy układ jednostek SI – podstawowe wielkości fizyczne i ich jednostki. Omówienie zajęć laboratoryjnych z fizyki oraz rachunek niepewności pomiaru. Zastosowanie rachunku różniczkowego i całkowego w fizyce na przykładach.
2. Elementy rachunku wektorowego.
Podział wielkości fizycznych na skalarne i wektorowe. Cechy wektora. Podstawowe działania na wektorach w tym iloczyn skalarny i wektorowy. Algebra wektorów, działania na wektorach w układzie kartezjańskim. Zastosowanie rachunku wektorowego w fizyce.
3. Kinematyka punktu materialnego.
Podstawowe pojęcia dla ruchu prostoliniowego i krzywoliniowego. Względność ruchów – transformacja Galileusza i elementy transformacji Lorentza. Opis wielkości służących do opisu ruchu krzywoliniowego. Definicje i graficzna interpretacja: wektora położenia, przemieszczenia, prędkości chwilowej i średniej, przyspieszenia chwilowego i średniego. Ruch niejednostajny po okręgu. Rzut poziomy i ukośny. Przykłady.
4. Dynamika punktu materialnego.
Zasady dynamiki w układach inercjalnych. Tarcie, tarcie wewnętrzne. Zasady dynamiki w układach nieinercjalnych. Przyspieszenie i siła Coriolisa. Zasady dynamiki dla układów o zmiennej masie.
5. Praca i energia.
Praca siły stałej i zmiennej, zależnej od położenia. Energia potencjalna – nie tylko grawitacyjna. Siły zachowawcze, związek energii potencjalnej i siły. Zasada zachowania energii. Energia relatywistyczna.
6. Przekazywanie energii – elementy termodynamiki.
Molekularno-kinetyczna interpretacja temperatury i energii wewnętrznej. Skale temperatur. Przewodnictwo cieplne. Energia cząsteczek i równanie stanu gazu doskonałego. Praca w termodynamice. Przemiany gazowe, praca, ciepło i energia w przemianach gazowych. II zasada termodynamiki. Entropia.
7. Dynamika bryły sztywnej.
Dyskretny i ciągły rozkład masy. Środek masy, ruch środka masy podstawowe pojęcia ruchu obrotowego układów punktów materialnych i bryły sztywnej. Moment bezwładności bryły i twierdzenie Steinera. Tensor momentu bezwładności, przykłady obliczeń tensorów dla różnych brył. Toczenie ciała i energia ruchu obrotowego bryły. Zasada zachowania momentu pędu, przykłady.
8. Drgania, oscylator harmoniczny.
Własności sprężyste ciała stałych, prawo Hooke’a, oscylator harmoniczny. Energia w ruchu harmonicznym. Wahadło fizyczne. Drgania tłumione. Drgania wymuszone, rezonans. Składanie drgań.
9. Fale mechaniczne.
Fale – podstawowe pojęcia, równanie fali płaskiej w przestrzeni i równanie falowe. Fala sprężysta w ciele stałym i w gazach – prędkość i energia fali. Podstawowe pojęcia z akustyki, efekt Dopplera. Opis zjawisk falowych, dyfrakcja i interferencja fal, fala stojąca. Fale materii.

Ćwiczenia audytoryjne (28h):

1. Praktyczna umiejętność posługiwania się rachunkiem wektorowym z fizyce.
Graficzne metody dodawania i odejmowania wektorów, rozkład wektora na składowe; wektor w kartezjańskim układzie współrzędnych. Zastosowanie iloczynu skalarnego i wektorowego w fizyce na przykładzie: pracy, momentu siły, momentu pędu, siły Lorentza.
2. Kinematyka punktu materialnego zmiennego w czasie.
Praktyczna umiejętność zastosowania rachunku wektorowego, różniczkowego i całkowego w zadaniach ruchu prostoliniowego i krzywoliniowego do obliczania przemieszczenia, prędkości i przyspieszenia.
3. Zasady dynamiki w układach inercjalnych i nieinercjalnych.
Zasady dynamiki, siły pozorne, ruch po okręgu. Zasady zachowania energii i pędu, układy o zmiennej masie, zderzenia sprężyste i niesprężyste.
4. Kinematyka i dynamika bryły sztywnej.
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.
5. Podstawy termodynamiki.
Równanie stanu gazu doskonałego. Przemiany gazowe. Pojecie pracy i sprawności cykli termodynamicznych.
6. Ruch drgający i falowy.
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.

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. Kolokwia pisemne uzupełniają sposób oceny postępów studentów. Studenci mają możliwość skorzystania z konsultacji prowadzonych przez wykładowcę i prowadzących zajęcia, które pozwalają przedyskutować najważniejsze problemy związane ze zrozumieniem materiału wykładu i ćwiczeń. Studenci mają możliwość skorzystania z konsultacji prowadzonych przez wykładowcę i prowadzących zajęcia, które pozwalają przedyskutować najważniejsze problemy związane ze zrozumieniem materiału wykładu i ćwiczeń. Studenci mają możliwość skorzystania z konsultacji prowadzonych przez wykładowcę i prowadzących zajęcia, które pozwalają przedyskutować najważniejsze problemy związane ze zrozumieniem materiału wykładu i ćwiczeń.
Warunki i sposób zaliczenia poszczególnych form zajęć, w tym zasady zaliczeń poprawkowych, a także warunki dopuszczenia do egzaminu:

Wykład:
– Obecność obowiązkowa: Nie
– Zasady udziału w zajęciach: Wskazane jest aktywne uczestniczenie w wykładzie i bieżące wyjaśnianie wątpliwości. Udział w ponad 70 % wykładów będzie premiowany dodatkowymi punktami na egzaminie – zgodnie z ustaleniami na pierwszym wykładzie.
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 będzie bazować na wypowiedziach ustnych lub pisemnych w formie kolokwium, co zgodnie z regulaminem studiów AGH przekłada się na ocenę końcową z tej formy zajęć.

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. Warunkiem koniecznym jest min. 80% obecności na zajęciach.
Sposób obliczania oceny końcowej:

Do egzaminu z przedmiotu dopuszczane są jedynie osoby posiadające ocenę pozytywną (co najmniej 3.0) z ćwiczeń audytoryjnych. Egzamin ma formę pisemną. Ocena końcowa obliczana jest zgodnie z regulaminem studiów, jako średnia ważona wszystkich ocen: egzaminu i zaliczenia ćwiczeń audytoryjnych (6:4).

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

Wymagana jest obecność na ćwiczeniach audytoryjnych (min. 80%). W uzasadnionych przypadkach (długotrwała choroba poświadczona zwolnieniem lekarskim) możliwe jest indywidualne uzgodnienie sposobu zaliczenia z prowadzącym zajęcia.
W przypadku oceny niedostatecznej z ćwiczeń audytoryjnych, przewidziane jest jeden termin zaliczenia poprawkowego, organizowanego po pierwszym terminie egzaminu.

Wymagania wstępne i dodatkowe, z uwzględnieniem sekwencyjności modułów :

Wymagana jest znajomość podstaw fizyki i matematyki w zakresie programu gimnazjum i liceum. Dodatkowo konieczne jest wykorzystanie wiedzy zdobytej podczas realizacji przedmiotu Fizyka I oraz umiejętność wykorzystania rachunku różniczkowego i całkowego w stopniu elementarnym.

Zalecana literatura i pomoce naukowe:

1. J. Wolny, Podstawy fizyki, AGH Kraków, 20007
2. D. Halliday, R. Resnick, J. Walker, Podstawy Fizyki, t.1-5, PWN Warszawawa, 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:

- Preparation and characterization of magnetic tunnel junctions for the STT-RAM and ST-oscillators application / W.Skowroński, T.Stobiecki, Z.Szklarski et al. // Workshop on Atomic & Molecular level devising 2011,
- Co nowego w spintronice? / T.Stobiecki, W.Skowroński, Z.Szklarski et al. // VI Krajowa Konferencja Nanotechnologii 2013

Informacje dodatkowe:

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