Fizyka I- II sem

stacjonarne

I stopnia

obowiązkowy

W 40/x, C 30/+, L 10/+

razem: 80 godz., 6 pkt ECTS

Matematyka 1, 2/ wymagania wstępne: znajomość podstaw rachunku wektorowego i różniczkowego.

Podstawy metrologii / wymagania wstępne: znajomość istoty podstawowych metod pomiarowych oraz zasad użytkowania przyrządów analogowych i cyfrowych oraz wykonywania pomiarów bezpośrednich i pośrednich podstawowych wielkości elektrycznych.

Semestr drugi / Kierunek studiów: Lotnictwo i kosmonautyka

dr hab. inż. Jerzy Zieliński

prof. dr hab. inż. Jarosław Rutkowski

aktywność / obciążenie studenta w godz.

1. Udział w wykładach / 40

2. Udział w laboratoriach / 10

3. Udział w ćwiczeniach / 30

4. Udział w seminariach / -

5. Samodzielne studiowanie tematyki wykładów / 20

6. Samodzielne przygotowanie do laboratoriów / 20

7. Samodzielne przygotowanie do ćwiczeń / 30

8. Samodzielne przygotowanie do seminarium / -

9. Realizacja projektu / -

10. Udział w konsultacjach / 10

11. Przygotowanie do egzaminu / 10

12. Przygotowanie do zaliczenia / -

13. Udział w egzaminie / 2

Sumaryczne obciążenie pracą studenta: 172 godz. / 6 ECTS

Zajęcia z udziałem nauczycieli (1+2+3+4+9+10+13): 92 godz. / 3 ECTS

Zajęcia powiązane z działalnością naukową: 60 godz. / 2 ECTS

Celem przedmiotu jest nauczyć rozumienia zjawisk fizycznych, zapoznać z podstawowymi pojęciami i prawami fizyki z zakresu z zakresu mechaniki, teorii drgań, pola elektrostatycznego, magnetycznego, fal mechanicznych i elektromagnetycznych. Nauczyć stosowania matematyki do ilościowego opisu zjawisk fizycznych zapoznać z ważniejszymi przyrządami pomiarowymi i podstawowymi metodami pomiarów wielkości fizycznych.

Wykłady /metody dydaktyczne: metoda słowna z wykorzystaniem prezentacji multimedialnych

1. Wprowadzenie do przedmiotu / 2 godziny / Metodologia fizyki: przedmiot fizyki, układy jednostek, układy współrzędnych. Metodologia pomiarów fizycznych: pomiar, rodzaje błędów (niepewności pomiarowych), obliczanie niepewności pomiarowych, prawo przenoszenia niepewności pomiarowych. Wykresy, skala: liniowa, wykładnicza i logarytmiczna, interpolacja, aproksymacja. Metoda najmniejszych kwadratów Gaussa.

2. Fizyczne podstawy mechaniki / 4 godziny / Kinematyka: ruch w trzech wymiarach, parametryczne równania toru, prędkość, przyśpieszenie - przyspieszenie styczne i normalne do toru ruchu. Niezmienniczość Galileusza. Układy inercjalne i nieinercjalne. Dynamika: zasady dynamiki Newtona. Pęd, popęd, moc, energia.

3. Dynamika bryły sztywnej / 2 godziny / Ruch bryły sztywnej, środek masy, ruch w układzie środka masy, ruch obrotowy. Twierdzenie Steinera. Moment bezwładności. II Zasada dynamiki ruchu obrotowego.

4. Zasady zachowania w mechanice / 2 godziny / Zasada zachowania: pędu, momentu pędu, energii. Tarcie. Rola zasad zachowania w mechanice.

5. Pola zachowawcze na przykładzie pola grawitacyjnego / 2 godziny / Pola sił. Potencjał, energia potencjalna. Pole grawitacyjne. I i II prędkość kosmiczna. Prawa Keplera. Kolokwium na ćwiczeniach.

6. Fizyka relatywistyczna /4 godziny / Szczególna teoria względności: postulaty teorii względności, transformacja Lorentza i jej konsekwencje. Mechanika relatywistyczna: relatywistyczna energia kinetyczna, energia całkowita. Czasoprzestrzeń jako element ogólnej teorii względności. Podstawy kosmologii.

7. Drgania /4 godziny / Drgania swobodne: pojęcie drgań, drgania harmoniczne, drgania swobodne, składanie drgań harmonicznych, dudnienie. Harmoniczne drgania nieswobodne: drgania tłumione, drgania wymuszone, rezonans.

8. Fale / 2 godziny / Fale biegnące. Równanie fali. Przenoszenie energii przez fale. Fale stojące. Paczka falowa. Prędkość grupowa a prędkość fazowa. Dyspersja. Fale akustyczne.

9. Termodynamika / 4 godziny / Podstawy termodynamiki: gaz doskonały a gaz rzeczywisty, przemiany gazu doskonałego, parametry termodynamiczne, zasady termodynamiki. ciepło, praca, moc. Kinetyczna teoria gazów, statystyka Maxwella-Boltzmanna. Wykorzystanie termodynamiki: przemiany fazowe, ciepło przemian, skraplanie gazów. Silniki cieplne, cykl Carnota.

10. Zjawiska elektryczne / 4 godziny / Pole elektryczne w próżni: prawo Coulomba, pole elektryczne, źródła pola elektrycznego: ładunki, dipole, kwadrupole. Prawo Gaussa, potencjał elektryczny, pojemność elektryczna, energia pola elektrycznego. Pole elektryczne w ośrodku: dielektryki i oddziaływanie pola elektrycznego z materią, wektory opisujące pole elektryczne w materii. Kondensatory, obwody RC.

11. Prąd elektryczny / 2 godziny / Prąd elektryczny, prawo Ohma, pra-ca i moc prądu elektrycznego. Prawa Kirchhoffa, rodzaje obwodów elektrycznych.

12. Pola magnetyczne prądów stałych / 2 godziny / Pole magnetyczne. Indukcja magnetyczna. Ruch ładunków w polu magnetycznym. Siła elektrodynamiczna. Strumień magnetyczny. Prawo Ampere’a, prawo Biota-Savarta-Laplace'a. Magnetyzm w materii: paramagnetyzm, ferromagnetyzm, histereza.

13. Indukcja elektromagnetyczna / 2 godzin / Indukcja elektromagnetyczna. Prawo Faraday’a, reguła przekory. Indukcyjność oraz samoindukcja. Energia pola magnetycznego. Równania Maxwella – Lorentza. Prąd przesunięcia.

14. Obwody prądów zmiennych / 2 godzin / Zasada działania transformatora. Prąd jednofazowy i prąd trójfazowy. Wartość skuteczna prądu i napięcia. Obwody LRC.

15. Fale elektromagnetyczne / 4 godziny / Równanie fali elektromagnetycznej. Oddziaływanie promieniowania z materią. Współczynnik załamania ośrodka. Widmo fal elektromagnetycznych. Źródła fal elektromagnetycznych.

Ćwiczenia /metody dydaktyczne: rozwiązywanie zadań i problemów pod nadzorem wykładowcy

1. Fizyczne podstawy mechaniki / 2 godziny / ruch w trzech wymiarach, prędkość, przyśpieszenie. Układy inercjalne i nieinercjalne. Za-sady dynamiki Newtona.

2. Dynamika bryły sztywnej / 2 godziny / Ruch w układzie środka ma-sy, ruch obrotowy. Twierdzenie Steinera. Moment bezwładności. II Zasada dynamiki ruchu obrotowego.

3. Zasady zachowania w mechanice / 2 godziny / Zasada zachowania: pędu, momentu pędu, energii. Tarcie.

4. Pola zachowawcze na przykładzie pola grawitacyjnego / 2 godziny / Potencjał, energia potencjalna. Prawa Keplera. Kolokwium nr 1.

5. Fizyka relatywistyczna /2 godziny / Transformacja Lorentza i jej konsekwencje. Relatywistyczna energia kinetyczna, energia całkowita.

6. Drgania /2 godziny / Drgania swobodne, drgania tłumione, drgania wymuszone, rezonans. Składanie drgań harmonicznych, dudnienie.

7. Fale / 2 godziny / Równanie fali. Fale stojące. Paczka falowa. Prędkość grupowa a prędkość fazowa.

8. Termodynamika / 2 godziny / Przemiany gazu doskonałego, para-metry termodynamiczne, zasady termodynamiki. ciepło, praca, moc. Kinetyczna teoria gazów, statystyka Maxwella-Boltzmanna.

9. Zjawiska elektryczne / 4 godziny / Prawo Coulomba, natężenie pola elektrostatycznego. Prawo Gaussa, potencjał elektryczny, pojemność elektryczna, energia pola elektrycznego. Pole elektryczne w ośrodku. Obwody RC. Kolokwium nr 2.

10. Prąd elektryczny / 2 godziny / Prąd elektryczny, prawo Ohma, pra-ca i moc prądu elektrycznego. Prawa Kirchhoffa.

11. Pola magnetyczne prądów stałych / 2 godziny / Pole magnetyczne. Indukcja magnetyczna. Siła elektrodynamiczna. Strumień magnetyczny. Prawo Ampere’a, prawo Biota-Savarta-Laplace'a.

12. Indukcja elektromagnetyczna / 2 godzin / Prawo Faraday’a, reguła przekory. Indukcyjność oraz samoindukcja. Energia pola magnetycznego. Równania Maxwella – Lorentza.

13. Obwody prądów zmiennych / 2 godzin / Wartość skuteczna prądu i napięcia. Obwody LRC.

14. Fale elektromagnetyczne / 2 godziny / Równanie fali elektromagnetycznej. Współczynnik załamania ośrodka Kolokwium nr 3.

Laboratoria /metody dydaktyczne: pomiar wybranych zjawisk fizycznych. Zajęcia obejmują znajomość budowy stanowiska pomiarowego, wykonanie pomiarów oraz opracowanie wyników i wyciągnięcie wniosków.

1. ĆWICZENIE 1, Rozkład Gaussa. / 2 godziny /

2. ĆWICZENIE 40, Wyznaczanie modułu sprężystości przy pomocy wahadła torsyjnego, lub ĆWICZENIE 39, Czas trwania zderzenia kul.

3. ĆWICZENIE 41, Badanie transformacji energii mechanicznej w krążku Maxwella, lub ĆWICZENIE 42, Wyznaczanie momentu bez-władności bryły sztywnej względem dowolnej osi obrotu z wykorzystaniem twierdzenia Steinera.

4. ĆWICZENIE 5, Badanie drgań układu dwóch sprzężonych wahadeł, lub ĆWICZENIE 24, Badania rezonansu w obwodach elektrycznych.

5. ĆWICZENIE 10 , Wyznaczanie stosunku Cp/Cv dla powietrza metodą Clementa-Desormesa, lub ĆWICZENIE 11 , Pomiar ciepła molowego powietrza metodą rozładowania kondensatora.

podstawowa:

1. Fizyka dla szkół wyższych – podręcznik internetowy: https://openstax.org, Wydawca - fundacja OpenStax działającą przy Rice University w USA

2. M. Demianiuk: Wykłady z fizyki dla inżynierów cz. I, II, i III, Wyd. WAT 2001

3. M. Demianiuk: Wybrane przykłady zadań do wykładów z fizyki dla inżynierów, Wyd. WAT 2002

4. D. Halliday, R. Resnick, J. Walker: Podstawy fizyki. Cz. I-V, PWN, Warszawa, 2003

uzupełniająca:

1. A. Rogalski: Podstawy fizyki dla elektroników, Wyd. WAT 2002

2. Z. Raszewski i inni: Fizyka ogólna. Przykłady i zadania z fizyki, cz. I., Rozwiązania i odpowiedzi do zadań z fizyki, cz.II. Wyd. WAT 1994

3. P. Hewitt, Fizyka wokół nas, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2010

4. J. Walker, Podstawy fizyki, zbiór zadań, Wydawnictwo Nauko-we PWN, Warszawa 2005

Symbol i nr efektu modułu / efekt kształcenia / odniesienie do efektu kierunkowego

W1 / ma podstawową wiedzę na temat ogólnych zasad fizyki, wielko-ści fizycznych, oddziaływań fundamentalnych / K_W02

W2 / ma wiedzę w zakresie fizyki klasycznej oraz podstaw fizyki relatywistycznej / K_W02, K_W04

W3 / ma wiedzę na temat zasad przeprowadzania i opracowania wyników pomiarów fizycznych, rodzajów niepewności pomiarowych i sposobów ich wyznaczania / K_W13

U1 / potrafi wykorzystać poznane zasady i metody fizyki oraz odpowiednie narzędzia matematyczne do opisu właściwości fizycznych oraz związanych z nimi efektów przyczynowo-skutkowych pod wpływem oddziaływań zewnętrznych/ K_U01, K_U07

U2 / potrafi pozyskiwać informacje z literatury, baz danych i innych źródeł, potrafi integrować uzyskane informacje, dokonywać ich interpretacji oraz prawidłowo wyciągać wnioski / K_U01

U3 / umie przeprowadzić pomiary wybranych wielkości fizycznych i je opracować, a także zinterpretować w kontekście posiadanej wiedzy z fizyki / K_U01, K_U03

K1 / potrafi myśleć i działać w twórczy sposób / K_K01, K_K07

K2 / potrafi pracować i współdziałać w grupie / K_K04

Przedmiot zaliczany jest na podstawie egzaminu.

Ćwiczenia rachunkowe – zaliczenie ćwiczenie ćwiczeń rachunkowych odbywa się na podstawie ocen z 3 kolokwiów przeprowadzonych na ćwi-czeniach oraz aktywności studentów na zajęciach.

Ćwiczenia laboratoryjne – zaliczenie ćwiczenia laboratoryjnego wymaga uzyskania pozytywnej ocen ze sprawdzianu przed rozpoczęciem ćwiczenia, wykonania ćwiczenia i oddania pisemnego sprawozdania z ćwiczenia.

Egzamin przedmiotu jest prowadzany w formie pisemno-ustnej z wybra-nych zagadnień z wykładanego materiału.

Warunkiem zaliczenia przedmiotu jest uzyskanie pozytywnych ocen z ćwiczeń rachunkowych i laboratoryjnych oraz egzaminu.

Osiągnięcie efektów W1, W2, U1, U2 weryfikowane jest podczas egzami-nu, natomiast efekty W1, W2, W3, U3, K1 i K2 sprawdzane są w trakcie realizacji ćwiczeń laboratoryjnych.

Wszystkie sprawdziany i referaty są oceniane wg następujących zasad:

ocena 2 – poniżej 50% poprawnych odpowiedzi;

ocena 3 – 50 ÷ 60% poprawnych odpowiedzi;

ocena 3,5 – 61 ÷ 70% poprawnych odpowiedzi;

ocena 4 – 71 ÷ 80% poprawnych odpowiedzi;

ocena 4,5 – 81 ÷ 90% poprawnych odpowiedzi;

ocena 5 – powyżej 91% poprawnych odpowiedzi.

Ocenę bardzo dobrą otrzymuje student, który posiadł wiedzę, umiejętno-ści i kompetencje przewidziane efektami kształcenia, a ponadto wykazuje zainteresowanie przedmiotem, w sposób twórczy podchodzi do powierzo-nych zadań i wykazuje się samodzielnością w zdobywaniu wiedzy, jest wytrwały w pokonywaniu trudności oraz systematyczny w pracy.

Ocenę dobrą otrzymuje student, który posiadł wiedzę i umiejętności prze-widziane programem nauczania w stopniu dobrym. Potrafi rozwiązywać zadania i problemy o średnim stopniu trudności.

Ocenę dostateczną otrzymuje student, który posiadł wiedzę i umiejętności przewidziane programem nauczania w stopniu dostatecznym. Samodzielnie rozwiązuje zadania i problemy o niskim stopniu trudności. W jego wiedzy i umiejętnościach zauważalne są luki, które potrafi jednak uzupełnić pod kierunkiem nauczyciela.

Ocenę niedostateczną otrzymuje student, który nie posiadł wiedzy, umiejętności i kompetencji w zakresie koniecznych wymagań.

Na końcową ocenę składają się: ocena uzyskana na egzaminie, oceny z ćwiczeń laboratoryjnych oraz zaangażowanie i sposób podejścia studenta do nauki.

nie dotyczy