Module also offered within study programmes:
General information:
Name:
Fizyka
Course of study:
2017/2018
Code:
RIA-1-202-s
Faculty of:
Mechanical Engineering and Robotics
Study level:
First-cycle studies
Specialty:
-
Field of study:
Acoustic Engineering
Semester:
2
Profile of education:
Academic (A)
Lecture language:
Polish
Form and type of study:
Full-time studies
Responsible teacher:
prof. dr hab. Pisarkiewicz Tadeusz (pisar@agh.edu.pl)
Academic teachers:
prof. dr hab. Pisarkiewicz Tadeusz (pisar@agh.edu.pl)
Module summary

Opis podstawowych zjawisk i oddziaływań w przyrodzie, poprzez omówienie tych zjawisk, podanie podstawowych definicji oraz charakterystyka ilościowa i jakościowa praw rządzących tymi oddziaływaniami.

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. IA1A_U05, IA1A_U04 Examination,
Execution of exercises,
Execution of laboratory 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. IA1A_U05, IA1A_U04 Execution of exercises,
Execution of laboratory classes
Skills
M_U001 Umie zastosować odpowiednie prawa i zasady fizyczne do rozwiązywania zagadnień z dynamiki, drgań i ruchu falowego, elektromagnetyzmu, podstaw termodynamiki i optyki. IA1A_U05, IA1A_U04, IA1A_U01 Examination,
Execution of exercises,
Execution of laboratory classes
M_U002 Zdobywa matematyczne podstawy opisu zjawisk fizycznych, zna przykłady zastosowania rachunku wektorowego, różniczkowego i całkowego w fizyce. IA1A_U05, IA1A_U04, IA1A_U01 Examination,
Execution of exercises,
Execution of laboratory classes
M_U003 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, podstaw termodynamiki i optyki IA1A_U04, IA1A_U01 Examination,
Execution of exercises,
Execution of laboratory classes
M_U004 Umie zastosować odpowiednie prawa i zasady fizyczne do rozwiązywania zagadnień z dynamiki, drgań i ruchu falowego, elektromagnetyzmu, podstaw termodynamiki i optyki. IA1A_U05, IA1A_U04, IA1A_U01
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. IA1A_W04, IA1A_W05 Examination,
Execution of exercises,
Execution of laboratory classes
M_W002 Dysponuje aktualną wiedzą na temat zjawisk fizycznych i fundamentalnych oddziaływań w przyrodzie. IA1A_W04, IA1A_W05
M_W003 Ma wiedzę w zakresie fizyki, obejmującą: mechanikę, termodynamikę, elektryczność i magnetyzm, i elementy fizyki współczesnej w tym wiedzę niezbędną do zrozumienia podstawowych zjawisk fizycznych występujących w elementach i układach elektronicznych, układach transmisyjnych, sieciach telekomunikacyjnych oraz w ich otoczeniu. IA1A_W04, IA1A_W05 Examination,
Execution of exercises,
Execution of laboratory classes
M_W004 Zdobywa matematyczne podstawy opisu zjawisk fizycznych, zna przykłady zastosowania rachunku wektorowego, różniczkowego i całkowego w fizyce. IA1A_W08, IA1A_U05, IA1A_U04, IA1A_U01, IA1A_W05 Examination,
Execution of exercises,
Execution of laboratory classes
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. - - - - - - - - - - -
Skills
M_U001 Umie zastosować odpowiednie prawa i zasady fizyczne do rozwiązywania zagadnień z dynamiki, drgań i ruchu falowego, elektromagnetyzmu, podstaw termodynamiki i optyki. - - + - - - - - - - -
M_U002 Zdobywa matematyczne podstawy opisu zjawisk fizycznych, zna przykłady zastosowania rachunku wektorowego, różniczkowego i całkowego w fizyce. - - + - - - - - - - -
M_U003 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, podstaw termodynamiki i optyki - - - - - - - - - - -
M_U004 Umie zastosować odpowiednie prawa i zasady fizyczne do rozwiązywania zagadnień z dynamiki, drgań i ruchu falowego, elektromagnetyzmu, podstaw termodynamiki i optyki. - - + - - - - - - - -
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, i elementy fizyki współczesnej w tym wiedzę niezbędną do zrozumienia podstawowych zjawisk fizycznych występujących w elementach i układach elektronicznych, układach transmisyjnych, sieciach telekomunikacyjnych oraz w ich otoczeniu. + + + - - - - - - - -
M_W004 Zdobywa matematyczne podstawy opisu zjawisk fizycznych, zna przykłady zastosowania rachunku wektorowego, różniczkowego i całkowego w fizyce. + + - - - - - - - - -
Module content
Lectures:
  1. Umiejętności opisu otaczającej rzeczywistości fizycznej za pomocą podstawowych praw i zasad

    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. Wprowadzenie do fizyki. Elementy rachunku wektorowego i zastosowanie do prostych problemów fizycznych. Teoria niepewności pomiarowych

    Przedmiot i znaczenie fizyki jako nauki przyrodniczej. Podział wielkości fizycznych na skalarne i wektorowe. Podstawowe działania na wektorach w tym iloczyn skalarny i wektorowy. Teoria błędów przypadkowych pomiaru. Przygotowanie raportu pomiarowego.

  3. 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. Opis wielkości służących do opisu ruchu krzywoliniowego.

  4. Dynamika punktu materialnego i układu punktów materialnych

    Zasady dynamiki Newtona w układach inercjalnych i nieinercjalnych. Zasada zachowania pędu. Praca, moc, energia. Siły zachowawcze, energia potencjalna. Zasada zachowania energii mechanicznej. Środek masy. Ruch układu punktów materialnych. Zderzenia.

  5. Grawitacja

    Prawo grawitacji Newtona. Ruchy planet i satelitów, orbity geostacjonarne. Grawitacyjna energia potencjalna. Energia w ruchu orbitalnym.

  6. Ruch obrotowy

    Kinematyka ruchu obrotowego. Dynamika ruchu obrotowego, moment siły, moment bezwładności. Ruch obrotowy bryły sztywnej. Prawo zachowania momentu pędu. Momenty bezwładności wybranych brył.

  7. Drgania, oscylator harmoniczny

    Ruch drgający prosty punktu materialnego, wahadło sprężynowe. Wahadło matematyczne i fizyczne. Energia oscylatora. Drgania tłumione i wymuszone, różniczkowe równania ruchu i analiza ich rozwiązań, zjawisko rezonansu.

  8. Fale

    Opis zjawisk falowych, rodzaje fal. Równanie falowe i jego rozwiązanie. Prędkość fazowa i grupowa. Fale stojące. Podstawowe pojęcia z akustyki. Efekt dopplera

  9. Elementy termodynamiki Temperatura, ciepło, ciepło właściwe. Pomiary temperatury. Przemiany gazowe. Energia wewnętrzna i pierwsza zasada termodynamiki. Druga zasada termodynamiki, Cykl Carnota. Statystyczna interpretacja entropii.
  10. Elektrostatyka

    Prawo Coulomba, pole elektryczne, potencjał, strumień pola. Prawo Gaussa i przykłady jego zastosowań. Dipol elektryczny, dipol w polu. Pojemność elektryczna, kondensator płaski. Dielektryki. Łączenie kondenasatorów.

  11. Prąd stały

    Prąd, opór (rezystancja) i prawo Ohma. SEM – siła elektromotoryczna i opór wewnętrzny.  Przewodnictwo elektryczne w metalach i półprzewodnikach, zmiany temperaturowe. Prawa Kirchhoffa i ich wykorzystanie do analizy obwodów.

  12. Pole magnetyczne

    Wektor indukcji B, siła Lorentza, siła elektrodynamiczna. Cyklotron. Prawo Ampera, zastosowanie do nieskończenie długiego przewodnika i solenoidu. Indukcja elektromagnetyczna, prawo Faradaya i reguła Lenza. Energia pola B.

  13. Równania Maxwella i fale elektromagnetyczne

    Prąd przesunięcia. Indukowane pola B  oraz E. Całkowe równania Maxwella i ich interpretacja. Energia fali elektromagnetycznej.Równanie falowe i jego rozwiązanie dla płaskich fal EM. Widmo promieniowania elektromagnetycznego. Polaryzacja fali EM. Odbicie i załamanie światła. Całkowite wew. odbicie, światłowody. Polaryzacja przez odbicie. Dyspersja chromatyczna.

  14. Optyka geometryczna

    Obrazy w zwierciadłach płaskich i sferycznych. Obrazy w soczewkach. Przyrządy optyczne: lupa, mikroskop, teleskop. Ludzkie oko jako detektor światła.

  15. Elementy fizyki atomu

    Cząstki i fale materii. Równanie Schroedingera. Zjawisko tunelowe. Atom wodoru, widma, model Bohra atomu wodoru.

  16. Elementy fizyki jądrowej

    Koncepcja jądra, doświadczenie Rutherforda. Rozpad promieniotwórczy, opis jakościowy i ilościowy. Defekt masy. Energia jądrowa – rozszczepienie jąder, reaktor. Synteza jądrowa.

Auditorium classes:
  1. Utrwalenie wiadomości zdobytych na wykładzie i wykształcenie umiejętności posługiwania się podstawowymi prawami i zasadami fizyki

    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. 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).

  3. Kinematyka punktu materialnego

    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.

  4. Dynamika punktu materialnego

    Prawa Newtona, przykłady zastosowań w szczególności II zasady dynamiki. Inercjalne i nieinercjalne układy odniesienia, siły bezwładności. Opis ruchu z punktu widzenia różnych układów odniesienia.

  5. Praca, energia, moc, energia potencjalna

    Obliczenia pracy dla siły stałej i zmiennej. Moc średnia i chwilowa. Zadania z wykorzystaniem twierdzenia o pracy i energii. Wyznaczenie energii potencjalnej dla pól zachowawczych.

  6. Środek masy,ruch układu cząstek, zderzenia

    Wyznaczanie środka masy dla układu cząstek i brył. Zderzenia sprężyste i niesprężyste.

  7. Grawitacja

    Rozwiązywanie prostych zagadnień ruchu ciał w polu grawitacyjnym Ziemi.

  8. Ruch obrotowy

    Wyznaczanie momentów bezwładności różnych brył. Toczenie. Zdania na zastosowanie zasady zachowania momentu pędu.

  9. Oscylator harmoniczny

    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 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.

  10. Fale Mechaniczne

    Analiza równań fal mechanicznych oraz podstawowych parametrów takich jak częstość, amplituda, liczba falowa, długość fali. Rozwiązywanie zadań związanych ze zjawiskiem rezonansu, fale stojące, efektu Doplera . Metody wyznaczania prędkości dźwięku, natężenia, głośności mocy fali akustycznej.

  11. Elektrostatyka i prąd stały

    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.Zastosowanie praw Kirchhoffa do analizy obwodów elektrycznych.

  12. Pole Magnetyczne

    Wykorzystanie prawa Ampera do obliczenia pola magnetycznego w nieskończenie długim przewodniku oraz solenoidzie. Prawo Faradaya oraz reguła Lenza. Indukcyjność i samoindukcja.

  13. Równania Maxwella i fale elektromagnetyczne Równanie falowe. Energia fali elektromagnetycznej – wektor Poyntinga.
  14. Optyka geometryczna

    Analiza prostych układów optycznych.

Laboratory classes:
  1. Utrwalenie wiadomości zdobytych na wykładzie poprzez bezpośredni kontakt z eksperymentem fizycznym

    Ćwiczenia laboratoryjne mają na celu utrwalenie wiadomości zdobytych na wykładzie poprzez bezpośredni kontakt z eksperymentem fizycznym. Celem tych zajęć jest wykształcenie umiejętności planowania i przeprowadzania pomiarów wielkości fizycznych oraz praktyczne wykorzystanie wiedzy w zakresie opracowania wyników pomiarów i analizy niepewności wyników. W ramach tych zajęć studenci samodzielnie wykonują doświadczenia fizyczne według harmonogramu oraz przygotowują sprawozdania z przebiegu ćwiczeń. Zaliczenie ćwiczeń laboratoryjnych odbywa się na podstawie sprawozdań i kolokwium z teorii.
    Wykonuje się wybrane ćwiczenia z podanego poniżej zestawu.

  2. Drgania harmoniczne sprężyny

    Wyznaczenie współczynnika sprężystości sprężyny i modułu sztywności materiału sprężyny. Dyskusja i sprawdzenie wiadomości z teorii sprężystości i drgań.

  3. Współczynnik lepkości

    Zapoznanie się z hydrodynamiką cieczy lepkiej, wyznaczanie współczynnika lepkości cieczy metodą Stokesa. Dyskusja i sprawdzenie znajomości praw hydrodynamiki

  4. Rezonans akustyczny

    Obserwacja powstawania akustycznej fali stojącej. Pomiar rezonansu i prędkości dźwięku fali stojącej w rurze Quinckego dla powietrza i CO2. Wyznaczenie stosunku cp/cv i liczby stopni swobody molekuł gazu. Dyskusja i sprawdzenie wiadomości z ruchu falowego, akustyki i termodynamiki gazów.

  5. Wyznaczanie charakterystyki różnych oporników

    Poznanie zakresu stosowalności prawa Ohma. Obliczenie temperatury włókna żarówki. Dyskusja i sprawdzenie wiadomości z przewodnictwa elektrycznego, metali półprzewodników i izolatorów.

  6. Badanie zależności mocy użytecznej od obciążenia

    Sprawdzenie prawa Ohma dla obwodu zamkniętego, wyznaczenie: rezystancji wewnętrznej, siły elektromotorycznej i mocy użytecznej.
    Dyskusja i sprawdzenie wiadomości dotyczących obwodów elektrycznych prądu stałego.

  7. Mostek pojemnościowy

    Zapoznanie się z pomiarem nieznanej wartości pojemności kondensatora metodą mostka Wheatstone’a. Dyskusja i sprawdzenie wiadomości dotyczących kondensatorów w obwodach elektrycznych.

  8. Samoindukcja cewek

    Wyznaczenie współczynnika samoindukcji cewki poprzez pomiar impedancji dla prądu zmiennego i rezystancji dla prądu stałego. Dyskusja i sprawdzenie wiadomości dotyczących praw elektromagnetyzmu, w szczególności prawa indukcji Faradaya.

  9. Drgania elektromagnetyczne obwodu RLC

    Obserwacja przebiegów napięcia w obwodzie RLC. Wyznaczenie dekrementu tłumienia i oporu krytycznego. Dyskusja i sprawdzenie wiadomości dotyczących drgań tłumionych w obwodach elektrycznych RLC.

  10. Współczynnik załamania światła dla ciał stałych

    Wyznaczanie współczynnika załamania ciał stałych za pomocą mikroskopu metodą grubości pozornej. Dyskusja i sprawdzenie wiadomości z optyki geometrycznej, zasada Fermata.

  11. Badanie zjawiska dyfrakcji i polaryzacji światła

    Obserwacja obrazu dyfrakcyjnego światła laserowego dla pojedynczej szczeliny. Wyznaczenie szerokości szczeliny. Poznanie zjawiska polaryzacji światła. Sprawdzanie prawa Malusa. Dyskusja i sprawdzenie wiadomości z optyki falowej, ze szczególnym uwzględnieniem zjawisk interferencji, dyfrakcji. Akcja laserowa na przykładzie lasera gazowego i półprzewodnikowego.

  12. Poziomy energetyczne atomu wodoru. Stała Rydberga

    Analiza spektralna widm emisyjnych otrzymanych w wyniku rozszczepienia na siatce dyfrakcyjnej. Wyznaczenie stałej Rydberga i energii jonizacji atomu wodoru. Dyskusja i sprawdzenie wiadomości z podstaw fizyki atomowej, ze szczególnym uwzględnieniem wzbudzonych stanów atomowych i modelu atomu Bohra.

  13. Wyznaczanie ruchliwości i koncentracji nośników prądu w półprzewodnikach metodą efektu Halla

    Zapoznanie się ze zjawiskiem Halla, wyznaczenie koncentracji i ruchliwości nośników ładunku. Dyskusja i sprawdzenie wiadomości z elektromagnetyzmu, oddziaływania pola magnetycznego na ładunek (siła Lorentza). Dyskusja podstawowych wiadomości o półprzewodnikach samoistnych, domieszkowanych, ruchliwości i koncentracji nośników.

Student workload (ECTS credits balance)
Student activity form Student workload
Summary student workload 225 h
Module ECTS credits 9 ECTS
Participation in lectures 30 h
Realization of independently performed tasks 45 h
Participation in auditorium classes 30 h
Participation in laboratory classes 30 h
Preparation for classes 90 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 laboratoryjnych oraz zaliczenia wykładów (końcowe kolokwium ).

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. D. Halliday, R. Resnick, J. Walker, Podstawy Fizyki, t.1-5, PWN Warszawa, 2003
2. C. Kittel, Wstęp do Fizyki Ciała Stałego, PWN Warszawa 1975
3. E.M. Purcel, Elektryczność i Magnetyzm, PWN Warszawa 1973
4. R. Eisberg, R. Resnick, Fizyka kwantowa, PWN Warszawa 1983
5. Treść wykładu
6. Instrukcje do ćwiczeń laboratoryjnych na stronie internetowej przedmiotu
7. A. Zięba, Pracownia Fizyczna, WFiTJ, Skrypt Uczelniany SU 1642, Kraków 2002
8. J. Wolny, Podstawy fizyki, AGH Kraków, 2007

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

Additional scientific publications not specified

Additional information:

None