Fizyka wokół nas 0800-FIZNAS

Przedmiot jest realizowany w formie 30 godzin wykładów oraz 15 godzin ćwiczeń rachunkowych. Wykłady przedstawiają podstawowe prawa i modele fizyki klasycznej, ze szczególnym uwzględnieniem ich zastosowania do opisu zjawisk obserwowanych w życiu codziennym. Omawiane zagadnienia ilustrowane są doświadczeniami pokazowymi, demonstracjami, animacjami, symulacjami, wykresami oraz przykładami funkcjonowania urządzeń technicznych. Zwraca się uwagę na założenia modeli, zakres ich stosowalności, analizę wymiarową, szacowanie rzędów wielkości oraz ocenę wiarygodności wyników.

1. Wprowadzenie do fizyki w życiu codziennym
Omówione zostają cele i metody fizyki, rola obserwacji, pomiaru, eksperymentu i modelowania oraz znaczenie fizyki dla rozwoju nauki i technologii. Wprowadzone zostają podstawowe wielkości fizyczne, jednostki układu SI, notacja naukowa, analiza wymiarowa i szacowanie rzędów wielkości. Studenci poznają przykłady modeli fizycznych, ich uproszczeń i ograniczeń oraz elementarne źródła błędów i niepewności pomiarowych.

2. Kinematyka ruchu w praktyce
Przedstawiony zostaje opis ruchu w wybranym układzie odniesienia. Omawiane są położenie, tor, droga, przemieszczenie, prędkość i przyspieszenie oraz ich interpretacja na podstawie wykresów. Analizowane są ruch jednostajny, ruch jednostajnie przyspieszony, swobodny spadek i ruch po okręgu.

3. Dynamika – siły wokół nas
Omawiane są zasady dynamiki Newtona oraz pojęcia masy, siły i bezwładności. Studenci poznają sposób sporządzania diagramów sił i analizowania oddziaływań między ciałami. Rozpatrywane są siła ciężkości, reakcja podłoża, tarcie i siła dośrodkowa.

4. Praca, energia i moc
Wprowadzone zostają pojęcia pracy mechanicznej, energii kinetycznej, energii potencjalnej i mocy. Omawiane są zasada zachowania energii, przemiany energii oraz wpływ sił niezachowawczych.

5. Zasada zachowania pędu – zderzenia
Omawiane są pęd oraz zasada zachowania pędu. Analizowane są zderzenia sprężyste i niesprężyste.

6. Równowaga i statyka
Przedstawione zostają warunki równowagi sił i momentów sił, pojęcie środka masy oraz zależność stabilności ciała od położenia jego środka masy i powierzchni podparcia. Pokazy ilustrują wpływ rozmieszczenia masy i punktu podparcia na stabilność układu.

7. Termodynamika I – temperatura i ciepło
Omawiane są temperatura, równowaga termiczna, energia wewnętrzna, ciepło, pojemność cieplna i ciepło właściwe. Przedstawione zostają rozszerzalność cieplna, przemiany fazowe oraz sposoby przekazywania energii: przewodnictwo, konwekcja i promieniowanie.

8. Termodynamika II – silniki i lodówki
Przedstawione zostają jakościowo pierwsza i druga zasada termodynamiki oraz podstawowe przemiany gazowe. Omawiane są zasady działania silników cieplnych, lodówek, zamrażarek i pomp ciepła, a także pojęcia sprawności i współczynnika wydajności. Studenci analizują kierunek samorzutnych przemian energetycznych oraz ograniczenia możliwości przekształcania ciepła w pracę.

9. Hydrostatyka – ciśnienie w cieczach
Wprowadzone zostają pojęcia ciśnienia, gęstości i ciśnienia hydrostatycznego. Omawiane są prawo Pascala, prawo Archimedesa, warunki pływania ciał oraz wpływ ciśnienia atmosferycznego.

10. Hydrodynamika – przepływy
Omawiane są podstawowe pojęcia opisujące ruch płynów: równanie ciągłości i równanie Bernoulliego. Przedstawione zostają różnice pomiędzy przepływem laminarnym i turbulentnym.

11. Drgania i rezonans
Przedstawione zostają podstawowe cechy ruchu drgającego: położenie równowagi, amplituda, okres, częstotliwość i faza. Omawiane są drgania swobodne, tłumione i wymuszone, rezonans oraz przemiany energii w układach drgających.

12 Fale mechaniczne i dźwięk
W części poświęconej falom wprowadzane są długość fali, prędkość rozchodzenia się fali, częstotliwość, interferencja, odbicie i fale stojące. Dźwięk omawiany jest jako fala mechaniczna. Przedstawione zostają częstotliwość, amplituda, widmo, natężenie dźwięku, poziom natężenia wyrażany w decybelach oraz zależność prędkości dźwięku od właściwości ośrodka.

13. Elektrostatyka
Omawiane są ładunek elektryczny, zasada zachowania ładunku, oddziaływanie Coulomba, pole elektryczne, potencjał i napięcie. Przedstawione zostają elektryzowanie przez tarcie, dotyk i indukcję, polaryzacja materiałów oraz jakościowe właściwości przewodników i izolatorów. Przykłady obejmują elektryczność statyczną, wyładowania atmosferyczne, ekranowanie elektrostatyczne i działanie kondensatorów.

14. Elektryczność w domu
Wprowadzone zostają natężenie prądu, napięcie, opór elektryczny, prawo Ohma, energia i moc prądu. Omawiane są proste połączenia elementów obwodu, podstawowe właściwości prądu stałego i przemiennego oraz zasady przesyłania energii elektrycznej.

15. Magnetyzm i elektromagnetyzm
Przedstawione zostają pole magnetyczne, magnesy trwałe, oddziaływanie pola magnetycznego na poruszające się ładunki i przewodniki z prądem oraz pole wytwarzane przez prąd elektryczny. Omawiane są indukcja elektromagnetyczna oraz jakościowo prawa Faradaya i Lenza.

Ćwiczenia rachunkowe:
Ćwiczenia rachunkowe koncentrują się na podstawach mechaniki newtonowskiej. Obejmują działania na wektorach, opis ruchu za pomocą równań i wykresów, ruch jednostajny, ruch jednostajnie przyspieszony, swobodny spadek oraz podstawowe zagadnienia ruchu w dwóch wymiarach. W części dotyczącej dynamiki studenci sporządzają diagramy sił i rozwiązują zadania z zastosowaniem zasad dynamiki Newtona, uwzględniające między innymi siłę ciężkości, reakcję podłoża, napięcie i tarcie. W części poświęconej pędowi analizują zasadę zachowania pędu oraz proste zderzenia jednowymiarowe i dwuwymiarowe.

Podczas rozwiązywania zadań zwraca się uwagę na prawidłowy dobór modelu, jawne formułowanie założeń, zapis danych w jednostkach SI, analizę wymiarową, przedstawienie kolejnych etapów rozwiązania oraz interpretację fizycznego sensu wyniku. Studenci wykonują również proste oszacowania, oceniają rząd wielkości odpowiedzi i wskazują ograniczenia zastosowanego modelu.