CORE124 Zajímavá fyzika

Přírodovědecká fakulta
podzim 2024
Rozsah
2/0/0. 3 kr. Ukončení: k.
Vyučující
prof. Mgr. Tomáš Tyc, Ph.D. (přednášející)
Mgr. Jiří Bartoš, PhD. (přednášející)
Garance
prof. Mgr. Tomáš Tyc, Ph.D.
Ústav teoretické fyziky a astrofyziky – Fyzikální sekce – Přírodovědecká fakulta
Dodavatelské pracoviště: Ústav teoretické fyziky a astrofyziky – Fyzikální sekce – Přírodovědecká fakulta
Předpoklady
! TYP_STUDIA ( ND ) && ! FORMA ( C ) && (! PROGRAM ( B - UCB ) && ! PROGRAM ( B - UCC ) && ! PROGRAM ( B - UCF ) && ! PROGRAM ( B - UCM ) && ! PROGRAM ( B - UCZ ) && ! PROGRAM ( B - LGM ) && ! PROGRAM ( B - FYZ ) && ! PROGRAM ( B - NAN ))
Zájem o pozorování fyzikálních jevů kolem nás a přemýšlení o nich.
Omezení zápisu do předmětu
Předmět je otevřen studentům libovolného oboru.
Cíle předmětu
Předmět Zajímavá fyzika je zaměřen na pozorování fyzikálních jevů z každodenního života, a na zajímavé fyzikální experimenty. Důraz je kladen na názornost ve vysvětlení pozorovaných jevů a na jejich experimentální demonstraci.
Hlavní cíle kurzu jsou: vzbuzení zájmu studentů o pozorování a interpretaci zajímavých fyzikálních jevů každodenního života, inspirace a motivace pro pohled na svět kolem nás fyzikálníma očima, a pochopení popisovaných jevů.
Osnova
  • Osnova předmětu se liší v lichých a sudých letech, protože témat máme k dispozici dvakrát více, než se stihne probrat za jeden semestr. Probírané jevy spadají do nejrůznějších oblastí fyziky - mechaniky, akustiky, termodynamiky, optiky, elektromagnetismu, mechaniky kontinua atd. Z probíraných témat vybíráme následující:
  • Mechanika rovnováhy: jak udržujeme rovnováhu při stání, chůzi po zemi či po provaze nebo při jízdě na kole? Jak nám otáčení rukama pomůže obnovit ztracenou rovnováhu? Proč používají provazochodci tyč?
  • Zajímavé zvuky kolem nás: vrzání dveří, šustění sáčku, zvuk při vaření vody v konvici, dunění mléčného koktejlu a pískání vlnitého plechu.
  • Povrchové napětí kolem nás: jeho vznik a původ, projevy v přírodě (plavání vodních ptáků, vodoměrek apod., vzlínání vosku do knotu při hoření svíčky), pokusy s plovoucími mincemi a vzlínáním, aplikace (membrány typu Goretex, zaoblení okraje sklenice při jejich výrobě atd.)
  • Jak vzniká duha a halo, atmosferická optika: detailní vysvětlení vzniku duhy za pomoci experimentů, halové jevy, proč je obloha modrá.
  • Fyzika fotoaparátu a fotografování: jak se vytváří obraz (princip a ukázka dírkové komory, zobrazení jednoduchou čočkou a objektivem), co je to hloubka ostrosti, clona a expoziční čas, jak funguje závěrka a záznamová média.
  • Víry kolem nás: jak vzniká vír a čím je dán směr jeho otáčení, tornádo a hurikán, vírové prstence (sfouknutí svíčky a zboření pyramidy kelímků na dálku a další atraktivní experimenty).
  • Kmity, stroboskop a Chladniho obrazce: pokusy s kmity ladiček a strun, jejich zdánlivé zpomalení až zastavení pomocí stroboskopu, zviditelnění kmitů desky pomocí krupice a další pěkné pokusy.
  • Tlak kolem nás: mechanismus tlaku a jeho názorné demonstrace, jak silně na nás tlačí atmosféra a jaké to má důsledky, vztlaková síla, Bernoulliho efekt a jeho projevy, Magnusův jev a jeho využiti ve sportu.
  • Fyzika v kuchyni: jak fungují kvasnice, proč se propichují knedlíky, proč kapky vody mohou běhat po žhavé plotně, jak funguje termoska, tlakový hrnec (papiňák) nebo indukční sporák, mikrovlnná trouba a pokusy v ní, jak poznat syrové vajíčko od uvařeného, osmóza v kuchyni.
  • Šíření světla: přímočaré šíření, lom na ostrém rozhraní dvou prostředí a ohyb světelného paprsku na neostrém rozhraní, vše ilustrováno mnoha experimenty; demonstrace šíření světelné vlny pomocí pohybujících se studentů držících se tyče.
  • Materiály kolem nás: co jsou deformační zóny a kde je najdeme, co je křehkost a houževnatost, jak se šíří v materiálu trhliny, zviditelnění napětí v materiálu polarizovaným světlem, kompozitní materiály, kalení oceli a skla, proč je trubka pevnější než tyč ze stejného množství materiálu, klenba, konstrukce mostů.
  • Fyzika rotací: setrvačníky a jejich chování, gyroskop; co je Coriolisova síla, rozdíl mezi rotací dřevěného kvádru a krabice mléka, rotující vajíčko stavící se na špičku.
  • Fyzika počasí: proč teplota vzduchu klesá s nadmořskou výškou, teplotní inverze; absolutní a relativní vlhkost vzduchu, tvoření mraků a srážek; tlaková níže a výše a proudění vzduchu v nich, úloha Coriolisovy síly; fronty; atmosférická elektřina, vznik bouřek a blesků.
  • Interference a difrakce kolem nás: skládání vln z více zdrojů, interference, difrakce, řada experimentů s těmito jevy; vysvětlení principu holografie a její demonstrace.
  • Slapové jevy: deformace člověka padajícího do černé díry, slapové síly Měsíce a jak způsobují příliv a odliv, proč je výška přílivu největší v blízkosti pobřeží, rezonance a její demonstrace
  • Teorie podobnosti: jak bychom vnímali svět, kdybychom byli 10x menší, proč mravenec na rozdíl od člověka unese mnohonásobek své váhy, jednotky uzpůsobené velikosti jejich uživatele a převod do nich, rozměrová analýza a jak z ní zjistit velikost atomu.
  • Termodynamika kolem nás: skupenské teplo, var vody při sníženém tlaku, vodní kladívko, anomálie vody, proříznutí kostky ledu strunou (regelace), změna teploty plynu při jeho stlačení a expanzi, tepelné motory (Stirlingův motor a nenasytný ptáček), nehořlavý papír, propálení papíru rázem těžkých koulí, metastabilní stavy (podchlazená a přehřátá voda, rozdíl mezi natlakovanou Kofolou a burčákem).
  • Magnetismus a jeho aplikace: síly mezi pohybujícími se náboji a mezi vodiči s proudem, chování železných pilin v magnetickém poli, magnetická levitace (Levitron a levitující supravodič), aplikace: vznik elektrické energie v generátoru, motory, transformátory.
  • Elektrostatika: vznik statické elektřiny, van de Graaffův generátor, elektrofor, indukční elektrika, elektroskop, jiskry.
Literatura
  • Perelman, Zajímavá fyzika
  • BLOOMFIELD, Louis. How things work : the physics of everyday life. 3rd ed. Hoboken, NJ: Wiley, 2006, xiv, 561. ISBN 047146886X. info
  • J. Walker, The Flying Circus of Physics
  • JEFFERS, Fred. Mondo magnets : 40 attractive (and repulsive) devices & demonstrations. Chicago, Ill.: Chicago Review Press, 2007, vi, 152. ISBN 9781556526305. info
Výukové metody
Předmět je vyučován formou přednášky, přičemž je kladen důraz na interakci studentů s učitelem a na vzájemnou diskusi o probíraných fyzikálních jevech. Tyto jevy jsou ilustrovány četnými experimenty.
Metody hodnocení
Pro úspěšné absolvování předmětu je nutná účast na přednáškách s maximálně třemi neomluvenými absencemi. Předmět je zakončen kolokviem, které je v podstatě formou ústní zkoušky. Student musí prokázat porozumění jevům, které byly v předmětu probírány, a schopnost o nich samostatně uvažovat.
Informace učitele
http://www.physics.muni.cz/~tomtyc/zajfyz.html
Poznámka pro studenty kombinované formy studia: zápis předmětu vám nedoporučujeme, protože účast na přednáškách je pro jeho ukončení nutná. Pouze u studentů, kteří by se mohli účastnit, je zápis možný.
Další komentáře
Předmět je vyučován každoročně.
Výuka probíhá každý týden.
  • Permalink: https://is.muni.cz/predmet/sci/podzim2024/CORE124