F3400 Základní pojmy a zákony klasické fyziky 1

Přírodovědecká fakulta
podzim 2003
Rozsah
1/1. 2 kr. Ukončení: z.
Vyučující
prof. RNDr. Martin Černohorský, CSc. (přednášející)
prof. RNDr. Martin Černohorský, CSc. (cvičící)
Garance
prof. RNDr. Michal Lenc, Ph.D.
Ústav teoretické fyziky a astrofyziky – Fyzikální sekce – Přírodovědecká fakulta
Kontaktní osoba: prof. RNDr. Martin Černohorský, CSc.
Předpoklady
Absolvování předmětu F1030 Mechanika a molekulová fyzika nebo tomu odpovídající znalosti.
Omezení zápisu do předmětu
Předmět je nabízen i studentům mimo mateřské obory.
Mateřské obory/plány
Cíle předmětu
Doporučené dvouhodinové předměty F3400 a F4400 Základní pojmy a zákony klasické fyziky 1, 2 (nominálně 1 hodina přednášky, 1 hodina cvičení) jsou koncipovány především pro zájemce, kterým jsou tyto pojmy a zákony sice už známy, kteří se však chtějí seznámit s metodologií budování pojmů a s postupy vedoucími k formulací různých kategorií zákonitostí (pravidlo, zákon, princip, axiom). Výuková forma zahrnuje výklad, diskusi, studentské minireferáty a testy. Minireferáty slouží k pokusům o didakticky hodnotnou prezentaci jejich fyzikálního obsahu a k celkové kultivaci projevu. U testů jde kromě fyzikálního obsahu i o formálně hodnotnou úroveň písemného a grafického projevu. Ke komplexnímu využití složek výuky je použito mj. širších souvislostí s latinským originálem a s překlady Newtonových formulací zákonů pohybu a s Einsteinovou prací s jeho původním odvozením vztahu hmotnost-energie. -- Nepovinné předměty F3400 a F4400 mohou být užitečné pro studenty se zájmem o přírodní vědy a o vzdělávání v přírodních vědách jdoucím nad minimum potřebné pro absolvování studijního programu.
Osnova
  • F3400 Základní pojmy a zákony klasické fyziky. 01. Fyzikální pojmy a zákony z pohledu studenta, z pohledu učitele fyziky, z pohledu inženýra a z pohledu fyzika. Typologie vědění - data, informace, vědění, porozumění, moudrost; transfer, tvorba. 02. Einsteinův "Annus mirabilis 1905": březen 1905 Kvantová fyzika, fotony; květen 1905 Statistická fyzika, atomy; červen 1905 Relativita; září 1905 Vztah energie-hmotnost. 03. Einsteinovo prvotní odvození vztahu hmotnost-energie. Závisí setrvačnost tělesa na jeho energiovém obsahu? Thomsonova definice energie. Zavedení hmotnosti Newtonovým třetím axiomem pohybu. 04. Homogenita prostoru a zákon zachování hybnosti. Izotropnost prostoru a zákon zachování momentu hybnosti. Homogenita času a zákon zachování energie. 05. Avogadrův zákon a Loschmidtova konstanta. Stanovení Loschmidtovy konstanty z makroskopické hustoty a mikrostrukturních parametrů. 06. Meziatomové vzdálenosti. Pojmy z oblasti fyzikálního měření: správnost (vztah ke skutečnost), přesnost ((vztah k reprodukovatelnosti), citlivost (vztah k mezní přesnosti). Vlnová délka jako délkový normál. Přenášení chyb; zpřesňovací činitel metody. Mezinárodní rentgenometrický projekt IUCr. 07. Vztažné systémy a kosmické rychlosti. Transformace kinematických a dynamických veličin: poloha, rychlost, zrychlení; hybnost, zhybnění, energie. Stacionární družice. Intervaly první, druhé, třetí kosmické rychlosti. Machův princip. 08. Zhybnění a Newtonův druhý axiom pohybu. Interakční zákony: pružnost, gravitace, elektromagnetismus. Síly: Hooke, Newton, Coulomb, Lorentz,Archimedes, Stokes, Einstein. Obecný pojem síla. 09. Od druhého axiomu k zákonům zachování. První impulzová věta. Zákon zachování hybnosti soustavy. Druhá impulzová věta. Zákon zachování momentu hybnosti soustavy. Kinetická energie. Potenciální energie. Zákon zachování energie. 10. Rekapitulace. Vybudování pojmů hmotnost, zhybnění, síla, potenciální energie. Newtonovo zahrnutí rotace do prvního axiomu. Struktura newtonovské mechaniky. 11. Výhled k Základním pojmům a zákonům klasické fyziky 2. Kinetická teorie látky. Brownův pohyb. Ideální plyn. Hybnost a energie při rázu koulí. Viriál a jeho aplikace. Tepelná energie. Teplota. Teplo. Práce. Mikropráce. Vnitřní energie. Vnější energie. Königova věta. První věta termodynamiky. Popperovy tři světy.
Metody hodnocení
Výklad s následnou diskusí a zodpovězením dotazů. Průběžné testy po jejich předchozí přípravě, diskuse o jednotlivostech z elaborátů. Minireferáty na samostatně zvolená témata. Podrobný rozbor českého překladu článku Einstein A.: Ist die Trägheit eines Körpers von seinem Energieinhalt abhängig? Ann. d. Physik 18 (1905) 639-641. Probrána budou všechna témata osnovy, některá však jen informativně s tím, že k jejich podrobnému probrání dojde až v jarním semestru v předmětu F4400 Základní pojmy a zákony klasické fyziky 2. Zápočet na základě aktivity v průběhu semestru včetně výsledků testů, resp. na základě závěrečného testu a diskuse o jeho obsahu. Další podrobnosti budou sděleny v úvodní přednášce a v úvodním cvičení.
Navazující předměty
Další komentáře
Předmět je dovoleno ukončit i mimo zkouškové období.
Předmět je vyučován každoročně.
Výuka probíhá každý týden.
Předmět je zařazen také v obdobích podzim 2007 - akreditace, podzim 2010 - akreditace, podzim 2000, podzim 2001, podzim 2002, podzim 2004, podzim 2005, podzim 2006, podzim 2007, podzim 2008, podzim 2009, podzim 2010, podzim 2011, podzim 2011 - akreditace, jaro 2012 - akreditace, podzim 2012, podzim 2013, podzim 2014, podzim 2015, podzim 2016, podzim 2017, podzim 2018, podzim 2019.