Syllabus
Po dohodě se studenty bude z následujícího seznamu vybráno několik okruhů.
1. Mechanika Skaláry,vektory a tenzory ve fyzice. Kinematika hmotného bodu, dvojrozměrný a trojrozměrný pohyb, parametrická rovnice pohybu hmotného bodu. Síla a pohyb: Newtonovy zákony, třecí síly, práce,výkon. Pohyb po kružnici, křivočaré pohyby, tangenciální a normálové zrychlení. Potenciální a kinetická energie, hmotnost a energie, zákon zachování mechanické energie. Gravitace, gravitace v blízkosti Země, gravitační potenciální energie, Keplerovy zákony. Tuhá tělesa: těžiště, hybnost, věty o hybnosti, soustavy s proměnnou hmotností, vnější síly a změny vnitřní energie. Interakce pevných těles: pružné a nepružné srážky, šikmé srážky. Rotace: otáčivý pohyb, korespondence obvodových a úhlových veličin, kinetická energie otáčivého pohybu, moment setrvačnosti, moment síly, moment hybnosti, práce a energie otáčivého pohybu, valení jako kombinace posuvného a otáčivého pohybu. Rovnováha a podmínky rovnováhy. Pružnost: Tah, tlak, smyk.
2. Mechanika tekutin Tekutina v klidu ? statika: hydrostatický tlak, přetlak, Archimédův zákon, Pascalův zákon a hydraulický převod sil. Dynamika kapalin: Rovnice kontinuity, Bernoulliova rovnice.
3. Kmity a vlnění Harmonický pohyb: Pohybová rovnice, energie harmonického oscilátoru, kyvadla, tlumený oscilátor, rezonance, torze. Vlny a částice: druhy vln, rychlost postupné vlny, energie a výkon vlny, interference vlnění, stojaté vlny, vlastní kmity. Akustika: Zvukové vlnění, šíření zvukových vln a rychlost zvuku, interference, zázněje, Dopplerův princip, nadzvukové rychlosti, rázové vlny.
4. Teplo a termodynamika Teplo a teplota: Zahřívání pevných látek a kapalin, teplotní roztažnost, mechanizmy přenosu tepla, práce a vnitřní energie, první zákon termodynamiky. Kinetická energie plynů: ideální plyny, tlak-teplota-střední kvadratická rychlost, rozdělení rychlostí molekul, adiabatické rozpínání ideálního plynu. Entropie: Vratné a nevratné děje, změna entropie, druhý zákon termodynamiky, entropie kolem nás, Carnotův motor, tepelné čerpadlo, účinnost tepelných motorů, statistický pohled na entropii, třetí zákon termodynamiky.
5. Elektřina a magnetismus Elektrostatické pole: Elektrický náboj, Coulombův zákon, Gaussův zákon elektrostatiky, intenzita elektrického pole, elektrický potenciál a elektrická potenciální energie, kapacita a kondensátor, dielektrika. Elektrický proud: Hustota proudu, rezistivita, Ohmův zákon, ?pumpování nábojů? ? elektromotorické napětí, elektrické obvody, obvody s více smyčkami, práce a energie v elektrických obvodech, analogie s mechanikou tekutin. Magnetické pole: Intenzita magnetického pole a magnetická indukce (v čem se liší a co vlastně popisují), magnetické pole elektrického proudu, magnetické pole cívky, magnetické síly působící na nabitou částici, Ampérova síla, moment síly působící na proudovou smyčku, Faradayův zákon elektromagnetické indukce. Cívka a indukčnost, indukované elektrické pole, vzájemná indukčnost. Energie elektrického a magnetické pole. Střídavé proudy: odporová, kapacitní a induktivní zátěž, fázový posun. Výkon v obvodech se střídavým proudem, transformátory. Elekro-mechanická analogie: Těleso + pružina vs. cívka + kondensátor, mechanický a elektrický oscilátor, nucené kmity mechanické a elektrické kmity, rezonance, mechanické rezonátory a elektrické rezonanční obvody. Elektromagnetické vlny a jejich projevy v různých frekvenčních oborech, Pointingův vektor a přenos energie, Maxwellovy rovnice jako nástroj pro propojení a zobecnění zákonitostí elektrického a magnetického pole.
6. Optika Světlo jako jeden z projevů elektromagnetického vlnění: Světlo jako vlna, polarizace světla, odraz a lom, úplný odraz, polarizace odrazem, disperze, interference a difrakce světla. Reálný a virtuální obraz: Rovinné zrcadlo, kulové zrcadlo, zobrazení kulovým zrcadlem. Čočka, zobrazení čočkou, soustavy čoček. Světelné vlny vs. fotony: fotoelektrický jev, hybnost a energie fotonů, fotoelektrický zákon, světlo jako vlna pravděpodobnosti. Rychlost světla jako mezní rychlost ve všech inerciálních vztažných soustavách a z toho plynoucí důsledky. Jeden ze zajímavých a přitom jednoduchých příkladů, které budeme v rámci semináře řešit: V zemské litosféře se předpokládá tzv. hladina kompenzace, tj., hloubková hladina litosféry, kde se předpokládá stejný tlak daný pouze tíhou nadložních vrstev. To znamená, že litostatický tlak na této hladině odpovídá hydrostatické rovnici pro kapaliny. Pro to je ale nutný předpoklad, že hory mají své kořeny. Uvažujme Mont Blanc, který je vysoký 4808 m a předpokládejme hustotu kontinentálních hornin na povrchu
2.9 g.cm3, a hustotu hornin ve svrchní litosféře
3.3 g.cm3. Do jakých hloubek h dosahuje kořen Mont Blancu?
Annotation
Účelem přednášky je prohloubení základů fyziky a pochopení souvislostí různých fyzikálních jevů s ohledem na geologicko-fyzikální obory a řešení. Součástí je řešení zajímavých a zároveň praktických fyzikálních problémů klasické mechaniky, mechaniky tekutin, kmitání a vlnění, termodynamiky, elektřiny a magnetismu, a optiky.