Mechanika a molekulová fyzika - NOFY021

• Anglický název: Mechanics and Molecular Physics
• Zajišťuje: Kabinet výuky obecné fyziky (32-KVOF)
• Fakulta: Matematicko-fyzikální fakulta
• Platnost: od 2024
• Semestr: zimní
• E-Kredity: 8
• Rozsah, examinace: zimní s.:4/2, Z+Zk [HT]
• Počet míst: neomezen
• Minimální obsazenost: neomezen
• 4EU+: ne
• Virtuální mobilita / počet míst pro virtuální mobilitu: ne
• Stav předmětu: vyučován
• Jazyk výuky: čeština
• Způsob výuky: prezenční
• Způsob výuky: prezenční
• Další informace: https://kmf.troja.mff.cuni.cz/NOFY021
• Garant: doc. RNDr. František Chmelík, CSc.; doc. RNDr. Ivo Křivka, CSc.
• Vyučující: Mgr. Václav Březina, Ph.D.; doc. RNDr. Miroslav Cieslar, CSc.; doc. Ing. Patrik Dobroň, Ph.D.; RNDr. Daria Drozdenko, Ph.D.; doc. Mgr. Jan Hanuš, Ph.D.; doc. RNDr. František Chmelík, CSc.; doc. RNDr. Ivo Křivka, CSc.; doc. RNDr. Ondřej Kylián, Ph.D.; RNDr. Artem Ryabov, Ph.D.; RNDr. Pavel Solař, Ph.D.; RNDr. Jitka Stráská, Ph.D.; RNDr. Jana Šmilauerová, Ph.D.
• Kategorizace předmětu: Fyzika > Předměty obecného základu
• Je prerekvizitou pro: NFPL180

Anotace

čeština

Kinematika a dynamika hmotného bodu. Soustava hmotných bodů a mechanika tuhého tělesa. Kmity a vlnění. Základy mechaniky spojitých prostředí. Základy termodynamiky. Molekulárně kinetická teorie látek.

Poslední úprava: Valentová Helena, doc. RNDr., Ph.D. (05.01.2018)

angličtina

Kinematics and dynamics of mass points. Systems of mass points and rigid body mechanics. Oscillations and waves. Introduction to continuum mechanics. Introduction to thermodynamics. Molecular kinetic theory of bodies. The lecture is an introductory course for students of general physics.

Poslední úprava: G_F (21.05.2008)

Cíl předmětu

čeština

Kinematika a dynamika hmotného bodu. Kmity a vlnění. Soustava hmotných

bodů. Mechanika tuhého tělesa a základy mechaniky spojitých prostředí.

Molekulárně kinetická teorie látek. Základy termodynamiky.

Přednáška určena pro posluchače 1.roč., F.

Poslední úprava: T_KVOF (28.03.2008)

angličtina

Kinematics and dynamics of mass points. Oscillations and waves. System of mass points. Rigid body mechanics. Introduction to continuum mechanics. Molecular kinetic theory of bodies. Introduction to thermodynamics.

The lecture is an introductory course for students starting studies in physics.

Poslední úprava: T_KVOF (28.03.2008)

Podmínky zakončení předmětu

čeština

podmínkou zakončení předmětu je získání zápočtu a složení ústní zkoušky

Poslední úprava: Šíma Vladimír, prof. RNDr., CSc. (06.10.2017)

angličtina

Oral exam. Necessary condition for oral exam is obtaining of credit.

Credit will be given for successful passing of two control tests during semester.

Poslední úprava: Čížek Jakub, prof. Mgr., Ph.D. (10.06.2019)

Literatura

A.Havránek: Klasická mechanika I - II, skriptum, Karolinum, Praha 2002-3

J.Kvasnica a kol.: Mechanika, Academia, Praha 1988, 2004

D.Halliday, R.Resnick, J.Walker: Fyzika, Vutium, Brno 2000

P.Atkins, J.de Paula: Fyzikální chemie, kap. 1-4, VŠChT, Praha 2013

Základní kurz fyziky pro distanční studium na MFF UK http://physics.mff.cuni.cz/kfpp/skripta/kurz_fyziky_pro_DS/www/fyzika.html

J.Obdržálek: Průřez mechanikami - klasickou, relativistickou i kvantovou - pro fyziky i nefyziky, MatfyzPress, Praha 2024

R.P.Feynman, R.B.Leighton, M.Sands: Feynmanovy přednášky z fyziky I, II, Fragment, Praha 2000

Z.Horák, F.Krupka: Fyzika, SNTL, Praha 1976, 1981

R.Bakule, E.Svoboda : Molekulová fyzika, Academia, Praha 1992

J.Obdržálek, A. Vaněk: Termodynamika a molekulová fyzika, skriptum, PF Ústí n.L., 2000

Cvičení

J.Fähnrich, A.Havránek, D.Slavínská: Příklady z mechaniky, skriptum, Karolinum, Praha 2001

J. Brož, M. Rotter: Příklady z molekulové fyziky a termiky, skriptum SPN, Praha 1986

Doplňková

J.Kvasnica: Matematický aparát fyziky, 2. oprav. vyd., Academia 1997

K. Rektorys a kol.: Přehled užité matematiky, SNTL 1968, Prometheus 2009

P. Atkins, Čtyři zákony, které řídí vesmír, Academia 2012

I.G.Main: Kmity a vlny ve fyzice, Academia, Praha 1990

Poslední úprava: Křivka Ivo, doc. RNDr., CSc. (16.09.2024)

Metody výuky

přednáška + cvičení

Poslední úprava: T_KVOF (28.03.2008)

Požadavky ke zkoušce

čeština

• podmínkou pro konání zkoušky je získání zápočtu

• podmínkou získání zápočtu je aktivní účast na výuce a úspěšné absolvování testů

• zkouška je ústní, rozsah požadovaných znalostí odpovídá sylabu přednášky v rozsahu prezentovaném na přednášce

Poslední úprava: Šíma Vladimír, prof. RNDr., CSc. (06.10.2017)

angličtina

Credit is necessary condition for exam.

Oral exam covers topics presented in lectures during semester.

Poslední úprava: Čížek Jakub, prof. Mgr., Ph.D. (10.06.2019)

Sylabus

čeština

I. MECHANIKA

1. Kinematika hmotného bodu.
Soustava souřadnic, parametrický popis pohybu, rychlost, zrychlení, rozklad zrychlení na tečnou a normálovou složku. Základní druhy pohybů.

2. Dynamika hmotného bodu.
Newtonovy zákony. Síly působící při známém druhu pohybu. Pohybová rovnice hmotného bodu, vrhy, harmonický pohyb. Inerciální a neinerciální soustav, zdánlivé síly, Coriolisova a odstředivá síla.

3. Energie a pohyb v silovém poli.
Práce, výkon, kinetická energie. Konzervativní pole, intenzita a potenciál, centrální síla, lineární harmonický oscilátor, potenciální energie. Nekonzervativní síly, tření. Gravitační zákon. Pohyb v gravitačním poli, Keplerovy zákony.

4. Soustava hmotných bodů a tuhé těleso.
Popis soustavy, stupeň volnosti. Kinematika tuhého tělesa. Věty o hybnosti a momentu hybnosti soustavy - 1. a 2. věta impulsová. Věty o zachování hybnosti a momentu hybnosti. Energie soustavy hmotných bodů, Königova věta. Zjednodušení soustav sil působících na tuhé těleso.

5. Otáčení tuhého tělesa.
Otáčení kolem pevné osy, pohybová rovnice, moment setrvačnosti. Těžká kladka, kyvadlo, valení. Steinerova věta. Kinetická energie otáčejícího se tělesa. Stručná zmínka o tenzoru setrvačnosti a otáčení tělesa kolem pevného bodu.

6. Kmity a vlnění.
Kmity tlumené, vynucené, skládání kmitů, vázané kmity, aperiodický tlumený pohyb, rezonance. Pojem vlny, vlnová rovnice, rovinná vlna. Energie a intenzita vlny. Harmonická vlna, způsoby popisu, vztah vlnová délka-rychlost-frekvence. Fázová rychlost a grupová rychlost. Typy vlnění, polarizace. Princip superpozice, interference vlnění, stojaté vlnění. Huygensův princip, lom, odraz. Dopplerův jev.

7. Kontinuum - obecné pojmy.
Kinematika kontinua. Tenzor napětí, tenzor deformace a tenzor rychlosti deformace. Rovnice rovnováhy a pohybová rovnice kontinua.

8. Pružnost.
Zobecněný Hookův zákon. Základní úloha teorie pružnosti. Tah, smyk, torze, ohyb.

9. Mechanika tekutin.
Kapalina a plyn. Rovnováha tekutin, hydrostatický tlak, Pascalův zákon, barometrická rovnice, Archimedův zákon. Rovnice kontinuity, proudění ideální tekutiny, Bernoulliova rovnice. Newtonův viskózní zákon, proudění viskózní kapaliny, Poiseuillův vztah. Laminární a turbulentní proudění.

II. MOLEKULOVÁ FYZIKA.

1. Základy termodynamiky.
Termodynamická soustava a její rovnováha. Teplo, teplota, tepelná kapacita. První termodynamický zákon, vnitřní energie ideálního plynu. Stavová rovnice ideálního plynu. Vratné a nevratné děje, Carnotův cyklus, termodynamická teplota. Druhý termodynamický zákon, entropie. Třetí termodynamický zákon.

2. Molekulárně kinetická teorie látek.
Základy statistického popisu. Tlak a teplota, Boltzmannův vztah a entropie. Maxwellovo-Boltzmannovo rozdělení. Střední volná dráha, počet srážek, Brownův pohyb. Difúze, 1. a 2. Fickův zákon, tepelná vodivost, vnitřní tření.

3. Reálné plyny a fázové přechody.
Stavová rovnice reálných plynů. Jouleův-Thomsonův jev. Rovnovážný fázový diagram jednosložkové soustavy, Gibbsovo pravidlo fází. Skupenská tepla a teploty fázových přeměn.

4. Molekulární jevy v kapalinách.
Povrchové napětí. Youngova-Laplaceova rovnice.

Poslední úprava: Valentová Helena, doc. RNDr., Ph.D. (16.01.2018)

angličtina

I. MECHANICS

1. Kinematics.

Parametric description of motion, velocity, acceleration, decomposition of acceleration into tangential and normal component. Basic types of motion.

2. Dynamics of a point mass.

Newton's laws. Force acting at known types of motion. Equation of motion for a point mass, throws, harmonic motion. Inertial and non-inertial systems of coordinates, apparent forces, Coriolis' and centrifugal force.

3. Energy and motion in a force field.

Work, power, kinetic energy. Conservative force, central force, linear harmonic oscillator, potential energy. Non-conservative forces, friction. Gravitational law. Motion in a gravitational field, Kepler's laws.

4. Systems of point-masses and rigid body.

Description of point mass system, degrees of freedom. Rigid body kinematics. Momentum and angular momentum theorems - first and second impulse theorem. Momentum and angular momentum conservation theorems. Energy of a point-mass system, Koenig's theorem. Reduction of system of forces acting on a rigid body.

5. Rotation of rigid body.

Rotation about a fixed axis, equation of motion, moment of inertia. Heavy pulley, pendulum, rolling. Steiner's theorem. Kinetic energy of a rotating body. Moment of inertia tensor and rotation around a fixed point (outline).

6. Oscillations and waves.

Oscillations damped, forced, composition of vibrations, coupled oscillators, aperiodic damped motion, resonance. Concept of the wave, wave equation, plane wave. Energy and intensity of waves. Harmonic wave, its description, the wavelength - velocity - frequency relations. Phase velocity and group velocity. Types of waves, polarization. Superposition principle, interference of waves, standing waves. Huygens' principle, refraction, reflection, Doppler effect.

7. Continuum - general concepts.

Continuum kinematics. Stress tensor, strain tensor, strain rate tensor. Equation of equilibrium and equation of motion for continuum.

8. Elasticity.

Generalized Hook's law. Fundamental problem of elasticity theory. Extension, shear, torsion, bending.

9. Mechanics of fluids.

Liquid and gas. Equilibrium of fluids, hydrostatic pressure, Pascal's law, barometric formula. Archimedes' law. Continuity equation, ideal fluid flow, Bernoulli's equation. Newton's law of viscosity, viscous liquid flow, Poiseuille's equation. Laminar and turbulent flows.

II. MOLECULAR PHYSICS.

1. Basics of thermodynamics.

Thermodynamic system and its equilibrium. Heat, temperature, heat capacity. The first law of thermodynamics, internal energy of an ideal gas. Equation of state of an ideal gas. Reversible and irreversible processes, Carnot cycle, thermodynamic temperature. The second law of thermodynamics, entropy. Third law of thermodynamics.

2. Molecular-kinetic theory of matter.

Basics of a statistical description. Pressure and temperature, Boltzmann's law and entropy. Maxwell-Boltzmann distribution. Mean free path, collision frequency, Brownian motion. Diffusion, thermal conductivity, internal friction.

3. Real gases and phase transitions.

Equation of state of real gases. Joule-Thomson effect. Equilibrium phase diagram of one-component systems, Gibbs' phase rule. Latent heats and temperatures of phase transitions.

4. Molecular phenomena in liquids.

Surface tension. Young-Laplace equation.

Poslední úprava: Šíma Vladimír, prof. RNDr., CSc. (01.10.2014)