Principles of Physics I – General Physics and Classical Mechanics - NFPL028

• Anglický název: Principles of Physics I – General Physics and Classical Mechanics
• Zajišťuje: Katedra fyziky kondenzovaných látek (32-KFKL)
• Fakulta: Matematicko-fyzikální fakulta
• Platnost: od 2023
• Semestr: zimní
• E-Kredity: 5
• Rozsah, examinace: zimní s.:2/2, Z+Zk [HT]
• Počet míst: neomezen
• Minimální obsazenost: neomezen
• 4EU+: ne
• Virtuální mobilita / počet míst pro virtuální mobilitu: ne
• Stav předmětu: vyučován
• Jazyk výuky: angličtina
• Způsob výuky: prezenční
• Způsob výuky: prezenční
• Garant: doc. RNDr. Jiří Prchal, Ph.D.; doc. RNDr. Marie Běhounková, Ph.D.
• Vyučující: Mgr. Burak Aygun; doc. RNDr. Marie Běhounková, Ph.D.; RNDr. Tomáš Kekule, Ph.D.; RNDr. Petr Král; doc. RNDr. Jiří Prchal, Ph.D.

Anotace

The Principles of Physics I is the opening course of physics series in the program Science. It provides a general introduction to the Physics as an essential pillar of natural sciences, and further focuses on concepts of classical mechanics with outreach to complex phenomena in chemistry and biology. The course set the knowledge base for all follow-up classes in physics. Also, it provides a guide to application of the mechanics and acoustics across the natural sciences.

Poslední úprava: Mikšová Kateřina, Mgr. (02.02.2022)

Podmínky zakončení předmětu

The condition for completing the course is the successful passing of the exam, which is preceded by getting credit for the exercises. The exam itself is generally oral, but the solution - or outline of the solution - of a specific example can be one of the points discussed at the exam.

Poslední úprava: Mikšová Kateřina, Mgr. (11.05.2023)

Literatura

1. Basic Mechanics with Engineering Applications 1st Edition, J. Jones, J. Burdess, J.N. Fawcett, Routledge, 2017.

2. University Physics Volume 1, Jeff Sanny, Samuel Ling, OpenStax, 2016

3. Modern Classical Mechanics, T. M. Helliwell and V. V. Sahakian, Cambridge University Press, 2020

4. Classical Mechanics: From Newton to Einstein: A Modern Introduction 2nd Edition, M.W. McCall, Wiley, 2011

5. Classical Mechanics: The Theoretical Minimum, G. Hrabovsky, L. Susskind, Penguin, 2014

6. Solutions for Physics: Principles with Applications, Douglas C. Giancoli, 7th edition, Pearson Higher Education, 2015.

7. Solutions for Physics Principle and Problems, Paul W. Zitzewitz, Todd George Elliott, David G. Haase, McGraw-Hill Education - Europe, 2013.

8. Lecture notes

9. Pre-recorded lectures

10. Set of problems (with solutions) for exercises

11. Visualizations of key experiments

Poslední úprava: Mikšová Kateřina, Mgr. (02.02.2022)

Požadavky ke zkoušce

Final mark is based on the oral examination (67%) and results of tests taken during the course (33%). Oral examination takes place during the examination period and students must first obtain the credit for practical exercises. Credit for exercises is based on the solution of take-home problems (34%) and two tests (midterm and final, each 33%).

Poslední úprava: Prchal Jiří, doc. RNDr., Ph.D. (02.09.2024)

Sylabus

čeština

1. Fyzika - definice, obory fyziky, dosah.

2. Jednotky a měření; Vektory, Křivočaré souřadnice.

3. Pohyb, prostor a čas v klasické mechanice. Meze platnosti klasické mechaniky.

4. Kinematika hmotného bodu: hmotný bod, pohyb a dráha, přímočarý rovnoměrný a nerovnoměrný pohyb, křivočarý pohyb, pohyb po kružnici.

5. Dynamika hmotného bodu: Newtonovy pohybové zákony, skládání a rozklad sil, setrvačné síly, síly působící při křivočarém pohybu, hybnost, impuls, práce, energie, výkon.

6. Newtonův gravitační zákon, gravitace, pohyb v gravitačním poli Země, gravitační pole.

7. Tuhé těleso: superpozice sil, těžiště, rovnovážná poloha; translační a rotační pohyb, kinetická energie tuhého tělesa, setrvačnost, lineární a úhlový moment hybnosti, tření.

8. Statická rovnováha a elasticita: podmínky pro statickou rovnováhu; deformace a napětí, rychlost deformace; kontinuum; deformace pevných látek: zobecněný Hookeův zákon, plastická deformace a mez kluzu.

9. Mechanika tekutin: hydrostatika, Archimédův a Pascalův zákon; hydrodynamika, rovnice kontinuity, Bernoulliho rovnice; pohyb viskózních tekutin, Poisseuillův a Stokesův zákon.

10. Kmitavý pohyb: netlumené kmity, harmonický oscilátor, matematické a fyzické kyvadlo, tlumené a vynucené kmity, superpozice kmitů.

11. Vlny a akustika: Postupné příčné a podélné vlny, interference vlnění, stojaté vlnění, odraz vlnění, Huyghensův princip, Dopplerův jev, vlnová rovnice, šíření vlnění.

Poslední úprava: Prchal Jiří, doc. RNDr., Ph.D. (25.06.2024)

angličtina

1. Physics - Definition, Branches of Physics, Outreach.

2. Units and Measurement; Vectors, Curvilinear coordinates.

3. Motion, space and time in classical mechanics. Limits of validity of classical mechanics.

4. Kinematics of a point mass: point mass, motion and path, rectilinear uniform and non-uniform motion, curvilinear motion, circle motion.

5. Dynamics of a point mass: Newton's laws of motion, composition and decomposition of forces, inertial forces, forces acting in a curvilinear motion, momentum, impulse, work, energy, power.

6. Newton's law of gravitation, gravity, motion in the Earth's gravity and gravitational field.

7. Rigid body: superposition of forces, center of gravity, equilibrium position; translational and rotational motion, kinetic energy of a rigid body, inertia, linear and angular momentum, friction.

8. Static Equilibrium and Elasticity: conditions for static equilibrium; deformation and stress, strain rate; continuum; deformation of solids: generalized Hooke's law, plastic deformation, and yield strength.

9. Fluid Mechanics: hydrostatics, Archimedes' and Pascal's law; hydrodynamics, continuity equation, Bernoulli's equation; motion of viscous fluids, Poisseuill's and Stokes' law.

10. Oscillatory motion: undamped oscillations, harmonic oscillator, mathematical and physical pendulum, damped and forced oscillations, superposition of oscillations.

11. Waves and Acoustics: Gradual transverse and longitudinal waves, wave interference, standing waves, wave reflection, Huygens principle, Doppler effect, wave equation, wave propagation.

Poslední úprava: Prchal Jiří, doc. RNDr., Ph.D. (04.10.2023)