PředmětyPředměty(verze: 901)
Předmět, akademický rok 2021/2022
  
Mechanika - NFUF101
Anglický název: Mechanics
Zajišťuje: Katedra didaktiky fyziky (32-KDF)
Fakulta: Matematicko-fyzikální fakulta
Platnost: od 2020
Semestr: zimní
E-Kredity: 8
Rozsah, examinace: zimní s.:4/2 Z+Zk [hodiny/týden]
Počet míst: neomezen
Minimální obsazenost: neomezen
Virtuální mobilita / počet míst: ne
Stav předmětu: vyučován
Jazyk výuky: čeština
Způsob výuky: prezenční
Garant: doc. RNDr. Leoš Dvořák, CSc.
RNDr. Dana Mandíková, CSc.
RNDr. Marie Snětinová, Ph.D.
Kategorizace předmětu: Učitelství > Fyzika
Neslučitelnost : NUFY080
Záměnnost : NUFY080
Je záměnnost pro: NUFY080
Anotace
Poslední úprava: RNDr. Jitka Houfková, Ph.D. (19.01.2018)
Základní kurz klasické mechaniky: mechanika hmotného bodu, soustav hmotných bodů, tuhého tělesa, základy mechaniky kontinua včetně hydrostatiky a hydrodynamiky, úvod do vlnění; základní představy o prostoru a čase v klas.mechanice. Je kladen důraz na potřeby budoucích učitelů fyziky: průběžně je objasňován význam matematického aparátu, ilustrována souvislost přesných odvození s elementárnějším vyvozením některých vztahů (ev. s jednoduchým počítačovým modelováním), ukázán induktivní a deduktivní přístup k problematice a je upozorněno na řadu běžných fyzikálně nesprávných intuitivních představ.
Podmínky zakončení předmětu -
Poslední úprava: doc. RNDr. Leoš Dvořák, CSc. (12.10.2020)
Podmínky k získání zápočtu ze cvičení:

  • Pro studenty prezenčního studia:

V průběhu semestru píší studenti dva předem ohlášené testy, za které mohou získat maximálně celkem 80 bodů. Pro udělení zápočtu je třeba získat minimálně 40 bodů. Studenti, kterým se nepodaří získat potřebný počet bodů během semestru, mají ještě možnost napsat zápočtovou písemnou práci, s maximálně dvěma opravnými termíny.

  • Pro studenty kombinovaného studia a kurzu CŽV:

V závěru semestru píší studenti předem ohlášený zápočtový test, jehož součástí jsou úlohy podobného typu, jako se řeší na cvičení. K udělení zápočtu je třeba získat minimálně 50 % bodů z maximálního možného počtu. Studenti mají možnost dvou opravných termínů.

Zkouška:
Podmínkou pro konání zkoušky je získání zápočtu ze cvičení. Student prezenčního studia, který získá během semestru z testů 70 a více bodů, nemusí psát písemnou část zkoušky (tato část zkoušky mu bude uznána za výbornou). Analogické ustanovení platí pro studenty kombinovaného studia a kurzu CŽV (písemnou část nemusí absolvovat, získají-li nejméně 7/8 z maximálního počtu bodů ze zápočtového testu).

Zkouška má písemnou a ústní část, začíná písemnou částí. Písemná část spočívá v řešení příkladů, jejichž typy byly probírány na cvičení. Po úspěšném absolvování písemné části následuje ústní část.

U ústní části zkoušky budou požadována základní témata a koncepty, které byly přednášeny (prezenčně nebo v online výuce) resp. jsou ve vytvářených studijních materiálech. Požadavky ke zkoušce jsou dány sylabem předmětu.

Zkoušku je možno opakovat v nejvýše dvou opravných termínech. (Má-li student úspěšně složenou písemnou část zkoušky, nemusí ji již v opravných termínech opakovat.)

Literatura -
Poslední úprava: RNDr. Jitka Houfková, Ph.D. (25.05.2022)

Elektronické materiály:

Dvořák L.: Fyzika I (mechanika). Prozatímní učební text k přednášce pro posluchače oboru Fyzika zaměřená na vzdělávání. Dostupné na https://kdf.mff.cuni.cz/vyuka/Mechanika/

Materiály ke cvičení viz odkaz na stránce: https://kdf.mff.cuni.cz/vyuka/Mechanika-cviceni/

Elektronická sbírka úloh se strukturovaným řešením: http://reseneulohy.cz/cs/fyzika/mechanika

  • --

Halliday D., Resnick R., Walker J.: Fyzika. Český překlad VUTIUM Brno a Prometheus Praha, 2001

Kvasnica a kol.: Mechanika. Academia. Praha 1988

Havránek A.: Mechanika I, II, skriptum, SPN, Praha 1982

Mandíková D., Rojko M.: Soubor úloh z mechaniky pro studium učitelství. MFF UK Praha 1993. Dostupné na: http://kdf.mff.cuni.cz/~mandikova/mechanika/sbirka.doc

Doplňková literatura:

Feynman R.P. a kol.: Feynmanovy přednášky z fyziky l. český překlad Fragment, Praha, 2000

Giancolli D.C.: Physics for Scientists and Engineers, Prentice Hall, New Jersey 2000

Yung-kuo Lim (ed.). (1994). Problems and Solution on Mechanics. Singapore: World Scientific Publishing Co. Pte. Ltd

Metody výuky
Poslední úprava: RNDr. Dana Mandíková, CSc. (24.09.2020)

V zimním semestru 2020/2021 po dobu distanční výuky bude výuka předmětu Mechanika probíhat online formou v systému MS Teams:

Přednášky formou "schůzek" v MS Teams v časech podle rozvrhu; doplněné samostudiem elektronických vzdělávacích materiálů (viz Literatura).

Cvičení rovněž formou schůzek v MS Teams - práce bude mít interaktivní formu; k dispozici je Sbírka řešených příkladů se strukturovanou nápovědou (viz Literatura).

Studenti zapsaní na přednášku byli informováni e-mailem a byli zavedeni do daného kurzu ("týmu") v MS Teams.

Pozn.: Pokud někomu ze studentů informace nedorazila, ozvěte se přednášejícímu (leos.dvorak@mff.cuni.cz) nebo cvičící (dana.mandikova@mff.cuni.cz).

Požadavky ke zkoušce
Poslední úprava: doc. RNDr. Leoš Dvořák, CSc. (12.10.2020)

Zkouška má písemnou a ústní část, začíná písemnou částí. Písemná část spočívá v řešení příkladů, jejichž typy byly probírány na cvičení. Po úspěšném absolvování písemné části následuje ústní část. Zkoušku je možno opakovat v nejvýše dvou opravných termínech. (Má-li student úspěšně složenou písemnou část zkoušky, nemusí ji již v opravných termínech opakovat.) U ústní části zkoušky budou požadována základní témata a koncepty, které byly přednášeny (prezenčně nebo v online výuce) resp. jsou ve vytvářených studijních materiálech. Požadavky ke zkoušce jsou dány sylabem předmětu.

Sylabus -
Poslední úprava: RNDr. Jitka Houfková, Ph.D. (25.05.2022)
Kinematika a dynamika hmotného bodu (v inerciální soustavě)
Hmotný bod, základní kinematické veličiny a pojmy (polohový vektor, souřadnice, trajektorie, vektor rychlosti, zrychlení), jejich zavedení a význam; tečné a normálové zrychlení. 1. Newtonův zákon. Síly, vlastnosti pravých sil, princip akce a reakce. Pohybová rovnice: 2. Newtonův zákon. Numerické řešení pohybové rovnice v jednorozměrném případě (pády, kmity). Hybnost, impulz síly. Práce, výkon. Konzervativní síly, potenciální energie (příklady: energie pružiny, gravitační potenciální energie). Kinetická energie, zákon zachování mechanické energie. Pohyb v silových polích (vrhy, mat. kyvadlo). Pohyb v poli centrální síly, první a druhá kosmická rychlost. Moment hybnosti.

Soustava hmotných bodů
Kinematický popis, hmotný střed. Celková energie, hybnost, moment hybnosti. 1. a 2. věta impulsová, impuls síly, izolovaná soustava, zákony zachování. Příklady: srážky, problém 2 těles, pohyb rakety.

Kinematika a dynamika tuhého tělesa
Stupně volnosti, translační a rotační pohyb. Rovnováha tuhého tělesa. Úhlová rychlost jako vektor. Rotace kolem pevné osy, moment setrvačnosti. Steinerova a Königova věta. Pohyb tělesa při rotaci kolem pevné osy: pohybová rovnice, fyzické kyvadlo.

Inerciální a neinerciální soustavy
Klasický princip relativity, Galileiho transformace, skládání rychlostí, transformace veličin. Základní informace o vztahu klasické mechaniky a speciální teorie relativity. Zrychlené soustavy souřadnic, setrvačné síly, ekvivalence setrvačných a gravitačních sil. Beztížný stav. Rotující soustavy souřadnic, dostředivé, Coriolisovo a Eulerovo zrychlení, odstředivá a Coriolisova síla.

Analytická řešení pohybu částic a těles
Analytická řešení pohybu částice odporujícím prostředí (pro sílu úměrnou první a druhé mocnině rychlosti) a nabité částice v homogenním magnetickém poli. Kmity: lineární harmonický oscilátor (komplexní formalismus), tlumené kmity, buzené kmity, rezonance. Vázané kmity dvou netlumených oscilátorů. Pohyb v poli centrální síly: integrály pohybu, efektivní potenciál, trajektorie pohybu, Keplerovy zákony.

Základy mechaniky kontinua
Napětí, deformace, rychlost deformace. Popis napětí pomocí tenzoru; význam složek tenzoru napětí. Pružnost, Hookeův zákon. Smyková deformace. Torze válcové tyče.

Hydrostatika a hydrodynamika
Tlak. Rovnice hydrostatické rovnováhy, příklady její aplikace: hydrostatický tlak, izotermická atmosféra. Pascalův a Archimedův zákon. Lagrangeův a Eulerův popis pohybu tekutiny. Rovnice kontinuity v integrálním a diferenciálním tvaru. Eulerova hydrodynamická rovnice. Bernoulliova rovnice. Vazké tekutiny, laminární a turbulentní proudění.

Vlnění
Rovnice struny a její řešení: postupné a stojaté vlny.

Studijní opory
Poslední úprava: doc. RNDr. Leoš Dvořák, CSc. (24.09.2020)
  • Dvořák L.: Mechanika. Prozatímní učební text k přednášce pro posluchače programu Fyzika se zaměřením na vzdělávání. Dostupné na http://kdf.mff.cuni.cz/vyuka/Mechanika/ (Pozn.: Materiály jsou postupně doplňovány.)

  • Elektronická sbírka úloh se strukturovaným řešením: http://reseneulohy.cz/cs/fyzika/mechanika

 
Univerzita Karlova | Informační systém UK