Mechanika

obowiązkowe

Student uczestniczący w wykładzie, ćwiczeniach rachunkowych i laboratorium MECHANIKA powinien posiadać podstawową wiedzę w zakresie matematyki i fizyki nabytą we wcześniejszym cyklu kształcenia.

w sali

Wykład, konwersatorium i laboratorium z mechaniki mają na celu poznanie przez studentów podstawowych pojęć, zasad i teorii fizycznych funkcjonujących na gruncie fizyki klasycznej z zakresu MECHANIKA. Poznanie struktury fizyki jako dyscypliny naukowej. Zrozumienie znaczenia eksperymentu fizycznego jako sposobu weryfikacji koncepcji teoretycznych. Umiejętność rozwiązywania problemów fizycznych z wykorzystaniem praw fizycznych. Treści przekazywane podczas wykładu dotyczą:

1) mechaniki punktu materialnego i bryły sztywnej,

2) podstawowych zasad zachowanie w przyrodzie,

3) oddziaływań grawitacyjnych,

4) statyki i dynamiki płynów,

5) fal sprężystych.

Profil studiów: ogólnoakademicki

Forma studiów: stacjonarne

Rodzaj przedmiotu: obowiązkowy

Dziedzina i dyscyplina nauki: Dziedzina nauk ścisłych i przyrodniczych, Dyscyplina nauki fizyczne.

Poziom kształcenia: studia pierwszego stopnia

Rok studiów/semestr: 1. rok/2. semestr

Punkty ECTS: 7

Wymagania wstępne: student uczestniczący w wykładzie, ćwiczeniach rachunkowych i laboratorium powinien posiadać podstawową wiedzę w zakresie matematyki i fizyki nabytą we wcześniejszym cyklu kształcenia

Bilans nakładu pracy studenta:

- udział w wykładach (45 godz.),

- udział w konwersatoriach (45 godz.),

- udział w laboratoriach (30 godz.),

- udział w konsultacjach (15 godz.),

- praca własna studenta w domu (40 godz.),

Wskaźniki ilościowe:

- nakład pracy studenta związany z zajęciami wymagającymi bezpośredniego udziału nauczyciela - 5.4 ECTS;

- nakład pracy studenta związany z samodzielna pracą - 1.6 ECTS.

Zasady użycia sztucznej inteligencji (SI):

Podczas zajęć dozwolone jest korzystanie z systemów SI w zakresie:

1. Tłumaczenia maszynowego tekstów źródłowych z języków obcych.

2. Wyszukiwania i organizowania źródeł naukowych.

3. Tworzenia symulacji i modelowania omawianych na wykładzie zjawisk fizycznych.

Podczas egzaminu niedozwolone jest korzystanie z systemów SI.

W przypadku stwierdzenia naruszeń powyższych zasad, osoba kształcąca się może zostać pociągnięta do odpowiedzialności na podstawie odrębnych przepisów dyscyplinarnych.

Studenci uczestniczą w wykładach wzbogaconych o pokazy eksperymentów ilustrujących przekazywane treści. W trakcie zajęć rachunkowych studenci otrzymują listy zadań do samodzielnego rozwiązania, których treść jest skorelowana z treścią wykładu.Zajęcia laboratorum polegaja na samodzielnym przeprowadzeniu podstawowych eksperymentów z mechaniki oraz napisanie raportu ze szczególnym uwzglednieniem analizy danych pomiarowych i prawidłowym wnioskowaniem. Podczas zajęć przedstawiają ich rozwiązania. Prowadzący zwraca szczególną uwagę na rozumienie używanych pojęć, klarowność prezentacji, stymuluje grupę do zadawania pytań i dyskusji. Prowadzący stara się wytworzyć w grupie ćwiczeniowej poczucie odpowiedzialności za zespół i zachęca do pracy zespołowej.

Treści merytoryczne

1) Podstawowe wielkości fizyczne, międzynarodowy układ jednostek SI, wielkości wektorowe i skalarne, podstawy algebry wektorów, układy współrzędnych - kartezjański, biegunowy, cylindryczny, sferyczny,

2) Kinematyka punktu materialnego - wektor położenia, przemieszczenie, droga, czas, prędkość średnia i chwilowa, przyspieszenie średnie i chwilowe, równanie ruchu, ruch względny,

3) Przykłady ruchu na płaszczyźnie - rzut poziomy, rzut ukośny, ruch po okręgu (prędkość i przyspieszenie kątowe, przyspieszenie styczne i dośrodkowe),

4) Dynamika punktu materialnego i bryły sztywnej. Pojęcie siły masy, momentu bezwładności, pędu, momentu pędu. Układ odniesienia inercjalny i nieinercjalny. Zasady dynamiki Newtona. Przykłady ważnych sił (grawitacyjna, tarcia, oporu, dośrodkowa). Pozorne siły bezwładności. Siła Coriolisa.

5) Ciążenie powszechne. Prawo powszechnego ciążenia, prawa Keplera, masa bezwładna i grawitacyjna, pole grawitacyjne i jego natężenie,

6) Praca, energia, moc. Energia kinetyczna, praca sił ciężkości, praca sił sprężystości, siły zachowawcze i niezachowawcze, energia potencjalna. Zasada zachowania energii.

7) Zasada zachowania pędu i momentu pędu. Środek masy i środek ciężkości, pęd układu punktów materialnych, zderzenia sprężyste i niesprężyste, popęd siły,

8) Ruch obrotowy. Pojęcie bryły sztywnej, opis ruchu obrotowego, moment pędu, moment bezwładności, twierdzenie Steinera, II zasada dynamiki ruchu obrotowego, zasada zachowania momentu pędu, energia kinetyczna ruchu obrotowego, precesja, efekt żyroskopowy,

9) Fale w ośrodkach sprężystych. Fale mechaniczne (poprzeczne i podłużne), zmienne opisujące ruch falowy, równanie fali harmonicznej prostej. Sprężystość, prawo Hooke'a, pojęcie modułu Younga i modułu ściśliwości objętościowej. Interferencja fal, odbicie fal, dudnienia, fale dźwiękowe, fala uderzeniowa, efekt Dopplera,

10) Statyka i dynamika płynów. Parametry opisujące płyny. Prawo Pascala, prawo Archimedesa, Charakterystyka przepływu płynów, równanie ciągłości, prawo Bernoulliego, ruch ciał w płynach.

Konwersatoria:

Ćwiczenia rachunkowe skorelowane z treściami wykładu.

Laboratorium:

1) Omówienie zasad funkcjonowania pracowni fizycznej. Zasady BHP.

2) Metodyka pisania raportów z wykonanych eksperymentów

3) Wykonanie ćwiczenia "Ruch jednostajnie przyspieszony" - wyznaczenia zależności drogi od czasu,

4) Wykonanie ćwiczenia "Ruch jednostajnie przyspieszony" - wyznaczenia prędkości średnich i chwilowych w ruchu jednostajnie zmiennym,

5) Wykonanie ćwiczenia "Wyznaczanie przyspieszenia grawitacyjnego - wahadło matematyczne"

6) Wykonanie ćwiczenia "Badanie drgań sprężyny"

7) Wykonanie ćwiczenia "Sprawdzenie twierdzenia Steinera"

8) Wykonanie ćwiczenia "Sprawdzenie prawa Hooke'a dla sprężynu"

9) Wykonanie ćwiczenia "Badanie fal stojących w powietrzu"

10) Wykonanie ćwiczenia "Wyznaczanie prędkości dźwięku w CO2"

11) Wykonanie ćwiczenia "Sprawdzenie prawa Archimedesa"

12) Wykonanie ćwiczenia "Ważenie powietrza"

Literatura zalecana:

1) D.Halliday, R.Resnick, J.Walker „Podstawy fizyki” tom. 1-3 PWN Warszawa 2006

2) D. Halliday, R. Resnick, „Fizyka dla studentów nauk przyrodniczych i technicznych”t. I-II, PWN Warszawa 1998,

3) Instrukcje do ćwiczeń laboratoryjnych z fizyki na stronie internetowej Wydziału Fizyki UwB:

- http://physics.uwb.edu.pl/main/pdf/pracownia1/zbiorcza.pdf

Literatura dodatkowa:

1) R.P.Feynman, R.B.Leighton, M.Sanders, Feynmana wykłady z fizyki, t 1.1, 1.2, PWN, Warszawa 2001

2) L.W. Tarasow, A.N.Tarasowa, :Jak rozwiązywać zadania z fizyki", WSiP, Warszawa 1995

3) H.Szydłowski, "Pracownia fizyczna wspomagana komputerem", PWN, Warszawa 2003

4) H.Szydłowski, "Teoria pomiarów", PWN, Warszawa 1981

3) C.Kittel, W.D.Knight, M.A.Ruderman, Mechanika, PWN, Warszawa 1973

4) A.K.Wróblewski, J.A.Zakrzewski, Wstęp do Fizyki tom 1, PWN, Warszawa 1984

5) L.W. Tarasow, A.N.Tarasowa, :Jak rozwiązywać zadania z fizyki", WSiP, Warszawa 1995

Wiedza, absolwent zna i rozumie:

KP6_WG1 w zaawansowanym stopniu koncepcje, zasady i teorie właściwe dla fizyki w zakresie mechaniki;

KP6_WG2 w zaawansowanym stopniu elementy matematyki wyższej i metod matematycznych używanych w fizyce w zakresie mechaniki;

KP6_WG3 w zaawansowanym stopniu elementy teorii niepewności pomiarowych w zastosowaniu do eksperymentów fizycznych w zakresie mechaniki;

KP6_WG5 w zaawansowanym stopniu podstawy wiedzy o składnikach materii i rządzących nimi oddziaływaniach, rozumie przejawy tych oddziaływań w złożonych zjawiskach w zakresie mechaniki;

KP6_WG6 w zaawansowanym stopniu zasady działania układów pomiarowych i aparatury badawczej używanej w eksperymentach w zakresie mechaniki;

KP6_WG7 w zaawansowanym stopniu zasady bezpieczeństwa i higieny pracy pozwalające na bezpieczny udział w zajęciach dydaktycznych w laboratoriach i pracowniach fizycznych ;

KP6_WK1 fundamentalne dylematy współczesnej cywilizacji w kontekście fizyki w zakresie mechaniki;

Umiejętności: absolwent potrafi:

KP6_UW1 analizować złożone i nietypowe problemy z zakresu nauk fizycznych oraz znajdować ich rozwiązania w oparciu o poznane twierdzenia i metody w zakresie mechaniki;

KP6_UW2 wykonywać analizy ilościowe oraz formułować na tej podstawie wnioski jakościowe;

KP6_UW3 planować i wykonywać złożone badania doświadczalne lub obserwacje z zakresu fizyki oraz analizować ich wyniki;

KP6_UW5 przygotować opracowanie dotyczące zarówno określonego, zadanego problemu literaturowego z dziedziny fizyki, jak również opracowanie dotyczące badań własnych (eksperymentalnych lub teoretycznych) i przedstawić je w formie pisemnej, ustnej, prezentacji multimedialnej lub plakatu;

KP6_UW6 uczyć się samodzielnie, znajdując niezbędne informacje w literaturze fachowej, bazach danych i innych źródłach oraz krytycznie oceniając informacje pochodzące ze źródeł niezweryfikowanych;

KP6_UK1 w sposób przystępny przedstawić i wyjaśnić podstawowe fakty dotyczące zjawisk i praw fizyki w zakresie mechaniki oraz skutecznie komunikować się zarówno ze specjalistami jak i niespecjalistami w zakresie fizyki;

KP6_UK2 posługiwać się aparatem matematyki wyższej i metodami matematycznymi fizyki w zakresie mechaniki przy opisie i modelowaniu podstawowych zjawisk i procesów fizycznych, potrafi samodzielnie odtworzyć twierdzenia i równania opisujące podstawowe zjawiska i prawa przyrody, potrafi przeprowadzić dowody tych twierdzeń i praw;

KP6_UK5 dyskutować i dokonywać krytycznej analizy wyników pomiarów, obliczeń teoretycznych lub teorii fizycznych w zakresie mechaniki.

KP6_U01 organizować pracę własną oraz zespołu;

KP6_U02 współdziałać i pracować w grupie, w różnych rolach.

KP6_UU1 uczyć się przez całe życie oraz inspirować i organizować proces uczenia się innych osób.

Kompetencje społeczne, absolwent jest gotów do:

KP6_KK1 krytycznej oceny posiadanej wiedzy i odbieranych treści;

KP6_KK2 uznawania znaczenia wiedzy w rozwiązywaniu problemów poznawczych i praktycznych;

KP6_KK3 współpracy z ekspertami w przypadku trudności z samodzielnym rozwiązaniem problemów.

KP6_KO1 wypełniania zobowiązań społecznych oraz negowania dezinformacji w zakresie zdobytej wiedzy;

KP6_KR2 stosowania i propagowania zasad uczciwości intelektualnej w działaniach własnych i innych osób, do rozstrzygania problemów etycznych w kontekście rzetelności badawczej, do propagowania rozstrzygającej roli eksperymentu w weryfikacji teorii fizycznych w zakresie mechaniki, do stosowania metody naukowej w gromadzeniu wiedzy.

Laboratorium - pytania kontrolne przed wykonaniem doświadczenia. Ocen sprawozdania po wykonaniu doświadczenia. Zaliczenie laboratorium wymaga zdobycia ponad 50% punktów.

Konwersatorium - dwa kolokwia z zadań rachunkowych. Zaliczenie konwersatorium wymaga zdobycia 50% punktów. Kolokwium poprawkowe z całego zakresu przerobionego materiału. Zaliczenie materiału wymaga zdobycia 50% punktów.

Wykład - cotygodniowe krótkie testy kontrolne z materiału omawianego na wcześniejszych wykładach (zazwyczaj dwa zadania). Bardzo dobre wyniki umożliwiają zaliczenie wykładu przy warunku zaliczenia ćwiczeń rachunkowych i laboratoriów. Na zakończenie kształcenia egzamin pisemny. Przystąpienie do egzaminu jedynie w przypadku zaliczenia konwesatorium i laboratorium.