Mechanika

Rok studiów/semestr: 1 rok / 2 semestr

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

Liczba godzin zajęć dydaktycznych:wykład 30 godz. konwersatorium 30 godz., laboratorium 30 godz.

Metody dydaktyczne: wykład, pokazy w trakcie wykładu, rozwiązywanie problemów i zadań, dyskusja, konsultacje, praca własna studenta w domu

Punkty ECTS: 8

Bilans nakładu pracy studenta: udział w wykładach (30 godz), udział w konwersatorium (30 godz),udział w laboratoriach (30 godz.), udział w konsultacjach (30 godz), praca własna w domu (45 godz), przygotowanie samodzielne do kolokwiów i egzaminu (30 godz.), przygotowanie sprawozdań laboratoryjnych (20 godz.)

Wskaźniki ilościowe: nakład pracy studenta związany z zajęciami wymagającymi bezpośredniego udziału nauczyciela - 5.4 ECTS, nakład pracy studenta związany z zajęciami o charakterze praktycznym - 1.2 ECTS.

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. Podczas zajęć przedstawiają ich rozwiązania. Prowadzący zwraca szczególną uwagę na rozumienie używanych pojęć, klarowność prezentacji, stymuluje grupę do zadawania pytań i dyskusji. Laboratorium polega na wykonywaniu samodzielnie prostych eksperymentów oraz wykonaniu raportu ze szczególnym uwzględnieniem analizy niepewności pomiarowych. Identyczne ćwiczenia wykonywane są w oparciu o aplety komputerowe symulujące podstawowe modele mechaniczne.

Treści merytoryczne

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

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

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

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

5) Ciążenie powszechne. Prawo powszechnego ciążenia, prawa Keplera, masa bezwładna i grawitacyjna, pole grawitacyjne i jego natężenie, energia potencjalna w polu grawitacyjnym.

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. Środek masy i środek ciężkości, pęd układu punktów materialnych, zderzenia sprężyste i niesprężyste.

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.

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.

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" ; w dwóch wersjach: rzeczywistej (w pracowni) oraz z wykorzystaniem zalecanego w instrukcji apletu.

4) Wykonanie ćwiczenia "Wyznaczanie przyspieszenia grawitacyjnego - wahadło matematyczne" - w dwóch wersjach: rzeczywistej (w pracowni) oraz z wykorzystaniem zalecanego w instrukcji apletu.

5) Wykonanie ćwiczenia "Badanie drgań sprężyny" w dwóch wersjach: rzeczywistej (w pracowni) oraz z wykorzystaniem zalecanego w instrukcji apletu.

6) Wykonanie ćwiczenia "Sprawdzenie twierdzenia Steinera" w wersji rzeczywistej (w pracowni).

7) Wykonanie ćwiczenia "Sprawdzenie prawa Hooke'a dla sprężyny" w dwóch wersjach: rzeczywistej (w pracowni) oraz z wykorzystaniem zalecanego w instrukcji apletu.

8) Wykonanie ćwiczenia "Sprawdzenie prawa Archimedesa" w dwóch wersjach: rzeczywistej (w pracowni) oraz z wykorzystaniem zalecanego w instrukcji apletu.

9) Wykonanie ćwiczenia "Rzut ukośny punktu materialnego" z wykorzystaniem zalecanego w instrukcji apletu.