Fizika 1

Opis predmeta

Fizikalne metode, veličine i mjere. Kinematika sitnog tijela, pravocrtno, kružno i krivocrtno gibanje. Newtonovi zakoni. Sustav čestica, centar mase, zakon očuvanja količine gibanja. Rad, energija, snaga. Konzervativne i nekonzervativne sile. Statika. Mehanika krutog tijela. Gravitacija. Inercijalni i neinercijalni sustavi. Relativistička mehanika. Statika tekućina, strujanje idealne i realne tekućine. Toplina i termometrija. Kinetičko-molekularna teorija topline. Termodinamika, kružni procesi, entropija.

Opće kompetencije

Poimanje načela klasične fizike i mogućnosti njihove primjene. Teorijski i eksperimentalni pristup prirodnim pojavama i primjene modela i metoda fizike u njihovu modeliranju, te u korištenju i održavanju naprava, sklopova i sustava u suvremenoj elektrotehnici, računarstvu i informacijskoj tehnologiji. Omogućiti studentima nastavak obrazovanja u modernoj znanosti i tehnologiji na FER-u i/ili nekom europskom sveučilištu.

Ishodi učenja

  1. Analizirati jednostavne mehaničke sustave i riješiti jednadžbe gibanja.
  2. Primijeniti načela očuvanja energije i količine gibanja na sudare čestica.
  3. Primijeniti tehniku deriviranja (Matematika 1) pri traženju minimuma ili maksimuma fizikalne veličine u rješavanju problema iz mehanike.
  4. Primijeniti tehniku integriranja (Matematika I) pri pronalaženju središta mase i računu momenata tromosti simetričnih homogenih tijela.
  5. Objasniti uvjete statike krutog tijela i jednadžbu gibanja za vrtnju krutog tijela oko čvrste osi.
  6. Objasniti načela specijalne teorije relativnosti.
  7. Primijeniti jednadžbu kontinuiteta i Bernoullijevu jednadžbu u jednostavnim problemima iz mehanike fluida.
  8. Objasniti prvi zakon termodinamike i analizirati kružne procese.

Oblici nastave

Predavanja

Predavanja se izvode u grupama od 120-ak studenata uz primjenu elektroničkih prezentacija i detaljnih izvoda koji se izvode na ploči te demonstracijskih pokusa.

Provjere znanja

Pismeni međuispit i završni ispit sastoje se od četiri računska zadatka te niza konceptualnih (teorijskih) pitanja s višestrukim izborom ponuđenih odgovora.

Laboratorijske vježbe

Tokom semestra studenti samostalno izvode šest laboratorijskih vježbi te provode odgovarajuću obradu podataka i sastavljaju izvještaj za svaku vježbu.

Pokusi na predavanjima

Predavanja su popraćena pokusima kojima se ilustriraju pojmovi koji se obrađuju. Opseg je približno 30 minuta po tjednu nastave.

Konzultacije

Svaki profesor dostupan je studentima barem jednom tjedno u terminu konzultacija.

E-učenje

Kroz semestar kontinuirano se zadaju domaće zadaće kroz sustav za e-učenje Merlin.

Ostali oblici skupnog ili samostalnog učenja

U približno 4 termina u semestru organizirane su dodatne vježbe iz rješavanja zadataka (auditorne) koje izvode asistenti.

Način ocjenjivanja

Kontinuirana nastava Ispitni rok
Vrsta provjere Prag Udio u ocjeni Napomena / komentar Udio u ocjeni
Laboratorijske vježbe 5 % 10 % 5 % 10 %
Domaće zadaće 0 % 10 % 0 % 10 %
Međuispit: Pismeni 0 % 40 % 0 %
Završni ispit: Pismeni 0 % 40 %
Ispit: Pismeni 0 % 80 %
Napomena / komentar

Za prolaz na međuispitu i na završnom ispitu jedan (od četiri) računski zadatak mora biti u cijelosti točno riješen. Za prolaz na pismenom ispitu dva (od šest) računska zadatka moraju biti u cijelosti točno riješena.

Tjedni plan nastave

  1. Materijalna točka ili sitno tijelo u mehanici. Sadržaji i metode fizike, fizičke veličine i SI mjerne jedinice. Kinematika sitnog tijela. Koordinatni sustavi. Brzina i akceleracija. I. i II. Newtonov aksiom. Stvarni pokusi i demonstracije na računalu, uporaba interneta.
  2. Zakoni gibanja materijalne točke. Sile u mehanici. Jednadžbe gibanja. Slobodni pad. Fenomenološki pokusi. Mjerenje zakona slobodnog pada. Vertikalni hitac. Sila trenja. Sila otpora s linearnom ovisnošću o brzini. Demonstracije na računalu, uporaba interneta.
  3. Gibanje po krivulji. Jednoliko kružno gibanje.Kosi hitac. Balističke krivulje. Horizontalni hitac. Demonstracije na računalu. Jednoliko kružno gibanje: kutna i obodna brzina.
  4. Nejednoliko kružno gibanje. Tangencijalna i kutna akceleracija. Centripetalna sila. Aksijalni vektori. Analogija pravocrtnog i kružnog gibanja. III. Newtonov aksiom. Impuls sile i količina gibanja. Rad. Snaga. Kinetička i potencijalna energija. Konzervativne sile. Veza sile i potencijalne energije u konzervativnom polju. Nekonzervativne sile.
  5. Zakoni sačuvanja količine gibanja i energije. Zakoni sačuvanja količine gibanja. Zakoni sačuvanja energije. Pokus: Galileijevo njihalo. Sudari: elastičan i neelastičan sraz. Pokusi.
  6. Mehanika krutog tijela. Statika. Mehanika sustava čestica. Pojam i svojstva krutog tijela. Načini gibanja krutog tijela. Uvjeti za ravnotežu krutog tijela. Moment sile. Sustav materijalnih točaka. Centar mase. Težište. Zakoni gibanja i zakoni sačuvanja u sustavu materijalnih točaka. Pokusi iz statike.
  7. Vrtnja krutog tijela. Vrtnja krutog tijela oko stalne osi. Moment tromosti. Steinerov stavak. Kutna količina gibanja. Zakon sačuvanja kutne količine gibanja. Pokusi na Prandtlovom stoliću. Rad i snaga u vrtnji krutog tijela. Gibanje zvrka: nutacija, precesija i prisilna precesija. Pokusi sa zvrkovima. Princip virtualnog rada. Pokusi: Robervalova vaga, koloturje.
  8. I S P I T
  9. Gravitacija. Inercijalni sustavi. Keplerovi zakoni. Newtonov opći zakon gravitacije. Gravitacijsko polje, potencijal i potencijalna energija. Ubrzanje sile teže. Troma i teška masa. Princip ekvivalencije. Inercijalni sustavi. Galileijeve transformacije. Neinercijalni sustavi. Ubrzani sustavi. Inercijalne sile i translacijsko gibanje. Pokusi s ubrzanim sustavom na kosini. Inercijalne sile i rotacijsko gibanje. Pokusi. Coriolisova sila. Slobodni pad i Coriolisova sila. Veliki pokus fizike: Foucaultovo njihalo.
  10. Specijalna teorija relativnosti. Michelson-Morleyev pokus. Einsteinovi postulati. Lorentzove transformacije. Zbrajanje brzina. Kontrakcija dužine. Dilatacija vremena. Relativistička kinematika i dinamika. Relativistička brzina i količina gibanja. 2. Newtonov zakon u relativističkoj formulaciji. Rad i energija u specijalnoj teoriji relativnosti.
  11. Mehanika tekućina: statika. Tlak. Hidrostatski tlak. Pascalov zakon. Primjeri: hidraulički tijesak. Torricelijev pokus. Atmosferski tlak. Manometar. Pokusi s U-cijevima. Barometarska formula. Pokusi o uzgonu. Arhimedov zakon. Sile površinske napetosti. Eksperimentalno određivanje koeficijenta površinske napetosti kapljevine. Nadtlak zbog zakrivljenosti slobodnih i graničnih površina. Kapilarne pojave. Pokusi.
  12. Dinamika tekućina. Svojstva idealne tekućine. Jednadžba kontituiteta. Strujanje tekućina. Model pokusi aparatom Hele-Showa. Bernoullijeva jednadžba i njezine primjene. Pokusi na temelju Bernoullijeve jednadžbe. Viskoznost. Poisseuilleov zakon protjecanja. Magnusov efekt. Pokusi o Magnusovoj sili potiska. Sile na avionsko krilo. Pokus: mjerenje finoće krila. Realni fluidi. Prikaz znanstvenog filma o realnim strujanjima oko zapreka i u kanalima.
  13. Toplina. Temperatura. Termometri. Pokusi. Toplinsko širenje krutih tvari i tekućina. Pokusi. Plinski zakoni. Jednadžba stanja idealnog plina. Kalorimetrija. Toplinski kapaciteti. Fazni dijagrami. Agregatna stanja. Pokus: regelacija leda. Vođenje topline. Molekularno kinetička teorija. Realni plinovi. Prijenos topine vođenjem, strujanjem i zračenjem. Toplinski otpori. Brownovo gibanje. Pokus: simulacija Brownovog gibanja. Tlak idealnog plina. Unutrašnja energija. Termodinamička temperatura. Modeli gibanja molekula i toplinski kapaciteti plinova u MKT. Toplinski kapaciteti krutih tijela. Maxwellova raspodjela po brzinama. Pokus: simulacija Maxwellove raspodjele. Maxwell-Boltzmannova raspodjela. Realni plinovi. Van der Waalsova jednadžba.
  14. Termodinamika. Prvi zakon termodinamike. Termodinamičke veličine kao funkcije stanja i procesa. Mayerova relacija. Jednadžba adijabate. Rad idealnog plina u termodinamičkim procesima. Drugi zakon termodinamike. Kružni procesi. Carnotov kružni proces. Toplinski strojevi. Entropija. Treći zakon termodinamike.
  15. I S P I T

Studijski programi

Elektrotehnika i informacijska tehnologija i Računarstvo (Studij)

Literatura

Dubravko Horvat (2005.), Fizika 1- Mehanika i toplina, Hinus
T. Petković (1997.), Uvod u znanost o toplini i termodinamici, Element
P. Kulišić, L. Bistričić, D. Horvat, Z. Narančić, T. Petković, D. Pevec (2002.), Riješeni zadaci iz mehanike i topline, Školska knjiga, Zagreb
D. Halliday, R. Resnick, J. Walker (2003.), Fundamentals of Physics, 6th ed, J. Wiley, New York
Petar Kulišić (2005.), Mehanika i toplina, Školska knjiga, Zagreb

Bodovi i izvedba

6 ECTS
R1 Engleski jezik
R1 E-učenje
75 Predavanja
0 Auditorne vježbe
15 Laboratorijske vježbe

Ocjenjivanje

85 izvrstan
75 vrlo dobar
60 dobar
50 dovoljan