UFY/FYZ1, FYZ1K Mechanika Molekulová fyzika a termika
UFY/FYZ1, FYZ1K • Přednášející: RNDr. Petr Jelínek, Ph.D. • Přednášky probíhají v ZS: 2h/týden, jako rozšiřující kurz je veden 3h/týden UFY/SEF1 • Způsob ukončení: Zp, Zk • Cvičení vede: Ing. Helena Poláková, Ph.D.
Literatura • Havránek, A.: Mechanika I – Hmotný bod a tuhé těleso, SPN, Praha, 1982. • Havránek, A: Klasická mechanika II. – Kontinuum, Karolinum, Praha, 2003. • Kvasnica, J. a kol.: Mechanika, Academia, Praha, 2004. • Svoboda, E., Bakule, R.: Molekulová fyzika, Academia Praha, 1992. • Halliday, D., Resnick, R., Walker J.:. Fyzika (Část 1 – Mechanika, Část 2 – Termodynamika), Vutium Brno a Prometheus, Praha, 2000. • Špulák, F.: Cvičení z obecné fyziky I., PF České Budějovice 1990
Struktura UFY/FYZ1, FYZ1K • Mechanika hmotných bodů – Kinematika hmotných bodů – Dynamika hmotných bodů
• Mechanika tuhého tělesa – Kinematika tuhého tělesa – Dynamika tuhého tělesa – Statika tuhého tělesa
• Mechanika kontinua – Mechanika elastických těles – Mechanika kapalin
Struktura UFY/FYZ1, FYZ1K • Molekulová fyzika – – – – –
Vnitřní energie soustavy Termodynamické zákony Kinetická teorie plynů Transportní jevy v plynech Reálné plyny
• Termika – Fázové přechody – Kapaliny
Úvod do fyziky • Fyzika – exaktní přírodní věda, zkoumá přírodu v polní formě nebo ve formě látky (hmoty) • Rozdělení podle typu zkoumání • teoretická • experimentální • počítačová
• Rozdělení podle systému (např. v termodynamice) • otevřený (vyměňuje si energii i částice) • uzavřený (vyměnuje si s okolím pouze energii) • Izolovaný (nevyměňuje si nic)
• Rozdělení podle velikosti systému • mikroskopický • makroskopický
Mechanika • Mechanika se zabývá zákony mechanického pohybu hmoty, tedy změnou polohy hmoty v čase • Mechanika se dále typicky dělí na – kinematiku (κίνησις = pohyb), je součástí dynamiky, ale zkoumá pouze pohyb těles z geometrického a časového hlediska – dynamiku (δύναµις = síla), zkoumá příčiny pohybu, působení sil
Mechanika • Mezi jednoduché typy pohybu patří – translační (mechanika hmotného bodu) – rotační (mechanika tuhého tělesa) – deformační (mechanika kontinua)
Kinematika hmotných bodů • Hmotný bod (HB) – fiktivní útvar, který má hmotu reálného tělesa, ale soustředěnou v jednom geometrickém bodě • Kdy je možné použít aproximaci hmotného bodu – rozměry tělesa jsou zanedbatelné vzhledem k pohybovým charakteristikám tělesa, jako je např. uražená dráha, – je možné u studovaného pohybu zanedbat rotační pohyb, – těleso nepodléhá deformaci nebo deformace je vzhledem ke studovaným vlastnostem zanedbatelná.
Kinematika hmotných bodů • Pohyb a poloha HB – nutnost zavedení souřadného systému (souřadné soustavy) • Souřadný systém je spjatý s tělesy v okolí pohybujícího se HB (vztažná soustava), z toho vyplývá, že poloha je relativní • Nejčastěji se setkáme se systémem – pravoúhlým (kartézským) – cylindrickým (válcovým), speciálním případem ve 2D jsou polární souřadnice – sférickým (kulovým)
Kartézská soustava souřadnic Pravotočivá
Levotočivá
Kartézská soustava souřadnic • kartézská soustava souřadnic: x, y, z
Cylindrická soustava souřadnic • cylindrická (válcová) soustava souřadnic: ρ, ϕ, z
x = ρ cosϕ y = ρ sinϕ z=z
ρ = x2 + y 2
ϕ = arctg z=z
y x
Sférická soustava souřadnic • sférická soustava souřadnic: r, ϑ, ϕ
x = r sinϑ cosϕ
y = r sinϑ sinϕ
z = r cosϑ
r = x2 + y 2 + z 2 z ϑ = arccos 2 2 2 x +y +z x ϕ = arccos 2 2 x +y
Pohyb, parametrický popis pohybu • Pohybem se nazývá spojitá změna polohy tělesa v čase • Poloha je relativní, je relativní i pohyb – o pohybu má smysl mluvit jen ve vztahu k jinému vztažnému tělesu nebo soustavě • Podle tvaru dráhy mluvíme o pohybu např. přímočarém, rovinném, křivočarém • Parametrický popis, zavedení polohového vektoru kartézské souřadnice
x = x(t ) y = y (t ) z = z (t )
cylindrické souřadnice
ρ = ρ (t ) ϕ = ϕ (t ) z = z (t )
sférické souřadnice
r = r (t ) ϑ = ϑ (t ) ϕ = ϕ (t )
Příklady parametricky popsaných pohybů
Polohový vektor
Trajektorie pohybu • Soubor bodů, kterými prochází HB při svém pohybu se nazývá trajektorie pohybu HB
• Délka trajektorie ∆s mezi body A a B se nazývá dráha hmotného bodu
Rychlost • Průměrná
• Okamžitá
Zrychlení • Průměrné
• Okamžité
Oskulační kružnice
Tečné a normálové zrychlení
Příklady pohybů a jejich klasifikace • Pohyb • Přímočarý – pohyb po přímce • Křivočarý – pohyb, který se neděje po přímce • Rovnoměrný – je takový pohyb, kdy je rychlost konstantní • Nerovnoměrný – pohyb, kdy není rychlost konstantní
Příklady pohybů • Rovnoměrný přímočarý pohyb
Příklady pohybů • Nerovnoměrný (zrychlený/zpomalený) přímočarý pohyb – děje se při pohybu po přímce, ale rychlost již není konstantní, zrychlení je nenulové a míří ve směru pohybu
Příklady pohybů • Křivočaré pohyby – neznámější je rovnoměrný pohyb po kružnici
Příklady pohybů • Rychlost
• Zrychlení
Pohyb po kružnici
Charakteristiky některých pohybů
