Fyzika I (mechanika a molekulová fyzika NOFY021)

Fyzika I (mechanika a molekulová fyzika NOFY021) Jakub Čížek – katedra fyziky nízkých teplot Tel: 221 912 788 [email protected] http://www.kfnt.mff.cuni.cz

 výuka  Fyzika I (mechanika a molekulová fyzika)

Doporučená literatura: • J. Kvasnica, Mechanika, Academia, Praha 1988 • R.P. Feynman, Feynmanovy přednášky z fyziky 1, Fragment, Praha, 2000 • F. Chmelík: Fyzika I – mechanika, skripta http://material.karlov.mff.cuni.cz/people/hajek/skripta/skripta.pdf • R.Bakule, E.Svoboda : Molekulová fyzika, Academia, Praha 1992

• I.G.Main: Kmity a vlny ve fyzice, Academia, Praha 1990

Mechanika a kontinuum zkouška: • nutnou podmínkou připuštění k ústní zkoušce je získání zápočtu ze cvičení tj úspěšné absolvování 2 písemných testů • tj. - alespoň 21 bodů v součtu z obou testů - za každý k ždý test t t lze l získat í k t maximálně i ál ě 20 bodů b dů - známkování: 20-16 bodů = 1, 15-11 bodů = 2, 10-5 bodů = 3 • celková známka ze zkoušky:

1  z p1  z p 2  2   zu z   3 2  3 zp1, zp2 – známky z písemných testů zu – známka z ústní zkoušky

Fyzika • věda o přírodě (fysis = příroda) • fyzika studuje obecné vlastnosti látek a polí • základním kritériem ve fyzice je experiment y y • oboryy fyziky: - mechanika: (mechané = stroj) studium těles a jejich vzájemného působení - termodynamika: y studium jevů j způsobených p ý chaotickým ý ppohybem y atomů - elektřina a magnetismus, optika: studium elektromagnetického pole a jeho interakce s hmotou - jaderná j d á fyzika: f ik studium t di jevů j ů v atomovém t é jádru jád - částicová fyzika: studium elementárních částic

Fyzika • fyzikální veličiny: míry fyzikálních vlastností:

X = x [X]

• fyzikální zákony: vztahy mezi fyzikálními veličinami • fyzikální zákon platí tak dlouho dokud je v souladu s experimentem • Ockhamova břitva (princip logické úspornosti) • Willian Ockham 1287 - 1347 Pluralitas non est pponenda sine necessitate. (Množství ( se nemá dokládat,, není-li to nezbytné) y ) Pokud nějaká část teorie není pro dosažení výsledků nezbytná, do teorie nepatří.

Mechanika • kinematika: jak se tělesa pohybují (kiné = pohyb) • dynamika: proč se tělesa pohybují (dynamis = síla)

• prostor: trojrozměrné izotropní kontinuum • čas: jednorozměrné kontinuum • tělesa: se nachází v absolutním prostoru a čase a nijak je neovlivňují (Newtonovská klasická fyzika)

Měření vzdáleností - triangulace • obecně:

• triangulace

tg tg hl tg  tg

X

h

 A

• rovnoramenný trojúhelník ( = ):

 l

B

l h  tg 2

Měření vzdáleností - triangulace • paralaxa

Měření vzdáleností - triangulace • paralaxa úhlové jednotky:

d

název

symbol

hodnota

v radiánech

1 stupeň

[o], [deg.]

1/360 kruhu

0.017453 rad

1 minuta

[[`], ], [[arcmin]] 1/60 stupně p 290.89 mrad

1 vteřina

[``], [arcsec] 1/60 minuty 4.8481 rad

Měření vzdáleností - triangulace • paralaxa p [arcsec] – roční paralaxa hvězdy 1 parsec (pc) = taková vzdálenost, že p = 1 arcsec

1 d pc  parc sec 1 pc  1AU = 150  106 km

d

1 AU  3.086 1016 m  3.26 sv. rok tg 1

Proxima Centauri (nejbližší hvězda) d = 1.30 pc = 4.24 sv. rok

Měření vzdáleností - triangulace • paralaxa p [arcsec] – roční paralaxa hvězdy 1 parsec (pc) = taková vzdálenost, že p = 1 arcsec 1 pc = 3.26 sv. rok

1 d pc  parc sec

1AU = 150  106 km

d

Proxima Centauri (nejbližší hvězda) d = 1.30 pc = 4.24 sv. rok satelit Hipparcos (ESA) 1898-1993 měření p až do 0.001 arcsec maximální vzdálenost d = 1000 pc (3260 sv. rok)

Kinematika • hmotný bod: těleso s nekonečně malými rozměry, ale nenulovou hmotností, tj. žádné otáčení, žádná deformace atd. bodová hmotnost • popis i pohybu h b hmotného h t éh bodu b d – tj. tj poloha l h hmotného h t éh bodu b d v závislosti á i l ti na čase č

 • polohový (radius) vektor r

Kartézská soustava souřadnic Pravotočivá

Levotočivá

jednotkové vektory ve směru souřadnicových os

 i  1,0,0   j  0,1,0   k  0,0,1

Kartézská soustava souřadnic

z

 r

y

x

Kartézská soustava souřadnic

směrové kosiny:

 r polohový (radius) vektor     r  x i  y j  z k   x, y , z 

z

x  r cos  y  r cos  z  r cos 

 y j  r

cos   cos   cos   1 2

2

2

 xi

y

 zk

velikost polohového vektoru:

 r  r  x2  y2  z 2 x

Transformace souřadnic – otočení v rovině • kartézská soustava souřadnic: x, y • kartézská soustava otočená kolem osy z: xx’, yy’

x  x cos   y sin  y    x sin   y cos 

y P

 x   cos       y     sin 



 x

sin i   x    cos   y 

X   AX

 cos  A     sin 

sin    cos  

Transformace souřadnic – obecně • původní soustava souřadnic: x1, x2, x3 • nová soustava souřadnic: x1’, x2’ , x3’ 3

xi   aij x j j 1

X   AX • skalár je veličina invariantní při transformaci souřadnic:

S  x   S  x 

• vektor je trojice veličin v = (v1, v2, v3), která se při transformaci souřadnic transformuje 3 jjako souřadnice:

vi   aij v j j 1

Kinematika • hmotný bod: těleso s nekonečně malými rozměry, ale nenulovou hmotností, tj. žádné otáčení, žádná deformace atd. bodová hmotnost • popis i pohybu h b hmotného h t éh bodu b d – tj. tj poloha l h hmotného h t éh bodu b d v závislosti á i l ti na čase č

 • polohový (radius) vektor r • trajektorie: křivka, kterou vytváří koncový bod polohového vektoru





• parametrické t i ké vyjádření jádř í trajektorie t j kt i r  r t  kartézské souřadnice

x  xt  y  y t  z  z t 