Osnova předmětu Fyzika pro Fakultu dopravní, 3. semestr, 2+2, platná pro akademický rok 2025/2026

Předpoklady

• Základy středoškolské fyziky (znalost základních fyzikálních veličin).
• Znalost práce s vektory (sčítání a odčítání vektorů, velikost vektoru, skalární a vektorový součin).
• Ovládání diferenciálního a integrálního počtu jedné proměnné.
• Základy diferenciálního a integrálního počtu více proměnných (parciální derivace, věta Gausse – Ostrogradského, Greenova a Stokesova věta).

Obsah předmětu

• Úvod do studia fyziky: Základní terminologie, matematické repetitorium.

• Kinematika hmotného bodu: Základní charakteristiky pohybu. Základní úlohy kinematiky (pohyb přímočarý a křivočarý, pohyb po kružnici, pohyb rovnoměrný, zrychlený a zpomalený).

• Dynamika hmotného bodu: Pohybový stav a jeho změna. Síla a silová interakce. Newtonovy pohybové zákony. Princip superpozice. Zákon zachování hybnosti. Brzdná dráha.

• Silová pole: Typy silových polí. Intenzita a potenciál silového pole. Newtonův gravitační zákon, mechanická práce, mechanická energie a její zachování. Kosmické rychlosti. Satelity.

• Oscilace hmotného bodu: Harmonický pohyb a jeho charakteristiky. Mechanická energie. Tlumené kmity. Vynucené kmity, resonance.

• Soustava hmotných bodů. Hmotný střed a těžiště. Vnější a vnitřní síly a jejich výslednice. Izolovaná a neizolovaná soustava hmotných bodů. Zákon zachování hybnosti. Klasifikace srážek.

• Tuhé těleso. Translační a rotační pohyb. Moment síly, moment hybnosti. Moment setrvačnosti. I. a II. věta impulsová. Zákon zachování momentu hybnosti. Kinetická energie při translačním a rotačním pohybu.

• Deformace kontinua: Elastická a plastická deformace. Tenzor napětí. Relativní prodloužení. Vektor posunutí. Jednoosé prodloužení, smyková deformace. Hookův zákon a pracovní diagram.

• Vlnění, zvuk: Mechanické vlnění. Příčné a podélné vlny. Vlnová rovnice. Rychlost šíření vln. Základní charakteristiky vlnění. Huygensův princip. Interference a stojaté vlnění. Energie a intenzita vlnění. Zvukové vlny. Ultrazvuk. Infrazvuk. Dopplerův jev. Rázová vlna. Základy akustiky.

• Mechanika tekutin: Ideální a reálné tekutiny. Pascalův zákon. Proudnice a okamžitá rychlost proudění. Objemový a hmotnostní průtok. Rovnice kontinuity. Proudění ideálních tekutin. Bernoulliho rovnice. Statický a dynamický tlak. Hydrodynamické paradoxon. Pitotova trubice.

• Proudění reálných tekutin. Viskozita. Newtonův zákon. Laminární proudění vazké tekutiny. Turbulentní proudění. Reynoldsovo číslo. Obtékání těles.

• Základy termodynamiky a přenosu tepla: Tepelná roztažnost. Termodynamický systém, stavové proměnné, teplota. Termodynamická rovnováha. 0. zákon termodynamiky. Teplo, termodynamická práce, vnitřní energie. Přenos tepla (kondukce, konvekce, radiace). Tepelná kapacita. 1. zákon termodynamiky.

• Kvazistatické děje v plynech. Tepelný stroj, účinnost tepelného stroje, 2. zákon termodynamiky, Carnotův cyklus. Hoření, výhřevnost. Výbušné a raketové motory. 3. zákon termodynamiky. Skupenství a jeho změna.

Dosažené znalosti

• Sestavení (a v některých případech řešení) soustav pohybových rovnic hmotného bodu, tuhého tělesa, kontinua.
• Znalost základních zákonů mechaniky a termodynamiky (Newtonovy pohybové zákony, Newtonův gravitační zákon, 1. a 2. zákon termodynamiky).
• Znalost zákonů zachování hybnosti, momentu hybnosti, energie.
• Znalost tvaru vlnové rovnice a popisu rovinné harmonické vlny.
• Umět správně použít rovnici kontinuity a Bernoulliho rovnici pro různé případy proudící tekutiny.
• Znalost určení změny vnitřní energie, tepla a práce při jednotlivých tepelných procesech v ideálním plynu.

Literatura

Malá, Z., Nováková, D., Vítů, T.: Fyzika I, Vydavatelství ČVUT, Praha 2009 (text je zveřejněn na https://zolotarev.fd.cvut.cz/fy1/ctrl.php?act=show,home,14)
Demo, P.: Fyzika, Vydavatelství ČVUT, Praha 2022
Rozšiřující texty k určité problematice zveřejněné na https://zolotarev.fd.cvut.cz/fy1/ctrl.php?act=show,home,14