Osnova předmětu Fyzika pro Fakultu dopravní, 3. semestr, 2+2, platná pro akademický rok 2024/2025

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.
• Silová pole: Typy silových polí. Intenzita a potenciál silového pole. Newtonův gravitační zákon, mechanická práce, mechanická energie a její zachování.
• Oscilace hmotného bodu: Harmonický pohyb a jeho charakteristiky. Mechanická energie. Tlumené kmity. Vynucené kmity, resonance.
• Tuhé těleso. Hmotný střed, těžiště. 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. Klasifikace srážek.
• 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. 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. 1. zákon termodynamiky. Tepelná kapacita. Přenos tepla (kondukce, konvekce, radiace). Hoření, výhřevnost. Kvazistatické děje v plynech. Tepelný stroj, účinnost tepelného stroje, 2. zákon termodynamiky, Carnotův cyklus, 3 zákon termodynamiky. Skupenství a jeho změna.
• Úvod do elektrostatiky: elektrostatické pole, intenzita, potenciál. Kondenzátory. Elektrický proud – úvod do problematiky. Základní charakteristiky. Elektrický odpor, elektrické obvody, elektrolýza, akumulátor, baterie.
• Úvod do magnetického a elektromagnetického pole: magnetická indukce, zdroje magnetického pole, silové působení magnetického pole na vodič s proudem, magnetický indukčí tok, Faradayův zákon elektromagnetické indukce.

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