Politechnika
Warszawska

Katalog
ECTS

Nazwa przedmiotu:

Fizyka I - Odkrycia, które zmieniły oblicze fizyki

Koordynator przedmiotu:

dr inż. Urszula Laudyn

Status przedmiotu:

Fakultatywny ograniczonego wyboru

Poziom kształcenia:

Studia I stopnia

Program:

Budownictwo

Grupa przedmiotów:

Przedmioty do wyboru

Kod przedmiotu:

1050-BU000-ISP-9056

Semestr nominalny:

2 / rok ak. 2021/2022

Liczba punktów ECTS:

3

Liczba godzin pracy studenta związanych z osiągnięciem efektów uczenia się:

Razem 75 godz. = 3 ECTS: wykłady 30 godz., praca własna 40 godz., konsultacje przed egzaminem 5 godz.

Liczba punktów ECTS na zajęciach wymagających bezpośredniego udziału nauczycieli akademickich:

Razem 37 godz. = 1,5 ECTS: wykłady 30 godz., konsultacje przed egzaminem 5 godz., egzamin 2 godz.

Język prowadzenia zajęć:

polski

Liczba punktów ECTS, którą student uzyskuje w ramach zajęć o charakterze praktycznym:

0 ECTS

Formy zajęć i ich wymiar w semestrze:

• Wykład30h
• Ćwiczenia0h
• Laboratorium0h
• Projekt0h
• Lekcje komputerowe0h

Wymagania wstępne:

Matura z fizyki na poziomie podstawowym.

Limit liczby studentów:

brak

Cel przedmiotu:

Zapoznanie studentów z przełomowymi osiągnięciami i odkryciami w fizyce, które zmieniły jej oblicze. Przybliżenie studentom najważniejszych osiągnięć nauki w dziedzinie fizyki i ich wpływ na otaczający świat.

Treści kształcenia:

1) Początki fizyki – geometria Euklidesa i podstawy statyki ciał sztywnych. Rola matematyki w badaniach natury; Euklides – zasada prostoliniowego rozchodzenia się światła oraz prawo odbicia światła: pierwsze odkryte prawo fizyki; Astronomia Kopernikowska – Ziemia nie jest środkiem wszechświata; Kepler i prawa ruchu planet; Galileusz – inercja. 2) Czym w fizyce jest całka a czym pochodna: a) Pochodna jako poszukiwanie przyczyny przy znanych skutkach, b) Całka jako poszukiwanie skutku działania pewnej zmiennej, c) Przykłady, d) Dlaczego całek i pochodnych nie należy się bać i dlaczego nie są takie straszne. 3) Fizyka klasyczna XIXw. a) Fizyka Newtonowska – prawa rządzące światem, rachunek różniczkowy, początki optyki, wszechświat jako mechanizm działający zgodnie ze ściśle określonymi regułami. Wyjaśnienie praw Keplera: Prawo powszechnego ciążenia; mechanika newtonowska; zasady dynamiki i prawo powszechnego ciążenia, zasady zachowania masy, pędu, wyjaśnienie ruchu ciał ważkich, „zastosowania” w życiu codziennym, dlaczego pociąg się nie wykoleja na zakrętach. b) Elektromagnetyzm; Faraday i Maxwell –pojęcie pola elektromagnetycznego, do opisu natury nie wystarcza pojęcie cząstek, należy uwzględnić istnienie ciągłych pól przenikających przestrzeń, które są równie realne jak cząstki. Pola elektryczne i magnetyczne tworzą pole elektromagnetyczne i zachowanie światła rozważa się przyjmując, że światło to rozchodzące się w przestrzeni oscylacje tego pola, Lorentz: „odkrycie elektronu”. c) Mechanika płynów. d) Teoria chaosu i przejście do termodynamiki: i) oddziaływania międzycząsteczkowe, ii) Boltzman: mechaniczne podstawy zasad termodynamiki, makroskopowe własności materii wyjaśniane w ramach kinetyczno-molekularnych teorii gazów, cieczy i ciał stałych; iii) energia wewnętrzna, iv) gaz doskonały v) praca i ciepło, vi) entropia. e) Kelvin: skala temperatury, identyfikacja zera bezwzględnego, definicja skali Kelvina, wyniki doświadczeń. 4) Fizyka na przełomie XIX i XXw. a) Elektryczność: Thomas Eddison i Nikola Tesla: i) Czym jest prąd i kto go wynalazł: William Gilbert i Stephen Gray, Benjamin Franklin, ii) Ładunek elektryczny i konsekwencje jego istnienia, iii) Odkrycie Thomasa Eddisona i Nikola Tesli, iv) Czym różni się prąd stały od przemiennego, v) Silnik elektryczny, vi) Cewka Tesli, vii) Początki radiotechniki i zdalnego sterowania. b) Narodziny fizyki kwantowej, podstawy doświadczalne: Max Planck, Einstein, Bohr, Heisenberg, Schroedinger, Dirac, Feynman: wprowadzenie, zasadnicze koncepcje nowej teorii, zmiana postrzegania, zmiana wyjaśnienia wielu zjawisk, nowe słownictwo, jak mechanika kwantowa wpłynęła na otaczający świat (zachęcenie do słuchania). c) Atom i jego budowa: i) Odkrycie elektronu. ii) Ewolucja modelu atomowego: model Thomsona, Rutheforda, Bohra. iii) Postulaty Bohra i ich znaczenie. iv) Pochłanianie energii oraz emisja promieniowania zgodnie z modelem Bohra. v) Jądro atomowe w stanie trwałym i wzbudzonym. vi) Rozpad jądra atomowego. d) Einstein i jego 5 przełomowych prac; Konsekwencje i kolejne odkrycia; podział prac na: rozwinięcia i modyfikacje dwóch teorii fizycznych XIXw: mechaniki klasycznej i elektrodynamiki Maxwella: i) 2 prace o ruchach Browna (rozwinięcie i udoskonalenie klasycznego, mechanicznego podejścia), ii) 2 prace o szczególnej teorii względności (rozwinięcie i udoskonalenie teorii Maxwella przez wprowadzenie zmian w podstawach mechaniki klasycznej, tak aby uniknąć sprzeczności między mechaniką a elektrodynamiką); iii) praca o hipotezie kwantu światła i hipoteza o ziarnistej strukturze światła. e) Efekt fotoelektryczny i nawiązanie do budowy atomu (podział na efekt wewnętrzny i zewnętrzny); efekt Comptona i dualizm korpuskularno-falowy. f) Podstawowe pojęcia szczególnej i ogólnej teorii względności. i) Podstawy fizyki relatywistycznej (prędkość i masa relatywistyczna) – nieprzekraczalność prędkości światła. ii) Energia spoczynkowa. iii) Dylatacja czasu a działanie GPS’u. iv) Paradoksy fizyki relatywistycznej. g) Promieniotwórczość. i) Promieniowanie X – Roentgen, odkrycie i wykorzystanie. ii) Lorentz, Zeeman (przełom XiX i XXw), iii) M. Curie Skłodowska. h) Albert Michelson. i) Interferometr Michelsona. ii) Pomiar prędkości światła i bark jej zależności od ruchu obrotowego Ziemi. iii) Nieudane potwierdzenie istnienia hipotetycznego eteru (może związek z podstawami teorii względności) – doświadczenie Michelsona-Morleya. iv) Pomiar długości fali E-M metodą interferencyjną. v) Dokonania w dziedzinie spektroskopii. 5) Fizyka XX w. a) Co osiągnęliśmy dzięki odkryciom mechaniki kwantowej, jak mechanika kwantowa zmieniła świat. b) Lasery – odkrycie, rodzaje, zastosowanie. i) Światło laserowe: rozbieżność wiązki, monochromatyczność, moc, gęstość mocy i luminacja, spójność, właściwości statystyczne. ii) Absorpcja i emisja światła – podstawa działania laserów, wzbudzanie ośrodka, emisja spotnaniczna, emisja wymuszona. iii) Rezonatory optyczne – mody podłużne i porzeczne w rezonatorze, rezonator Fabry-Perota. iv) Akcja lasera – próg akcji laserowej, gęstość fotonów we wnęce. v) Lasery impulsowe, między innymi. (1) Impulsy femtosekundowe – generacja impulsów femtosekundowych. (2) Impulsy attosekundowe – generacja impulsów attosekundowych, generacja wyższych harmonicznych. vi) Rodzaje laserów: gazowe, barwnikowe, na ciele stałym, półprzewodnikowe, na swobodnych elektronach: podstawy działania, różnice i zastosowania. vii) Diody laserowe a lasery: różnice i podobieństwa, zastosowania. viii) Od impulsów femtosekundowych do teraherzy. ix) Zastosowanie laserów w technice i medycynie, zastosowania militarne. c) Teoria wielkiego wybuchu, model standardowy. d) Fizyka jądrowa: i) fizyka cząstek elementarnych, ii) antymateria, iii) kwarki, iv) eksperyment LHC, wielki zderzacz hadronów, eksperyment ALICE. 6) Fizyka XXI w. a) Fale grawitacyjne, b) Bozon Higgsa, c) Odkrycia i wyzwania fizyki XXIw, d) Grafen, e) Kierunki rozwoju, badania na pograniczu dziedzin (Odnawialne źródła energii, fotowoltaika).

Metody oceny:

Egzamin pisemny – zestaw pytań udostępniony studentom, test.

Egzamin:

tak

Literatura:

[1] D. Halliday, R. Resnick, J. Walker, Podstawy fizyki, PWN 2005; [2] H. D. Young, R. A. Freedman, University Physics with modern physics, Pearson International Edition; [3] D. Lincoln, Kwantowa granica, Prószyski i Spółka, 2009; [4] „Fizyka dla szkół wyższych” openstax.pl

Witryna www przedmiotu:

Uwagi:

Efekty uczenia się

Profil ogólnoakademicki - wiedza

Charakterystyka W1

Ma wiedzę z matematyki i fizyki, która umożliwia opis i rozumienie podstawowych zjawisk z obszaru budownictwa.
Weryfikacja: Egzamin.
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K1_W01
Powiązane charakterystyki obszarowe: P6U_W, I.P6S_WG.o

Profil ogólnoakademicki - umiejętności

Charakterystyka U1

Potrafi wykorzystywać poznane metody matematyczne (algebry i analizy matematycznej) do analizy podstawowych zagadnień fizycznych i technicznych, umie posługiwać się regułami logiki matematycznej oraz stosować metody numeryczne w obliczeniach inżynierskich.
Weryfikacja: Egzamin.
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K1_U12
Powiązane charakterystyki obszarowe: P6U_U, I.P6S_UW.o, III.P6S_UW.o

Charakterystyka U2

Potrafi opisać zjawisko, wykonać i zinterpretować wyniki prostego eksperymentu. Potrafi przeprowadzić podstawowe badania w celu identyfikacji lub oceny materiału budowlanego" i sposób jego weryfikacji.
Weryfikacja: Egzamin.
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K1_U12
Powiązane charakterystyki obszarowe: P6U_U, I.P6S_UW.o, III.P6S_UW.o

Profil ogólnoakademicki - kompetencje społeczne

Charakterystyka K1

Rozumie znaczenie odpowiedzialności w działalności inżynierskiej, w tym gotów do rzetelnego przedstawiania wyników swoich prac i ich interpretacji.
Weryfikacja: Egzamin.
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K1_K01
Powiązane charakterystyki obszarowe: P6U_K, I.P6S_KR