Doc. RNDr. Vítězslav Vydra, CSc.   ( Katedra fyziky Fakulty Stavební ČVUT )
[ Zápočet | Jak se učit  | Literatura ke studiu | Aktuality, soubory ke stažení ]

Fyzika cvičení (102FY01) a seminář (102XFS)

Zápočet

Podmínkou udělení zápočtu je především úspěšné napsání testu(ů) na početních cvičeních během semestru. Přesnější informace na cvičení.

Zápočtová písemka

Ověřuje vaši schopnost prakticky použít teoretické znalosti získané na přednáškách.

Je proto požadováno obecné a komentované řešení úloh.

Při řešení úloh v testu použijte tuto strukturu:

1. Uveďte ze kterých zákonů, předpokladů a vztahů při řešení vycházíte (5 bodů),
2. konkrétně aplikujte bod 1. na danou úlohu - zaveďte symboly pro zadané hodnoty a pro neznámé veličiny, sestavte rovnice popisující problém, definujte souřadný systém, nakreslete obrázek, … (6 bodů),
3. úlohu obecně vyřešte (5 bodů),
4. do výsledku dosaďte číselné hodnoty (2 body) a uveďte správné jednotky (2 body).

Každý krok řešení je bodově ohodnocen, celkem je možné získat maximálně 20 bodů. V písemce jsou obvykle tři až čtyři příklady, každý má ale jinou váhu, dle obtížnosti.

Příklad řešení úlohy "Kámen padá z výšky 100 m, určete rychlost dopadu na zem, odpor vzduchu zanedbejte.":

1. Pokud zanedbáme odpor vzduchu, platí zákon zachování mechanické energie tj. E _k + E _p = konst.,
2. konkrétně v našem případě souřadnici h a potenciální energii E_p počítáme od povrchu země. Rychlost dopadu označíme v(0), výšku, ze které kámen padá, označíme h_max.
   E _k(h_max) + E _p(h_max) = E_k(0) + E _p(0)
   dále platí E_k = 1/2 mv² a E _p = mgh tedy,
   0 + mgh_max = 1/2 mv² + 0,
3. odtud v(0) = √(2gh_max),
4. po dosazení:  v(0) = √(2ˇ9,81ˇ100) = 44,3 m/s.

Počítejte s tím, že v zadání úloh vůbec nemusí být číselné hodnoty!

Zápočtový test je v LS 2019 proveden jako "Open book test". Povoleno je téměř vše s výjimkou přítele na telefonu - není tedy dovoleno nic, co umožňuje spojení. Na listování v knihách není při testu moc času, doporučuji stručný a všeobsažný oficiální tahák nebo si podobný vyrobte sami.

Nepodceňujte "Open book test"! Dopadá obvykle mnohem hůře, než testy u kterých jsou knihy a taháky zakázány! Test není zaměřen na to, jak si pamatujete vzorečky, ale na to, jak je umíte aplikovat i na relativně nový problém. Zadané úlohy nejsou těžší než úlohy řešené na cvičení, ale jsou jinak formulované a často jdou napříč přednášenou látkou. Typická je třeba tato úloha: http://reseneulohy.cz/490/skluz-telesa-po-povrchu-koule. Taková úloha vyžaduje znalost pohybu tělesa po kružnici (kinematika), znalost 2. Newtonova zákona (dynamika) a znalost zákona zachování mechanické energie (práce, energie).

Požadavky k zápočtu LS 2019
(v závorkách jsou uvedeny typy příkladů z [1])

Kinematika hmotného bodu (1.02 až 1.31, 3.05, 3.06)

• Pohyb rovnoměrně i nerovnoměrně zrychlený
• Výpočet rychlosti derivací polohy podle času
• Výpočet zrychlení derivací rychlosti podle času
• Určení rychlosti jako funkce času integrací zrychlení
• Výpočet polohy jako funkce času integrací rychlosti
• Vrh šikmý
• Pohyb po kružnici, úhlová rychlost, úhlové zrychlení; tečné zrychlení, dostředivé zrychlení

Dynamika hmotného bodu (2.04 až 2.17, 2.20, 2.21, 2.24, 2.26)

• Inerciální vztažné soustavy
• 2. Newtonův zákon
• Zákon akce a reakce
• Normálová síla, tření, odpor vzduchu, tíha
• Výpočet zrychlení v případě, že znám působící sílu (volný pád, vrhy, pohyb po nakloněné rovině)
• Určení výslednice sil v případě, že znám zrychlení tělesa (zejména pohyb po kružnici!)

Dynamika soustavy hmotných bodů (2.06)

• Jednoduché soustavy dvou či více těles pohybujících se společně (dvě tělesa na laně, vagóny vlaku atp.)

Energie (2.28 až 2.34, 3.04, 3.16, 3.17)

• Práce sil, výkon síly
• Zákon zachování energie
• Mechanická energie, zákon zachování
• Potenciální energie, kinetická energie
• Bernoulliova rovnice

Kmitání, oscilace, vlnění (5.01 až 5.03, 5.10 až 5.15, 5.17 až 5.20)

• kmitání - jen harmonický pohyb
• vlnění - jen základní rovnice

Základy mechaniky kontinua (7.1, 7.05, 9.07 až 9.12)

• Elastická deformace, relativní prodloužení, Hookův zákon
• Energie deformace
• Teplotní roztažnost

Termodynamika, kalorimetrie (13.06, 13.07)

• Vedení tepla v pevných látkách (Fourierův zákon)

Hydromechanika (6.05 až 6.10, 6.12, 6.20, 6.22 až 6.25)

• Archimédův zákon
• Bernoulliova rovnice
• Rovnice kontinuity

Požadované znalosti z matematiky

• Znalost základních funkcí - polynomy, harmonické funkce
• Derivace a integrace polynomu a harmonických funkcí (sin a cos)
• Určení integračních konstant z počátečních podmínek
• Řešení soustavy dvou rovnic pro dvě neznámé
• Řešení kvadratických rovnic
• Nalezení extrému funkce
• Algebra - schopnost řešit rovnice, které obsahují jen symboly
• Vektory - sčítání vektorů, rozklad vektoru na složky, skalární součin vektorů

Jak se učit

Pro domácí přípravu doporučuji zejména sbírky úloh, dle seznamu literatury. Vzhledem k charakteru zkoušky je vhodnější průběžné studium. Maximálně využijte početní cvičení: před cvičením si prostudujte zápisky z přednášek, příslušné pasáže z učebnic a  řešené úlohy ze sbírek úloh. Pokuste se úlohy řešit samostatně, poznamenejte si čemu nerozumíte a na cvičení či semináři požádejte asistenta o vysvětlení. Naučte se úlohy řešit důsledně obecně (pomocí symbolů),  zkontrolujte zda je obecný výsledek  smysluplný (velmi účinná a přitom jednoduchá bývá kontrola rozměru (jednotek) výsledku) a teprve pak dosazujte číselné hodnoty. Představte si v duchu řešený problém a zamyslete se nad tím, zda  výsledná číselná hodnota odpovídá zadání. Proveďte si v duchu nebo na papíře řádový odhad výsledku. Při řešení úloh bývá v mnoha případech účinnou pomůckou grafické znázornění situace, grafické znázornění průběhu funkcí atp.

 

Literatura

Sbírky úloh:

1. Drchalová J.: Fyzika - příklady. NTK 5.NP Regál 5B088 a Uložto
2. reseneulohy.cz
3. Novák J.: Fyzikální seminář; NTK 5.NP, regál 5B/089
4. Jackuliak Q.:Zbierka úloh z fyziky I (slovensky)
5. Fyzika v príkladoch:   http://hockicko.utc.sk (slovensky)
6. http://webfyzika.fsv.cvut.cz/
7. Сборник задач по физике (rusky)

Doplňková literatura k přednáškám:
(v závorce je uvedena oblast přednášek, ke které se kniha vztahuje):

5. http://webfyzika.fsv.cvut.cz/
6. D. Halliday, R. Resnick, J. Walker: Fyzika, část 1 ( mechanika ), část 2 ( mechanika, termodynamika ). Je k dispozici v NTK 5.NP, regál 5B/078 a v knihkupectvích (vestibul metra Dejvická).
7. Kapičková O., Vodák F.: Fyzika I ( mechanika ) - skripta; knihovna FSv
8. Kapičková O., Vodák F.: Fyzika III ( termodynamika ) - skripta; knihovna FSv
9. Feynman: Feynmanovy přednášky 1/3 ( mechanika ); knihovna FSv
10. Horák Z., Krupka F.: Fyzika , SNTL Praha 1981 ( mechanika, termodynamika ); knihovna FSv
11. Hyperphysics:    http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/hframe.html (anglicky)
12. Черноуцан: Физика (rusky)

Motto:

Všechno co opravdu potřebuji znát, jsem se naučil v mateřské školce. Robert Fulghum

Nyní motto vysvětlím:

Vše co inženýr opravdu potřebuje znát je ve skutečnosti jen pár, ale opravdu jen pár,  základních zákonů, pravidel, představ a modelů, které se naučí v mateřské školce pro budoucí inženýry - v základním kurzu  fyziky a matematiky. Protože (opět podle Fulghuma): vyberte si kterékoliv z těch pravidel a řekněte to složitými dospělými výrazy a   vztáhněte to na (...) svoji práci a uvidíte, že to platí, je to jasné a sedí to.