Doc. RNDr. Vítězslav Vydra, CSc.   ( Katedra fyziky Fakulty Stavební ČVUT )
[ Zápočet | Plán práce | Konzultace | Literatura ke studiu ]

Fyzikální seminář (102XFS)

Aktuální informace pro distanční výuku v roce 2021

Komunikace a online výuka se odehrává v Týmsech a v Moodlu. Pokud nemáte přístup do příslušných skupin kontaktujte mne mejlem nebo v Týmsech, pošlu vám kód pro přihlášení.

(Do Teamsů je možné se přihlásit jako do KOSu,  přihlašovací jméno do Microsoftu uveďte SSOusername@cvut.cz)

Pozor - změna rozvrhu!

Po dobu distanční výuky je úterní hodina od 16:00 přesunuta na středu od 12:00.
Výuka tedy probíhá v těchto termínech:

• Út 18:00 až 19:50
• St 12:00 až 13:50
• Čt 17:00 až 18:50

Můžete se bez domluvy účastnit distanční výuky v Týmsech v kterémkoliv z těchto termínů, bez ohledu na to, do které rozvrhové skupiny patříte. Tým je pro všechny skupiny společný.

Náplň semináře

Nečekejte, prosím, že budu předvádět, jak se řeší jednotlivé příklady. V době internetu to nemá smysl - existuje spousta skvělých online zdrojů tohoto typu, jak externích (viz níže v plánu práce), tak z produkce naší katedry. Na seminář byste měli chodit poté, co si tyto doporučené materiály prostudujete - seminář slouží k praktickému ověření, že látce rozumíte a k vyjasnění nejasností.
Cílem semináře není naučit se vypočítat deset vzorových příkladů (s tím, že pak nedokážete spočítat jedenáctý...), ale porozumět několika základním principům. Když porozumíte principům, zjistíte najednou, že i obtížný příklad je vlastně úplně jednoduchý (pokud vám ovšem na jeho řešení stačí znalosti z matematiky). A hlavně - principy se mnohem lépe pamatují, studium fyziky tak nebude jen ztracený čas...

Plán práce + doporučené externí zdroje k samostudiu

Uvedená videa jsou na středoškolské úrovni - jsou tedy vhodná zejména pro ty, kterým chybí základy ze střední školy.

• Kinematika
• • Teorie: videa
  • • První video do 6:30, ale možno celé.
    • Druhé video jen do času 7:30, pak jsou tam blbosti, tak to neberte moc vážně.
    • Třetí video možno celé, jsou tam jen drobné chyby.
    • Čtvrté video celé, je výborné.
    • Páté video celé, je výborné.
    • Šesté video celé, je výborné.
    • Sedmé video celé.
    • Osmé video celé, ale trochu s rezervou.
  • Řešené příklady:
  • • Grafické znázornění pohybu,
    • pohyb řešený numericky,
    • svislý vrh vzhůru,
    • svislý vrh vzhůru,
    • zrychlený pohyb po kružnici,
    • rovnoměrný pohyb po kružnici,
    • zrychlený pohyb po kružnici
• Dynamika
• • Teorie: videa
  • • První video - skládání a rozklad sil - celé.
    • Druhé video - N.Z. celé.
    • Třetí video - třecí síly, celé.
    • Čtvrté video - nakloněná rovina - celé, je výborné.
    • Páté video - hybnost - je zbytečně složité, ale možno celé.
  • Řešené příklady: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9
• Práce, energie, výkon
• • Teorie: Videa
  • • První a druhé video celé, jsou výborné.
    • Třetí video celé - ale tu ekvilibristiku s mínus jedničkou neberte vážně;).
    • Třetí a čtvrté video celé, jsou výborné.
  • Řešené příklady: 1, 2, 3, 4, 5
• Gravitace, pole
• • Teorie: Gravitace - vynechte Keplerovy zákony a pohyb v centrálním gravitačním poli (to je vysvětleno chybně)
  • Řešené příklady: 1, 2, 3, 4
• Kmitání, vlnění
• • Teorie: Kmitání - videa
  • Řešené příklady:1 + příklady 5.01 - 5.03 ve skriptech Drchalové
• Pružnost a teplotní roztažnost
• • Teorie: teplotní roztažnost, pružnost
  • Řešené příklady: 1, 2, 3, 4
• Vedení tepla, kalorimetrie
• • Teorie: Vedení tepla - první dvě videa, kalorimetrie - 1., 3. a 4. video
  • Řešené příklady: 1, 2, 3, 4
• Hydromechanika
• • Teorie: Kapaliny - kromě odporové síly
  • Řešené příklady: 1, 2, 3, 4, 5

Průběžné testy a zápočtová písemka

Testy zadané v Moodlu slouží hlavně pro vás pro kontrolu znalostí a také pro mne jako forma kontroly aktivní účasti na výuce. Nicméně vyžaduji 50 %-ní splnění testů do příštího semináře a 90 %-ní před koncem semestru. Na konci semestru bude zápočtový souhrnný test z celé výuky. Tento test bude známkován a nahrazuje písemnou část zkoušky z fyziky.

Pro distanční studium doporučuju zejména tyto online zdroje (pokud vám přednášející nedoporučil jiné)

1. Fyzika profesora Dema a další skripta a videa z produkce katedry fyziky jsou v Moodlu
2. reseneulohy.cz (skvěle řešené příklady)
3. Skvělá a srozumitelná videa na OnlineSchool.cz (teorie a jednoduché příklady nejen pro ty, co nemají základy ze střední školy) - doporučená videa jsou v plánu práce výše.
4. Úžasná videa a testy znalostí najdete na Khan Academy (anglicky)
5. http://webfyzika.fsv.cvut.cz/ (teorie i příklady pro trochu pokročilejší)
6. Mechanika - přednášky na FJFI ČVUT (pro náročnější)

-------- Konec aktuálních informací, zbytek se týká jen kontaktní výuky ----------------

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 pokud možno tuto strukturu:

1. Uveďte ze kterých zákonů, předpokladů a vztahů při řešení vycházíte,
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, …
3. úlohu obecně vyřešte,
4. do výsledku dosaďte číselné hodnoty a uveďte správné jednotky.

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:

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

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

1. Mechanika - přednášky na FJFI ČVUT (!)
2. http://webfyzika.fsv.cvut.cz/
3. 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).
4. Kapičková O., Vodák F.: Fyzika I (mechanika) - skripta; knihovna FSv
5. Kapičková O., Vodák F.: Fyzika III (termodynamika) - skripta; knihovna FSv
6. Feynman: Feynmanovy přednášky 1/3 (mechanika); knihovna FSv
7. Horák Z., Krupka F.: Fyzika , SNTL Praha 1981 (mechanika, termodynamika); knihovna FSv
8. Hyperphysics:    http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/hframe.html (anglicky)
9. 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.