Sylabus přednášky MECHANIKA A AKUSTIKA
Přednášející: prof. RNDr. Jiří Bajer, CSc.
Vedoucí cvičení: Ph.D., Mgr. Ladislav Mišta, Ph.D., Mgr. Miroslav Gavenda
Zařazení do studijního programu: 1. roč. zimní semestr AFYZ, OPT, OFMF
Rozsah výuky a způsob ukončení: 6/2, zápočet + zkouška, počet kreditů 8
Náplň přednášky:
1. Úvod do fyziky: obsah a metody fyziky, hmota a pole, fyzikální veličina a jednotka, fyzikální zákony a rovnice, zákonná soustava jednotek SI, základní jednotky SI, rozměrová analýza, geometrie, čas, kalendář, délka, plošný obsah, objem, rovinný úhel, prostorový úhel, hmotnost, váha a tíha, látkové množství, hustota, vektorová algebra (2)
2. Kinematika: hmotný bod a tuhé těleso, poloha, pohyb, vztažná soustava, souřadná soustava, relativnost pohybu, rychlost, zrychlení, rovnoměrný pohyb, rovnoměrně zrychlený pohyb, obecný pohyb, tíhové zrychlení, volný pád, šikmý vrh, pohyb bodu po kružnici, úhlová rychlost, úhlové zrychlení, dostředivé zrychlení, normálové a tečné zrychlení, kinematika tuhého tělesa, pohyb translační, rotační a valivý, skládání pohybů (2)
3. Statika: síla, silová přímka, skládání sil, silová výslednice, dvojice sil, moment síly, podmínka statické rovnováhy, jednoduché stroje, těžiště a tíha, Guldinovy věty, rovnováha stálá, vratká a volná (2)
4. Dynamika hmotného bodu: pohybové zákony, síly v mechanice, tíhová síla, síla pružnosti, tření a odpor prostředí, impulz a hybnost, reaktivní pohon, pohyb v poli centrální síly, mechanická práce, výkon, účinnost, kinetická energie, potenciální energie, konzervativní silové pole, zákony zachování, energie a pohyb (2)
5. Relativita pohybu, setrvačné síly a mechanika soustavy hmotných bodů: inerciální vztažné soustavy, absolutní pohyb, princip relativity, neinerciální vztažné soustavy, setrvačné síly, odstředivá síla, Coriolisova síla, Machův princip; první a druhá věta impulzová, hmotný střed, zákony zachování (2)
6. Dynamika tuhého tělesa: moment setrvačnosti, Steinerova věta, rotace kolem pevné osy, pohybová rovnice, silové reakce při rotaci, deviační momenty, moment hybnosti a energie setrvačníku, hlavní osy a hlavní momenty setrvačnosti, Eulerovy rovnice, volný a těžký setrvačník, aplikace setrvačníku (2)
7. Srážky a rázy: zákony zachování, srážky částic, srážka dokonale pružná a srážka nedokonale pružná, součinitel odrazivosti, šikmá srážka, rozpad částic, rázy těles, střed rázu, hladký a drsný ráz, mechanika kulečníku (1)
8. Gravitace a sluneční soustava: hvězdy a planety na obloze, geocentrismus a heliocentrismus, pohyb planet, Keplerovy zákony, gravitační zákon, gravitační pole, intenzita a potenciál, energie gravitačního pole, Gaussova věta, problém dvou těles, umělé satelity, kosmické rychlosti, problém tří těles, Lagrangeovy body, slapy, příliv a odliv, geoid, Rocheho mez (3)
9. Mechanika pevných látek: pružnost a pevnost, mechanické napětí, tlak, napěťový diagram, Hookův zákon, pevnost tlakových nádob, pevnost a pružnost v ohybu, pevnost ve vzpěru, pružnost a pevnost ve smyku a torzi, tenzor napětí a tenzor deformace (1)
10. Mechanika kapalin a plynů: tlak, Pascalův zákon, hydrostatický tlak, vztlaková síla, plyny, atmosférický tlak, barometrická formule, standartní atmosféra, proudění kapalin a plynů, rovnice kontinuity, Bernoulliho rovnice, stlačitelná tekutina, adiabatické proudění, Saint-Venantova rovnice, viskózní kapaliny, laminární a turbulentní proudění, odpor a aerodynamický vztlak, Magnusův jev, Eulerova rovnice, Navier-Stokesova rovnice (3)
11. Mechanické kmity: obecné kmity, vratná síla, harmonické kmity, amplituda, fáze, frekvence, rovnice kmitání, kmity na pružině, torzní kmity, matematické kyvadlo, fyzické kyvadlo, reverzní kyvadlo, tlumené kmity, nucené kmity, rezonance, parametrické oscilace, skládání harmonických kmitů, Fourierovská analýza, Lissajoussovy obrazce, sférické kyvadlo, kónické kyvadlo, Foucaultovo kyvadlo, spřažené oscilátory, lineární řada oscilátorů, přechod k vlnové rovnici (2)
12. Vlnění a akustika: postupná vlna, odraz vlny, příčné vlnění, podélné vlnění, Huygensův princip, zákon odrazu, zákon lomu, ohyb vlnění, vlnová rovnice, rovnice struny, rezonátor, skládání vlnění, harmonická vlnění, vlnová délka, vlnový vektor, stojaté vlnění, rezonátor, módy, Chladniho obrazce, rychlost zvuku v plynech, kapalinách a pružných tělesech, disperze, fázová a grupová rychlost, rozdělení zvuků, hudební zdroje zvuku, souzvuk, akustická intenzita, hladina akustické intenzity, hlasitost zvuku, fyziologie lidského ucha, Dopplerův jev, ultrazvuk (2)
Doporučená literatura:
J. Bajer: Mechanika 1-3, chlup.net Olomouc 2007-2012