Skripta Fyzika 1

České vysoké učení technické v Praze, Fakulta elektrotechnická
Fyzika 1
Dr. Mgr. Petr Koníček
Přepis přednášek z LS 2005/2006
Přepsal Radomír Černoch, cernor1@fel.cvut.cz
Obsah
Úvodní hodina......................................................................................................................................5
Literatura..........................................................................................................................................5
Písemky.......................................................................................................................................5
Upozornění...........................................................................................................................................5
Historický vývoj fyzikálních teorií.......................................................................................................6
Soustavy fyzikálních jednotek..............................................................................................................7
Soustava jednotek SI........................................................................................................................7
Další používané soustavy.................................................................................................................7
Definice vybraných jednotek...........................................................................................................7
Čas...............................................................................................................................................7
Délka...........................................................................................................................................7
Hmotnost.....................................................................................................................................8
Mechanika........................................................................................................................................8
Mechanika............................................................................................................................................9
Hmotný bod.....................................................................................................................................9
Kinematika hmotného bodu.............................................................................................................9
Rychlost .....................................................................................................................................9
Zrychlení ..................................................................................................................................10
Tečné a normálové zrychlení....................................................................................................10
Vektorový popis kruhového popisu..........................................................................................11
Rozklad zrychlení na tečnou a normálovou složku..................................................................13
Základní typy pohybů...............................................................................................................14
Vrhy..........................................................................................................................................16
Dynamika.......................................................................................................................................17
Čtyři základní interakce............................................................................................................17
Newtonovy zákony...................................................................................................................19
Hybnost.....................................................................................................................................19
Newtonovy pohybové rovnice..................................................................................................20
Princip relativity........................................................................................................................20
1. translační pohyb....................................................................................................................20
2. rotační pohyb.........................................................................................................................20
Impuls síly I..............................................................................................................................21
Práce A......................................................................................................................................21
Výkon P.....................................................................................................................................22
Gradient.....................................................................................................................................22
Konzervativní silová pole.........................................................................................................22
Zachování mechanické energie v konzervativních silových polích..........................................23
Nejvýznamnější případy konzervativních polí.........................................................................23
Mechanika soustavy částic.............................................................................................................23
První věta impulsová.................................................................................................................24
Zákon síly.............................................................................................................................24
Celková hybnost...................................................................................................................24
Celková vnitřní síla .............................................................................................................24
Celková vnější síla................................................................................................................24
Zákon zachování hybnosti .......................................................................................................25
Hmotný střed soustavy..............................................................................................................25
Fyzika 1 2 / 65 verze 28.5.2006
Těžišťová soustava souřadnic...................................................................................................25
Pohybová rovnice hmotného středu..........................................................................................26
Rotace........................................................................................................................................26
Moment síly .........................................................................................................................26
Moment hybnosti .................................................................................................................27
Druhá věta impulsová...............................................................................................................27
Výsledný moment síly vnějších sil ..........................................................................................27
Zákon zachování momentu hybnosti........................................................................................28
Kinetická energie soustavy částic.............................................................................................28
Kőnigova věta...........................................................................................................................28
Dynamika tuhého tělesa.................................................................................................................28
Celková vnější síla....................................................................................................................30
Výsledný moment síly..............................................................................................................30
Těžiště.......................................................................................................................................30
Kinetická energie rotujícího tuhého tělesa................................................................................31
Kőnigova věta pro tuhé těleso...................................................................................................32
Moment síly vůči rotační ose - dodělat....................................................................................32
Moment síly vzhledem k ose....................................................................................................33
Moment hybnosti vzhledem k ose ...........................................................................................33
Výpočet pro těleso...................................................................................................................34
Pohybové rovnice pro tuhé těleso.............................................................................................35
Tření..........................................................................................................................................35
...................................................................................................................................................35
Gravitační pole...................................................................................................................................37
Newtonův gravitační zákon...........................................................................................................37
Intenzita gravitačního pole.............................................................................................................37
Potenciální energie v gravitačním poli..........................................................................................38
Úniková rychlost............................................................................................................................38
Nebeská mechanika............................................................................................................................39
Keplerovy zákony..........................................................................................................................39
První keplerův zákon................................................................................................................39
Druhý keplerův zákon...............................................................................................................40
Třetí keplerův zákon.................................................................................................................41
Přesnost Keplerových zákonů...................................................................................................41
Kmitavý pohyb...................................................................................................................................42
Netlumené kmity............................................................................................................................42
Pohybová rovnice.................................................................................................................42
Tlumené kmity...............................................................................................................................43
Pohybová rovnice......................................................................................................................44
Malý útlum................................................................................................................................44
Logaritmický dekrement útlumu pro malý útlum...............................................................45
Kritický útlum ..........................................................................................................................45
Silné útlumy .............................................................................................................................45
Elekřina a magnetismus......................................................................................................................47
Elektrický náboj.............................................................................................................................47
Tři základní vlastnosti elektrické náboje (zákony)...................................................................47
Okolnosti k elektrickému náboji...............................................................................................47
Coulombův zákon..........................................................................................................................47
Princip superpozice...................................................................................................................47
Analogie Coulombova a Newtonova zákona............................................................................48
Fyzika 1 3 / 65 verze 28.5.2006
Vektor intenzity elektrického pole ................................................................................................48
pro soustavu bodových nábojů.................................................................................................48
Siločáry elektrického pole.............................................................................................................48
Průmyslové aplikace elektrostatických interakcí...........................................................................49
Potenciál soustavy bodových nábojů ............................................................................................49
Způsoby popisu elektrického pole............................................................................................50
Práce v elektrostatickém poli.........................................................................................................50
Potenciální energie v elektrostatickém poli..............................................................................50
Elektrické napětí............................................................................................................................50
Spojité rozložení náboje.................................................................................................................51
Gaussův zákon elektrostatiky........................................................................................................52
Tok intenzity elektrostatického pole.........................................................................................52
To samé pro elektřinu...........................................................................................................53
Tok intenzity uzavřenou kulovou plochou...........................................................................53
Gaussův zákon elektrostatiky....................................................................................................53
Použití Gaussova zákona na blescích...................................................................................53
Vodič v elektrostatickém poli........................................................................................................54
Směr elektrické intenzity na povrchu vodiče............................................................................55
Elektrické dipóly............................................................................................................................56
Elektrický dipólový moment.....................................................................................................56
bodového dipólu v bodě ..........................................................................................................57
Silové působení na dipól...........................................................................................................57
Účinek sil a jejich momentů na dipól...................................................................................57
μ-vlnné vlnění...........................................................................................................................58
Dielektrikum ve vnějším elektrickém poli.....................................................................................58
Dielektrika se dělí.....................................................................................................................58
Vázané elektrické náboje...............................................................................................................59
Vektor elektrické polarizace ....................................................................................................59
Tok uzavřenou plochou............................................................................................................60
Úprava Gaussova zákona pro dielektrikum..............................................................................60
Kondenzátor..............................................................................................................................60
Elektrické proudy...........................................................................................................................61
Typy proudů..............................................................................................................................62
Proud kondukční...................................................................................................................62
Konvekční proud..................................................................................................................62
Driftová rychlost ..................................................................................................................62
Polarizační proud v dielektriku............................................................................................62
Magnetizační proud v magnetiku.........................................................................................63
Posuvný proud......................................................................................................................63
Stacionární magnetické pole..........................................................................................................63
Lorenzova síla...........................................................................................................................63
Indukční čáry.............................................................................................................................63
Biotův – Savartův – Lapla