Detail předmětu

Fyzika 2

FEKT-BPC-FY2BAk. rok: 2024/2025

Předmět Fyzika 2 navazuje na předmět Fyzika 1, se kterým tvoří dohromady dvousemestrový základní kurz fyziky se zaměřením na oblasti využitelné ve zvukové technice. V rámci tohoto předmětu jso již důsledně využívány všechny potřebné partie vyšší matematiky, především pak diferenciální a integrální počet. V první části předmětu Fyzika 2 jsou prohloubeny znalosti studentů z oblasti mechaniky hmotného bodu, pozornost je věnována sestavování a řešení pohybových rovnic. Oblast mechaniky je také rozšířena o soustavu hmotných bodů a tuhé těleso, je nastíněna i problematika tření a obtékání těles. Následují vlastnosti pevných látek. Značná pozornost je dále věnována vlnové rovnici a různým typům jejího řešení, také vlastnostem zvukových vln a principu základních typů hudebních nástrojů. Poslední část se zabývá prohloubením znalostí z oblasti elektromagnetismu včetně formulace Maxwellových rovnic a vybraných poznatků z oblasti elektromagnetických vln.

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

6

Garant předmětu

prof. Ing. Pavel Koktavý, CSc. Ph.D.

Zajišťuje ústav

Ústav fyziky (UFYZ)

Vstupní znalosti

Student, který si zapíše předmět, by měl mít znalosti na úrovni absolventa předmětu Fyzika 1. Práce v laboratoři je podmíněna platnou kvalifikací „osoby poučené“, kterou musí studenti získat před zahájením výuky. Informace k této kvalifikaci jsou uvedeny ve Směrnici děkana Seznámení studentů s bezpečnostními předpisy.Práce v laboratoři je podmíněna platnou kvalifikací „osoby poučené“, kterou musí studenti získat před zahájením výuky. Informace k této kvalifikaci jsou uvedeny ve Směrnici děkana Seznámení studentů s bezpečnostními předpisy.

Pravidla hodnocení a ukončení předmětu

Hodnocení studia je založeno na bodovacím systému. Celkové maximální hodnocení předmětu je 100 bodů.
Student získá až:
- 20 bodů za laboratorní cvičení (4 protokoly a 1 test),
- 10 bodů za počítačové cvičení,
- 10 bodů za samostatné semestrální práce,
- 60 bodů za zkoušku (písemná část 40 bodů a ústní část 20 bodů).
Pro postup do ústní části je nutné získat v písemné části alespoň 15 bodů.
Pro úspěšné složení zkoušky je nutné získat z ústní části alespoň 5 bodů.
Podmínkou úspěšného ukončení předmětu je získání zápočtu a vykonání závěrečné zkoušky. Celkový dosažený počet bodů pro absolvování předmětu musí být minimálně 50. 

Laboratorní výuka a počítačová cvičení jsou povinné, řádně omluvené zmeškané laboratorní nebo počítačové cvičení lze po domluvě s vyučujícím nahradit.
Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění stanoví každoročně aktualizovaná vyhláška garanta předmětu. 

Učební cíle

Předmět Fyzika 2 navazuje na předmět Fyzika 1. Cílem tohoto předmětu je poskytnout studentům jasný a logický výklad dalších navazujících fyzikálních pojmů a zákonů se zaměřením na oblasti využitelné ve zvukové technice. Jedná se především o mechaniku těles, vlastnosti pevných látek, kmity, vlny, elektrické a magnetické pole, elektromagentické vlny. Porozumění těmto pojmům a zákonům bude posíleno pomocí širokého spektra zajímavých aplikací. Praktické ověření získaných poznatků proběhne v laboratorním cvičení.
Absolvent předmětu je schopen:
- využívat diferenciální a integrální počet ve fyzice, počítat střední a efektivní hodnoty časově proměnných veličin,
- sestavit diferenciální pohybové rovnice pro translační a rotační pohyb a využít je při řešení pohybu hmotného bodu a tuhého tělesa,
- počítat práce, energie a výkony při obecných složených pohybech,
- využívat při řešení úloh vlnovou rovnici,
- vypočítat rychlost tělesa na základě Dopplerova jevu,
- s využitím Gaussova zákona vypočítat elektrické pole v okolí elektricky nabitého tělesa,
- s využitím Ampérova zákona a Biotova-Savartova-Laplaceova zákona vypočítat magnetické pole v okolí vodiče s proudem,
- s využitím Faradayova zákona elektromagnetické indukce vypočítat indukované elektrické pole,
- popsat a vysvětlit vznik a šíření elektromagnetických vln. 

Základní literatura

HALLIDAY, D.; RESNICK, R.; WALKER, J. Fyzika. Vysoké učení technické v Brně, Vutium, Prometheus Praha, 2000, 2003, 2006. (CS)
FYZIKA 2. Studijní materiály k přednáškám, cvičením a laboratornímu cvičení. Stránka předmětu na eLearningu VUT. (CS)
SYROVÝ, Václav. Hudební akustika. Akademie mmúzických umění, Praha, 2003, 2008. (CS)

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program BPC-AUD bakalářský

    specializace AUDB-ZVUK , 1. ročník, letní semestr, povinný
    specializace AUDB-TECH , 1. ročník, letní semestr, povinný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

prof. Ing. Pavel Koktavý, CSc. Ph.D.

Osnova

1. Diferenciální a integrální počet ve fyzice, vektorová analýza, střední a efektivní hodnoty, komplexní čísla. Kinematika hmotného bodu. Polohový vektor, okamžitá rychlost a zrychlení, délka dráhy, obecné přímočaré a křivočaré pohyby a jejich řešení, parametrické rovnice a obecná rovnice trajektorie. 2. Dynamika hmotného bodu. Inerciální a neinerciální soustavy, pohybová rovnice a její řešení, obecná definice práce, okamžitý a střední výkon, obecný výpočet potenciální energie, nárazové síly, impulz síly. 3. Soustava hmotných bodů a tuhé těleso. Těžiště, impulzové věty, kinetická energie, moment setrvačnosti, tření. 4. Tekutiny. Rovnice kontinuity, Eulerova rovnice, obtékání těles, Stokesův zákon, Newtonův vztah, stavová rovnice plynů, adiabatický děj. 5. Pevné látky. Krystalické a amorfní látky, krystalová mřížka, deformace pevného tělesa, poruchy, teplotní roztažnost. 6. Kmity. Pohybová rovnice pro vlastní, tlumené a složené kmitavé pohyby a její řešení, kyvadla. 7. Vlny. Vlnová rovnice a její řešení, vlnoplocha a paprsek, energie a výkon vlny. Šíření vln v pevných látkách, vlastní kmity na struně a desce. Kapaliny a plyny, podélné vlnění v kapalinách a plynech. 8. Zvukové vlny. Základní veličiny, rychlost šíření zvuku, energetické veličiny, hladiny, zvukové vlnění na překážce, vlastní kmity v trubici, Dopplerův jev. 9. Principy hudebních nástrojů. Strunné, dechové a bicí nástroje. 10. Elektrické pole. Výpočet intenzity a potenciálu v okolí nabitého tělesa, tok intenzity elektrického pole plochou, Gausův zákon elektrostatiky, výpočet kapacity kondenzátorů, energie elektrického pole, RC obvod. 11. Magnetické pole. Síla působící na obecný vodič, Biotův-Savartův-Laplaceův zákon, Ampérův zákon celkového proudu, Gaussův zákon pro magnetické pole. 12. Elektromagnetická indukce, magnetický indukční tok, Faradayův zákon elektromagnetické indukce, Lenzův zákon, vlastní a vzájemná indukčnost, energie magnetického pole, LC obvod, magnetoelektrická indukce, Maxwellovy rovnice v integrálním tvaru. 13. Elektromagnetické vlny. Vlnová rovnice, postupná elektromagnetická vlna, odraz, lom, úplný odraz, polarizace, difrakce, interference, přenos energie, tlak záření, Dopplerův jev, vznik a šíření elektromagnetických vln.

Cvičení na počítači

26 hod., povinná

Vyučující / Lektor

prof. Ing. Pavel Koktavý, CSc. Ph.D.

Osnova

V počítačovém cvičení probíhá řešení vybraných úloh s podporou PC. 1. Diferenciální a integrální počet ve fyzice, vektorová analýza. 2. Kinematika s využitím diferenciálního a integrálního počtu. 3. Dynamika hmotného bodu s využitím diferenciálního a integrálního počtu. 4. Dynamika soustavy hmotných bodů a tuhého tělesa. 5. Kmity s využitím diferenciálního a integrálního počtu. 6. Vlny. 7. Zvukové vlny, Dopplerův jev. 8. Elektrické pole, intenzita a potenciál. 9. Elektrické pole, Gaussův zákon elektrostatiky. 10. Magnetické pole, Biotův-Savartův-Laplaceův zákon, Ampérův zákon celkového proudu, Faradayův zákon elektromagnetické indukce. 11. Maxwellovy rovnice, Elektromagnetické vlny. 12. Samostatná práce – samostatné řešení zadaných příkladů. 13. Oprava a vyhodnocení samostatné práce.

Laboratorní cvičení

12 hod., povinná

Vyučující / Lektor

prof. Ing. Pavel Koktavý, CSc. Ph.D.

Osnova

V laboratorním cvičení každý student odměří 4 úlohy a odevzdá 4 protokoly. U. Úvodní cvičení J2-1. Měrný náboj elektronu J2-2. Hallův jev J2-3. Studium pohybu těles J2-4. Měření zvuku ZT. Závěrečný test