UFY/FYZ1, FYZ1K

MechanikaMolekulová fyzika a termika

UFY/FYZ1, FYZ1K

• Přednášející: doc. RNDr. Petr Jelínek, Ph.D.

• Přednášky probíhají v ZS: 2h/týden, jako rozšiřující kurzje veden 3h/týden UFY/SEF1

• Způsob ukončení: Zp, Zk

• Cvičení vede: Ing. Helena Poláková, Ph.D.

Literatura• Havránek, A.: Mechanika I – Hmotný bod a tuhé těleso,

SPN, Praha, 1982.

• Havránek, A: Klasická mechanika II. – Kontinuum,Karolinum, Praha, 2003.

• Kvasnica, J. a kol.: Mechanika, Academia, Praha, 2004.

• Svoboda, E., Bakule, R.: Molekulová fyzika, AcademiaPraha, 1992.

• Halliday, D., Resnick, R., Walker J.:. Fyzika (Část 1 –Mechanika, Část 2 – Termodynamika), Vutium Brno aPrometheus, Praha, 2000.

• Špulák, F.: Cvičení z obecné fyziky I., PF České Budějovice1990

Struktura UFY/FYZ1, FYZ1K• Mechanika hmotných bodů

– Kinematika hmotných bodů– Dynamika hmotných bodů

• Mechanika tuhého tělesa– Kinematika tuhého tělesa– Dynamika tuhého tělesa– Statika tuhého tělesa

• Mechanika kontinua– Mechanika elastických těles– Mechanika kapalin

Struktura UFY/FYZ1, FYZ1K• Molekulová fyzika

– Vnitřní energie soustavy– Termodynamické zákony– Kinetická teorie plynů– Transportní jevy v plynech– Reálné plyny

• Termika– Fázové přechody– Kapaliny

Úvod do fyziky• Fyzika – exaktní přírodní věda, zkoumá přírodu v polní

formě nebo ve formě látky (hmoty)

• Rozdělení podle typu zkoumání• teoretická• experimentální• počítačová

• Rozdělení podle systému (např. v termodynamice)• otevřený (vyměňuje si energii i částice)• uzavřený (vyměnuje si s okolím pouze energii)• izolovaný (nevyměňuje si nic)

• Rozdělení podle velikosti systému• mikroskopický• makroskopický

Mechanika

• Mechanika (µεχανε = nástroj, stroj) se zabývá zákonymechanického pohybu hmoty, tedy změnou polohy

hmoty v čase

• Mechanika se dále typicky dělí na

– kinematiku (κίνηεσις = pohyb), je součástí dynamiky, ale

zkoumá pouze pohyb těles z geometrického a časovéhohlediska

– dynamiku (δύναμις = síla), zkoumá příčiny pohybu, působení sil

– statiku (στατική – speciální případ dynamiky), zkoumá tělesa v

klidu vůči nějaké vztažné soustavě, rovnováhu systému a síly,kterými na sebe tělesa vzájemně působí

Mechanika• Mezi jednoduché typy pohybu patří

– translační (mechanika hmotného bodu)– rotační (mechanika tuhého tělesa)– deformační (mechanika kontinua)

Kinematika hmotných bodů

• Hmotný bod (HB) – fiktivní útvar, který má hmotureálného tělesa, ale soustředěnou v jednomgeometrickém bodě

• Kdy je možné použít aproximaci hmotného bodu– rozměry tělesa jsou zanedbatelné vzhledem k pohybovým

charakteristikám tělesa, jako je např. uražená dráha

– je možné u studovaného pohybu zanedbat rotační pohyb

– těleso nepodléhá deformaci nebo deformace je vzhledem kestudovaným vlastnostem zanedbatelná

Kinematika hmotných bodů

• Pohyb a poloha HB – nutnost zavedení souřadnéhosystému (souřadné soustavy)

• Souřadný systém je spjatý s tělesy v okolí pohybujícíhose HB (vztažná soustava), z toho vyplývá, že poloha jerelativní

• Nejčastěji se setkáme se systémem– pravoúhlým (kartézským)– cylindrickým (válcovým), speciálním případem ve 2D jsou polární

souřadnice– sférickým (kulovým)

Pravotočivá Levotočivá

Kartézská soustava souřadnic

Kartézská soustava souřadnic• kartézská soustava souřadnic: x, y, z

ϕρ cos=x

ϕρ sin=y

zz =

• cylindrická (válcová) soustava souřadnic: ρ, ϕ, z

22yx +=ρ

x

yarctg=ϕ

zz =

Cylindrická soustava souřadnic

ϕϑ cossinrx =ϕϑsinsinry =

ϑcosrz =

• sférická soustava souřadnic: r, ϑ, ϕ

222zyxr ++=

222arccos

zyx

z

++=ϑ

22arccos

yx

x

+=ϕ

Sférická soustava souřadnic

Pohyb, parametrický popis pohybu• Pohybem se nazývá spojitá změna polohy tělesa v čase

• Poloha je relativní, je relativní i pohyb – o pohybu másmysl mluvit jen ve vztahu k jinému vztažnému tělesunebo soustavě

• Podle tvaru dráhy mluvíme o pohybu např. přímočarém,rovinném, křivočarém

• Parametrický popis, zavedení polohového vektoru

kartézské souřadnice

( )txx =( )tyy =( )tzz =

cylindrické souřadnice

( )tρρ =( )tϕϕ =( )tzz =

sférické souřadnice

( )trr =( )tϑϑ =( )tϕϕ =

Příklady parametricky popsaných pohybů

Polohový vektor

Trajektorie pohybu

• Soubor bodů, kterými prochází HB při svém pohybu senazývá trajektorie pohybu (pohybová křivka) HB

• Délka trajektorie ∆s mezi body A a B se nazývá dráha

hmotného bodu

Rychlost• Průměrná

• Okamžitá

Zrychlení

• Průměrné

• Okamžité

Oskulační kružnice

Tečné a normálové zrychlení

Příklady pohybů a jejich klasifikace

• Pohyb• Přímočarý – pohyb po přímce• Křivočarý – pohyb, který se neděje po přímce

• Rovnoměrný – je takový pohyb, kdy je rychlost konstantní• Nerovnoměrný – pohyb, kdy není rychlost konstantní

Příklady pohybů

• Rovnoměrný přímočarý pohyb

Příklady pohybů• Nerovnoměrný (zrychlený/zpomalený) přímočarý pohyb

– děje se při pohybu po přímce, ale rychlost již není konstantní,zrychlení je nenulové a míří ve směru pohybu

Příklady pohybů• Křivočaré pohyby – neznámější je rovnoměrný pohyb po

kružnici

Příklady pohybů

• Rychlost

• Zrychlení

Pohyb po kružnici

Charakteristiky některých pohybů