Fizika K1A

Előadás

Bevezetés a fizikába. A fizika tárgya, módszerei, fizikai mennyiségek, törvények. Modellek a fizikában, a fizikai elmélet szerkezete. Felosztás különböző szempontok szerint. SI rendszer. Alapmennyiségek, prefixumok. Síkszög, térszög. A mechanika tárgya, felosztása, legfontosabb modelljei: a tömegpont, pontrendszer, merev test, fluidum.

Tömegpont kinematikája

A tömegpont-modell jelentősége, alkalmazhatósága. Tömegpont mozgásának leírása, helyvektor. Kinematikai alapfogalmak: koordinátarendszer, vonatkoztatási rendszer, pálya, út, elmozdulás. Elemi út, elemi elmozdulás. Sebességvektor, gyorsulásvektor. Időfüggő mennyiség átlaga, megváltozása, változási sebessége, átlagsebessége. Az idő szerinti differenciálás és integrálás grafikus bevezetése, szemléltetése: iránytangens, görbe alatti terület. Összeg, szorzat és hatvány differenciálása. A helyvektor, a sebességvektor és a gyorsulásvektor iránya, nagysága. Descartes-koordinátarendszer. Simuló kör. A gyorsulás tangenciális és centripetális komponense. Egyenes vonalú mozgás, egyenletes mozgás. Síkbeli polárkoordináta-rendszer. Körmozgás, egyenletes körmozgás. A harmonikus rezgőmozgás mint a körmozgás vetülete.

Tömegpont dinamikájának alapjai

A mechanika axiómái. Inerciarendszer. A tömeg és a súly. Súlytalanság. Erő, erőtér. Erőtörvények: lineáris rugalmas erőtörvény, súrlódás, közegellenállás, földi nehézségi erőtér, általános tömegvonzás. Mozgásegyenlet. Kezdeti feltételek. Kényszerfeltételek, kényszererők: felület, kötél, csiga. Mozgó vonatkoztatási rendszerek: tehetetlenségi erők, transzlációs és centrifugális erő.

Kiterjedt testek modelljei: pontrendszer, kontinuum. Sűrűség, átlagsűrűség. Tömegközéppont. Külső és belső erők.

Impulzus és impulzusmomentum. Impulzustétel és alkalmazásai. Tömegközéppont tétele. Impulzus-megmaradási tétel. Rakéta elve. Vektor momentuma, vektoriális szorzat. Impulzusmomentum (perdület). Forgatónyomaték. Impulzusmomentum tétele és impulzusmomentum megmaradási tétele. Centrális erőtér.

Munka, teljesítmény. Kinetikus (mozgási) energia és a kinetikus energia tétele (munkatétel). Konzervatív erőtér, potenciális (helyzeti) energia. Skalártér, vektortér, szintfelületek, vektorvonalak, gradiens. A mechanikai energia megmaradásának tétele. A konzervatív erőtér által végzett munka tulajdonságai. Disszipatív erők, a mechanikai energia csökkenése.

Példák, alkalmazások

Mozgás homogén erőtérben: hajítások. Szabadesés súrlódással.

Bolygómozgás, Kepler törvényei. Kozmikus sebességek, műholdak, szinkron műhold.

Harmonikus rezgőmozgás, csillapított rezgés, gerjesztett rezgés, rezonancia.

Merev testek

Tehetetlenségi nyomaték és függése a vonatkoztatási tengelytől.

Transzláció, rotáció. Rögzített tengely körül forgó merev test. Analógia a haladó és a forgó mozgás között: ”szótár”.

Ingák: torziós inga, fizikai inga, fonálinga, síkinga, kúpinga.

Deformálható szilárd testek

Rugalmas testek. Egyszerű nyújtás, egyszerű nyírás, izotróp rugalmas testek anyagjellemzői. Szilárd testek feszültség-deformáció diagramja.

Laborgyakorlat:

1. alkalom: Bevezető előadás: balesetvédelmi szabályok, a laboratóriumi gyakorlatokhoz szükséges alapismeretek. Metrológiai alapismeretek: méréssorozat kiértékelése.

2.–5. alkalom: mérések. (A mérőcsoportok az egyes méréseket egymás után csinálják végig.)
•    Mechanika. Lineáris rugalmas erő, harmonikus rezgés, matematikai inga tanulmányozása.

•  Optika. Geometriai optika: lencsék, tükrök fókusztávolságának meghatározása. Prizma. Fizikai optika: fényelhajlás rácson, lézer hullámhosszának meghatározása. Polarizáció bemutatása.

•   Hőmérsékletmérés. Ellenálláshőmérő időállandójának, termoelem érzékenységének meghatározása.

•    Egyenáram. Soros és potenciometrikus áramkörszabályozás.