FIZIKA 1 I Predavanja iz fizike 4 sata

FIZIKA 1 I. Predavanja iz fizike (4 sata tjedno, T. Petković) (pon. u B 4 od 16 – 19 sati; srijeda u B 1 od 16 – 17 sati) & Auditorne vježbe (1 sat tjedno, D. Pevec) (srijeda u B 1 od 17 – 18 sati) II. Fizički praktikum (Laboratorijske vježbe 1 sat tjedno, preduvjet ispitu)

PREDAVANJA iz FIZIKE Temelje se na stvarnim pokusima (eksperimentalna metoda na predavanjima) i višoj matematičkoj analizi, pogotovo za moderne tehničke fakultete. Studij fizike ima tako nužno egzaktni karakter, koji se ne može nadomjestiti samoučenjem! LITERATURA: 1. T. Petković, FIZIKA 1 PREDAVANJA IZ MEHANIKE i MEHANIKE TEKUĆINA, Skripta dop. izdanje, ak. god. 2015. /2016. , FER, Zagreb 2016. 2. T. Petković, UVOD U ZNANOST O TOPLINI I TERMODINAMICI, 2. dop. izd. Element, Zagreb, 2016. Udžbenik fizike za studente FER-a i SEUi. OI u Šibeniku.

POJAM I RAZVOJ FIZIKE FIZIKA (grčki φύσις = fýsis PRIRODA) je izvorno proučavala sve prirodne pojave. • Fizika istražuje neživu Prirodu (materiju). • Pod materijom poimamo tvar ili masu (čestice s masom mirovanja, odnosno tijela i sitna tijela s masom m) i energiju (polja, čestice koje prenose sile ili djelovanja). Discipline klasične fizike su: MEHANIKA (Gibanje) S MEHANIKOM TEKUĆINA, TERMODINAMIKA (Toplina), OPTIKA (Svjetlo), AKUSTIKA (Zvuk), ZNANOST O ELEKTRICITETU I ELEKTROMAGNETIZAM (2. polovica 19. stoljeća). • U 20. i 21. stoljeću razvija se moderna fizika koja obuhvaća teoriju relativnosti, kvantnu mehaniku, nuklearnu fiziku i fiziku elementarnih čestica, kvantnu gravitaciju. Nanotehnologije (nanofizika) su važne za nove učinkovite materijale u energetici.

METODE FIZIKE 1. Eksperimentalne metode fizike Promatranje je pasivna metoda: Opažač (fizičar) čeka da se prirodna pojava dogodi, na primjer promatranja u astronomiji, Newtonova jabuka, … itd. , do suvremenih podzemnih pokusa opažanja neutrina. Temelj eksperimentalne metode jest znanstveni pokus! U traganjima za odgovorima na najdublja (najteža) pitanja, fizika gradi velike akceleratore, podzemne laboratorije ili satelite (LHC CERN, Superkamiokande, satelit Planck). LHC u CERN-u je “najveća svjetiljka” u povijesti (osvjetljava 10 18 m) HEP-a. 2. Teorijske metode fizike Temelj teorijskih metoda jest matematika (Newton)! Teorijske metode su matematičke ili računalne metode (tehnološka percepcija i obrada podataka, simulacija) koje dovode do fizičkih zakona, teorija, modela, hipoteza, raznih paradoksa, …, sve do misaonih eksperimenata. Zakoni fizike se moraju provjeravati eksperimentalno!

FIZIKALNE VELIČINE, MJERE I MJERENJA • Temeljna jednadžba mjerenja ima oblik: A = A A A - vrijednost fizikalne veličine, A - mjerni broj, A - mjerna jedinica. Fizikalna veličina jest umnožak mjernog broja i mjerne jedinice. Fizikalne veličine su imenovani brojevi! • Primjer elektrona: Masa elektrona u vrhunskoj točnosti iznosi 9, 1093897 x 10– 31 kg. Kao fizikalnu veličinu koja ima mjerni broj i mjernu jedinicu, valja je napisati u obliku: m 0 = 9, 1094· 10– 31 kg m 0 = 9, 1094· 10– 31 – mjerni broj, m 0 = kg – mjera ili mjerna jedinica

Međunarodne metrološke udruge u znanosti & tehnologiji • Generalna konferencija za utege i mjere, CGPM - CONFÉRENCE GÉNÉRALE DES POIDS ET MÉSURES • Međunarodni komitet za utege i mjere, CIPM – COMITÉ INTERNATIONAL DES POIDS ET MÉSURES • Međunarodni ured za utege i mjere, BIPM – BUREAU INTERNATIONAL DES POIDS ET MÉSURES (u Sèvresu kraj Pariza) • Komitet za podatke u znanosti i tehnologiji, CODATA – COMMITEE ON DATA FOR SCIENCE AND TEHNOLOGY Međunarodni sustav mjernih jedinica ili SI uveden je listopada 1960. na XI sastanku CGPM, s tim da je na XVII zasjedanju CGPM (1983) prihvaćena nova definicija metra, temeljena na prirodnoj konstanti brzine svjetlosti c.

MJERNA JEDINICA ZNAK FIZIKALNA VELIČINA ZNAK kilogram [kg] masa m metar [m] duljina l sekunda [s] vrijeme/trajanje t kelvin [K] termodinamička temperatura T amper [A] električna struja I kandela [cd] jakost svjetlosti I mol [mol] množina/količina tvari n

Kilogram je mjera za masu m = kg ! U sklopu Metarske konvencije 1875. godine napravljene su kopije od slitine 90 % platine i 10 % iridija. Na prvoj CGPM 1889. zaključeno je da se jedna od tih kopija pohrani u BIPM u Sèvresu kraj Pariza i definira kao međunarodni etalon kilograma. Ta definicija se do današnjeg nije promijenila: Definicija: 1 kg jest masa međunarodnog prototipa kilograma od 90 % Pt i 10 % Ir što se čuva u BIPM u Sèvresu kod Pariza.

Slika lijevo: pariški kilogram (1875, Pariz). CIPM – ova redefinicija “kg” u okviru projekta AVOGADRO: definicija pomoću NA i mase m silicijeve kugle (slika desno)

Novi etalon kilograma – SILICIJSKA KUGLA (Silicon sphere) ? • Masa 1 kg, promjer = 93, 6 mm (monokristalna silicijeva kugla) • Relativna mjerna nesigurnost: 10 8 • Metoda umjeravanja: interferometrija kugle Fizeauovim interferometrom. PTB (Physikalisch-Technische Bundesanstalt, Braunschweig: www. ptb. de) Međunarodni metrološki instituti žele definirati novu jedinicu za masu novi kilogram, na temelju točnog (preciznog) određivanja Avogadrovog broja NA. Razvoj i umjeravanje novog etalona se temelji na gustoći i konstantama kristalne rešetke kristala silicija 28 Si (ili bizmuta 209 Bi).

Metar je mjera za duljinu = m ! Na 17. zasjedanju CGPM 1983. godine uvedena je nova definicija metra preko brzine svjetlosti c kao temeljne prirodne konstante koja istu vrijednost ima u svim sustavima (Einsteinov postulat iz 1905. ). Definicija: 1 m jest udaljenost koju svjetlost prijeđe u vakuumu za vrijeme od jednog 299 792 458 – og dijela sekunde. Brzina svjetlost c u vakuumu je, per definitionem, točna – bez mjerne nesigurnosti: c = 299 792 458 m/s

Sekunda • Na XIII zasjedanju CGPM 1967. godine, sekunda je definirana pomoću Cezijevog atomskog sata: 4 F 3 n = 9 192 631 770 Hz 1 1 v= T = sekundi T v Definicija: 1 sekunda jest trajanje 9 192 631 770 perioda zračenja koje nastaje iz hiperfinog atomskog prijelaza u atomu 13355 Cs (atomski sat).

Dodatak: Što je vrijeme? • • • R. P. Feynmanov pristup: “Time is what happens when nothing else does. ” Sir Isaac Newtonov pristup (Principia): “Apsolutno, istinsko i matematičko vrijeme, po sebi i iz svoje vlastite naravi, teče jednoliko bez odnosa spram bilo čega izvanjskoga, a drugim se imenom zove trajanje. ” V. Lopašićev pristup: Vrijeme/trajanje motrimo i mjerimo točnim periodičkim gibanjima. Na primjer, u gibanju metronoma – “muzičkog” fizičkog njihala!