1. SylabUZ
2. Wydział Fizyki i Astronomii
3. semestr zimowy 2020/2021
4. Fizyka - pierwszego stopnia z tyt. licencjata
5. Fizyka w przyrodzie

Wygeneruj PDF dla tej strony

Fizyka w przyrodzie - opis przedmiotu

Cel przedmiotu

Celem wykładu jest pokazanie studentom, w jaki sposób fizyka tłumaczy zjawiska obserwowane w przyrodzie. Studenci będą stosować prawa fizyczne z różnych dziedzin fizyki, aby wyjaśnić różne zjawiska astronomiczne i  fizyczne. Dodatkowym celem jest wykształcenie u studentów  umiejętności formułowania problemów fizycznych w języku matematyki i stosowania różnych formalizmów matematycznych.

Wymagania wstępne

Zapisz zmiany

Podstawy fizyki I-IV, analiza matematyczna i metody algebraiczne i geometryczne w fizyce

Zakres tematyczny

1. Ogólne idee teorii wymiaru: wielkości wymiarowe i bezwymiarowe, jednostki podstawowe i pochodne, wzory wymiarowe, zależności funkcjonalne między wielkościami fizycznymi

2. Przykłady zastosowań teorii wymiaru: wahadło matematyczne, przepływ laminarny w rurach, ruch ciała w płynie,  ruch stacjonarny bryły  sztywnejo w ściśliwym płynie, niestabilny ruch płynu

3.Pozorny ruch Słońca na sferze niebieskiej, ekliptyka, pory roku, wschódy i zachody Słońca, dzień polarny i noc polarna

4. Ruch Ziemi: kształt, wielkość i masa Ziemi, ruch obrotowy, ruch orbitalny, układ Ziemia-Księżyc, pływy

5. Opis ruchu ciał niebieskich, praw Keplera, zaćmienia.

6. Podstawowe pojęcia mechaniki płynów w środowisku: obszar kontrolny, strumień wielkości fizycznej, tempo akumulacji wielkości fizycznej. Własności płynów: gęstość, równanie stanu, rozszerzalność cieplna, ciepło właściwe.

7.  Prawa zachowania wielkości fizycznej w postaci różniczkowej dla infinitezymalnych obszarów kontrolnych i jego zastosowania:  równanie ciągłości masy,  równanie zachowania pędu z różnymi siłami (ciśnienia, grawitacji, tarcia, Coriolisa), przybliżenie Boussinesq'a; efekt Venturiego.

8. Kryteria podobieństwa (twierdzenie Buckinghama (Reguła Pi)), kryteria podobieństwa, liczby: Strouhala, Froude'a, Richardsona, Reynoldsa, Rossby'ego, Pecleta, Eulera.

9. Zjawiska falowe: powierzchniowe fale grawitacyjne: przypadki graniczne: fale na głębokiej wodzie, fale na płytkiej wodzie, sejsze; wewnętrzne fale grawitacyjne, rozchodzenie się energii w ruchu falowym.

10. Promieniowanie słoneczne, przepływ ciepła w postaci promieniowania, promieniowanie ciała doskonale czarnego, własności radiacyjne ciał niedoskonale czarnych, rozpraszanie promieniowania słonecznego przez cząsteczki powietrza, aborpcja i emisja promieniowania przez cząstki gazu, zjawiska optyczne w przyrodzie

11. Mikropofizyka chmur: kondensacja pary wodnej, chmury, wzrost kropelek w chmurach zamrażanie cząsteczek, powstawanie zarodków cząsteczek lodu; wzrost cząsteczek lodu w chmurach; elektryczność wyładowań atmosferycznych

12. Dynamika atmosfery: siły działające: siły odśrodkowe i siły Coriolisa, grawitacja, gradient ciśnienia i siła tarcia, wiatry geostroficzne, gradientowe wiatry termiczne, prymitywne równania wielkoskalowych ruchów atmosferycznych, ich rozwiązania i zastosowania, pogoda, numeryczne prognozowanie pogody

13. Globalny klimat, bilans energetyczny, modele atmosfery, elementy teorii klimatu i pogody, zmiany klimatu

Metody kształcenia

tradycyjny wykład  z elementami dyskusji nad pewnymi problemami

ćwiczenia podczas, podczas których studenci rozwiązują ćwiczenia i omawiają problemy. Studenci przygotowują również 45-min referaty dotyczące szczegółowych zagadnień zjawisk fizycznych w przyrodzie, prezentują je, odpowiadają na pytania kolegów i prowadzącego ćwiczenia, słuchają prezentacji koleżanek i kolegów i zadają im pytania

Efekty uczenia się i metody weryfikacji osiągania efektów uczenia się

Opis efektu	Symbole efektów	Metody weryfikacji	Forma zajęć

Warunki zaliczenia

Ćwiczenia: dwa kolokwium pisemne, prezentacja. Warunek zaliczenia – pozytywne zaliczenie kolokwium oraz wygłoszony referat na podstawie przydzielonych i znalezionych samodzielnie materiałów.

Przed przystąpieniem do egzaminu student musi uzyskać zaliczenie z ćwiczeń.

Wykład: egzamin pisemny; Warunek zaliczenia - pozytywna ocena z egzaminu.

Ocena końcowa: średnia ważona ocen egzaminu (50%) i zaliczenia ćwiczeń (50%).

Literatura podstawowa

1. L.I. Sedov, Similarity and dimensional methods in mechanics, CRC Press, 1993.

2. J. M. Kreiner, Ziemia i Wszechświat, Wydawnictwo Naukowe UP, Kraków, 2011

3. J.W. Kane, M.M.Sternheim, Fizyka dla przyrodników, vol 1, 2 i 3, Państwowe Wydawnictwo Naukowe 1988

4. S. Przestalski, Elementy fizyki, biofizyki i agrofizyki. WUW, Wrocław 2001

5. J.A. Smith, Mathematics in Nature, Modeling Patterns in the Natural World, Princeton University Press 2003

6. B. Cushman-Roisin, Environmetal Fluid Mechanics, dostępna na stronie autora: http://www.dartmouth.edu/~cushman/books/EFM-old.html

7. D. G. Andrews, An introduction to atmospheric physics, 2 ed, Cambridge University Press, 2010

8. C. Smith, Environmental physics, Routledge 2001

9. R.E. Gabler, J.F. Petersen, L.M. Trapasso, D. Sack, Physical geography, 9 ed, Brooks/Cole, Cengage Learning

10. J.M. Wallace, P.V. Hobbs, Atmospheric science, 2 ed, Elsevier, 2006

11. Materiały dostarczone przez prowadzącego zajęcia

Literatura uzupełniająca

1. E. Boeker, R. van Grondelle, Fizyka środowiska, PWN 2002, English version E. Boeker, R. van Grondelle, Environmental Science, Wiley 2001.

2. F. Cap, Tsunamis and hurricanes, Springer-Verlag, 2006

Uwagi

Zmodyfikowane przez dr hab. Piotr Lubiński, prof. UZ (ostatnia modyfikacja: 01-06-2020 16:18)