FIZIKA 1

I. Predavanja iz fizike (4 sata tjedno)

& auditorne vježbe (1 sat tjedno)

II. Fizički praktikum(Laboratorijske vježbe 1 sat tjedno)

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 popravljeno izdanje, ak. god. 2014./2015., FER, Zagreb 2014.

2. T. Petković, UVOD U ZNANOST O TOPLINI I TERMODINAMICI, Element, Zagreb, 1997.

POJAM I RAZVOJ FIZIKE

FIZIKA (grčki φύσις = fýsis PRIRODA) je izvorno proučavala sve prirodne pojave.

 

• Fizika istražuje neživu Prirodu (materiju).• Pod materijom temeljno 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.

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 je “najveća svjetiljka” u povijesti (osvjetljava 1018 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:

m0 = 9,1094·10–31 kg 

m0 = 9,1094·10–31 – mjerni broj,

m0 = kg – mjera ili mjerna jedinica

KilogramKilogram 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 dana 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 sfere (slika desno)

Novi etalon kilograma – SILICIJSKA KUGLA (Silicon sphere) ?

• Masa 1 kg, promjer = 93,6 mm(monokristalna silicijeva kugla)

• Relativna mjerna nesigurnost: 108

• 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 atomskih masa: silicija 28Si (ili bizmuta 209Bi). Točnost (preciznost) ovisi o točnome određivanju Avogadrovog broja NA.

Razvoj i umjeravanje novog etalona se temelji na gustoći i konstantama kristalne rešetke obogaćenog kristala silicija 28Si (ili bizmuta 209Bi).

MetarMetar 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

Definicija: 1 sekunda jest trajanje 9 192 631 770 perioda zračenja koje nastaje iz hiperfinog atomskog prijelaza u atomu 133

55Cs (atomski sat).

4

3

= 9 192 631 770 Hz

11T

v = =Tv

sekundiF

• Na XIII zasjedanju CGPM 1967. godine, sekunda je definirana pomoću Cezijevog atomskog sata: 

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!