Φυσική Ι [open]

Η ύλη του μαθήματος καλύπτει θεμελιώδη θέματα της κλασσικής φυσικής. Αρχικά γίνεται αναφορά στον κλάδο της κλασσικής μηχανικής ̟που ονομάζεται κινηματική και περιλαμβάνει την μελέτη της κίνησης ενός σώματος σε μια και δύο διαστάσεις, την κίνηση βλημάτων και την ομαλή κυκλική κίνηση. Ακολούθως μελετάται σε έκταση ο κλάδος της Μηχανικής ̟ που ονομάζεται δυναμική και περιλαμβάνει την διατύπωση και ερμηνεία των τριών νόμων κίνησης του Νεύτωνα σε αδρανειακά συστήματα αναφοράς. Μελετάται διεξοδικά η αρχή διατήρησης της ενέργειας καθώς επίσης και το θεώρημα έργου-ενέργειας. Ακολούθως αναλύεται η θεωρία της κρούσης σωμάτων σε μία και δύο διαστάσεις, η αρχή διατήρησης της ορμής, καθώς και η περιστροφή στερεού σώματος γύρω από σταθερό άξονα. Στη συνέχεια μελετάται ο νόμος της βαρύτητας, οι νόμοι του Κέλερ και η μηχανική των ρευστών. Τέλος μελετώνται οι περιοδικές κινήσεις και αναλύεται η απλή αρμονική ταλάντωση μέσω της οποίας κατανοούμε τα μηχανικά κύματα και τους τρόπους διάδοσής τους.

Στόχοι Μαθήματος

Αντικειμενικοί Στόχοι μαθήματος (επιδιωκόμενα μαθησιακά αποτελέσματα): Η παρουσίαση με εύληπτο και λογικό τρόπο στους φοιτητές των θεμελιωδών εννοιών και αρχών της Φυσικής καθώς επίσης και η υποβοήθηση στην εμβάθυνση των αρχών αυτών μέσα από μία μεγάλη ποικιλία εφαρμογών τους στη σύγχρονη ζωή. Για την επίτευξη των παραπάνω στόχων δίνεται έμφαση πρωτίστως στην ορθή επιστημονική συλλογιστική και ταυτόχρονα και στην ανάλυση της μεθοδολογίας και των τεχνικών επίλυσης των προβλημάτων. Πολύ σημαντικό στόχο αποτελεί επίσης η πρόκληση του ενδιαφέροντος των φοιτητών με την αναφορά παραδειγμάτων και εφαρμογών της φυσικής που αναδεικνύουν τον ρόλο της φυσικής σε άλλους κλάδους, όπως η Ιατρική και οι τεχνικές επιστήμες

Προαπαιτούμενες Γνώσεις

Κανένα

Περιεχόμενα

Περιεχόμενο του μαθήματος (Syllabus): i. Εισαγωγικές έννοιες και μονάδες μέτρησης μήκους, μάζας και χρόνου. Ύλη και μοντέλα δομής της ύλης πυκνότητα και ατομική μάζα, διανυσματική ανάλυση, μετατροπή μονάδων, συστήματα αναφοράς, εσωτερικά και εξωτερικά γινόμενα Ιδιότητες και σύνθεση διανυσμάτων. Ασκήσεις και τεχνικές επίλυσης προβλημάτων ii. Συστήματα αναφοράς, ορισμοί της θέσης, της απόστασης και της ταχύτητας. Στιγμιαία ταχύτητα και επιτάχυνση. Διαγράμματα κίνησης. Κίνηση σε μία διάσταση με σταθερή επιτάχυνση, Ελεύθερη πτώση, Εξισώσεις κίνησης. Ασκήσεις και τεχνικές επίλυσης προβλημάτων iii. ∆ιανύσματα θέσης, ταχύτητας και επιτάχυνσης. Κίνηση σε δύο διαστάσεις με σταθερή επιτάχυνση. Κίνηση βλημάτων. Σχετική ταχύτητα και σχετική επιτάχυνση. Ασκήσεις και τεχνικές επίλυσης προβλημάτων iv. Σχετική κίνηση. Μετασχηματισμοί Lorentz. Ομαλή κυκλική κίνηση. Ε̟πιτρόχιος και γωνιακή επιτάχυνση. Ασκήσεις και τεχνικές επίλυσης προβλημάτων v. Η έννοια της δύναμης. Πρώτος νόμος του Νεύτωνα και αδρανειακά συστήματα. ∆εύτερος νόμος του Νεύτωνα. ∆ύναμη βαρύτητας και βάρος. Κίνηση σε επιταχυνόμενα συστήματα αναφοράς. Ασκήσεις και τεχνικές επίλυσης προβλημάτων vi. Εφαρμογές του δεύτερου νόμου του Νεύτωνα και στην ομαλή κυκλική κίνηση. Τρίτος νόμος του Νεύτωνα. Εφαρμογές στους νόμους του Νεύτωνα. Δυνάμεις τριβής. Ασκήσεις και τεχνικές επίλυσης προβλημάτων vii. Έργο σταθερής και μεταβλητής δύναμης. Κινητική ενέργεια και το θεώρημα έργου – ενέργειας. ∆υναμική ενέργεια συστήματος. Μη απομονωμένα συστήματα. ∆ιατήρηση της ενέργειας. Ασκήσεις και τεχνικές επίλυσης προβλημάτων viii. Κινητική ενέργεια και το θεώρημα έργου – ενέργειας. Διατηρητικές και μη – διατηρητικές δυνάμεις. Μεταβολή στη μηχανική ενέργεια από μη – διατηρητικές δυνάμεις. Σχέση μεταξύ διατηρητικών δυνάμεων και δυναμικής ενέργειας Ασκήσεις και τεχνικές επίλυσης προβλημάτων ix. Γραμμική ορμή. Διατήρησης ορμής. Αδράνεια και ορμή. Κρούσεις σε μία και δύο διαστάσεις. Ασκήσεις και τεχνικές επίλυσης προβλημάτων x. Γωνιακή ταχύτητα και επιτάχυνση. Κινηματική των ̟επιστροφών. Στροφική κίνηση με σταθερή επιτάχυνση. Γραμμικές και γωνιακές ποσότητες κίνησης. Κινητική ενέργεια περιστροφής. Υπολογισμός της ροπής αδράνειας. Ασκήσεις και τεχνικές επίλυσης  προβλημάτων xi. ∆ιανυσματικά γινόμενα και ροπή. Στροφορμή υλικού σημείου και στερεού σώματος. Διατήρηση στροφορμής. Η κίνηση του γυροσκοπίου. Ασκήσεις και τεχνικές επίλυσης προβλημάτων xii. Ροπή δύναμης. Σχέση μεταξύ ροπής δύναμης και γωνιακής επιτάχυνσης. Έργο, ισχύς και ενέργεια στην περιστροφική κίνηση. Κύλιση στερεού σώματος. Κέντρο μάζας. Κίνηση συστήματος υλικών σημείων. Ασκήσεις και τεχνικές επίλυσης προβλημάτων xiii. Κίνηση σωμάτων συνδεδεμένων με ελατήρια. Μαθηματικός φορμαλισμός της κίνησης του απλού αρμονικού ταλαντωτή. Ενέργεια του απλού αρμονικού ταλαντωτή. Απλός αρμονικός ταλαντωτής και ομαλή κυκλική κίνηση. Το απλό μαθηματικό εκρεμμές. Ταλαντώσεις. Ασκήσεις και τεχνικές επίλυσης προβλημάτων xiv. Μηχανική των ρευστών. Μεταβολή της ̟πίεσης με το βάθος. Άνωση και η αρχή του Αρχιμήδη. Η εξίσωση Bernoulli. Ασκήσεις και τεχνικές επίλυσης  προβλημάτων