Τμήμα Επιστήμης & Τεχνολογίας Υλικών

Εξοικείωση των φοιτητών με την μαθηματική διατύπωση των νόμων της φυσικής: για τον σκοπό αυτό, εισάγονται και χρησιμοποιούνται ο απειροστικός λογισμός και πολύ απλές διαφορικές εξισώσεις.
Τελευταία τροποποίηση: 11 Μαΐου 2023 στις 10:22:31

Διδάσκων

Κοπιδάκης Γιώργος

Emails: kopidaki@materials.uoc.gr , kopidaki@physics.uoc.gr

Τηλ.: +302810394218

Γραφείο: B209, κτίριο επιστήμης υπολογιστών

Ώρες γραφείου:

Προαπαιτούμενο

Δεν υπάρχουν προαπαιτούμενα για αυτό το μάθημα

Διεξαγωγή μαθήματος

Ώρες Διδασκαλίας
Δευτέρα 14:00-16:00 και Τετάρτη 14:00-16:00.
Ώρες Ασκήσεων
Πέμπτη 12:00-14:00.

Ανακοινώσεις

  • Ώρες γραφείου Τετάρτη 16:00-17:00.
  • Η εξέταση προόδου θα διεξαχθεί την Τετάρτη 2/11/2022 την ώρα (14:15-15:45) και στην αίθουσα (Α3) του μαθήματος. Θα είναι πολλαπλής επιλογής και θα είναι απαραίτητη η χρήση αριθμομηχανής, απαγορεύονται κινητά τηλέφωνα.
  • Ώρα γραφείου Τετάρτης 26/10/2022 μεταφέρεται Πέμπτη 27/10/2022 16:00-17:00.
  • Την Τετάρτη 9/11/2022 θα γίνουν ασκήσεις και την Πέμπτη 10/11/2022 διάλεξη.

Διδακτέα ύλη

  1. Η Φυσική στην Επιστήμη Υλικών, δομή της ύλης και φυσικά μοντέλα, κλασική και σύγχρονη Φυσική, Κλασική Μηχανική
  2. Εισαγωγή, θεμελιώδη και παράγωγα μεγέθη, μονάδες μέτρησης, διαστατική ανάλυση, εκτιμήσεις τάξης μεγέθους, σημαντικά ψηφία
  3. Κινηματική, κίνηση σε μία διάσταση, θέση, μετατόπιση, μέση και στιγμιαία ταχύτητα, κίνηση με σταθερή ταχύτητα, μέση και στιγμιαία επιτάχυνση, κίνηση με σταθερή επιτάχυνση, ελεύθερη πτώση, εξισώσεις κινηματικής με απειροστικό/ολοκληρωματικό λογισμό
  4. Κίνηση στον τρισδιάστατο χώρο, διανύσματα θέσης, ταχύτητας, επιτάχυνσης, κίνηση σε δύο διαστάσεις με σταθερή επιτάχυνση, κίνηση βλημάτων, κίνηση σε καμπύλη τροχιά, εφαπτομενική και ακτινική επιτάχυνση, ομαλή κυκλική κίνηση, σχετική ταχύτητα και επιτάχυνση
  5. Η έννοια της δύναμης, ο 1ος νόμος του Νεύτωνα και τα αδρανειακά συστήματα αναφοράς, ο 2ος νόμος του Νεύτωνα, βαρυτική δύναμη και βάρος, ο 3ος νόμος του Νεύτωνα
  6. Εφαρμογές των νόμων του Νεύτωνα, δυνάμεις τριβής, κυκλική κίνηση, κίνηση σε επιταχυνόμενα συστήματα αναφοράς, κίνηση υπό την παρουσία δυνάμεων αντίστασης
  7. Ενέργεια συστήματος, έργο σταθερής δύναμης, έργο μεταβαλλόμενης δύναμης, κινητική ενέργεια και το θεώρημα έργου-κινητικής ενέργειας, δυναμική ενέργεια συστήματος, συντηρητικές και μη συντηρητικές δυνάμεις, σχέση μεταξύ συντηρητικών δυνάμεων και δυναμικής ενέργειας, διαγράμματα ενέργειας και ισορροπία συστήματος
  8. Απομονωμένα και μη απομονωμένα συστήματα, διατήρηση της ενέργειας, μεταβολές μηχανικής ενέργειας για μη συντηρητικές δυνάμεις, ισχύς
  9. Ορμή, απομονωμένα και μη απομονωμένα συστήματα ως προς την ορμή, διατήρηση ορμής, ώθηση δύναμης, θεώρημα ώθησης-ορμής, ελαστική και ανελαστική κρούση, πλαστική κρούση, κρούση σε δυο διαστάσεις, κέντρο μάζας συστήματος σωματιδίων και μη σημειακού σώματος, φυσική σημασία και χρησιμότητα του κέντρου μάζας, παραμορφώσιμα συστήματα, πρόωση πυραύλων
  10. Περιστροφή άκαμπτου σώματος περί σταθερό άξονα, γωνιακή θέση, ταχύτητα, επιτάχυνση, άκαμπτο σώμα με σταθερή γωνιακή επιτάχυνση, μεγέθη περιστροφικής και μεταφορικής κίνησης, κινητική ενέργεια περιστροφής, υπολογισμός ροπών αδράνειας, ροπή, σχέση μεταξύ ροπής και γωνιακής επιτάχυνσης, ενέργεια στην περιστροφική κίνηση, κύλιση άκαμπτου σώματος
  11. Στροφορμή περιστρεφόμενου σωματιδίου και συστήματος σωματιδίων, μη απομονωμένο σύστημα, στροφορμή περιστρεφόμενου άκαμπτου σώματος, απομονωμένο σύστημα και διατήρηση στροφορμής
  12. Στατική ισορροπία και ελαστικότητα, ελαστικές ιδιότητες στερεών
  13. Ταλαντώσεις, αρμονικός ταλαντωτής, εκκρεμές, φθίνουσες και εξαναγκασμένες ταλαντώσεις

Μαθησιακά αποτελέσματα

Tο μάθημα αυτό είναι ουσιαστικά μία επανάληψη της ύλης της κλασικής μηχανικής που διδάσκεται στα λύκεια αλλά σε ανώτερο επίπεδο μαθηματικών. Οι μαθησιακοί στόχοι που θα πρέπει να έχουν επιτευχθεί στο τέλος του μαθήματος είναι οι εξής:

  1. Να αποκτήσουν οι φοιτητές κριτική σκέψη και ικανότητα διατύπωσης φυσικών μοντέλων και επίλυσης προβλημάτων.
  2. Να εξοικειωθούν οι φοιτητές με την μαθηματική διατύπωση των νόμων της φυσικής: για τον σκοπό αυτό, εισάγονται και χρησιμοποιούνται ο απειροστικός λογισμός και πολύ απλές διαφορικές εξισώσεις.
  3. Να αποκτήσουν οι φοιτητές το υπόβαθρο και τις δεξιότητες για την κατανόηση της φυσικής των υλικών στα πιο προχωρημένα θεωρητικά και εργαστηριακά μαθήματα που έπονται.

Γενικές ικανότητες

  • Προαγωγή της ελεύθερης, δημιουργικής και επαγωγικής σκέψης
  • Αυτόνομη εργασία
  • Προσαρμογή σε νέες καταστάσεις

Διδαxθείσα ύλη

    • Η Φυσική στην Επιστήμη Υλικών, δομή της ύλης και φυσικά μοντέλα, κλασική και σύγχρονη Φυσική, Κλασική Μηχανική
    • Εισαγωγή, θεμελιώδη και παράγωγα μεγέθη, μονάδες μέτρησης, διαστατική ανάλυση, εκτιμήσεις τάξης μεγέθους, σημαντικά ψηφία
    • Κινηματική, κίνηση σε μία διάσταση, θέση, μετατόπιση, μέση και στιγμιαία ταχύτητα, κίνηση με σταθερή ταχύτητα, μέση και στιγμιαία επιτάχυνση, κίνηση με σταθερή επιτάχυνση

, ελεύθερη πτώση, εξισώσεις κινηματικής με απειροστικό/ολοκληρωματικό λογισμό

  • Κίνηση στον τρισδιάστατο χώρο, διανύσματα θέσης, ταχύτητας, επιτάχυνσης κίνηση σε δύο διαστάσεις με σταθερή επιτάχυνση, κίνηση βλημάτων, κίνηση σε καμπύλη τροχιά, εφαπτομενική και ακτινική επιτάχυνση, ομαλή κυκλική κίνηση, σχετική ταχύτητα και επιτάχυνση
  • Η έννοια της δύναμης, ο 1ος νόμος του Νεύτωνα και τα αδρανειακά συστήματα αναφοράς, ο 2ος νόμος του Νεύτωνα, βαρυτική δύναμη και βάρος, ο 3ος νόμος του Νεύτωνα
  • Εφαρμογές των νόμων του Νεύτωνα, δυνάμεις τριβής, κυκλική κίνηση, κίνηση σε επιταχυνόμενα συστήματα αναφοράς, κίνηση υπό την παρουσία δυνάμεων αντίστασης
  • Ενέργεια συστήματος, έργο σταθερής δύναμης, έργο μεταβαλλόμενης δύναμης, κινητική ενέργεια και το θεώρημα έργου-κινητικής ενέργειας, δυναμική ενέργεια συστήματος, συντηρητικές και μη συντηρητικές δυνάμεις, σχέση μεταξύ συντηρητικών δυνάμεων και δυναμικής ενέργειας, διαγράμματα ενέργειας και ισορροπία συστήματος
  • Απομονωμένα και μη απομονωμένα συστήματα, διατήρηση της ενέργειας μεταβολές μηχανικής ενέργειας για μη συντηρητικές δυνάμεις, ισχύς
  • Ορμή, απομονωμένα και μη απομονωμένα συστήματα ως προς την ορμή, διατήρηση ορμής, ώθηση δύναμης, θεώρημα ώθησης-ορμής, ελαστική και ανελαστική κρούση, πλαστική κρούση, κρούση σε δυο διαστάσεις, κέντρο μάζας συστήματος σωματιδίων και μη σημειακού σώματος, φυσική σημασία και χρησιμότητα του κέντρου μάζας, παραμορφώσιμα συστήματα, πρόωση πυραύλων
  • Περιστροφή άκαμπτου σώματος περί σταθερό άξονα, γωνιακή θέση, ταχύτητα, επιτάχυνση, άκαμπτο σώμα με σταθερή γωνιακή επιτάχυνση, μεγέθη περιστροφικής και μεταφορικής κίνησης, κινητική ενέργεια περιστροφής. υπολογισμός ροπών αδράνειας, θεώρημα παράλληλων αξόνων θεώρημα έργου-κινητικής ενέργειας στην περιστροφική κίνηση, ροπή, άκαμπτο σώμα υπό την επίδραση συνισταμένης ροπής, ενέργεια στην περιστροφική κίνηση, κύλιση άκαμπτου σώματος, διανυσματικό (εξωτερικό) γινόμενο και ροπή
  • Στροφορμή σωματιδίου και συστήματος σωματιδίων, μη απομονωμένο σύστημα, στροφορμή περιστρεφόμενου άκαμπτου σώματος, απομονωμένο σύστημα και διατήρηση στροφορμής
  • Στερεό σώμα σε ισορροπία, συνθήκες ισορροπίας, δυναμική και στατική ισορροπία, κέντρο βάρους, ελαστικές ιδιότητες στερεών, μέτρα ελαστικότητας Young, διάτμησης, όγκου, αντοχή υλικού σε εφελκυσμό, θλίψη, διάτμηση.

Ασκήσεις

Τα παρακάτω προβλήματα έχουν λυθεί στο δίωρο των ασκήσεων και είναι από το βιβλίο των Serway και Jewett.

Κεφάλαιο 1
12
Κεφάλαιο 2
3, 8, 13, 17, 16, 18, 29, 32, 35, 47, 50, 65
Κεφάλαιο 3
23, 31
Κεφάλαιο 4
3, 6, 15, 26
Κεφάλαιο 5
24, 33, 39, 44, 47
Κεφάλαιο 6
8, 21
Κεφάλαιο 7
1, 15, 21, 25, 33, 45, 51
Κεφάλαιο 8
5, 15, 23
Κεφάλαιο 9
11, 26, 33, 35, 42
Κεφάλαιο 10
5, 26

Αξιολόγηση φοιτητών

Ο βαθμός του μαθήματος προκύπτει από την προαιρετική εξέταση προόδου (50%) και από την υποχρεωτική τελική εξέταση (50% αν ο βαθμός της είναι χειρότερος από το βαθμό της προόδου ή 100% αν ο βαθμός της είναι καλύτερος από το βαθμό της προόδου).

Βιβλιογραφία

  • R. A. Serway, J. W. Jewett, Jr., «Φυσική για Επιστήμονες και Μηχανικούς, Μηχανική, Ταλαντώσεις και Μηχανικά Κύματα, Θερμοδυναμική, Σχετικότητα», 8η αμερικανική έκδοση, εκδόσεις Κλειδάριθμος, Αθήνα 2012.
  • H. D. Young, R. A. Freedman, «Πανεπιστημιακή Φυσική με Σύγχρονη Φυσική, Τόμος Α’, Μηχανική-Κύματα», 11η αμερικανική έκδοση, 2η ελληνική έκδοση, εκδόσεις Παπαζήση, Αθήνα 2009.
  • P.G. Hewitt, Oι Έννοιες της Φυσικής, 9η αμερικανική έκδοση, Πανεπιστημιακές Εκδόσεις Kρήτης, Ηράκλειο (2011).
  • H.C. Ohanian, Physics, Norton, London, (1985). [Eλληνική μετάφραση, Eκδόσεις Συμμετρία, Aθήνα (1991)].
  • C. Kittel, W.D. Knight, M.A. Ruderman, Mηχανική: Mαθήματα Φυσικής Πανεπιστημίου Berkeley
Τύπος Υποχρεωτικό
Εξάμηνο Α
ECTS 6
Εβδομαδιαίες Ώρες Διδασκαλίας 6
Γλώσσα Ελληνικά

Περιεχόμενα