Διδασκόμενη ύλη

Θεωρητικό Μέρος

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 .
14. Μηχανικά κύματα, διάδοση, εγκάρσια και διαμήκη, ταχύτητα, ανάκλαση και διέλευση, γραμμική εξίσωση κύματος, σεισμικά και ηχητικά κύματα, φαινόμενο Doppler, υπέρθεση και στάσιμα κύματα.

Πειραματικό Μέρος

Εκπαιδευτικά πειράματα πάνω σε απλά φαινόμενα της φυσικής και επεξεργασία των πειραματικών δεδομένων. Περιλαμβάνονται:

1. Εισαγωγική εργασία πάνω στην επεξεργασία των μετρήσεων. (ατομική)
2. Ευθύγραμμη κίνηση.
3. Στροφική κίνηση/ ροπή αδράνειας.
4. Γραμμική ταλάντωση.
5. κυκλική κίνηση.
6. απλό και φυσικό εκκρεμές.

Μέσω μετρήσεων γίνεται εφαρμογή- επιβεβαίωση βασικών νόμων της φυσικής: Νόμοι Newton για ευθύγραμμη και στροφική κίνηση, Νόμος Hook για την ελαστικότητα. Χρησιμοποιούνται βασικά και περισσότερο εξειδικευμένα όργανα και τεχνικές για τη μέτρηση φυσικών μεγεθών: χρονόμετρο, παχύμετρο, laser, φωτοπύλη, μετρήσεις με τη χρήση υπολογιστή και κατάλληλου hardware και software.

Τις μετρήσεις κάθε άσκησης ακολουθεί βασική επεξεργασία των πειραματικών μετρήσεων: εξαγωγή μέσου όρου- τυπική απόκλιση- γραμμική συσχέτιση με τη μέθοδο ελαχίστων τετραγώνων- υπολογισμός σφαλμάτων σε μεγέθη που μετριούνται- υπολογισμός μεταδιδόμενου σφάλματος σε μεγέθη που υπολογίζονται έμμεσα από τις μετρήσεις. Τέλος η διαδικασία, τα αποτελέσματα και τα συμπεράσματα από κάθε πειραματική άσκηση καταγράφονται σε μια αναφορά ανά ομάδα δύο ή τριών φοιτητών.

Ιστοσελίδα μαθήματος

Το eclass του μαθήματος.

Μαθησιακά αποτελέσματα

Οι φοιτητές με το πέρας του μαθήματος αναμένεται να:

1. Εμπεδώσουν την κλασική μηχανική που διδάσκεται στα λύκεια σε κάπως ανώτερο επίπεδο μαθηματικών, εκμεταλλευόμενοι και την εμπειρική πειραματική διαδικασία.
2. Αποκτήσουν κριτική σκέψη και ικανότητα διατύπωσης φυσικών μοντέλων και επίλυσης προβλημάτων.
3. Εξοικειωθούν με την μαθηματική διατύπωση των νόμων της φυσικής: για τον σκοπό αυτό, εισάγονται και χρησιμοποιούνται ο απειροστικός λογισμός και πολύ απλές διαφορικές εξισώσεις.
4. Eξοικείωση με τη χρήση σε βασικό επίπεδο εξειδικευμένων εποπτικών μέσων όπως το laser και οι φωτοπύλες (δεξιότητα)
5. Ικανότητα ξεκινώντας από πειραματικά δεδομένα να συγγράψουν μια επιστημονική αναφορά που να τα παρουσιάζει και να τα αναλύει (ικανότητα)
6. Κριτήρια να διακρίνουν την ποιότητα και την αξιοπιστία πειραματικών δεδομένων (ικανότητα).
7. Αποκτήσουν το υπόβαθρο και τις δεξιότητες για την κατανόηση της φυσικής των υλικών στα πιο προχωρημένα θεωρητικά και εργαστηριακά μαθήματα που έπονται.

Το μάθημα σύμφωνα με το Ευρωπαϊκό Πλαίσιο Προσόντων Δια Βίου Μάθησης είναι επιπέδου 6 ως μάθημα πρώτου κύκλου σπουδών.

Μέθοδοι Aξιολόγησης

Θεωρητικό μέρος

Η αξιολόγηση των φοιτητών στο θεωρητικό μέρος γίνεται στα Ελληνικά, με προαιρετική εξέταση προόδου στο μέσο του εξαμήνου και υποχρεωτική τελική γραπτή εξέταση στα ελληνικά που περιλαμβάνει ερωτήσεις και προβλήματα με επιλογή πολλαπλών απαντήσεων.

Πειραματικό μέρος

Η αξιολόγηση στο πειραματικό μέρος γίνεται στα Ελληνικά, σε τρία βήματα.

Βήμα 1

Σύντομη ασύγχρονη εξ αποστάσεως εξέταση πάνω στην θεωρία κάθε πειράματος. Σύντομες προφορικές ερωτήσεις πάνω στην πειραματική διάταξη.
Κριτήρια: Περιγραφή του φαινομένου, Γνώση βασικών νόμων που το διέπουν, βασική κατανόηση της πειραματικής διάταξης (τι μετράμε και με ποιο τρόπο).

Βήμα 2

Βαθμολόγηση της αναφοράς πάνω στην πειραματική διαδικασία που θα παραδοθεί. Ο βαθμός είναι ένας για τους φοιτητές κάθε ομάδας.
Κριτήρια: Επεξεργασία μετρήσεων, Κατασκευή Γραφημάτων, Παρουσίαση αποτελεσμάτων, έλεγχος ορθότητας αποτελεσμάτων.

Βήμα 3

Γραπτή εξέταση στο τέλος του εξαμήνου, όπου οι φοιτητές καλούνται να επεξεργαστούν έτοιμα πειραματικά δεδομένα. Κριτήρια: Ικανότητα εφαρμογής των μεθόδων που χρησιμοποιήθηκαν κατά τη διάρκεια των εργαστηρίων, ορθή γραφική απεικόνιση αποτελεσμάτων και υπολογισμός μεγεθών.

Οι φοιτητές έχουν το δικαίωμα να δουν τα γραπτά τους μετά την έκδοση των αποτελεσμάτων της βαθμολόγησης και να υποβάλουν ερωτήσεις.

Βιβλιογραφία

Θεωρητικό μέρος

• 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, Tόμος I, Eκδόσεις Συμμετρία, Αθήνα (1978).
• R.P. Feynman, R.B. Leighton, M. Sands, The Feynman Lectures on Physics, Tόμος I, Addison-Wesley (1963).

Πειραματικό μέρος

• Ανδρέας Ζέζας, Σημειώσεις Εργαστηρίων Φυσικής Ι: Μηχανική και Θερμοδυναμική, Τμήμα Φυσικής Πανεπιστήμιο Κρήτης, 2013.
• Xρ. Xαλδούπης, Eργαστηριακές Aσκήσεις Φυσικής: Mηχανική – Θερμότητα, Πανεπιστήμιο Kρήτης, Hράκλειο (1996).