Jonathan Livingston Racek Jonathan Livingston Seagull

Fyzikální seminář zima 99 (Mechanika)

~ Studenti sobě ~

Kriterium zápočtu:
jedno ústní a jedno posterové vystoupení (s abstrakty - na jeden odstavec) +zpracování aspoň jednoho "proceedings" v rozsahu min 1-max 3 stran. Pokyny
Upozornění: Ani abstrakta ani proceedings neprocházejí recenzním řízením

Jak přednášet o fyzice
- rady začínajícím řečníkům
-příspěvek Ondřeje Bojara & spol na FyzSem Zima 98
- How to Prepare a Poster

Scénář: fyzikálního semináře

ústní přednášky:

posterová sekce I

posterová sekce II

Abstrakta příspěvků

Fyzika nevážně
Netradiční pohled na fyziku a obecně vědu. Pokus o splnění nepsaného požadavku o co nejmenší podíl matematických vzorců. Nevyhneme se ale rozboru vzorce 1+1=2.
Literatura: Science with a smile.

Raketová technika
Druhy raket, konstrukce raket, bežně dostupná raketová paliva. Seznámení s vlastním raketovým programem a jeho výsledky.
Zdroje informací:
B. Ružicka, L. Popelínský - Rakety a Kosmodromy
Tadeusz Urbanski - Chemie a technologie výbušnin - III. díl
A. A. Šidlovskij - Pyrotechnika

Chaos a fraktály
Teorie chaosu. Matematický popis chaotických dějů. Stavový prostor. Vizuální zobrazení chaotických dějů: fraktály. Druhy fraktálů. Působení atraktorů. Jak se počítají fraktály. Efekt motýlího křídla. Dynamická rovnováha.
Literatura:
Chip 10/99 - Když rozkvetou fraktály.
Softwarové novinky  8/1995 - Fraktály a jejich vlastnosti.

Simulace pohybu těles v gravitačním poli.
Simulace pohybu těles v gravitačním poli. Program pro výpočet gravitačního působení více těles (více než 2) dokáže simulovat oběh planet kolem hvězd, komet kolem hvězd, simulace dvojhvězd, simulace gravitačního praku a nepřímého posuvu perihélia.
Literatura:
Sto astronomických omylů uvedených na pravou míru : Zdeněk Horský, Zdeněk Mikulášek, Zdeněk Pokorný.
Planety naší sluneční soustavy : Pavel Koubský
První tři minuty : Steven Weinberg

Perpetum mobile I. druhu
Jedná se o periodicky pracující mechanickou soustavu. Ta má vykonávat práci aniž by jí byla dodáváná jakákoli energie. Lidé se konstrukcí zabývali již od dávných dob. Podle fyzikálních zákonů není bohužel konstrukce takovéto soustavy možná.
zdroj: internet

Zatmění slunce
- zatmění slunce 8/99
- zatmění a jeho vliv na historii a fyziku (nejstarší pozotrovaná zatmění, důkaz specielní teorie relativity)
zdroj: Vesmír 7/99 + odkazy na webu

Newton - hybná páka mechaniky:
Historie jednoho fyzika, který položil základy klasické fyziky. Jak na jeho závěry, hypotézy, tvrzení reagovali jeho současníci? A co si o něm myslíme dnes?
Štoll, I.: Svět očima fyziky.

Newtonovo vědro
Dostali jste se na vysokou školu. Doposud Vám na středních školách byl předkládán ideální svět fyziky - ideální kapalina, ideální tuhé těleso a podobně. Ale realita (nejen virtuální) má pramálo společného s tímto skvěle zavedeným systémem. My Vám pomůžeme probudit se a otevřít oči.
Brož a kol.: Základy fyzikálního měření I
Horák a kol.:Technická fyzika
Kvasnica, J.:Matematický aparát fyziky.

Schrodingerova kocka a pribuzne problemy kvantove fyziky
Lit: Einstein A.,Infeld L.,Fyzika jako dobrodruzstvi poznani. Orbis,Praha 1962
Penrose R.,Makrosvet,mikrosvet a lidska mysl. MF,Praha 1999  

Doppleruv efekt
uvedeni principu Dopplerova jevu, jeho vyznamu pro astronomicka pozorovani a pokus o exper. overeni pro
oblast zvukovych vln
Lit:-Weinberg S., Prvni tri minuty. MF,Praha 1982
Sklovskij J.S.,Miliony cizich svetu. MF,Praha 1964
Solc M. a kol.,Fyzika hvezd a vesmiru. SPN,Praha 1983
Fris S.E. a Timoreva A.V., Kurs fysiky I. Nakl.CSAV,1953

Ješte teplé novinky týkající se fyziky stažené z internetu a připravené vědychtivým studentům FJFI.
Zdroj informací: Internet, pravděpodobně http://www.science.com, http://www.nature.com a další.

Co je a čím se zabývá NASA a některé zajímavé projekty.
Když v roce 1915 zakládal Kongres organizaci NACA (National Advisory Committee for Aeronautics), která měla koordinovat činnost výzkumných týmů v oblasti létání, nikdo zřejmě netušil, v co se tato organizace rozvine.  Přibližně o 40 let později se NACA změnila v NASA (National Aeronautics and Space Administration), původní zaměření zůstalo, přibyl
výzkum vesmíru a vývoj kosmických lodí a sond. V současné době probíhá několik zajímavých projektů, jako například Mezinárodní kosmická stanice, vývoj Raketoplánu, několik sond je na cestě ke vzdáleným světům. NASA je také angažována v ekologických otázkách týkajících se Země.
Zdroj informací: Oficiální NASA web stránky http://www.nasa.gov

Vznik atomových jader z hlediska kvantové mechaniky
jedna nematematická představa vzniku atomových jader.

Chaos a Mandelbrotova množina
Krátké představení teorie chaosu se zaměřením na objekt zvaný Mandelbrotova množina.
Literatura: James Gleick - Chaos
Přehled užité matematiky

Pozorovani cernych der
Neco teorie o vzniku a o moznosti pozorovani cernych der, nekolik pozorovanych ukazu, jez se daji vysvetlit pritomnosti cerne diry.
Literatura: Strucna historie casu, Cerne diry a budoucnost vesmiru (S. Hawkin), Internet

Urcovani rozmeru mikrostruktur nosicu medii
Pokus o aplikaci laseru na povrch gramofonove desky a CD, ktery bude vyuzit jako rozkladova mrizka. Merenim vzdalenosti maxim (odecteno na stinitku) pri znamych ostatnich parametrech lze vypocitat vzdalenosti jednotlivych ryh na desce a CD.
Literatura : Prehled stredoskolske fyziky,

Princip kausality kontra princip synchronicity
Některé práce prof. Neubauera, Analogon č. 22 (čas. Pražské surrealistické skupiny)

Kosmologická konstanta
Lit: Raphael Bousso: Vesmír 78, Zamotaný příběh kosmologické konstanty.

Čidlo splovoucím prvkem pro měření tečného tlaku v nízkorychlostních aerodynamických tunelech
Zdroj: Journal of microelectromechanical systems, dec. 1996.

Včerejšek, dnešek a zítřek polovodičů, aneb labyrint mikroelektroniky pod mikroskopem
Diskrétní polovodičové součástky (principy funkce a výroby), základní struktury IO jak monolytických, tak hybridních, návrhová pravidla, testovací struktury, výroba Si monokrystalu (Ozochralski, zonální tavba), dotování polovodičů (substrátu) (epitaxe, iontová implantace, difůze). Porovnání hybridních a monolytických integrovaných obvodů.
Zdroj: sbírka exponátů a vypreparovaných obvodů

Způsoby experimentálního ověření Avogadrovy konstanty
příspěvek se pokouší rozebrat a zvážit nevýhody různých metod zjištění Avogadrovy konstanty. Důraz bude kladen na proveditelnost a přesnost danných postupů.
Lit: Brož, J., Roskovec, V.:Základní fyzikální konstanty

Výpočet příkladu v angličtině
příspěvek bude obsahovat výpočet jednoduchého příkladu. Během příspěvku se bude příklad rozebírat a zadávat taktéž v jazyce anglickém.
Zdroje: Štoll, I.: Mechanika

Formování fyzikálního myšlení na středních školách gymnaz. typu
Gymnazia připravují své žáky na studium na FJFI velkým množstvím teoretických znalostí ve fyzice i matematice. Jsou však tito žáci vybaveni tím, co doc. Štoll nazývá "způsob myšlení fyziků"? Pokusím se to zjistit testováním vzorku studentů gymnazia.
Lit: Jan Čáp: Psychologie výchovy a vyučování, UK, vydavatelství Karolinum, Praha 93
Milan Bednařík, Miroslava Široká, Petr Bujok: Mechanika pro gymnazia.

Mechanické aplikace vysokoteplotní supravodivosti
Nehomogenní vysokoteplotní supravodivost umožňuje vytvoření unikátního ložiska. Setrvačník umístěný na tomto ložisku je brzděn podstatně méně než na mechanickém ložisku, proto na něm lze lépe sledovat vlivy prostředí i vlastní mechanické charakteristiky. Pozvolný pokles frekvence rotace setrvačníku umožňuje také experimentálně určovat rezonanční frekvence mechanické soustavy.
Lit.: Stanislav Daniš: 9 let vysokoteplotní supravodivosti, pokroky matematiky, fyziky a astronomie 4/1996
J. Štefan: Svět v blízkosti absolutnej nuly, Alfa Bratislava 1986
Internet: Presentace firmy CAN Superconductors, http://www.can.cz

Teorie všeho
- dlouhá teorie vzniku
- ostatní teorie
- sjednocená teorie
- krása teorie
- vědci, zabývající se TOE
Lit.: J.D. Barrow - Teorie všeho
S.W.Hawking: Hledání teorie všeho
S.Weinberg: Snění o finální teorii

Foucaultovo kyvadlo
Historie, něco o autorovi, jak pracuje, kyvadla ve světě, zajímavosti, ?? pokus ?? o demonstraci
Zdroje: internet
Štoll, I.: Objevitelé přírodních zákonů

Foucaultovo kyvadlo II
Seznámení posluchacu s principem Fukoltova kyvadla. Problémy s konstrukcí a technické rešení. Posouzení vlivu vnejších podmínek na správný chod. Demonstrace a srovnání predpokladu s výsledky pokusu.
Zdroje informací:
Jaroslav Krutina - Prehled Technické Mechaniky
Doc. ing. Ivan Štoll Csc. - Mechanika

Koulařské optium
- udává se optimum šikmého vrhu 45 stupňů
- platí toto pro koulaře?
- liší se tento úhel na mítinku v Oslo od Olympiády v Sydney?

Úvod do Fámula
- úvod do programu na základě ukázky modelu volného pádu a vrhu (použití Eulerovy metody pro numerický výpočet diferenciální rovnice)

Pád do černé díry
Teoretický výlet na povrch gravitačně zhrouceného objektu.
Zdroj: internet

Jakob Bernoulli a jeho brachistochrona
Jakob bernoulli jako historická postava (a málo známý člen slavné Bernoulliho rodiny). jeho přínos pro matematiku a fyziku v podobě řešení úlohy o brachistochroně
Lit: Britannica - ready reference
Štoll, I.: Mechanika
Tolar, J., Štoll, I.:Teoretická fyzika
Malá československá encyklopedie
Slavní myslitelé
Štoll, I.: Svět očima fyziky.

Balistické kyvadlo
- experimentální měření vysoké rychlosti tělesa (kulky) pomocí balistického kyvadla.
Zdroje: internet
Štoll, I.: Mechanika

Rutherfordův rozptyl částic alfa na atomech zlata
Ernest Rutherford byl významným britským fyzikem, členem Královské společnosti v Londýně. Zabýval se studiem zejména radioaktivity, navrhl model atomu. Roku 1919 první experimentálně dokázal, že jádro atomu dusíku lze rozštěpit bombardováním částicemi alfa. U rozptylu částic alfa jde o dvě elektricky kladně nabité částice, které se odpuzují silou nepřímo úměrnou čtverci vzdálenosti. tento jev má velkou důležitost v mnoha oblastech fyziky, zejména atomové, jaderné a částicové, protože umožňuje experimentálně zkoumat silové působení mezi částicemi.

Cyklistika vs. fyzika:
Jízdní kolo,od pradávna jeden z nejekonomictejších a nejekologictejších dopravních prostředku.Kolo je rozšíreno po celém světe a vyrábí se v milionových seriích v nejrůznejších technických úpravách.Rychlost,dosahovaná při jízde na kole je velmi ovlivněna fyzikálními zákonitostmi.Tímto zpusobem lze jízdu na kole považovat za mechanický pohyb telesa v určitém prostředí.Jízdní kolo plní vlastně dvě funkce.Slouží jak k jízde samotné,tak k převodu síly,vyvynuté pohybovým ústrojím človeka,na hnací sílu,potřebnou k jízdě.Na této přednášce se dovíte několik zákonitostí, potřebných pro jízdu na kole.
Lit.:Karel Cibula: Mechanika jízdního kola,vydalo CVUT

Cyklistika vs. Fyzika II.,aneb co jste nestačili pochytit na přednášce
Veškeré veci recené na seminári Cyklistika vs. Fyzika nejsou zdaleka všechny,co by meli patriti k zákonitostem spojené s jízdou na kole.Proto veškeré další zákonitosti,ale i historie kola budou zverejnené na postru nazvaném Cyklistika vs. Fyzika II..Dovíte se jak je nejlepší jezdit na kole,v jaké nadmorské výšce vám to pojede nejlépe,jaké odpory na vaše kolo kladou zákonitosti fyziky a dalších mnoho užitecných rad okolo prístroje,
jehož základní princip však zustává zachován již více než 100 let,což svedcí o geniálnosti a jednoduchosti vynálezu.
Lit.:Karel Cibula:Mechanika jízdního kola,vydalo CVUT

Materiály pro jadernou elektrárnu
Lit: Bečvář, J.: Jaderné elektrárny
Pluhař, J.: Nauka o materiálech

Gyroskopický moment
- rovnice, teorie, názorná ukázka.
Lit: J. Kvasnica a kol.:Mechanika.
Feynmanovy přednášky z fyziky.
Horák:Fyzikální experimenty
Brát, Brousil: Dynamika

Úvod do DAS - sběr dat na PC
Je spousta fyzikálních jevů, které změřit nejdou, ale spousta jich změřit jde.
Lit: Manuál k Science workshop.

Náměty témat
. Demonstrace, na které není ve standardní přednášce již časový prostor
. Experimentální ověření některých teoretických předpovědí (z přednášky, cvičení ...)
. Advanced příklady za hranicemi přednášky a cvičení
. Pohled na probíranou látku z učebnic jiných škol a univerzit i zahraničních
. Současná fyzika - referáty k posledním fyzikálním objevům a trendům, čerpané z časopisů (Vesmír, Science, Nature, Physics Today, Pokroky matematiky a fyziky..) vč. seznámení s danným zdrojem (časopisem)
. Historie fyziky - pohled na genezi některých vědeckých poznatků + zajímavosti.
. Modelování probíraných jevů na počítači v systémech Famulus, Mathematica, Maple, Reduce
. Internet & Fyzika - prohledávání světových serverů hesly "fyzika", "physics"
. Numerické simulace - presentace již hotových počítačových fyzikálních modelů k probírané látce
. Aplikace probírané látky na různých vědeckých pracovištích.
. Fyzika nevážně
. Anglická presentace jednoduchých příkladů
. Jak a v čem se píší vědecké publikace (proč a kdy "Tex", "Word", etc.)
. Je možné pokusit se na Fyzikálním semináři o zapsání do Guinessovy knihy rekordů? Jaké jsou vůbec zápisy v této knize ohledně fyziky?
. Seznámení s knihovnami - Univerzitní, Technická, Akademie věd, Technického muzea etc.
. Separáty různých témat (k vyzvednutí u vedoucího semináře)

Konkrétní nabídka k jednotlivým tématům

Předpokládá se, že si student k vybraným tématům najde literaturu a informace samostatně např. v knihovně FJFI, Národní či Státní technické knihovně. Dále má k dispozici literaturu (+ xerox, tiskárnu ) k presenčnímu studiu v Břehové ul. místnost č. 121. Samozřejmě je možné inspirovat se zdroji na internetu, např.

Demonstrace, na které není ve standardní přednášce již časový prostor
u demonstrací je prostor pro skupinu až 6-7 studentů:
- historické souvislosti experimentu (1)
- krátce připomenutí teorie (1)
- počítačový model nějakého sledovaného jevu experimentu (1)
- teoretický výpočet předpokládaných výsledků na základě konkrétních vstupů (1)
- provedení experimentu (2)
- srovnání počítačového modelu, teoretických předpovědí a samotného experimentu (1)

• Vzduchová dráha - pro pokročilé
• Nucené harmonické kmity + srovnání s elektrickými
• Fyzické kyvadlo - měření gravitační konstanty
• Neinerciální soustava - stříkající pramen vody v rotující soustavě
• Rotační dynamika, měření momentů setrvačnosti
• Foucaltovo kyvadlo
• Rutherfordův rozptyl částic alfa - pružný rozptyl částic
• ............. libovolně další

Experimentální ověření některých teoretických předpovědí (z přednášky, cvičení ...)

• Jojo

"Advanced" příklady za hranicemi přednášky a cvičení

Nabídka

• Spiegel 1.39: Křivkové integrály a nezávislost na cestě
• Spiegel 2.10: Práce vykonananá silovým polem při pohybu částice
• Spiegel 2.14 +2.16: Konzervativní silová pole, potenciální energie, zákon zachování energie.
• Spiegel 2.27: Stabilita rovnováhy
• Štoll skripta Mechanika: detailnější rozbor 2.12
• Spiegel 3.10: Parašutista
• Spiegel 3.21: Vrh na nakloněnou rovinu
• Spiegel Chapter 8: Applications to vibrating systems, rockets and collisions
• Gyroskop, Káča
• Spiegel: 1.146,1.147: position vector, velocity and acceleration in cylindrical and spherical coordinates
• ............. libovolně další

Náměty ze sbírky Jex & Štoll

Literatura:

• Spiegel: Theoretical Mechanics
• Strelkov et all: Sbírka příkladů z fyziky
• I. Jex, I. Štoll: příklady pro pokročilé
• ............. libovolně další

Pohled na probíranou látku Mechaniky z učebnic jiných škol a univerzit i zahraničních

Nabídka literatury [1]-[6].

Historie fyziky - pohled na genezi některých vědeckých poznatků + zajímavosti.

Nabídka

• František Běhounek: Vzpomínky a archívní dokumenty ke 100 výročí narození
• Twentieth century physics - 3 svazky
• ............. libovolně další

Aplikace probírané látky na různých vědeckých pracovištích.

• nabídka katedry materiálů: "Nucene kmitani, rezonance a jejich vyuziti pri destruktivnich
  zkouskach materialu" Student, ktery si toto tema vybere se muze seznamit s nekterymi unavovymi experimentalnimi aparaturami, ktere jsou na katedre k dispozici (pulzator a SF-Test). Dozvi se tak neco o konkretni aplikaci, ktera je velmi zjednodusene probirana v ramci zakladniho kursu a muze do dane problematiky dle sve chuti proniknout. Zadani ukolu je mozno samozrejme formalizovat a upresnit dle potreby

Numerické simulace - presentace již hotových počítačových fyzikálních modelů k probírané látce

Nabídka hotových modelů v systémech:

• Pearls
• Famulus - kinematika, vrhy, oběhy, kmity ....
• ............. libovolně další

Modelování probíraných jevů na počítači v systémech Famulus, Mathematica, Maple, Reduce
Zde je úkolem předvést na nějakých jednoduchých fyzikálních modelech práci v těchto pomocných prostředcích matematiků a fyziků.

Náměty

• základní seznámení s Mathematicou, Famulem a Maple.
• základy numerického řešení diferenciálních rovnic na Famulovi - velmi preferováno + srovnání metod: Eulerova, Leapfrog, Runge-Kutta simple & adapted (Korsch & Jodl: Chaos [6]).
• jednoduché řešení diferenciálních pohybových rovnic neinerciální soustavy
• ............. libovolně další

Fyzika nevážně

Literatura

• Physics with smile
• Richard Feynman: "Snad ti nedělají starosti cizí názory"
• Pavel Kessner, Zdeněk Tůma: Zajímavé otázky z fyziky
• Jearl Walker:" The flying circus of physics with answers.
• hledají se citáty točící se kolem fyziky
• ............. libovolně další

Separáty různých témat (k vyzvednutí u vedoucího semináře)

• Nástup a dnešní realita technologie družicového určování polohy a navigace
• Zatmění slunce (průvodce pro nejširší veřejnost)

Literatura

1. Mechanics, Berkeley physics course
2. Tipler: Physics, vol.1
3. Feynmanove prednášky z fyziky
4. Roller/Blum: Physics, vol.1. mechanics, waves and thermodynamics
5. Spiegel: Theoretical mechanics
6. Korsch, H.J., Jodl, H.J.: Chaos. Springer-Verlag. Berlín 1994
7. ............. libovolně další
   

~ Studenti sobě ~
Fyzikální seminář Zima 98

Přihláška do semináře

Jméno ...............................................................

Název příspěvku (vystoupení)........................................................................
........................................................................................................................
Název příspěvku (poster)........................................................................
........................................................................................................................

Abstrakta a Literatura: (na druhou stranu)
V abstraktu MUSÍ být minimálně uveden zdroj informací! - bez zdroje nebude příspěvek zařazen.

Požadované technické prostředky (pro případ vystoupení)
 PC  Zpětný projektor  Video  Další

Odevzdat do 12.10, místnost 122, (emailem Svoboda@br.fjfi.cvut.cz)

Důležité upozornění:
Všechny příspěvky je potřeba předem konzultovat s vedoucím semináře Vojtěchem Svobodou nejméně jeden den před uvedením (lépe však dříve). V případě uvádění příspěvků z oblasti současné fyziky je nutné dodat kopii článku, ze kterého bylo čerpáno.

Podpora:
veškerá výše uvedenená literatura je dostupná k presenčnímu studiu v místnosti Břehová 121, dále je k dispozici kopírka, blány na zpětný projektor, tiskárna. V posluchárně je počítač, po předchozí dohodě je možné zajistit kvalitní velkoplošnou projekci počítaového obrazu. Dále je k dispozici zpětný projektor ve 103.

Archív Fyzikálního semináře:

Připomínky a náměty k fyzikálnímu semináři: Vojta Svoboda, Břehová 7, Pha1,tel. 24810817 l.296, mail: svoboda@br.fjfi.cvut.cz, poslední aktualizace: 10/99.