Fizyka dla humanistów na przykładach z nauk o Ziemi

ogólnouniwersyteckie

Ukonczona szkoła średnia, ainteresowanie fizyką i naukami o Ziemi

mieszany: w sali i zdalnie

Kurs internetowy. Oprócz zapisania się w USOS trzeba wejść na stronę http://kampus.uw.edu.pl/ i zapisać

się na odpowiedni wykład.

Kurs przeznaczony jest dla miłośników fizyki z różnych wydziałów. Z uwagi na adresatów wykładu pominięto większość matematyki wykorzystywanej w fizyce, tym niemniej czasami musimy korzystać z prostych wzorów szkolnej matematyki.

Kurs przeznaczony jest dla miłośników fizyki z różnych wydziałów. Dla studentów kierunków humanistycznych będzie to przede wszystkim rozszerzenie wiedzy, dla studentów geografii, geologii lub chemii może to być także pożyteczne przypomnienie podstaw fizyki i zjawisk fizycznych wokół nas. Nauki o Ziemi zajmują się wieloma zjawiskami fizycznymi, które same mogą stanowić przykłady do nauki fizyki. Takie podejście do fizyki wydaje się bardziej interesujące (zwłaszcza dla nie-fizyków) niż opis wyidealizowanych eksperymentów często używanych w nauce fizyki. Z uwagi na adresatów wykładu pominięto większość matematyki wykorzystywanej w fizyce, tym niemniej tym niemniej czasami musimy korzystać z prostych wzorów szkolnej matematyki.

Program:

1. Filozofia fizyki: fizyczne podstawy różnych nauk przyrodniczych. Układy jednostek. Układ odniesienia i układ współrzędnych. Kinematyka i dynamika. Zasady dynamiki Newtona pojęcia siły i masy; trzy prawa ruchu Newtona. Problem: czy dałoby się uratować dynamikę Arystotelesa? Filozofia fizyki: idealizacje - uproszczenia w fizyce.

Układ ciał i prawa Newtona dla układu. Filozofia fizyki: redukcjonizm i holizm. Pęd i popęd. Energia kinetyczna i praca. Ruch obrotowy. Precesja osi Ziemi i rok Platona. Filozofia fizyki: czy Natura wyróżnia prawą i lewą stronę?

Układy nieinercjalne (siłą odśrodkowa i siła Coriolisa i ich skutki dla procesów na Ziemi). Przykłady. Prawo powszechnej grawitacji: problem: "jak zważyć Ziemię?". Energia potencjalna. Filozofia fizyki: wyjaśnienie teleologiczne i przyczynowe.

Stan nieważkości. Prędkości kosmiczne. Filozofia fizyki: niezmienniczość równań. Analiza wymiarowa. Problemy do przemyślenia. Nasze laboratorium: doświadczenia numeryczne nad ruchem ciał w polu grawitacyjnym.

2. Termodynamika: temperatura, ciepło, stany skupienia i przemiany fazowe wody. Prawa gazu doskonałego. Zachowanie się pary nasyconej i gazu doskonałego. Woda w atmosferze Ziemi. Powstawanie chmur. Pochodzenie wody na Ziemi. Właściwości wody. Stany metastabilne.

Promieniowanie elektromagnetyczne. Promieniowanie ciała doskonale czarnego. Katastrofa nadfioletowa i "furtka" do mechaniki kwantowej. Promieniowanie Słońca jako podstawowe źródło energii dla procesów na Ziemi. Prawa załamania i odbicia światła, tęcza. Ekologia i efekt cieplarniany (globalne ocieplenie). Promieniowanie jonizacyjne Słońca, jonosfera i pogoda kosmiczna. Podstawy procesów pogodowych: budowa atmosfery. Ozonosfera i ekologia - problem freonów. Pasaty, monsuny, bryza. Powstawanie niżów i frontów atmosferycznych. Stabilność układów w fizyce: czy trzepotanie skrzydeł motyla może spowodować katastrofę?

3: Rozpad izotopów radioaktywnych. Prawa rozpadu, wzór E=mc². Filozofia fizyki: determinizm i indeterminizm. Ciepło wnętrza Ziemi. Ekologia: energia geotermalna. Pompa cieplna. Źródła energii dla procesów we wnętrzu Ziemi: zawartość radioaktywnych izotopów w skałach. Ciepło początkowe Ziemi: ciepło akrecji, powstanie Księżyca. Powstanie jądra Ziemi: dyferencjacja, katastrofa żelazna.

4 Fale i ich właściwości: interferencja, fala stojąca, analiza harmoniczna. Fale materii: funkcja falowa. Filozofia fizyki: determinizm i indeterminizm. Nasze laboratorium: numeryczna superpozycja fal.

5 Zjawiska elektromagnetyczne i równania Maxwella. Podstawy teorii względności, w tym względność równoczesności i względność czasu. Pole magnetyczne Ziemi (pole wewnętrzne i zewnętrzne, prądy elektryczne a generacja pola Ziemi; mechanizm dynama planetarnego). Pole zewnętrzne (jonosfera, magnetosfera, oddziaływanie z wiatrem słonecznym, pogoda kosmiczna).

Podsumowanie, w tym ważne z praktycznego punktu widzenia, dzisiejsze wyzwania fizyki.

Pomoce w trakcie nauki: forum dyskusyjne, eksperymenty w warunkach domowych wg załączonych opisów, eksperymenty numeryczne za pomocą programów w Excelu.

Kontrola procesu nauczania: pytanie testowe do każdych zajęć, test końcowy (pisemny).

Opis przygotował Leszek Czechowski, czerwiec 2008

1. L. Czechowski, Tektonika płyt i konwekcja w płaszczu Ziemi, .Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa, 1994.

2. I. de Pater, J.J. Lissauer, Planetary sciences, Cambridge University Press, Cambridge, 2001.

3. W. G. Ernst, Earth material, 1969 Prentice-Hall, Englewood Cliffs, New Jersey, USA.

4. F. D. Stacey, Physics of the Earth, J. Wiley and Sons Inc., 1969 (also later editions)

5. E. J. Tarbuck and F. K. Lutgens, Earth Science, Merrill Publ. Co., 1988, Columbus.

Materiały dodatkowe: dla osób chcących szerzej poznać tematykę zastaną podane odpowiednie strony internetowe dotyczące różnych aspektów wykładu.

Poznanie metod pracy fizyki, jej miejsca w naukach przyrodniczych

testy internetowe do każdego wykladu, końcowy test pisemny, regularne konsultacje w 'realu'.

brak