Module also offered within study programmes:
General information:
Name:
Physics 1
Course of study:
2017/2018
Code:
IES-1-108-s
Faculty of:
Computer Science, Electronics and Telecommunications
Study level:
First-cycle studies
Specialty:
-
Field of study:
Electronics and Telecommunications
Semester:
1
Profile of education:
Academic (A)
Lecture language:
English
Form and type of study:
Full-time studies
Course homepage:
 
Responsible teacher:
prof. dr hab. Pisarkiewicz Tadeusz (pisar@agh.edu.pl)
Academic teachers:
dr hab. inż. Marszałek Konstanty (marszale@agh.edu.pl)
prof. dr hab. Pisarkiewicz Tadeusz (pisar@agh.edu.pl)
Module summary

Description of learning outcomes for module
MLO code Student after module completion has the knowledge/ knows how to/is able to Connections with FLO Method of learning outcomes verification (form of completion)
Social competence
M_K001 Rozumie potrzebę i zna możliwości ciągłego dokształcania się; dostrzega konieczność wykształcenia umiejętności posługiwania się narzędziami matematycznymi w opisie zjawisk fizycznych. ES1A_W01, ES1A_K01, ES1A_W02 Test
M_K002 Ma świadomość ważności i rozumie pozatechniczne aspekty i skutki działalności inżyniera, w tym jej wpływ na środowisko, i związaną z tym odpowiedzialność za podejmowane decyzje. ES1A_K02 Test
M_K003 Student jest przygotowany, w oparciu o znajomość zasad fizycznych, do podjęcia działań zmierzających do rozwoju nauk technicznych, m.in. elektroniki, i telekomunikacji. ES1A_W02 Test
Skills
M_U001 Zdobywa matematyczne podstawy opisu zjawisk fizycznych, zna przykłady zastosowania rachunku wektorowego, różniczkowego i całkowego w fizyce. ES1A_W01, ES1A_W02 Test
M_U002 Potrafi pozyskiwać informacje z literatury, baz danych i innych źródeł; potrafi integrować uzyskane informacje, dokonywać ich interpretacji, a także wyciągać wnioski oraz formułować i uzasadniać opinie. ES1A_U01 Test
M_U003 Samodzielnie rozwiązuje zadania w obszarze mechaniki klasycznej, potrafi pracować indywidualnie; umie oszacować czas potrzeby na realizację zleconego zadania; umie zastosować odpowiednie prawa fizyczne do rozwiązywania zagadnień z drgań i ruchu falowego, elektromagnetyzmu i podstaw termodynamiki i hydrodynamiki. ES1A_W01, ES1A_U02, ES1A_W02 Test
M_U004 Umie zastosować odpowiednie prawa i zasady fizyczne do rozwiązywania zagadnień z dynamiki, drgań i ruchu falowego, elektromagnetyzmu i podstaw termodynamiki i hydrodynamiki. ES1A_W02 Test
Knowledge
M_W001 Zna i rozumie znaczenie fizyki jako nauki przyrodniczej, jej miejsce i rolę w dzisiejszej nauce i technice; dostrzega wzajemne relacje pomiędzy teorią a eksperymentem. ES1A_W02 Examination,
Test
M_W002 Dysponuje aktualną wiedzą na temat zjawisk fizycznych i fundamentalnych oddziaływań w przyrodzie. ES1A_W02 Examination,
Test
M_W003 Ma wiedzę w zakresie fizyki, obejmującą: mechanikę, termodynamikę, elektryczność i magnetyzm, w tym wiedzę niezbędną do zrozumienia podstawowych zjawisk fizycznych występujących w elementach i układach elektronicznych, układach transmisyjnych, sieciach telekomunikacyjnych oraz w ich otoczeniu. ES1A_W02 Examination,
Test
FLO matrix in relation to forms of classes
MLO code Student after module completion has the knowledge/ knows how to/is able to Form of classes
Lecture
Audit. classes
Lab. classes
Project classes
Conv. seminar
Seminar classes
Pract. classes
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Others
E-learning
Social competence
M_K001 Rozumie potrzebę i zna możliwości ciągłego dokształcania się; dostrzega konieczność wykształcenia umiejętności posługiwania się narzędziami matematycznymi w opisie zjawisk fizycznych. + + - - - - - - - - -
M_K002 Ma świadomość ważności i rozumie pozatechniczne aspekty i skutki działalności inżyniera, w tym jej wpływ na środowisko, i związaną z tym odpowiedzialność za podejmowane decyzje. + + - - - - - - - - -
M_K003 Student jest przygotowany, w oparciu o znajomość zasad fizycznych, do podjęcia działań zmierzających do rozwoju nauk technicznych, m.in. elektroniki, i telekomunikacji. - + - - - - - - - - -
Skills
M_U001 Zdobywa matematyczne podstawy opisu zjawisk fizycznych, zna przykłady zastosowania rachunku wektorowego, różniczkowego i całkowego w fizyce. + + - - - - - - - - -
M_U002 Potrafi pozyskiwać informacje z literatury, baz danych i innych źródeł; potrafi integrować uzyskane informacje, dokonywać ich interpretacji, a także wyciągać wnioski oraz formułować i uzasadniać opinie. + + - - - - - - - - -
M_U003 Samodzielnie rozwiązuje zadania w obszarze mechaniki klasycznej, potrafi pracować indywidualnie; umie oszacować czas potrzeby na realizację zleconego zadania; umie zastosować odpowiednie prawa fizyczne do rozwiązywania zagadnień z drgań i ruchu falowego, elektromagnetyzmu i podstaw termodynamiki i hydrodynamiki. - + - - - - - - - - -
M_U004 Umie zastosować odpowiednie prawa i zasady fizyczne do rozwiązywania zagadnień z dynamiki, drgań i ruchu falowego, elektromagnetyzmu i podstaw termodynamiki i hydrodynamiki. - + - - - - - - - - -
Knowledge
M_W001 Zna i rozumie znaczenie fizyki jako nauki przyrodniczej, jej miejsce i rolę w dzisiejszej nauce i technice; dostrzega wzajemne relacje pomiędzy teorią a eksperymentem. + - - - - - - - - - -
M_W002 Dysponuje aktualną wiedzą na temat zjawisk fizycznych i fundamentalnych oddziaływań w przyrodzie. + - - - - - - - - - -
M_W003 Ma wiedzę w zakresie fizyki, obejmującą: mechanikę, termodynamikę, elektryczność i magnetyzm, w tym wiedzę niezbędną do zrozumienia podstawowych zjawisk fizycznych występujących w elementach i układach elektronicznych, układach transmisyjnych, sieciach telekomunikacyjnych oraz w ich otoczeniu. + - - - - - - - - - -
Module content
Lectures:

Module (subject) content (lecture program and characteristics of other forms of classes)

The purpose of this course is to develop theoretical and practical skills in description of the real, natural world based on the fundamental laws and physical principles. Student understands physical phenomena and their importance, learns to solve simple problems in engineering, learns how to plan and perform experiments and how to solve more complicated technical problems basing on physics laws.

This course is composed of lectures (45 hours) and tutorials (30 hours).

LECTURES:

1. Introduction to physics, vector calculus (2 hrs)
Physics as a basic science. Fundamental interactions. Scalars and vectors. Properties of a vector. Vector calculus (addition, subtraction, scalar and vector products).

2. Motion (3 hrs)
Position vector, displacement. Definition of the average and instantaneous velocities. Acceleration, acceleration components in different coordinate systems. Oblique projection.

3. Dynamics (3 hrs)
First, second and third Newton’s laws. A body on the ramp. Inertial and noninertial reference frames, inertial forces, examples. Galileo’s transformation (GT), transformation of velocity and acceleration. The law of momentum conservation vs. GT.

4. Work and energy (2 hrs)
Work of a constant and varied force. Power. Kinetic energy. Work-kinetic energy theorem. Conservative forces, potential energy, field force. Principle of conservation of mechanical energy.

5. Center of mass, collisions (2 hrs)
Center of mass for a system of particles and a solid body, motion of a system of particles. Newton’s second law for a system of particles, law of momentum conservation. Inelastic and elastic collisions.

6. Rotational motion (3 hrs)
Newton’s law for rotation. Rotation with constant radius. Rotation of a rigid body, conservation of angular momentum, rotational inertia, parallel axis theorem.

7. Special theory of relativity (6 hrs)
Einstein’s postulates, the speed of light. Lorentz transformation, consequences of the Lorentz transformation: length contraction and time dilation. Relativity of velocities, Doppler effect for light. Relativistic dynamics: relativistic energy, conversion of mass into energy.

8. Gravitation (2 hrs)
Newton’s law of gravitation. Acceleration of the Earth. Motion of planets and satellites. Gravitational potential energy, energy in orbital motion.

9. Harmonic oscillator (4 hrs)
Simple harmonic motion, spring mass oscillator. The simple pendulum and physical pendulum. Energy of an oscillator, average values of energy. Damped harmonic oscillator and driven oscillator with damping, resonance.

10. Waves (3 hrs)
Classification of waves, phase velocity of a wave. Wave equation and its solution. Group velocity. Interference of waves. Standing waves, resonance.

11. Introduction to thermodynamics (3 hrs )
Temperature and its measurements. Laws of thermodynamics, entropy. The Carnot cycle. Statistical interpretation of entropy.

12. Electrostatics (3 hrs)
Electric field, electric field of a dipole, forces acting in an electric field. Gauss’ law and its applications. Electric potential, electric potential of a point charge. Capacitance, parallel plate capacitor, connection of capacitors. Energy stored in an electric field

13. Electric current (2 hrs)
Electric current, resistance, Ohm’s law. Variation of conductance with temperature. Electromotive force. Kirchhoff’s rules, solving of sample problems.

14. Magnetic field (4 hrs)
Sources of magnetic field. Forces in a magnetic field. Amper’s law, application to a long straight wire, definition of current unit in SI system, magnetic field of a solenoid. Faraday’s law of induction, Lenz’s rule, examples of induction.

15. Maxwell’s equations, electromagnetic (EM) waves (3 hrs)
Induced magnetic fields. Maxwell’s equations and their interpretation. Spectrum and generation of EM waves. Equation of EM wave, polarization. Reflection and refraction of light, total internal reflection. Chromatic dispersion.

Auditorium classes:

TUTORIALS:

The aim of tutorials is consolidation of knowledge acquired during lectures and development of practical skills while dealing with fundamental principles and laws of physics. Students solve problems and tasks related to lecture topics in a test form. They have a chance to discuss their problems at class or at special consultations organized by a lecturer or an assistant. Homework is required. Monitoring of results is carried out in a written form.

TOPICS OF TUTORIALS:

1. Developing the ability of using vector calculus in physics (2h)
Geometric and algebraic addition and subtraction of vectors, components of a vector. Scalar and vector products and their applications in physics.

2. Velocity and acceleration (2h)
Calculations of average and instantaneous velocities basing on definitions. Calculation of acceleration, components of acceleration in a circular motion. Relationships between linear and circular quantities. Analysis of oblique projection, equation of the path.

3. Force, work and energy (4 h)
Solving of simple dynamical problems using Newton’s laws. Motion of a body on the ramp. Inertial forces in noninertial reference frames. Calculation of work for the case of varying force. Work-kinetic energy theorem and its application for solving problems in dynamics.

4. Special theory of relativity (4h)
Implications of Lorentz transformation: non-simultaneity of events, length contraction and time dilatation, relativistic velocity transformation. Solution of simple tasks of relativistic dynamics taking into account the equivalence of mass and energy.

5. Gravitation (2h)
Motion of objects in nonuniform gravitational field of the Earth. Geosynchronous orbit, escape speed. Mechanical energy in orbital motion.

6. Harmonic oscillator (4 h)
Discussion of a simple harmonic motion. Addition of harmonic oscillations. Damped harmonic oscillator, energy loss in a damped oscillator. Solution of equation for driven oscillator with damping. Analogy between oscillating mechanical system and electrical circuit

7. Electrostatics (4 h).

Applications of Gauss’ law in electrostatics. Calculations of electrical potential and capacitance. Motion of a charged particle between the plates of a parallel plate capacitor. Calculation of equivalent capacitance for different connections of capacitors.


8. Electric current (4h)

Single loop circuit with electromotive force. Solution of circuits with the help of Kirchhoff’s laws. Equivalent resistance. Power in electric circuits.


9. Magnetic field (4h)
Charge particle in electric and magnetic fields, determination of particle path. Calculations of magnetic field with the help of Amper’s law.

Student workload (ECTS credits balance)
Student activity form Student workload
Summary student workload 140 h
Module ECTS credits 6 ECTS
Participation in lectures 42 h
Realization of independently performed tasks 40 h
Participation in auditorium classes 28 h
Preparation of a report, presentation, written work, etc. 30 h
Additional information
Method of calculating the final grade:

Final assessment
Students with positive assessments (at least 3.0) from tutorials are allowed to take the exam. The final assessment is calculated as the weighted average of the grades from tutorials and the exam.

Prerequisites and additional requirements:

Introductory and additional requirements
Knowledge of the basics of physics and mathematics at the high school level is required. Additionally, the ability of use elementary differential and integral calculus is obligatory.

Recommended literature and teaching resources:

Recommended literature and teaching aids:

1. D. Halliday, R. Resnick, J. Walker, Fundamentals of Physics, John Wiley@Sons
Inc., 2008
2. C. Kittel, W.D. Knight, M.A. Ruderman, Mechanika, PWN W-wa 1975
3. Lectures and additional tests and teaching aids available at the website of the module Physics 1

Scientific publications of module course instructors related to the topic of the module:

Additional scientific publications not specified

Additional information:

None