ΠΕΡΙΓΡΑΜΜΑ ΜΑΘΗΜΑΤΟΣ 1. ΓΕΝΙΚΑ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ Τ.Ε. ΕΠΙΠΕΔΟ ΣΠΟΥΔΩΝ Προπτυχιακό ΚΩΔΙΚΟΣ ΜΑΘΗΜΑΤΟΣ HN5120 ΕΞΑΜΗΝΟ ΣΠΟΥΔΩΝ 1 ο ΤΙΤΛΟΣ ΜΑΘΗΜΑΤΟΣ ΦΥΣΙΚΗ ΑΥΤΟΤΕΛΕΙΣ ΔΙΔΑΚΤΙΚΕΣ ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΕΣ ΕΒΔΟΜΑΔΙΑΙΕΣ ΩΡΕΣ ΔΙΔΑΣΚΑΛΙΑΣ ΠΙΣΤΩΤΙΚΕΣ ΜΟΝΑΔΕΣ Διαλέξεις και Ασκήσεις Πράξης 4 5 ΤΥΠΟΣ ΜΑΘΗΜΑΤΟΣ Γενικής Υποδομής ΠΡΟΑΠΑΙΤΟΥΜΕΝΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ: ΓΛΩΣΣΑ ΔΙΔΑΣΚΑΛΙΑΣ και ΕΞΕΤΑΣΕΩΝ: ΤΟ ΜΑΘΗΜΑ ΠΡΟΣΦΕΡΕΤΑΙ ΣΕ ΦΟΙΤΗΤΕΣ ERASMUS ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ ΣΕΛΙΔΑ ΜΑΘΗΜΑΤΟΣ (URL) 2. ΜΑΘΗΣΙΑΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ Μαθησιακά Αποτελέσματα Ελληνική ΝΑΙ (στην Αγγλική) http://eclass.teikoz.gr/courses/ee148/ Σκοπός του μαθήματος είναι η εισαγωγή στις βασικές έννοιες της Μηχανικής και της Θερμοδυναμικής και η εξάσκηση του φοιτητή στην επίλυση προβλημάτων με έμφαση στην ανάλυση και μοντελοποίηση σύνθετων πραγματικών καταστάσεων. Με την επιτυχή ολοκλήρωση του μαθήματος ο φοιτητής / τρια θα είναι σε θέση: να χρησιμοποιεί τα θεμελιώδη μεγέθη και μονάδες της μηχανικής και της θερμοδυναμικής, να κάνει μετατροπές από το ένα σύστημα μονάδων στο άλλο και να δίνει το αποτέλεσμα με το σωστό αριθμό σημαντικών ψηφίων, να αναλύει ένα διάνυσμα στις συνιστώσες του σε ένα σύστημα καρντεσιανών ή πολικών συντεταγμένων και να χρησιμοποιεί τα μοναδιαία διανύσματα σε αυτά τα συστήματα, να κάνει τις βασικές διανυσματικές πράξεις, να υπολογίζει τη θέση και την ταχύτητα ενός σώματος στην περίπτωση της κίνησης ενός σώματος με σταθερή ταχύτητα (ομαλή κίνηση) και στην περίπτωση κίνησης με σταθερή επιτάχυνση (ομαλά επιταχυνόμενη κίνηση), να βρίσκει τη θέση, την ταχύτητα και την επιτάχυνση ενός σώματος που κινείται σε δύο διαστάσεις με σταθερή επιτάχυνση (ομαλά επιταχυνόμενη κίνηση), να κάνει υπολογισμούς θέσης και ταχύτηταςστην ομαλή κυκλική κίνηση και να υπολογίζει την κεντρομόλο επιτάχυνση, να βρίσκει τις δυνάμεις που ασκούνται σε ένα σώμα και να τις αναλύει σε σύστημα καρντεσιανών συντεταγμένων, να χρησιμοποιεί τον πρώτο νόμο του Νεύτωνα για να αναλύει προβλήματα στατικής και δυναμικής ισορροπίας, να χρησιμοποιεί το δεύτερο νόμο του Νεύτωνα για να υπολογίζει την επιτάχυνση και τα άλλα κινηματικά μεγέθη (θέση, ταχύτητα) ενός σώματος υπό την επίδραση διαφόρων σταθερών
δυνάμεων, να αναλύει τις δυνάμεις αλληλεπίδρασης μεταξύ συζευγμένων σωμάτων χρησιμοποιώντας τον τρίτο νόμο του Νεύτωνα, να κατανοεί τη φύση της στατικής και της κινητικής τριβής και να λύνει προβλήματα ολίσθησης στα οποία υπάρχει τριβή, να υπολογίζει το έργο μιας σταθερής δύναμης καθώς και το έργο βασικών τύπων μεταβαλλόμενης δύναμης, όπως το έργο ελατηρίου, να υπολογίζει την κινητική και τη δυναμική ενέργεια ενός σώματος ή συστήματος σωμάτων, να εκτιμά το είδος της ισορροπίας ενός σώματος ή συστήματος από το διάγραμμα της δυναμικής του ενέργειας ως προς τη θέση, να λύνει προβλήματα ενέργειας στην περίπτωση μη συντηρητικών δυνάμεων, δηλαδή, στην παρουσία τριβής ολίσθησης, να υπολογίζει την μηχανική ισχύ σε κινούμενο σώμα, να υπολογίζει τη ροπή αδράνειας ενός στερεού σώματος ως προς σταθερό άξονα περιστροφής, να υπολοζίζει τη ροπή των δυνάμεων που ασκούνται σε ένα στερεό σώμα ως προς σταθερό άξονα περιστροφής, να εφαρμόζει το δεύτερο νόμο του Νεύτωνα για να υπολογίζει τη γωνιακή επιτάχυνση και τα λοιπά κινηματικά μεγέθη (γωνιακή θέση, γωνιακή ταχύτητα) σε ένα στερεό σώμα υπό την επίδραση συνισταμένης ροπής, να μελετάει τη σύνθετη κίνηση ενός κυλιόμενου σώματος και να συσχετίζει τα μεγέθη της περιστροφικής και της μεταφορικής κίνησής του, να υπολογίζει το έργο και την κινητική ενέργεια ενός περιστρεφόμενου σώματος και ενός κυλιόμενου σώματος, να υπολογίζει τη στροφορμή ενός σωματιδίου που εκτελεί κυκλική κίνηση και ενός περιστρεφόμενου σώματος, να λύνει προβλήματα κίνησης ενός απομονωμένου περιστερόμενου σώματος χρησιμοποιώντας το νόμο της διατήρησης της στροφορμής, να μετατρέπει μια θερμοκρασία από μια θερμοκρασιακή κλίμακα σε μια άλλη, να υπολογίζει τη θερμική διαστολή στερεών και υγρών, να κατανοεί την έννοια της θερμότητας σαν μορφή εσωτερικής ενέργειας, να υπολογίζει το μηχανικό έργο και και τη θερμότητα που ανταλλάσεται στις θερμοδυναμικές διεργασίες, να εφαρμόζει τον πρώτο νόμο της θερμοδυναμικής, να μπορεί να περιγράψει τους βασικούς μηχανισμούς μεταφοράς θερμότητας, να γνωρίζει τις αρχές λειτουργίας των θερμικών μηχανών και να χρησιμοποιεί το δεύτερο νόμο της θερμοδυναμικής, να μπορεί να εκτιμά την απόδοση μιας μηχανής, να γνωρίζει τις βασικές αρχές λειτουργίας των αντλιών θερμότητας και των ψυγείων, να γνωρίζει τις βασικές αρχές και μεγέθη της μηχανής Carnot, των κινητήρων εσωτερικής καύσης (βενζίνης και ντίζελ). Γενικές Ικανότητες Ανάλυση και σύνθεση δεδομένων με τη χρήση κατάλληλων μαθηματικών εργαλείων Αυτόνομη Εργασία Ομαδική Εργασία 3. ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΟ ΜΑΘΗΜΑΤΟΣ ΜΕΡΟΣ Α: MHXANIKH 1. Εισαγωγή Φυσική και μετρήσεις Θεμελιώδεις μεγέθη και μονάδες Μετατροπή μονάδων Σημαντικά ψηφία 2. Διανύσματα και συστήματα συντεταγμένων Συστήματα συντεταγμένων (καρντεσιανές πολικές συντεταγμένες) Διανυσματικά και βαθμωτά μεγέθη
Βασικές ιδιότητες των διανυσμάτων Συνιστώσες διανύσματος και μοναδιαία διανύσματα 3. Κίνηση σε μια διάσταση Θέση και ταχύτητα Στιγμιαία ταχύτητα Η περίπτωση της κίνησης ενός σώματος με σταθερή ταχύτητα (ομαλή κίνηση) Επιτάχυνση Η περίπτωση κίνησης ενός σώματος με σταθερή επιτάχυνση (ομαλά επιταχυνόμενη κίνηση) Ελεύθερη πτώση σωμάτων 4. Κίνηση σε δύο διαστάσεις Θέση, ταχύτητα και επιτάχυνση Κίνηση σε δύο διαστάσεις με σταθερή επιτάχυνση (ομαλά επιταχυνόμενη κίνηση) Σωματίδιο που εκτελεί ομαλή κυκλική κίνηση Μη ομαλή κυκλική κίνηση: εφαπτομενική και ακτινική επιτάχυνση 5. Δυνάμεις και οι νόμοι της κίνησης Ο πρώτος νόμος του Νεύτωνα Ο δεύτερος νόμος του Νεύτωνα Βάρος σώματος Ο τρίτος νόμος του Νεύτωνα Δύο περιπτώσεις προβλημάτων που λύνονται με εφαρμογή του 2 ου νόμου του Νεύτωνα: (α) Σώμα σε ισορροπία, (β) σώμα υπό την επίδραση σταθερής συνισταμένης δύναμης Δυνάμεις τριβής 6. Ενέργεια συστήματος Έργο σταθερής δύναμης Εσωτερικό (βαθμωτό) γινόμενο δύο διανυσμάτων 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 Προβλήματα με τριβή ολίσθησης Ισχύς 7. Περιστροφή στερεού σώματος γύρω από σταθερό άξονα Γωνιακή θέση, ταχύτητα και επιτάχυνση Στερεό σώμα που περιστρέφεται με σταθερή γωνιακή επιτάχυνση Μεγέθη περιστροφικής και μεταφορικής κίνησης Κινητική ενέργεια περιστροφής Υπολογισμός ροπών αδρανείας Ροπή δύναμης Στερεό σώμα υπό την επίδραση ροπής Ισορροπία στερεού σώματος Παραδείγματα στατικής ισορροπίας στερεών σωμάτων Ενέργεια στην περιστροφική κίνηση Κύλιση σώματος 8. Στροφορμή Εξωτερικό (διανυσματικό) γινόμενο δύο διανυσμάτων και ροπή Στροφορμή Στροφορμή σωματιδίου που εκτελεί κυκλική κίνηση Στροφορμή περιστρεφόμενου σώματος
Διατήρηση της στροφορμής ενός απομονωμένου συστήματος ΜΕΡΟΣ Β: ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜIKH 9. Θερμοκρασία Θερμόμετρα και θερμοκρασιακές κλίμακες Θερμική διαστολή στερεών και υγρών 10. Ο πρώτος νόμος της θερμοδυναμικής Θερμότητα και εσωτερική ενέργεια Ειδική θερμότητα και θερμιδομετρία Λανθάνουσα θερμότητα Έργο και θερμότητα στις θερμοδυναμικές διεργασίες Ο πρώτος νόμος της θερμοδυναμικής. Εφαρμογές Μηχανισμοί μεταφοράς θερμότητας 11. Θερμικές μηχανές Θερμικές μηχανές και ο δεύτερος νόμος της θερμοδυναμικής Η απόδοση μιας μηχανής Αντλίες θερμότητας και ψυγεία Αντιστρεπτές και μη αντιστρεπτές μεταβολές Η μηχανή Carnot Κινητήρες εσωτερικής καύσης (βενζίνης και ντίζελ). Ο κύκλος του Otto. 4. ΔΙΔΑΚΤΙΚΕΣ και ΜΑΘΗΣΙΑΚΕΣ ΜΕΘΟΔΟΙ - ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ ΤΡΟΠΟΣ ΠΑΡΑΔΟΣΗΣ Πρόσωπο με πρόσωπο ΧΡΗΣΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΩΝ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΑΣ ΚΑΙ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ ΟΡΓΑΝΩΣΗ ΔΙΔΑΣΚΑΛΙΑΣ ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ ΦΟΙΤΗΤΩΝ Εκπαίδευση στη χρήση προσωπικού φορητού υπολογιστή για τ ον υπολογισμό της τιμής σύνθετων μαθηματικών παραστάσεων. Χρήση Η/Υ και κατάλληλου λογισμικού παρουσίασης κειμένου και κινουμένων εικόνων (Power Point Show )μέσω προβολικής συσκευής. Διάθεση του εκπαιδευτικού των διαλέξεων θεωρίας και ασκήσεων πράξης και επικοινωνία με τους φοιτητές μέσω της ηλεκτρονικής πλατφόρμας ασύγχρονης τηλεκπαίδευσης e-class. Δραστηριότητα Φόρτος Εργασίας Εξαμήνου Διαλέξεις 30 Ασκήσεις Πράξης 30 Αυτοτελής Μελέτη 65 Σύνολο Μαθήματος 125 i. Γραπτή τελική εξέταση (60%) που περιλαμβάνει: - Θεματικές και Εννοιολογικές ερωτήσεις πολλαπλής επιλογής - Επίλυση ποσοτικών και εννοιολογικών προβλημάτων στα οποία οι σπουδαστές καλούνται (α) να κάνουν ποσοτικούς υπολογισμούς εφαρμόζοντας συνήθως τεχνικές του διαφορικού και ολοκληρωτικού λογισμού και (β) να απαντήσουν σε ερωτήσεις που αφορούν την κατάσταση που περιγράφεται στο πρόβλημα και τα αποτελέσματα των υπολογισμών τους. ii. Τεστ προόδου (40%) κυρίως με θεματικές και εννοιολογικές ερωτήσεις πολλαπλής επιλογής στο τέλος
κάθε κεφαλαίου. Τα τεστ προόδου διενεργούνται εξ αποστάσεων μέσω της πλατφόρμας ασύγχρονης τηλεκπαίδευσης e-class. 5. ΣΥΝΙΣΤΩΜΕΝΗ-ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ -Προτεινόμενη Βιβλιογραφία : 1. Knight Randall D. «Φυσική για επιστήμονες και μηχανικούς:τόμος ΙΑ Μηχανική, Θερμοδυναμική» Έκδοση: 2η έκδ./2010, Εκδ. Σ.ΠΑΡΙΚΟΥ & ΣΙΑ ΕΕ, ISBN: 978-960-319-297-8, Κωδικός Βιβλίου στον Εύδοξο: 12967 2. Raymond A. Serway, John W. Jewett Φυσική για επιστήμονες και μηχανικούς: Τόμος Ι Μηχανική, ταλαντώσεις και μηχανικά κύματα, Θερμοδυναμική, Σχετικότητα, Εκδ. ΚΛΕΙΔΑΡΙΘΜΟΣ, ISBN: 978-960-461-508-7, Κωδικός Βιβλίου στον Εύδοξο: 22750100 3. Hugh D. Young Πανεπιστημιακή Φυσική: Τόμος Α Μηχανική, θερμοδυναμική, Εκδ. ΠΑΠΑΖΗΣΗ, ISBN: ISBN: 978-960-02-1067-5, Κωδικός Βιβλίου στον Εύδοξο: 30328