ΦΥΣΙΚΗ (ΜΗ6160)

ΜΗΧΑΝΙΚΗ

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 2ου 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

Σκοπός του μαθήματος είναι η εισαγωγή στις βασικές έννοιες της Μηχανικής και η εξάσκηση του φοιτητή στην επίλυση προβλημάτων με έμφαση στην  ανάλυση και μοντελοποίηση σχετικά 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 και
• να υπολογίζει το έργο και την κινητική ενέργεια ενός περιστρεφόμενου σώματος και ενός κυλιόμενου σώματος.

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 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

Νικόλαος Πουλάκης, καθηγητής τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών Τ.Ε.