Φυσική I

Γενικά

• Κωδικός: ΠΛΥ01021
• Εξάμηνο: 1o
• Επίπεδο Σπουδών: Προπτυχιακό
• Τύπος μαθήματος: Γενικού υποβάθρου
• Γλώσσα διδασκαλίας και εξετάσεων: Ελληνικά
• Μέθοδοι Διδασκαλίας (Ώρες/εβδ.): Διαλέξεις (2) / Ασκήσεις Πράξης (1) / Εργαστηριακές Ασκήσεις (1)
• Μονάδες ECTS: 5
• Σελίδα μαθήματος: http://teachers.cm.ihu.gr/chilas/bsp.htm
• Διδάσκοντες: Αθανασίου Μιχαήλ
• Πρόγραμμα Μαθημάτων:
  • Τρ 16:00 - 18:00: Θ (302)
  • Πε 14:00 - 16:00: Θ (302)

Περιεχόμενα μαθήματος

• Μέθοδοι απόκτησης γνώσης.
• Η επιστημονική μέθοδος. Παρατήρηση ή/και προσδιορισμός του προβλήματος. Διαμόρφωση της ερευνητικής υπόθεσης. Σχεδιασμός του πειράματος – Διεξαγωγή του πειράματος. Ανάλυση των δεδομένων και έλεγχος της υπόθεσης.
• Κοινοποίηση των αποτελεσμάτων της έρευνας. Ο ρόλος του Εκδότη και ο ρόλος του Κριτή.
• Στόχοι της επιστήμης. Τα πλεονεκτήματα της Επιστημονικής μεθόδου.
• Χαρακτηριστικά της επιστημονικής προσέγγισης.
• Βασικές παραδοχές. Η μέθοδος σε αντιδιαστολή με την τεχνική.
• Ο ρόλος της θεωρίας. Ο ρόλος του Επιστήμονα.
• Συστήματα μονάδων, δεκαδική κλίμακα, δυαδική κλίμακα, απεικονίσεις αριθμών, σημαντικότητα ψηφίων.
• Μετρήσεις, πρότυπα μέτρησης, Ανάλυση της συσκευής μέτρησης (ακρίβεια). Αναλογικά και ψηφιακά όργανα, αλληλεπίδραση και διαδικασία μέτρησης. Επαναληψιμότητα μετρήσεων.
• Συστηματικά και τυχαία σφάλματα. Ορθότητα και ακρίβεια μέτρησης.
• Διάδοση σφαλμάτων. Τυπική αβεβαιότητα μέσης τιμής, σχετικό σφάλμα. Παλινδρόμηση. Ευθεία ελαχίστων τετραγώνων.
• Το δεξιόστροφο τρισορθογώνιο σύστημα συντεταγμένων. Συντεταγμένες διανύσματος. Το μοναδιαίο διάνυσμα. Πράξεις με διανύσματα. Πρόσθεση. Αφαίρεση. Εσωτερικό και εξωτερικό γινόμενο.
• Η πορεία της επιστημονικής σκέψης και μαθηματικά εργαλεία με παραδείγματα από το Ηλεκτροστατικό και το Μαγνητοστατικό πεδίο. Φορτία και κατανομές φορτίων. Νόμος του Coulomb. Ηλεκτρική πεδιακή ένταση. Ηλεκτρικό βαθμωτό δυναμικό. Διηλεκτρικά και διηλεκτρική μετατόπιση. Ηλεκτρική ροή και νόμος του Gauss. Ηλεκτροστατικό πεδίο σε τέλειους αγωγούς και συνοριακές συνθήκες. Πυκνωτές. Χωρητικότητα πυκνωτών. Συνδεσμολογίες πυκνωτών. Ενέργεια ηλεκτρικού πεδίου. Αγωγιμότητα. Ένταση ηλεκτρικού ρεύματος. Πυκνότητα ρεύματος Εξίσωση διατήρησης του φορτίου. Νόμος του Ohm. Μόνιμοι μαγνήτες. Μαγνητοστατικό πεδίο. Νόμος των Biot-Savart. Νόμος του Ampère. Δύναμη Lorenz. Κίνηση φορτισμένου σωματιδίου εντός μαγνητικού πεδίου.

Μαθησιακοί Στόχοι

Ο σκοπός του μαθήματος είναι η εισαγωγή των φοιτητών στις μεθόδους απόκτησης γνώσης με έμφαση στις μεθόδους και τα εργαλεία της επιστημονικής μεθόδου. Γίνεται συζήτηση για την παρατήρηση ή/και τον προσδιορισμό του προβλήματος, τη διαμόρφωση της ερευνητικής υπόθεσης, το σχεδιασμό και τη διεξαγωγή πειραμάτων, την ανάλυση των δεδομένων και τον έλεγχο της υπόθεσης καθώς και την κοινοποίηση των αποτελεσμάτων της έρευνας. Οι φοιτητές μαθαίνουν τα πλεονεκτήματα της Επιστημονικής μεθόδου, τα χαρακτηριστικά της επιστημονικής προσέγγισης, τους στόχους της επιστήμης, τον ρόλο της θεωρίας και τον ρόλο του Επιστήμονα.

Επίσης, στα πλαίσια του μαθήματος οι φοιτητές εισάγονται στη διαδικασία των πειραματικών μετρήσεων, τα συστήματα και τα πρότυπα μετρήσεων, στην έννοια της αβεβαιότητας στην μέτρηση, του σφάλματος και της διάδοσης σφαλμάτων, καθώς και στις στατιστικές μεθόδους που χρησιμοποιούνται για την αξιολόγηση των αποτελεσμάτων των μετρήσεων (π.χ. παλινδρόμηση).

Χρησιμοποιούνται παραδείγματα από τον Ηλεκτρισμό και τον Μαγνητισμό για να αναδειχθεί η πορεία της επιστημονικής σκέψης, η εξέλιξη των ιδεών στη Φυσική, η πειραματική παρατήρηση φαινομένων και επαλήθευση και η μαθηματική διατύπωση των θεωριών.

Με την επιτυχή ολοκλήρωση του μαθήματος ο φοιτητής / τρια θα είναι σε θέση :

• Να γνωρίζει και να εξηγεί τις θεμελιώδεις αρχές της επιστημονικής σκέψης.
• Να διεξάγει πειράματα και να ελέγχει επιστημονικές υποθέσεις.
• Να διακρίνει τους κύριους τύπους σφαλμάτων στις μετρήσεις, τους τρόπους απομόνωσής τους και τις τεχνικές αξιολόγησής τους.
• Να γνωρίζει και να μπορεί να χειριστεί με ευχέρεια πρότυπα μετρήσεων και συστήματα μονάδων.
• Να μπορεί να ανακοινώσει τα αποτελέσματα ενός πειράματος με την απλή μορφή μιας εργαστηριακής αναφοράς.
• Να γνωρίζει και να μπορεί να αξιοποιήσει τις παραπάνω γνώσεις για την επίλυση προβλημάτων στον Ηλεκτρισμό και τον Μαγνητισμό.

Γενικές Ικανότητες

• Ομαδική Εργασία.
• Αυτόνομη Εργασία.
• Προαγωγή της ελεύθερης, δημιουργικής και επαγωγικής σκέψης.
• Αναζήτηση, ανάλυση και σύνθεση δεδομένων και πληροφοριών, με τη χρήση και των απαραίτητων τεχνολογιών.

Μέθοδοι Διδασκαλίας

• Θεωρητική από έδρας διδασκαλία με συζήτηση και ενεργή συμμετοχή των φοιτητών.
• Επίλυση προβλημάτων στον πίνακα.

Χρήση Τεχνολογιών Πληροφορίας και Επικοινωνιών

• Υποστήριξη Μαθησιακής διαδικασίας μέσω της ιστοσελίδας του μαθήματος.
• Ηλεκτρονικές Ασκήσεις Αυτοαξιολόγησης.

Οργάνωση Διδασκαλίας

Αξιολόγηση Φοιτητών

Ο τελικός βαθμός του μαθήματος διαμορφώνεται από τον βαθμό του θεωρητικού μέρους (από γραπτή τελική εξέταση) καθώς και από εργασίες που ανατίθενται στους φοιτητές και αξιολόγηση των εργαστηριακών δεξιοτήτων τους. Απαραίτητη προϋπόθεση για τη συμμετοχή στην τελική εξέταση είναι η επιτυχής απόκριση στην εργαστηριακή συνιστώσα του μαθήματος.

Η γραπτή τελική εξέταση του θεωρητικού μέρους περιλαμβάνει:

• Ερωτήσεις πολλαπλής επιλογής.
• Επίλυση προβλημάτων εφαρμογής των γνώσεων που αποκτήθηκαν.
• Ερωτήσεις σύντομης απάντησης.
• Συγκριτική αξιολόγηση στοιχείων θεωρίας.

Συνιστώμενη Βιβλιογραφία

1. Φυσική Τόμος 2, Halliday,Resnick, Krane, Έκδ 4η, Επιστημονικές Και Τεχνολογικές Εκδόσεις Α.Γ.Πνευματικός, 2009.
2. Πανεπιστημιακή Φυσική, Β’ Τόμος, Young and Freedman. 2η Έκδ, Εκδόσεις Παπαζήση, 2010.
3. Φυσική για Επιστήμονες Και Μηχανικούς: Ηλεκτρισμός και Μαγνητισμός, Φως Και Οπτικη, Σύγχρονη Φυσική, Raymond A. Serway, John W. Jewett , 8η Αμερ., Εκδόσεις Κλειδάριθμος ΕΠΕ, 2013.
4. Larry B. Christensen, Η πειραματική μέθοδος στην επιστημονική έρευνα, επιμέλεια: Μπετίνα Ντάβου, Εκδόσεις Παπαζήση, 2007 – Πηγές στο διαδίκτυο.

Πηγές στο Διαδίκτυο:

1. Μ. Πηλακούτα, Μετρήσεις – Αβεβαιότητα μετρήσεων. ΤΕΙ Πειραιά.
   http://ikaros.teipir.gr/phyche/Subjects/Varsamis/ergastiria/askisi_1.pdf
2. Χρήστος Τρικαλινός, Εισαγωγή στη Θεωρία Σφαλμάτων, Τμήμα Φυσικής ΕΚΠΑ.
   http://physlab.phys.uoa.gr/misc/errors/errors.pdf
3. Δημήτρης Κουγιουμτζής, Αβεβαιότητα και σφάλμα μέτρησης, Τμήμα Φυσικής ΑΠΘ.
   http://users.auth.gr/dkugiu/Teach/DataAnalysis/Chp4.pdf