Proběhlé přednášky pro středoškoláky

V základných a stredných školách sa žiaci oboznámujú s 3 skupenstvami hmoty: pevné, kvapalné a plynné. Na skúmanie našej planéty je to častokrát postačujúce. Avšak 99 % hmoty v pozorovanom vesmíre, hlavne mimo Zeme, je vo forme iného, 4. skupenstva, nazývaného plazma. Čo je vlastne plazma? Cieľom prednášky je v jednoduchosti, nepriamo predstaviť toto 4. skupenstvo hmoty. Prednáška je teda určená pre tích, ktorí znalosti o plazme nemajú, ale chcú nejaké získať. Teória plazmy je nevyhnutná pri vývoji termojadrových elektrární, vo vesmírnej fyzike, alebo vo fyzike zemskej atmosféry.

Aký veľký je vesmír v ktorom žijeme? Vydáme sa na cestu históriou a priblížime si, ako ľudstvo postupne určovalo vzdialenosti k nebeským telesám. Počnúc Eratostenom, ktorý určil polomer Zeme, cez astronómov 17. storočia, ktorý určili vzdialenosť Zeme od Slnka, Friedricha Bessela a jeho určenie vzdialenosti k hviezde 61 Cyg, vzťahu perióda-svietivosť pre cefeidy Henrietty Swan Leavittovej, až po Edwina Hubbla, ktorý vďaka nemu odhalil existenciu iných galaxií a ukázal, že sa od nás vzďaľujú tým viac, čím sú ďalej. Každým z týchto objavom sa nám vesmír rozšíril o niekoľko rádov. A samozrejme nezabudneme ani na to, ako vzdialenosti na rôznych mierkach určujeme dnes.

Jozef Lipták, MFF UK

Spatřili jste někdy duhu? Určitě ano. Ale opravdu víte, co jste viděli?! Na přednášce si společně vysvětlíme vznik duhy a její fyzikální podstatu. Jaký poloměr má duha a kde ji na obloze hledat? Zjistíme, čím je dáno pořadí barev v duze a proč je v sekundární duze pořadí opačné. Vysvětlíme si, proč je pod duhou více světla než nad ní a proč s polarizačními brýlemi snadno duhu přehlédneme. Kromě nejběžnějšího typu duhy se podíváme i na bílou duhu a halové jevy.

Václav Mikeska, MFF UK

Od Interstellaru až po Žralokonádo. To jsou 2 extrémní ukázky využití fyziky ve filmu. Podíváme se na aspekty různých filmů, z nichž některé využívají fyziku naprosto geniálním způsobem, zatímco jiné nám ničí naše dětské představy o životě, vesmíru a tak vůbec. Pokud vás tedy někdy tížila funkčnost Thorova kladiva, nebo jste si jen tak zanadávali na naprosto nesouvisející vzorce na tabuli nějakého filmu, tak se můžete těšit na náznak toho, jak k takovým problémům přistupovat a počítat je, nebo jak na ně alespoň korektně nadávat.

Jan Střeleček, MFF UK

Budeme jednou nabíjet mobilní telefony pomocí kytek v květináči? Jaká je účinnost dnešních solárních článků na bázi fotosyntézy v porovnání s těmi polovodičovými? A jak jsou rostliny a bakterie efektivní při získávání energie přímo ze světelného záření? To a jiné si nastíníme během přednášky zaměřené na základy fotofyziky fotosyntézy. Představíme si koncept absorpce fotonů pomocí chlorofylů a následný přenos energie do reakčních center, kde se následně použije ke štěpení vody za vzniku kyslíku a vodíku, a separaci náboje. Nakonec si odpovíme otázku, co se stane s přebytečnou energii, která nemůže být přeměněna na energii chemických vazeb.

Ivo Vinklárek, KChFO MFF UK

Potreba porozumieť mikrosvetu sa objavila na konci 19. a začiatku 20. storočia pri hlbšom skúmaní elektromagnetizmu. Na tento účel však bolo potrebné vybudovať potrebné experimentálne vybavenie. Keďže elementárne častice (teda až na isté výnimky) nie su voľným okom vidieť, ich detekcia je zaujímavým problémom. V prednáške sa pozrieme, ako dokážu fyzici detekovať niečo tak malého, ako je elektrón, prípadne tak nenápadného, ako neutríno. Vysvetlíme si, ako boli objavené častice od pozitrónu po Higgsov bozón a prečo k niektorým týmto objavom potrebujeme urýchľovacie stroje, ako je LHC.

Michal J. Krištof, MFF UK

Speciální teorie relativity (STR) může být dosti neintuitivní oblastí fyziky pro nováčky. Mým cílem v této přednášce je naopak intuitivně odvodit základní principy STR a s jejich pomocí názorně předvést řešení některých známých 'paradoxů'. Ukážeme si například Lorentzovu transformaci mezi inerciálními systémy, paradox dvojčat, proč ten vlak není rozsekaný na kusy, prostoročasové diagramy a jak nám pomohou k lepší intuici, co se relativity týče. Přednáška je myšlena jako úvod do STR a použitou matematikou bude pouze základní algebra.

Filip Krátký, MFF UK

Podíváme se na rozvod elektřiny od generátoru ke spotřebiteli. Nestacionární magnetické pole, elektromagnetická indukce, výroba elektrické energie až ke spotřebičům, základní elektronické součástky a jejich využití v elektrických rozvodech, vysokofrekvenční obvody, Teslův transformátor – to vše budou témata naší přednášky.

Otakar Matouš, MFF UK

Počítačové simulace dnes potkáme v mnoha disciplínách od vývoje nových léků přes modelování mostních konstrukcí až po modely vývoje vesmíru. Téma počítačových simulací je velmi obsáhlé, v této přednášce se zaměříme pouze na řešení tzv. obyčejných diferenciálních rovnic. Pomocí nich totiž dokážeme popsat vývoj různých systémů, ať už jde o let rakety, vývoj populace, či kmitání pružinky. Vše doplníme praktickou ukázkou.

Lukáš Timko, MFF UK

Cyklus fykosích přednášek zakončuje téma využití geometrického aparátu při řešení fyzikálních problémů. V přednášce "Geometrické metody ve fyzice" se posluchači blíže seznámí s pojmem vektoru a jejich skládání jako sil, ukážeme si několik aplikací z oblasti statiky, optiky a elektroniky. V poslední části přednášky budu demonstrovat sílu komplexních metod z geometrického hlediska. Rýsovací pomůcky výhodou.

Dominik Beck, MFF UK

V této netradiční přednášce se seznámíte blíže s jednou ne méně netradičnější a velmi opomíjenou metodou, která de facto stojí za zrodem a rozvojem hydrodynamiky (tečení kapalin), termiky (přenos tepla), teorie pružnosti a pevnosti (s tím souvisí moderní inženýrství) a dalších odvětví fyziky. Nemohl to být nikdo jiný než právě Leonhard Euler, který stojí u jejího zrodu... Ukažme si, jak pomocí elementárních myšlenkových řezů můžeme řešit (často nelehké) úlohy z různých oblastí fyziky.

Dominik Beck, MFF UK

Elektromagnetismus je bohatá oblast fyziky. Obvody střídavého proudu jsou nedílnou součástí znalostí elektrotechniků a pro svůj význam a matematickou bohatost by je měl znát i student obecné fyziky. Pokusíme se zorientovat v postupu při řešení střídavých obvodů, povýšíme odpory na impedance a vodivosti na admitance, a práce s indukčnostmi a kapacitami se nám stane bližší.

Dan Slezák, MFF UK

Na základě základních principů rozvineme a zbudujeme teorii, která stojí u zrodu kvantové mechaniky - termodynamika. Teplo, teplota, energie, entropie, termodynamické potenciály - seznámíme se blíže s jednotlivými koncepty a poukážeme na jejich universalitu mezi ostatními odvětvími. Odvodím známé a slavné důsledky a podrobněji spočítám některé příklady na kruhové děje. Pokud zbude čas, odvodím i Maxwellovo rozložení rychlosti.

Dominik Beck, MFF UK

V souladu s osnovami FO projdeme mimo jiné použití všech důležitých zákonů, vázajících se k různým způsobům přenosu tepla. Řekneme si, co teplo a teplota skutečně jsou a z čeho používané zákony vycházejí. Zásadní budou hlavně úlohy, jejichž obecná řešení budeme postupně demonstrovat. S teplem se samozřejmě pojí i zopakování některých znalostí optiky a teorie záření, a také souvislostí s chováním elektrického proudu.

Dan Slezák, MFF UK

Integrál je jedním z ústředních pojmů matematické analýzy. Řešení mnohých fyzikálních problémů se dá vyjádřit právě pomocí integrálů. Na této přednášce se jej pokusíme uchopit intuitivně. Ukážeme si na četných fyzikálních a matematických příkladech, jakým způsobem si vynucují (a generují) svá řešení v integrálním tvaru. Nastíníme i některé metody jejich konkrétního výpočtu spolu s odkazem na numerické metody. Zopakujeme pojmy zobrazení, funkce (včetně zavedení základních funkcí), derivace a variace v 1D. Tyto pojmy dále vhodně rozšíříme do více dimenzí.

Dominik Beck

Na této přednášce rozvineme předchozí znalosti o (především) určitém integrálu. Ukážeme si některé příklady, které vedou na jeho výpočet. Dále pojem integrálu zobecněníme do více dimenzí, kde uvedu některé základní integrální věty. Naučíme se aproximovat funkce nekonečnými řadami, pomocí nového aparátu vyřešíme jednoduché variační a optimalizační problémy a některé diferenciální a integrální rovnice, na závěr uvedu klasické řešení rovnice difuze.Přednáška "Integrály ve fyzice" navazuje na přednášku "Základy integrálů ve fyzice", volně též na přednášky "Derivace a integrály ve fyzice", "Obyčejné diferenciální rovnice", "Diferenciální operátory ve fyzice" a "Diferenciální rovnice".

Dominik Beck

V souladu s osnovami fyzikální olympiády si vybereme a ještě podrobněji rozebereme nejdůležitější témata týkající se zpracování dat z fyzikálních experimentů, nastíníme teorii nejistot a chyb měření a probereme i metody jejich výpočtů. Zaměříme se přitom hlavně na praktickou stránku věci a pro lepší představu na proces experimentu jako takový, spíše než na matematický formalismus. Nakonec se zmíníme i o softwaru, který je v různých experimentech užitečný. Nebude chybět ani literatura.

Daniel Slezák

Na přednášce se nejprve seznámíme s tím, jak vypadá neuron a jakým způsobem mezi sebou neurony komunikují. Zkusíme neuron popsat jako elektrický obvod a podíváme se na některé modely, kterými se neurony popisují. Zjistíme, že teoretická neurobiologie je velmi matematická disciplnína. Znalost základů diferenciálního počtu není nutností, ale výhodou. Nakonec si ukážeme, jakým způsobem může mozek kódovat informaci pomocí sítí neuronů.

Tomáš Bárta

Jako doplnění k loňské přednášce z elektrostatiky probereme magnetostatiku, srovnáme ji s její elektrickou obdobou a uvedeme její místo ve fyzice. Představíme si v ní důležité veličiny a jednotky a doplníme i přehled chování magnetického pole v materiálech: vysvětlíme problematiku magnetických momentů, magnetizace a magnetické polarizace a opět ji pro přehlednost porovnáme s elektrickým případem. Ve vakuu pak spočítáme různé magnetostatické úlohy, a shrneme všechna "ta" pravidla rukou a směrů.

Daniel Slezák

V základním popisu klasické mechaniky hmotných bodů si ukážeme, jak efektivně popisovat srážky dvou a více částic. Ukážeme si, jak se srážkami souvisí tzv. účinný průřez a shrneme si typy úloh, v nichž se běžně používá. V přednášce se zmíníme, jak takový průřez využít např. v mnohočásticových systémech.

Náry

V této přednášce se budeme zabývat použitím různých zákonů zachování. Jak zachování hybnosti, momentu hybnosti a energie souvisí s Keplerovými zákony, dále jak souvisí zachování náboje s Kirchhoffovými zákony a jaká je souvislost s tekoucí vodou. Jak se dá poznat, zdali nějaký zákon zachování v dané situaci platí nebo neplatí. V závěru si možná ukážeme, jaké je matematické pozadí zákonů zachování.

Lukáš Ledvina

V úvodu přednášky si vysvětlíme, jak vypadá pohyb harmonického oscilátoru a jaké rovnice tento pohyb popisují. Představíme si několik jednoduchých i složitějších oscilujícich mechanických soustav, které popíšeme pomocí sil, ale i pomocí energií. Ukážeme si tak dva různé přístupy, kterými umíme vyřešit téměř každý oscilující systém.

Patrik Švančara

Na přednášce se podíváme na některé jednoduché jevy popsané diferenciálními rovnicemi (např. kmity lineárního harmonického oscilátoru, pokles hustoty a tlaku atmosféry se vzrůstající nadmořskou výškou...) - ukážeme si, jak diferenciální rovnice sestavit a základní metody jejich řešení. Nakonec si ukážeme, co dělat, když jsme schopni rovnici sestavit, ale nedokážeme ji vyřešit - tedy numerické řešení. Názorně si ukážeme, jak můžeme rovnice vyřešit třeba v Excelu, nebo nějakém programovacím jazyku.

Tomáš Bárta

Nebeská mechanika je jednou z nejstarších oblastí fyziky. Zabývá se pohybem vesmírných těles. Na přednášce se seznámíme s Newtonovým zákonem gravitace a Keplerovými zákony. Představíme si problém dvou těles a pokusíme se vyřešit Keplerovu úlohu bez použití vysokoškolské fyziky. Nakonec pomocí tohoto řešení dokážeme Keplerovy zákony.

Viktor

Přednáška nás provede jednou z nejslavnějších teorií Alberta Einsteina, speciální a obecnou teorií relativity. Začneme s invariancí Newtonových a Maxwellových rovnic, přejdeme přes základní důsledky Lorentzovy transformace až k významu souřadnic ve speciální a obecné relativitě. Pokud zbude dostatek času, povíme si, co jsou to Einsteinovy rovnice a jejich nejintuitivnější řešení - černé díry.

Jimmmy

V úvodní části budou odvozeny všechny důležité vztahy potřebné pro počítání vrhů v gravitačním poli. Bude použita klasická fyzika, v krátkosti však vzpomenu i návaznost na relativistickou a kvantovou fyziku (např. do jaké míry a zda vůbec můžeme na základě odvozených vztahů předpovídat budoucnost). Postačí nám tři Newtonovy pohybové zákony a úplné základy derivování a integrování nejzákladnějších funkcí. Ve druhé části bude teorie aplikována v příkladech z praxe. Zkusíme předpovídat pohyb těles na Zemi i mimo Zemi.

Peter

Populární přednáška, která má seznámit posluchače se základními typy jaderných reaktorů, které se aktuálně používají ve světě. Hlavně se zaměříme na reaktory ČR v Řeži a v jaderných elektrárnách Temelín a Dukovany. Bude rozebrána jejich konstrukce a funkce. Budou popsané jaderné reakce v reaktoru, tj. štěpení uranu a následná výroba elektřiny. Popíšeme si složení paliva používaného v našich elektrárnách a jeho výroba. Zmíníme se i o největších jaderných katastrofách v Černobylu a Fukušimě.

Niki

Přednáška bude volným pokračováním již proběhlé přednášky o rotaci tuhého tělesa. Nyní podrobněji prozkoumáme Eulerovy dynamické pohybové rovnice a některá jejich jednoduchá řešení. Ukážeme si typické případy setrvačníků, jako volný nebo těžký setrvačník. Dále budeme diskutovat kinematické vlastnosti dynamických řešení, na vlastní oči spatříme jak se z našich řešení vyloupnou typické druhy pohybů rotujícího tělesa, jako vlastní rotace, nutace a precese. Na závěr (pokud zbyde čas) zkusíme z obecnějšího hlediska porovnat vlastnosti pohybových rovnic v inerciální a neinerciální soustavě nebo také interpretovat běžné zákony zachování při přechodu do neinerciální soustavy.

Náry

Předneseme si základy hydrodynamiky, tedy laminárního proudění ideální kapaliny. Porovnáme ho s turbulentním prouděním. Předmětem přednášky budou zejména rovnice kontinuity a Bernoulliho rovnice. Vysvětlíme si pojmy jako proudnice a stlačitelnost. V případě zájmu si odvodíme rovnici kontinuity v diferenciální podobě.

Ivo Vinklárek

Radioaktivita, její vznik a účinky Na přednášce si nejprve charakterizujeme různé typy ionizujícího záření a jejich vliv na lidský organismus. Ve druhé části se podíváme na samotný původ tohoto záření

Lukáš

Tématem přednášky bude kmitavý pohyb těles okolo nás. Proč většina věcí okolo nás vykazuje harmonický pohyb tlumený? Projdeme si fyzikální popis matematického a fyzického kyvadla. Dále se budeme věnovat aperiodickému pohybu.

Ivo

Na přednášce se společně seznámíme s pojmem postupně šířící se vlny a ukážeme si, že taková vlna je řešením vlnové rovnice (a ukážeme si, co to vůbec ta slavná vlnová rovnice je). Povíme si základy o tom, co je to světlo a jak se na něj mnozí v historii dívali, finálně odvodíme Snellův zákon lomu za pomoci tzv. Fermatova principu. Věnujeme několik minut využití Snellovy zákona a hledání tzv. kritického úhlu dopadu. Finálně si povíme něco o fotonech, jak souvisí s fotoelektrickým jevem a v čem nás tato myšlenka posunula dál k současné vědě

Jimmmy

Čo to je symetria? S akou symetriou sa v bežnom živote stretávame? Akú symetriu majú kryštály? Symetria kryštálov a usporiadanie atómov v nich sa premieta aj do ich vlastností. Ukážeme si, prečo v kryštáloch nie sú povolené všetky typy symetrie a popíšeme kryštály pomocou Bravaisovych mriežok. Povieme si niečo o štruktúre bežných látok, štruktúre kovov a o kvazikryštáloch. Nakoniec vypočítame hustotu soli a železa a veľkosť dutín v najtesnejšom usporiadaní atómov v kovoch.

Dorotka

Na přednášce se seznámíme se základními veličinami a zákony elektrostatiky. Povíme si o tom, co je to elektrický náboj, intenzita elektrického pole a potenciál. Pomocí získaných poznatků si spočítáme několik jednoduchých vysokoškolských příkladů z elektrostatiky. V druhé části přednášky formulujeme Gaussův zákon a naučíme se jej používat. Pokud zbude čas, řekneme si o elektrickém dipólu.

Viktor

Na přednášce si ukážeme, co je to zobrazení a limita. Na těchto matematických pojmech, které zavedeme pouze intuitivně si ukážeme, kde se v mechanice hmotného bodu vezme derivace, co je to primitivní funkce a proč je určitý integrál interpretovaný jako obsah plochy pod křivkou. Pojmy poté zavedeme matematicky korektně, abychom měli nejen fyzikální představu o tom, co tyto pojmy znamenají, a abychom je mohli využívat i v jiných odvětvích fyziky.

Jimmy

Od základních derivací a integrálů přejdeme k nabla operátoru a k definici potenciálu. Na gravitačním a elektrostatickém poli si ukážeme význam potenciálových funkcí a poté si ukážeme jak dojít k jedné z Maxwellových rovnic. Vysvětlíme si pojem divergence a rotace a začneme zapisovat diferenciální rovnice, které se prozatím nebudeme učit řešit. Ukážeme si, co je to vlnová rovnice a zobecníme středoškolskou představu o tom, co to vlna ve skutečnosti je. Na této přednášce si i velice intuitivně řekneme, co je to metrický tenzor.

Jimmy

Na přednášce se podíváme na některé jednoduché jevy popsané diferenciálními rovnicemi (např. kmity lineárního harmonického oscilátoru, pokles hustoty a tlaku atmosféry se vzrůstající nadmořskou výškou...) - ukážeme si, jak diferenciální rovnice sestavit a základní metody jejich řešení. Nakonec si ukážeme, co dělat, když jsme schopni rovnici sestavit, ale nedokážeme ji vyřešit - tedy numerické řešení. Názorně si ukážeme, jak můžeme rovnice vyřešit třeba v Excelu, nebo nějakém programovacím jazyku.

Tomáš

Nedílnou součástí uceleného přehledu mechaniky ve fyzice tvoří kapitola o rotaci tuhého tělesa. Na přednášce se seznámíme s jejímy základními pojmy a principy. Úvod bude patřit nezbytnému matematickému podkladu tohoto tématu, dozvíme se v něm o počítání s vektory a maticemi. Následně uvedeme na scénu definici rotujícího tuhého tělesa a s ní spojené kinematické a dynamické veličiny, tedy úhlovou rychlost, moment setrvačnosti, kinetickou energii rotace a další. Při studiu těchto pojmů budeme vycházet jen ze znalostí středoškolské mechaniky a ze znalosti výpočtu elementárních derivací a tabulkových integrálů. Teoretická část bude završena představením Eulerových úhlů a Eulerových dynamických rovnic, které hrají ve fyzice rotujících tuhých těles podobně důležitou roli, jako Newtonův zákon síly v dynamice hmotného bodu. Nakonec si vyzkoušíme pomocí Eulerových rovnic vyřešit pohyby některých jednoduchých setrvačníků. Přednáška bude obsahově pokrývat některé důležité pasáže ve studijním textu "Kinematika a dynamika tuhého tělesa" k FO, v několika ohledech však půjde nad jeho obsahový i obtížnostní rámec.

Náry