معرفی کامل دوره فیزیک ۱

درس فیزیک ۱ که مبحث فیزیک مکانیک کلاسیک را پوشش می‌دهد، یکی از پایه‌ای‌ترین و مهم‌ترین دروس رشته‌های فیزیک، مهندسی و علوم پایه محسوب می‌شود. این دوره آموزشی جامع، توسط آکادمی پرتویار و با تدریس استاد حسین شجاعی در اختیار دانشجویان و علاقه‌مندان قرار گرفته است.

سرفصل‌های کامل دوره به تفکیک جلسات

جلسه اول: ذره ایده‌آل و دستگاه‌های مختصات

در این جلسه پایه‌ای، مفاهیم بنیادی فیزیک مکانیک معرفی می‌شوند. ابتدا مدل ذره ایده‌آل به عنوان یک ابزار ساده‌سازی در حل مسائل مکانیک مورد بررسی قرار می‌گیرد. سپس به طور مفصل با دستگاه‌های مختصات مختلف شامل دستگاه دکارتی، دستگاه مختصات کروی و دستگاه مختصات استوانه‌ای آشنا می‌شوید. کاربردهای هر یک از این دستگاه‌های مختصات در مسائل مختلف فیزیک تحلیل شده و روابط تبدیل بین آن‌ها آموزش داده می‌شود. این جلسه پایه ریاضی لازم برای درک بهتر مطالب آینده را فراهم می‌کند.

جلسه دوم: مبانی مکانیک نیوتنی و تحلیل ابعادی

این جلسه به معرفی فلسفه و مبانی مکانیک کلاسیک نیوتنی اختصاص دارد. مفاهیم فضای اقلیدسی سه‌بعدی و زمان مطلق به عنوان پایه‌های مکانیک نیوتنی تشریح می‌شوند. همچنین سیستم استاندارد بین‌المللی واحدها (SI) و اهمیت استانداردسازی در اندازه‌گیری‌های علمی مورد بحث قرار می‌گیرد. مبحث تحلیل ابعادی به عنوان ابزاری قدرتمند برای بررسی درستی معادلات فیزیکی و پیش‌بینی روابط فیزیکی معرفی می‌شود.

جلسه سوم: سینماتیک یک بعدی و نمودارهای حرکت

شروع مبحث سینماتیک (حرکت‌شناسی) در این جلسه صورت می‌گیرد. مفاهیم مکان، سرعت و شتاب در حرکت یک‌بعدی به طور کامل توضیح داده می‌شوند. تفاوت بین سرعت متوسط و سرعت لحظه‌ای و همچنین شتاب متوسط و شتاب لحظه‌ای با جزئیات بررسی می‌شود. تفسیر نمودارهای مکان-زمان، سرعت-زمان و شتاب-زمان به صورت گام به گام آموزش داده شده و ارتباط بین این نمودارها از طریق مفاهیم شیب و مساحت زیر نمودار تشریح می‌شود.

جلسه چهارم: سقوط آزاد و کمیت‌های برداری

در این جلسه ابتدا به حل مسائل عملی سینماتیک پرداخته می‌شود و سپس مبحث سقوط آزاد به عنوان نمونه‌ای از حرکت با شتاب ثابت بررسی می‌گردد. استدلال معروف گالیله درباره یکسان بودن شتاب سقوط اجسام مورد تحلیل قرار می‌گیرد. در بخش دوم جلسه، معرفی کمیت‌های نرده‌ای و برداری صورت می‌گیرد و ویژگی‌های اساسی بردارها شامل اندازه، جهت و مستقل بودن از دستگاه مختصات آموزش داده می‌شود.

جلسه پنجم: سینماتیک سه بعدی و حرکت پرتابه

تعمیم مفاهیم سینماتیک به فضای سه‌بعدی در این جلسه انجام می‌شود. بردارهای مکان، سرعت و شتاب در سه بعد معرفی شده و تجزیه شتاب به مؤلفه‌های مماسی و عمود بر مسیر مورد بررسی قرار می‌گیرد. سپس حرکت پرتابه به عنوان یک مثال کاربردی و مهم از حرکت با شتاب ثابت تحلیل می‌شود. معادله مسیر پرتابه استخراج شده و کمیت‌های مهمی مانند زمان رسیدن به بیشینه ارتفاع، بیشینه ارتفاع و برد پرتابه محاسبه می‌گردند.

جلسه ششم: حرکت دورانی و حرکت نسبی

مباحث پیشرفته‌تر سینماتیک در این جلسه ارائه می‌شوند. حرکت دایره‌ای یکنواخت با جزئیات بررسی شده و مفاهیم سرعت زاویه‌ای و شتاب مرکزگرا معرفی می‌گردند. رابطه شتاب مرکزگرا به دو صورت مختلف استخراج می‌شود. سپس مبحث حرکت نسبی و تبدیلات گالیله‌ای برای مکان، سرعت و شتاب بین دستگاه‌های مرجع مختلف آموزش داده می‌شود. حل مسئله هواپیما و باد به عنوان نمونه‌ای کاربردی از حرکت نسبی ارائه می‌گردد.

جلسه هفتم: قوانین حرکت نیوتن

شروع مبحث دینامیک در این جلسه صورت می‌گیرد. سه قانون حرکت نیوتن به طور مفصل بررسی شده و مفاهیم نیرو و جرم به عنوان کمیت‌های اساسی دینامیک معرفی می‌شوند. مفهوم چارچوب مرجع لخت به عنوان چارچوبی که در آن قوانین نیوتن برقرار هستند، تشریح می‌شود. قانون دوم نیوتن به زبان تکانه ارائه شده و اصل برهم‌نهی برای نیروها توضیح داده می‌شود.

جلسه هشتم: وزن و بی‌وزنی و دینامیک حرکت دورانی

در این جلسه به بسط و تعمیق درک قوانین نیوتن پرداخته می‌شود. تفاوت بین جرم لختی و جرم گرانشی و اصل هم‌ارزی بین آن‌ها مورد بحث قرار می‌گیرد. مفهوم وزن ظاهری و تفاوت آن با نیروی گرانش در شرایط مختلف از جمله در آسانسور شتاب‌دار تحلیل می‌شود. سپس کاربرد قوانین نیوتن در حرکت دایره‌ای بررسی شده و مفهوم نیروی مرکزگرا معرفی می‌گردد.

جلسه نهم: کاربردهای پیشرفته قوانین نیوتن

این جلسه به حل مسائل پیچیده‌تر دینامیک با استفاده از قوانین نیوتن اختصاص دارد. تحلیل سیستم‌های شامل قرقره و نخ به طور مفصل انجام می‌شود. شرایط قرقره ایده‌آل و تفاوت بین قرقره ثابت و متحرک بررسی می‌شود. مفهوم معادله قیدی و اهمیت آن در حل مسائل سیستم‌های چندجسمی آموزش داده می‌شود. همچنین مسئله ترازو و سطح شیبدار به عنوان نمونه‌ای از مسائل مفهومی پیچیده حل می‌گردد.

جلسه دهم: اصطکاک و نیروهای طبیعت

مبحث نیروی اصطکاک به طور کامل در این جلسه پوشش داده می‌شود. ابتدا مروری بر چهار نیروی بنیادی طبیعت صورت می‌گیرد و سپس به بررسی انواع اصطکاک خشک شامل اصطکاک ایستایی و اصطکاک جنبشی پرداخته می‌شود. تفاوت بین ضرایب اصطکاک ایستایی و جنبشی و عوامل مؤثر بر آن‌ها تحلیل می‌شوند. در ادامه، اصطکاک در سیالات و مفهوم سرعت حد به طور مفصل بررسی می‌شوند. کاربردهای مهندسی اصطکاک در طراحی خودرو و جاده نیز مورد بحث قرار می‌گیرد.

جلسه یازدهم: کار و انرژی

شروع مبحث جدید کار و انرژی در این جلسه صورت می‌گیرد. کار به عنوان یک کمیت اسکالر تعریف شده و روش‌های محاسبه آن برای نیروهای ثابت و متغیر آموزش داده می‌شود. تفسیر فیزیکی کار و مفهوم کار مثبت و منفی با مثال‌های عینی تشریح می‌شود. تعریف کلی کار در سه بعد به صورت حاصل ضرب داخلی بردار نیرو و بردار جابجایی ارائه می‌گردد. محاسبه کار برای نیروهای مهمی مانند نیروی گرانش، نیروی اصطکاک و نیروی فنر انجام می‌شود.

جلسه دوازدهم: قضیه کار-انرژی و انرژی پتانسیل

در این جلسه قضیه کار-انرژی جنبشی به طور کامل اثبات و بررسی می‌شود. سپس مفهوم نیروهای پایستار معرفی شده و ویژگی‌های آن‌ها مورد تحلیل قرار می‌گیرد. انرژی پتانسیل به عنوان تابعی اسکالر برای توصیف نیروهای پایستار تعریف می‌شود. انرژی پتانسیل گرانشی برای نزدیک سطح زمین ارائه شده و مفهوم پایستگی انرژی مکانیکی برای سیستم‌هایی که تنها تحت تأثیر نیروهای پایستار قرار دارند، معرفی می‌گردد.

جلسه سیزدهم: پایستگی انرژی مکانیکی

این جلسه به ادامه مباحث انرژی اختصاص دارد. شرایط پایستگی انرژی مکانیکی به طور مفصل بررسی شده و مثال‌های متعددی از تبدیل انرژی بین انواع مختلف آن ارائه می‌شود. انرژی پتانسیل کشسانی فنر استخراج شده و تحلیل نوسانات جرم-فنر با استفاده از پایستگی انرژی انجام می‌شود. رسم و تفسیر نمودار انرژی برای سیستم جرم-فنر آموزش داده شده و تأثیر نیروهای غیرپایستار مانند اصطکاک بر انرژی مکانیکی سیستم بررسی می‌گردد.

جلسه چهاردهم: انرژی پتانسیل گرانشی و توان

در این جلسه، انرژی پتانسیل گرانشی بر اساس قانون جهانی گرانش نیوتن استخراج می‌شود. نمودار انرژی پتانسیل گرانشی رسم شده و تحلیل حرکت اجرام تحت تأثیر نیروی گرانش با استفاده از نمودار انرژی انجام می‌شود. مفهوم سرعت فرار و رابطه آن محاسبه می‌گردد. در انتها، مفهوم توان به عنوان نرخ انجام کار یا نرخ انتقال انرژی معرفی شده و روش‌های محاسبه آن ارائه می‌شوند.

جلسه پانزدهم: تکانه و برخوردها

شروع مبحث جدید تکانه در این جلسه صورت می‌گیرد. تکانه به عنوان حاصل ضرب جرم در سرعت تعریف شده و قانون دوم نیوتن به زبان تکانه ارائه می‌گردد. قانون بقای تکانه در غیاب نیروی خارجی اثبات شده و کاربرد آن در تحلیل برخوردها آموزش داده می‌شود. تفاوت بین برخوردهای کشسان و غیرکشسان به طور مفصل بررسی شده و مثال‌های عددی از هر دو نوع برخورد حل می‌شوند. مفهوم مرکز جرم و روش محاسبه آن برای سیستم‌های گسسته و پیوسته معرفی می‌گردد.

جلسه شانزدهم: مرکز جرم و سیستم‌های جرم متغیر

این جلسه به ادامه مباحث مرکز جرم و تکانه اختصاص دارد. سرعت و شتاب مرکز جرم تعریف شده و رابطه بین تکانه کل و سرعت مرکز جرم استخراج می‌گردد. مفهوم دستگاه مرکز جرم معرفی شده و مزایای استفاده از این دستگاه در تحلیل برخوردها نشان داده می‌شود. تجزیه انرژی جنبشی کل به انرژی جنبشی انتقالی مرکز جرم و انرژی جنبشی نسبی بررسی می‌شود. در پایان، تحلیل سیستم‌های با جرم متغیر مانند موشک انجام می‌شود.

جلسه هفدهم: دینامیک حرکت دورانی اجسام صلب

شروع مبحث حرکت دورانی اجسام صلب در این جلسه صورت می‌گیرد. ابتدا مفهوم جرم کاهش یافته برای سیستم دو ذره‌ای معرفی می‌شود. سپس جسم صلب تعریف شده و حرکت کلی آن به دو جزء انتقالی و دورانی تجزیه می‌گردد. کمیت‌های دورانی شامل سرعت زاویه‌ای و شتاب زاویه‌ای معرفی شده و معادلات سینماتیکی برای حرکت با شتاب زاویه‌ای ثابت ارائه می‌گردند. در پایان، مفهوم لختی دورانی به عنوان معادل جرم در حرکت دورانی معرفی می‌شود.

جلسه هجدهم: قضیه محورهای موازی و گشتاور

این جلسه به ادامه مباحث حرکت دورانی اختصاص دارد. تجزیه انرژی جنبشی یک جسم صلب به انرژی جنبشی انتقالی و دورانی بررسی می‌شود. قضیه محورهای موازی (قضیه اشتاینر) به طور کامل اثبات شده و مثال‌های کاربردی از آن ارائه می‌گردد. حل مسئله کاربردی با استفاده از پایستگی انرژی برای سیستم قرقره و جرم انجام می‌شود. در پایان، مفاهیم گشتاور و تکانه زاویه‌ای به عنوان مبانی دینامیک دورانی معرفی می‌شوند.

جلسه نوزدهم: تکانه زاویه‌ای و کاربردهای آن

مبحث تکانه زاویه‌ای در این جلسه به طور مفصل بررسی می‌شود. رابطه بنیادی بین گشتاور و تغییرات تکانه زاویه‌ای ارائه شده و قانون بقای تکانه زاویه‌ای در غیاب گشتاور خارجی اثبات می‌گردد. مثال‌های متعددی از محاسبه تکانه زاویه‌ای برای حرکت آزاد ذره و حرکت دایره‌ای یکنواخت حل می‌شود. اهمیت انتخاب مبدا دستگاه مختصات در محاسبه تکانه زاویه‌ای مورد بحث قرار می‌گیرد. در پایان، اثرات حرکت چرخشی زمین و پدیده حرکت تقدیمی تحلیل می‌شوند.

جلسه بیستم: پایستگی تکانه زاویه‌ای و اثرات چرخش زمین

این جلسه به کاربردهای عملی قانون بقای تکانه زاویه‌ای اختصاص دارد. مثال کلاسیک اسکیت باز یخی و اثر جمع کردن دست‌ها بر سرعت چرخش تحلیل می‌شود. مسئله دیسک چرخان و فردی که روی آن حرکت می‌کند به تفصیل حل می‌شود. سپس اثر کوریولیس ناشی از چرخش زمین به طور مفصل بررسی شده و پیامدهای آن در پدیده‌های جوی مانند الگوی بادها توضیح داده می‌شود. در پایان، تحلیل حرکت غلتشی روی سطح شیبدار با استفاده پایستگی انرژی انجام می‌شود.

جلسه بیست و یکم: تعادل استاتیکی

مبحث تعادل استاتیکی در این جلسه به طور کامل پوشش داده می‌شود. شرایط تعادل برای ذرات و اجسام صلب بررسی شده و تفاوت بین تعادل استاتیکی و دینامیکی توضیح داده می‌شود. مفهوم گشتاور و انتخاب مرکز گشتاور مورد بحث قرار می‌گیرد. مفاهیم مرکز جرم و مرکز ثقل مقایسه شده و روش‌های عملی یافتن مرکز ثقل آموزش داده می‌شود. انواع تعادل شامل پایدار، ناپایدار و خنثی با مثال‌های عینی معرفی می‌گردند. در پایان، حل مسائل تعادل با استفاده از نمودار جسم آزاد آموزش داده می‌شود.

جلسه بیست و دوم: گرانش و میدان گرانشی

شروع مبحث گرانش در این جلسه صورت می‌گیرد. قانون جهانی گرانش نیوتن به طور کامل بررسی شده و ثابت جهانی گرانش معرفی می‌گردد. انرژی پتانسیل گرانشی برای سیستم دو ذره‌ای استخراج می‌شود. سپس به بررسی گرانش کروی پرداخته شده و قضیه مهم مربوط به پوسته کروی اثبات می‌گردد. رفتار یک کره توپر با تقارن کروی در خارج و داخل آن تحلیل می‌شود. در پایان، مفهوم میدان گرانشی معرفی شده و ارتباط آن با نیرو و پتانسیل گرانشی بررسی می‌گردد.

جلسه بیست و سوم: نیروهای جزر و مدی و سیاهچاله‌ها

این جلسه به مباحث پیشرفته‌تر گرانش اختصاص دارد. نیروهای جزر و مدی و منشأ آن‌ها به طور مفصل بررسی می‌شوند. تفاوت بین وابستگی نیروی گرانش و نیروی جزر و مدی به فاصله تحلیل می‌شود. اثرات جزر و مدی ماه و خورشید بر زمین و پدیده‌های جزر و مد بهاری و خیزی توضیح داده می‌شوند. مفهوم قفل جزر و مدی و اثرات بلندمدت نیروهای جزر و مدی بررسی می‌گردد. سپس حرکت مداری و پتانسیل موثر تحلیل شده و مفهوم سرعت فرار محاسبه می‌گردد. در پایان، سیاهچاله‌ها به عنوان نتیجه‌ای از گرانش شدید معرفی شده و روش‌های تشخیص آن‌ها توضیح داده می‌شوند.

ویژگی‌های منحصر به فرد این دوره

تدریس توسط استاد برجسته

استاد حسین شجاعی، عضو هیأت علمی دانشگاه شهید بهشتی در رشته فیزیک، با سابقه درخشان آموزشی و پژوهشی، مطالب را به شیوه‌ای عمیق و قابل درک ارائه می‌دهند. ایشان دانش‌آموخته دانشگاه‌های صنعتی شریف و شهید بهشتی بوده و زمینه تخصصی تحقیقاتی ایشان گرانش و ریاضی فیزیک است.

پوشش کامل سرفصل‌های دانشگاهی

این دوره تمامی مباحث استاندارد درس فیزیک ۱ را مطابق با منابع معتبر بین‌المللی پوشش می‌دهد و برای دانشجویان رشته‌های زیر ایده‌آل است:

• فیزیک

• مهندسی‌های مختلف

• ریاضی

• شیمی

• و سایر علوم پایه

منابع و مراجع اصلی دوره

منبع اصلی این آموزش، کتاب معتبر "فیزیک هالیدی" جلد اول (مکانیک) است که به عنوان مرجع استاندارد در بسیاری از دانشگاه‌های معتبر جهان تدریس می‌شود. همچنین مطالب با بهره‌گیری از سایر منابع معتبر تکمیل و غنی شده‌اند.

نتیجه‌گیری

دوره فیزیک ۱ آکادمی پرتویار با تدریس استاد حسین شجاعی، فرصتی استثنایی برای یادگیری اصولی و عمیق مکانیک کلاسیک فراهم می‌آورد. این دوره نه تنها نیازهای آموزشی دانشجویان را برطرف می‌کند، بلکه دیدگاه زیبایی از جهان فیزیکی اطراف ما ارائه می‌دهد و پایه‌ای محکم برای مطالعات پیشرفته‌تر در فیزیک و مهندسی ایجاد می‌نماید.