Przedmowa

Podziękowania

W pracę nad podręcznikiem zaangażowanych było 52 pracowników naukowych z siedmiu instytucji akademickich. Kilka osób z tego grona okazało nam szczególną pomoc, za co bardzo dziękujemy:

• prof. dr hab. inż. Zbigniew Kąkol, Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie
• prof. PWr dr hab. inż. Włodzimierz Salejda, Politechnika Wrocławska
• prof. UZ dr hab. Maria Przybylska, Uniwersytet Zielonogórski
• dr inż. Radosław Strzałka, Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie
• dr Brygida Mielewska, Politechnika Gdańska
• prof. UZ dr hab. Jarosław Piskorski, Uniwersytet Zielonogórski

Adaptacja podręcznika została sfinansowana z grantu The Brian D. Patterson USA-International Foundation. Serdecznie dziękujemy.

Dostępne do modyfikacji

Fizyka dla szkół wyższych jest udostępniana na licencji Creative Commons Uznanie autorstwa 4.0 Międzynarodowe (CC BY 4.0), która zezwala każdemu na dowolne rozpowszechnianie, modyfikowanie i rozszerzanie treści pod warunkiem uznania autorstwa OpenStax i osób podpisanych pod oryginałem. Otwarta licencja umożliwia Państwu wyjęcie z tej publikacji rozdziału lub fragmentu, które potrzebujecie do zajęć. Stwórzcie własne treści, modyfikując istniejące i układając je w dowolnej kolejności. Następnie prześlijcie studentom bezpośredni odnośnik do swojej publikacji na platformie OpenStax CNX. Platforma OpenStax CNX istnieje od 1999 roku i ma zapewnione stabilne finansowanie. Opublikowano na niej dziesiątki tysięcy zasobów edukacyjnych w wielu językach.

Zgłaszanie błędów

Wszystkie podręczniki OpenStax przechodzą rygorystyczny proces recenzji. Mimo to niektóre błędy mogły zostać przeoczone, co zdarza się w każdej profesjonalnej publikacji. Nasze książki są cyfrowe, dlatego możemy uaktualniać je, ilekroć zachodzi taka konieczność. By zaproponować poprawkę, prosimy skorzystać z odnośnika na stronie podręcznika na OpenStax.org. Zgłoszone poprawki są oceniane przez ekspertów.

Format

Niniejsza publikacja jest dostępna za darmo na stronie internetowej i w formacie PDF. Podręcznik zostanie również wydrukowany w małym nakładzie i będzie można go znaleźć w bibliotekach uczelni partnerskich.

Zakres materiału

Zakres wiedzy prezentowanej w podręczniku Fizyka dla szkół wyższych został dopasowany do typowych zajęć akademickich z fizyki ogólnej prowadzonych przez 2-3 semestry. Staraliśmy się zaprezentować fizykę jako dziedzinę ciekawą i zrozumiałą, zachowując zarazem niezbędny rygor matematyczny. Mając to na względzie, treść niniejszego podręcznika została ułożona w logicznej kolejności, od kwestii podstawowych do bardziej zaawansowanych, odwołuje się do wiedzy, jaką studenci uzyskali z dotychczasowych części, i podkreśla powiązania między zagadnieniami, a także między teorią a praktyką. Celem każdego podrozdziału jest nie tylko nauczenie pojęć, ale także zbudowanie umiejętności posługiwania się nimi – umiejętności, która przyda się studentom w przyszłej pracy zawodowej lub dalszej nauce. Układ i metodologia podręcznika powstały we współpracy z doświadczonymi wykładowcami fizyki.

TOM I

Część 1: Mechanika

• Rozdział 1: Jednostki i miary
• Rozdział 2: Wektory
• Rozdział 3: Ruch prostoliniowy
• Rozdział 4: Ruch w dwóch i trzech wymiarach
• Rozdział 5: Zasady dynamiki Newtona
• Rozdział 6: Zastosowania zasad dynamiki Newtona
• Rozdział 7: Praca i energia kinetyczna
• Rozdział 8: Energia potencjalna i zasada zachowania energii
• Rozdział 9: Pęd i zderzenia
• Rozdział 10: Obroty wokół stałej osi
• Rozdział 11: Moment pędu
• Rozdział 12: Równowaga statyczna i sprężystość
• Rozdział 13: Grawitacja
• Rozdział 14: Mechanika płynów

Część 2: Fale i akustyka

• Rozdział 15: Drgania
• Rozdział 16: Fale
• Rozdział 17: Dźwięk

TOM II

Część 1: Termodynamika

• Rozdział 1: Temperatura i ciepło
• Rozdział 2: Kinetyczna teoria gazów
• Rozdział 3: Pierwsza zasada termodynamiki
• Rozdział 4: Druga zasada termodynamiki

Część 2: Elektryczność i magnetyzm

• Rozdział 5: Ładunki elektryczne i pola
• Rozdział 6: Prawo Gaussa
• Rozdział 7: Potencjał elektryczny
• Rozdział 8: Pojemność elektryczna
• Rozdział 9: Prąd i rezystancja
• Rozdział 10: Obwody prądu stałego
• Rozdział 11: Siła i pole magnetyczne
• Rozdział 12: Źródła pola magnetycznego
• Rozdział 13: Indukcja elektromagnetyczna
• Rozdział 14: Indukcyjność
• Rozdział 15: Obwody prądu zmiennego
• Rozdział 16: Fale elektromagnetyczne

TOM III

Część 1: Optyka

• Rozdział 1: Natura światła
• Rozdział 2: Optyka geometryczna i tworzenie obrazu
• Rozdział 3: Interferencja
• Rozdział 4: Dyfrakcja

Część 2: Fizyka współczesna

• Rozdział 5: Teoria względności
• Rozdział 6: Fotony i fale materii
• Rozdział 7: Mechanika kwantowa
• Rozdział 8: Struktura atomu
• Rozdział 9: Fizyka materii skondensowanej
• Rozdział 10: Fizyka jądrowa
• Rozdział 11: Fizyka cząstek elementarnych i kosmologia

Konstrukcja metodyczna

W całym podręczniku Fizyka dla szkół wyższych zagadnienia prezentowane są zarówno w sposób klasyczny, z uwzględnieniem historycznych metod i technik, jak i w aspekcie współczesnych zastosowań. Większość rozdziałów zaczyna się od obserwacji lub doświadczeń, które umieszczają materiał w kontekście praktycznym. Sposób prezentacji materiału i logikę wywodu oparto na wieloletnim doświadczeniu zebranym przez wykładowców fizyki. Zastosowane w podręczniku podejście, równoważące klarowność wyjaśnień z naukowym rygorem, sprawdziło się w trakcie ich pracy ze studentami. W tekście zamieszczono odnośniki do wcześniejszych treści, aby studenci mogli łatwo przypominać sobie poruszane zagadnienia, a potem wracać do bieżącego wywodu, co ułatwia zrozumienie powiązań między tematami. Najważniejsze postacie i eksperymenty historyczne omawiane są w głównym tekście, a nie w ramkach lub na marginesie, aby nie utrudniać czytelnikowi budowania intuicyjnego rozumienia prezentowanych kwestii. Najważniejsze pojęcia, definicje i wzory wyeksponowano w tekście i przytoczono je ponownie w podsumowaniu na końcu każdego rozdziału. Przykłady i zdjęcia starano się dobrać w taki sposób, aby w miarę możliwości dotyczyły współczesnych zastosowań fizyki lub nowoczesnych technologii znanych studentom z codziennego życia, od smartfonów przez internet po nawigację satelitarną.

Sprawdzanie wiedzy

Rozwiązania przykładowych zadań zamieszczonych w każdym rozdziale zazwyczaj podzielone są na trzy części: Strategia rozwiązania, Rozwiązanie i Znaczenie, które pokazują, jak podejść do zadania, jak przekształcić równania i wreszcie jak sprawdzić i zinterpretować wynik. Dodatkowo pod przykładami często znaleźć można sekcję Sprawdź, czy rozumiesz, która zawiera pytania i odpowiedzi pomagające studentom utrwalić sobie kluczowe wnioski z przykładu. Sekcja Strategie rozwiązywania zadań zamieszczona w każdym rozdziale rozbija sposoby podchodzenia do różnych problemów na łatwe do zapamiętania kroki. Na końcu każdego rozdziału znajduje się również zbiór różnorodnych zadań umożliwiający sprawdzenie zdobytej wiedzy.

• Pytania nie wymagają żadnych obliczeń. Sprawdzają, czy student rozumie najważniejsze pojęcia.
• Zadania przypisane do każdego podrozdziału sprawdzają umiejętność podejścia do problemu i zastosowania teorii do praktycznych sytuacji.
• Zadania dodatkowe wymagają zastosowania wiedzy z całego rozdziału, zmuszając studentów do wybrania właściwych równań i pojęć. Niektóre z tych zadań, opisane jako Nieracjonalne wyniki, żądają od studenta oceny wiarygodności uzyskanych wyników i wyjaśnienia, dlaczego są nieracjonalne i które z założeń mogły nie być prawidłowe.
• Zadania trudniejsze rozszerzają problematykę o intrygujące lecz trudne sytuacje.

Odpowiedzi do wszystkich zadań umieszczono na końcu podręcznika w sekcji Rozwiązania zadań.

Zasoby dla studentów i wykładowców

Na stronie OpenStax.org można znaleźć materiały dodatkowe w języku angielskim, przeznaczone zarówno dla studentów jak i wykładowców — między innymi przewodniki użytkownika, slajdy w formacie PowerPoint, a także arkusze odpowiedzi i rozwiązań dla prowadzących zajęcia i studentów. Aby uzyskać dostęp do materiałów dla wykładowców, należy posiadać zweryfikowane konto instruktorskie, o które można poprosić przy logowaniu na OpenStax.org. Zasoby te są ściśle dopasowane do podręcznika.

Oferta partnerów OpenStax

Partnerzy projektu OpenStax pomagają dostarczać wysokiej jakości zasoby edukacyjne, w cenie dostępnej dla wszystkich studentów i wykładowców. Ich narzędzia zostały zintegrowane z podręcznikami dostępnymi w języku angielskim. Aby uzyskać dostęp do zasobów i usług oferowanych przez naszych partnerów, odwiedź stronę danego podręcznika na OpenStax.org.

Openstax Polska

Podręcznik Fizyka dla szkół wyższych powstał w ramach projektu OpenStax Polska fundacji Katalyst Education. W 2018 roku powstała fundacja OpenStax Poland, która przejęła pracę od fundacji Katalyst Education pracę nad publikacją i promocją podręcznika.

Misją obu fundacji Katalyst Education i OpenStax Poland, opartych na filozofii Otwartych Zasobów Edukacyjnych, jest wyrównywanie szans wszystkich uczniów w Polsce, poprzez tworzenie cyfrowych narzędzi edukacyjnych i dostarczanie usług wspierających optymalne ich wykorzystanie. Więcej informacji: OpenStax.pl, katalysteducation.org.

Katalyst Education oraz OpenStax Poland należą do grupy White Star Foundations w Polsce. Więcej informacji: whitestarfoundations.org.

Tłumacze i autorzy adaptacji

• prof. UW dr hab. Adam Bednorz, Uniwersytet Warszawski
• lic. Anna Błachowicz, Politechnika Śląska
• dr hab. Tomasz Błachowicz, Politechnika Śląska
• dr inż. Beata Bochentyn, Politechnika Gdańska
• mgr Juliusz P. Braun, Uniwersytet Warszawski
• dr Bartosz Brzostowski, Uniwersytet Zielonogórski
• dr inż. Roman Bukowski, Politechnika Śląska
• prof UAM dr hab. Gotard Burdziński, Uniwersytet im. Adama Mickiewicza w Poznaniu
• inż. Robert Chudek, Politechnika Warszawska
• dr hab. Roman Gołębiewski, Uniwersytet im. Adama Mickiewicza w Poznaniu
• prof. UAM dr hab. Krzysztof Grygiel, Uniwersytet im. Adama Mickiewicza w Poznaniu
• dr inż. Piotr Grygiel, Politechnika Gdańska
• prof. dr hab. Marian Grynberg, Uniwersytet Warszawski
• mgr Katarzyna Gwóźdź, Politechnika Wrocławska
• dr hab. inż. Grzegorz Harań, Politechnika Wrocławska
• dr hab. inż. Andrzej Janutka, Politechnika Wrocławska
• dr Wojciech Kamiński, Uniwersytet Wrocławski
• dr hab. Dobrosława Kasprowicz, Politechnika Poznańska
• prof. dr hab. inż. Zbigniew Kąkol, Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie
• prof. dr hab. Adam Lipowski, Uniwersytet im. Adama Mickiewicza w Poznaniu
• prof. dr hab. inż. Paweł Machnikowski, Politechnika Wrocławska
• prof. dr hab. Jacek Majewski, Uniwersytet Warszawski
• prof. UWr dr hab. Leszek Markowski, Uniwersytet Wrocławski
• dr inż. Aleksandra Mielewczyk-Gryń, Politechnika Gdańska
• dr Brygida Mielewska, Politechnika Gdańska
• dr inż. Tadeusz Miruszewski, Politechnika Gdańska
• prof. UZ dr hab. Jarosław Piskorski, Uniwersytet Zielonogórski
• dr Krzysztof Pomorski, Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie
• prof. dr hab. Ewa Popko, Politechnika Wrocławska
• prof. dr hab. inż. Andrzej Radosz, Politechnika Wrocławska
• dr hab. Tomasz Runka, Politechnika Poznańska
• prof. PWr dr hab. inż. Włodzimierz Salejda, Politechnika Wrocławska
• dr hab. inż. Paweł Scharoch, Politechnika Wrocławska
• dr inż. Kazimierz Sierański, Politechnika Wrocławska
• dr inż. Piotr Sitarek, Politechnika Wrocławska
• dr hab. inż. Gabriela Statkiewicz-Barabach, Politechnika Wrocławska
• dr inż. Radosław Strzałka, Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie
• dr inż. Jan Szatkowski, Politechnika Wrocławska
• dr Izabela Szyperska, Politechnika Poznańska
• dr Agnieszka Tomaszewska, Akademia im. Jana Długosza w Częstochowie
• dr inż. Bartłomiej Toroń, Politechnika Śląska
• dr inż. Dominika Trefon-Radziejewska, Politechnika Śląska
• dr inż. Sebastian Wachowski, Politechnika Gdańska
• dr Jakub Wagner, Uniwersytet Warszawski
• mgr Mateusz Wlazło, Uniwersytet Warszawski
• prof. dr hab. Antoni Wójcik, Uniwersytet im. Adama Mickiewicza w Poznaniu
• mgr inż. Klaudia Żerańska, Politechnika Warszawska

Recenzenci

• prof. dr hab. Kazimierz Fabisiak
• dr Piotr Goldstein
• prof. dr hab. inż. Zbigniew Kąkol
• mgr inż. Michał Maciejewski
• prof. dr hab. Paweł Machnikowski
• dr Brygida Mielewska
• prof. dr hab. Jan Mostowski
• prof. AGH dr hab. Antoni Paja
• prof. dr hab. Ewa Popko

Zespół redakcyjny

Recenzenci

• Salameh Ahmad, Rochester Institute of Technology–Dubai
• John Aiken, University of Colorado–Boulder
• Anand Batra, Howard University
• Raymond Benge, Terrant County College
• Gavin Buxton, Robert Morris University
• Erik Christensen, South Florida State College
• Clifton Clark, Fort Hays State University
• Nelson Coates, California Maritime Academy
• Herve Collin, Kapi’olani Community College
• Carl Covatto, Arizona State University
• Alexander Cozzani, Imperial Valley College
• Danielle Dalafave, The College of New Jersey
• Nicholas Darnton, Georgia Institute of Technology
• Robert Edmonds, Tarrant County College
• William Falls, Erie Community College
• Stanley Forrester, Broward College
• Umesh Garg, University of Notre Dame
• Maurizio Giannotti, Barry University
• Bryan Gibbs, Dallas County Community College
• Mark Giroux, East Tennessee State University
• Matthew Griffiths, University of New Haven
• Alfonso Hinojosa, University of Texas–Arlington
• Steuard Jensen, Alma College
• David Kagan, University of Massachusetts
• Jill Leggett, Florida State College–Jacksonville
• Sergei Katsev, University of Minnesota–Duluth
• Alfredo Louro, University of Calgary
• James Maclaren, Tulane University
• Ponn Maheswaranathan, Winthrop University
• Seth Major, Hamilton College
• Oleg Maksimov, Excelsior College
• Aristides Marcano, Delaware State University
• Marles McCurdy, Tarrant County College
• James McDonald, University of Hartford
• Ralph McGrew, SUNY–Broome Community College
• Paul Miller, West Virginia University
• Tamar More, University of Portland
• Farzaneh Najmabadi, University of Phoenix
• Richard Olenick, The University of Dallas
• Christopher Porter, Ohio State University
• Liza Pujji, Manakau Institute of Technology
• Baishali Ray, Young Harris University
• Andrew Robinson, Carleton University
• Aruvana Roy, Young Harris University
• Abhijit Sarkar, The Catholic University of America
• Gajendra Tulsian, Daytona State College
• Adria Updike, Roger Williams University
• Clark Vangilder, Central Arizona University
• Steven Wolf, Texas State University
• Alexander Wurm, Western New England University
• Lei Zhang, Winston Salem State University
• Ulrich Zurcher, Cleveland State University