Věda a výzkum

Na Katedře aplikované fyziky a techniky (KAFT) se dlouhodobě zabýváme dvěma základními oblastmi vědy a výzkumu - didaktikou a aplikovanou fyzikou a technikou. Úzká spolupráce v oblasti vědy a výzkumu byla navázána s partnerskou Katedrou techniky a kybernetiky Fakulty zemědělské a technologické JU.

Didaktika

V oblasti oborových didaktik se katedra zabývá následujícími dílčími problémy ve spolupráci dalšími institucemi v ČR a zahraničí. Jedná se o tyto oblasti: problematika tvorby učebnic pro základní školy (SPN, Prometheus), rozvoj tvořivosti dětí při výuce fyziky a technické výchovy, vliv školního fyzikálního experimentu na motivaci žáků – jednoduché školní experimenty. Doc. PaedDr. Jiří Tesař, Ph.D. je mimo jiné spoluautorem populární sady učebnic fyziky pro základní školu.

Sada učebnic fyziky pro ZŠ od doc. Jiřího Tesaře

Katedra aplikované fyziky a techniky se dále zabývá také zařazením IT do výuky fyziky na středních a základních školách, tvorbou multimediálních výukových materiálů, péčí o talentované žáky – fyzikální olympiáda, propagací fyziky mezi veřejností (Veletrh nápadů učitelů fyziky, motivační experimenty, Debrujar,…), dalším vzdělávání učitelů fyziky a techniky v Jihočeském kraji, diagnostikou prekonceptů k technice u žáků primární školy, diagnostikou techn. a didaktických pojmů u studentů učitelství pro prim. školu, u učitelů primární školy a učitelů MŠ, dalším vzdělávání učitelů MŠ v oblasti polytechnické výchovy, badatelsky orientovanou výukou technické výchovy na 1. stupni ZŠ a v MŠ, diagnostikou prekoncepcí a prekonceptů k technické výchově u studentů učitelství pro primární školu a další vzdělávání učitelů MŠ v oblasti polytechnické výchovy.

Počítačové modelování

V nultých letech 21. století se na pracovišti vyprofilovala skupina pracovníků, kteří se zabývali počítačovým modelováním jevů z fyzikální a technické praxe. V té době se jednalo se o poměrně nový, moderní a perspektivní vědní obor, kdy se studovaný jev simuloval na počítači. Cílem je detailní pochopení mechanismů, které jsou pro daný jev klíčové, případně predikce chování zkoumaného systému za předem daných parametrů. Počítačové modelování si v praxi vybudovalo významnou pozici, protože umožňuje výrazně snížit jak časovou, tak finanční náročnost výzkumu a vývoje nových zařízení a technologií. Základní postup je takový, že se studovaný jev popíše buď na mikroskopické, nebo makroskopické úrovni rovnicemi, které se následně řeší vhodnými postupy numerické matematiky. Pro tento účel je využíván sofistikovaný software, který umožňuje postupovat krok za krokem přes všechny etapy simulace – od tvorby geometrie přes řešení soustavy rovnic až po finální vizualizaci řešení. To řešení problému výrazně zjednodušuje a urychluje. Hlavní pozornost byla věnována především fyzice plazmatu a jeho využití v technických aplikacích a materiálovému inženýrství v souvislosti s povrchovými úpravami práškových materiálů.

Pohled na modelovou strukturu několika vrstev práškového materiálu (habilitační práce doc. Petra Bartoše)

Pracoviště se stalo v této oblasti řešitelem či spoluřešitelem několika grantových projektů a vznikl velký počet kvalitních odborných publikací. Problematikou se na KAFT zabýval především doc. RNDr. Petr Bartoš, Ph.D., který je v současné době děkanem Zemědělské a technologické fakulty JU a počítačovým modelováním se zabývá nadále zejména se svými spolupracovníky na Katedře zemědělské techniky, se kterou má naše katedra navázanou úzkou spolupráci.

Materiálové inženýrství a povrchové úpravy materiálů

V druhé dekádě 21. století se na KAFT vyprofilovala skupina pracovníků (potažmo doktorandů a diplomantů), kteří se intenzivně zabývali plazmovými úpravami povrchů. Plazmové povrchové úpravy představují atraktivní, moderní a především perspektivní odvětví umožňující měnit povrchové vlastnosti materiálů, či deponovat vrstvy charakteristického chemického složení a vlastností. Jako příklad je možné uvést vytváření speciálních fotokatalytických povrchů schopných odbourávat organické materiály nebo ničit mikroorganismy při využití tzv. Advanced Oxidation Processes v oblasti čištění vod. Další oblastí je pak modifikace povrchových vlastností vybraných materiálů, kde byla pozornost zaměřena na procesy využívající nízkotlaký plazmový výboj a procesy s využitím výbojů za atmosférického tlaku. Pracoviště se stalo v této oblasti řešitelem či spoluřešitelem několika grantových projektů a rovněž vznikl v této oblasti vědy nemalý počet publikací.

Srovnání smáčivosti neošetřené a ošetřené celulózy prostřednictvím plazmové funkcionalizace (Dr. Pavel Černý)

V současné době se materiálovým inženýrstvím zabývá Mgr. Pavel Černý, Ph.D., který se ve spolupráci s FZT JU věnuje přípravě kompozitních materiálů (pro 3D tisk, zemědělské aplikace aj.).

Studium degradace polymerních materiálů

Od roku 2022 se na KAFT intenzivně zabýváme studiem degradace materiálů pomocí speciálního přístroje simulujícího přírodní povětrností podmínky (Weatherometeru). Návrh a sestavení přístroje proběhlo na KAFT za účasti studentů během realizace jejich bakalářských a diplomových prací. V této oblasti je možné i do budoucna zadávat a realizovat závěrečné práce.

Aditivní technologie, 3D tisk a 3D skenování

V roce 2017 vznikla na katedře aplikované fyziky a techniky pracoviště zaměřené na 3D technologie. V 3D labu se nachází několik 3D FFF tiskáren Original Prusa i3 MK3S+, MK2S a MINI+. 3D tisk je jednou z nejdůležitějších technologií, kterou se na KAFT zabývá zejména Mgr. Vladimír Vochozka, Ph.D., a to ve spojení s didaktikou fyziky. Mgr. Vladimír Vochozka, Ph.D. je autorem publikace "3D tisk ve výuce fyziky" (2022). Na KAFT se rovněž zabýváme přípravou speciálních a kompozitních filamentů pro FFF 3D tiskárny ve spolupráci s FZT JU a využitím 3D skenování. V oblasti 3D tisku je možné zadávat bakalářské a diplomové práce.

Učebnice 3D tisk ve výuce fyziky Dr. Vladimíra Vochozky

Infračervená termografie

Ve spolupráci se ZČU Plzeň se jednou z oblastí zájmu vědy a výzkumu stala rovněž infračervená termografie. KAFT ve spolupráci s KTK FZT JU realizovala výzkum na téma využití infračervené termografie publikovaný v odborné publikaci. V roce 2013 se začal Mgr. Vladimír Vochozka, Ph.D. zabývat implementací termokamer do výuky. KAFT je zapojen do projektu termovize do škol. Od školního roku 2022 si mohou učitelé zapůjčit 5 termokamer do výuky, kontaktní osobou je Dr. Vochozka (zapůjčení probíhá výhradně přes rezervační systém https://edu.labir.cz/edukit/borrow). Ve spolupráci s výzkumným centrem - Nové technologie ZČU Plzeň se jednou z oblastí zájmu vědy a výzkumu stala rovněž infračervená termografie a zároveň byl s KZT FZT JU realizován výzkum publikovaný v odborné publikaci.

Varná konvice jednu minutu po uvedení vody k varu s odpovídající teplotní škálou. Můžeme pozorovat ohřátí přívodního kabelu a rukojeti konvice, obsahující bimetalový spínač (disertační práce Dr. Vladimír Vochozka)

Spolupráce s KTK FZT JU na publikacích v oblasti aplikovaných věd

Od roku 2020 je navázána úzká spolupráce s KZT FZT JU v oblasti vědecké a publikační činnosti. V rámci této spolupráce vzniklo již více než deset impaktovaných vědeckých článků. Spolupráce se týká oblastí jako je algoritmizace, umělá inteligence, infračervená termografie a precizní zemědělství. V těchto oblastech je rovněž možné zadávat a realizovat bakalářské a diplomové práce.