PřF:F3060 Kmity, vlny, optika - Informace o předmětu

F3060 Kmity, vlny, optika

Rozsah

4/2/0. 6 kr. (plus 2 za zk). Ukončení: zk.

Vyučující

prof. RNDr. Václav Holý, CSc. (přednášející)
Mgr. Dušan Hemzal, Ph.D. (cvičící)

Garance

prof. RNDr. Václav Holý, CSc.
Ústav fyziky kondenzovaných látek – Fyzikální sekce – Přírodovědecká fakulta
Kontaktní osoba: prof. RNDr. Václav Holý, CSc.
Dodavatelské pracoviště: Ústav fyziky kondenzovaných látek – Fyzikální sekce – Přírodovědecká fakulta

Rozvrh

Po 15:00–16:50 F2 6/2012, Pá 8:00–9:50 F1 6/1014

• Rozvrh seminárních/paralelních skupin:

F3060/01: St 16:00–17:50 F4,03017, D. Hemzal
F3060/02: St 11:00–12:50 MS1,01016, D. Hemzal

Předpoklady

F1030 Mechanika && F2050 Elektřina a magnetismus
Znalosti z mechaniky, elektřiny a magnetismu v rozsahu výuky obecné fyziky; znalost matematické analýzy funkcí jedné proměnné.

Omezení zápisu do předmětu

Předmět je nabízen i studentům mimo mateřské obory.

Mateřské obory/plány

• Fyzika (program PřF, B-FY)

Cíle předmětu

Jedná se o v pořadí třetí přednášku kurzu obecné fyziky pro studenty odborné i učitelské fyziky. Popis kmitů a vlnění fyzikálních soustav jde napříč standardnímu dělení fyzikálních disciplín a obsahuje partie z mechaniky, elektřiny a magnetismu a malým dílem také z fyziky mikrosvěta. Optika je pak samostatnější disciplinou navazující na obecné zákonitosti vlnění.

Výstupy z učení

Hlavními výstupy z této přednášky základního kurzu fyziky je v rámci přednesených témat získat schopnost
- formulovat fyzikální podstatu problému a ovládat její matematické výjádření
- navrhnout aproximativní řešení blízké experimentální skutečnosti
- reprodukovat významné aplikace a vysvětlit příslušné demonstrační pokusy.

Osnova

• I. KMITY Harmonický oscilátor: periodický pohyb, výchylka, frekvence, amplituda, fáze, vratná síla, energie. Kyvadlo: malé kmity matematického kyvadla, rozměrová analýza, fyzické kyvadlo. Tlumené kmity: disipace energie, pokles amplitudy, pohybová rovnice. Vynucené kmity: periodicky působící vnější síla, pohybová rovnice, posun fáze, použití komplexních čísel a funkcí, rezonance, parametrická rezonance, rezonance v obvodu RLC. Vázané harmonické oscilátory: řešení pohybových rovnic, slabá vazba, frekvence symetrického a antisymetrického módu, přenos energie. Lineární systémy: lineární operátory, lineární kombinace řešení homogenních rovnic, řešení nehomogenních rovnic, superpozice. Akustika. II. VLNY Vlnění: postupná harmonická vlna, zvuková vlna v plynu, vlnová rovnice. Podélné a příčné vlnění struny: frekvence, vlnová délka, vlnočet, stojatá vlna, přenos energie. Superpozice, interference, grupová rychlost, vlny na hladině kapaliny. Dopplerův jev. Tlumená harmonická vlna, rovinná a kulová vlna. III. Optika Světlo - elektromagnetické vlnění: základní charakteristiky, optické obory frekvencí, generace a detekce světla, hustota a tok energie. Polarizace světla: směrové působení, superpozice, Jonesovy vektory a matice. Index lomu: lineární odezva, permitivita a vodivost, index lomu, fenomenologické modely, práce elektrické síly. Odraz a lom na rozhraní: Snellův zákon, Fresnelovy amplitudy, intenzita, vlnovody. Geometrická optika: použitelnost, zrcadla, čočky, zobrazení, maticový popis paraxiálních paprsků. Optické přístroje: kamera obskura, lupa, mikroskop, dalekohled, vady čoček, objektivy, optická litografie. Barevné vidění: objektivní a subjektivní určení barvy, barevný prostor, fotometrie a radiometrie. Interference: Fabry-Perotův interferometr, tenké vrstvy a antireflexní pokrytí, dvojštěrbina. Koherence světla: koherenční doba a délka, korelační funkce, intenzitní interferometrie. Difrakce: eikonál, přibližná řešení, Huyghensův princip, neurčitost. Vlnově-částicový dualismus.

Literatura

• J.Peatross, M.Ware: Physics of Light and Optics http://optics.byu.edu/BYUOpticsBook.pdf
• HECHT, Eugene. Optics. 4th ed. San Francisco: Addison Wesley, 2002, vi, 698. ISBN 0321188780. info
• MAIN, Iain G. Kmity a vlny ve fyzice. Translated by Josef Preinhaelter. [Vyd. 1.]. Praha: Academia, 1990, 346 s. ISBN 8020002723. info
• HALLIDAY, David, Robert RESNICK a Jearl WALKER. Fyzika. 1. vyd. Brno, Praha: Vutium, Prometheus, 2001. ISBN 80-214-1868-0. info
• FEYNMAN, Richard Phillips, Robert B. LEIGHTON a Matthew L. SANDS. Feynmanove prednášky z fyziky. 2. vyd. Bratislava: Alfa, 1985, 488 s. info

Výukové metody

Součástí předmětu je přednáška, obsahující demonstrační předvedení klíčových experimentů (v IS jsou vystaveny elektronické materiály pro podporu výuky) a povinné cvičení, na kterém jsou řešeny konkrétní úlohy podle témat přednášek. Součástí cvičení je zadání balíku zápočtových příkladů a dva písemné testy.

Metody hodnocení

Pro přihlášení ke zkoušce je třeba úspěšně absolvovat oba testy ve cvičení a odevzdat vypracované zápočtové příklady. Po dohodě s vyučujícím může být omluvená neúčast na cvičení nahrazena balíkem příkladů. Zkouška probíhá písemnou formou (2 hodiny) a následným ústním pohovorem.

Další komentáře

Studijní materiály
Předmět je dovoleno ukončit i mimo zkouškové období.
Předmět je vyučován každoročně.

Nachází se v prerekvizitách jiných předmětů

• F3062 Kmity, vlny, optika: cvičení plus
  NOW(F3060)  
• F3100 Kmity, vlny, optika
  (F1030||F1040) && (!F3060)  
• F3101 Kmity, vlny, optika
  (F1030||F1040) && (!F3060)  

• Statistika zápisu (nejnovější)
  
• Permalink: https://is.muni.cz/predmet/sci/podzim2024/F3060