Course detail

Physical Acoustics

FEKT-MPC-FYAAcad. year: 2024/2025

The course is devoted to parts of physical acoustics. A summary of the mathematical apparatus needed to study this area is provided here. Subsequently, knowledge related to sound waves, which students became familiar with in the mandatory courses Physics 1 and Physics 2 during their bachelor's studies, is expanded. Everything is subsequently applied to the issue of constructing and solving the wave equation for sound waves in different types of environments, and the properties of these waves are investigated. Students are also introduced to basic concepts and laws in the field of ultrasound, ultrasound defectoscopy and acoustic emissions. 

Language of instruction

Czech

Number of ECTS credits

7

Mode of study

Not applicable.

Guarantor

prof. Ing. Pavel Koktavý, CSc. Ph.D.

Department

Department of Physics (UFYZ)

Entry knowledge

The student who enrolls in the course should have knowledge at the level of the courses Physics 1 and Physics 2. 

Rules for evaluation and completion of the course

Study evaluation is based on marks obtained for specified items.
Max. final classification is 100 points.
Student can obtain up to:
- 20 points from computer exercises,
- 20 points from the project,
- 60 points from the exam (a written part of 40 points and a verbal part of 20 points).
Students must obtain at least 15 points in the written part to proceed to the verbal part.
Students must obtain at least 5 points in the verbal part to pass the exam.

Computer and numerical exercises are not compulsory.
The content and forms of instruction in the evaluated course are specified by a regulation issued by the lecturer responsible for the course and updated for every academic year.  

Aims

The aim of the course is to provide students with a clear and logical interpretation of basic physical concepts and laws with a focus on the field of physical acoustics. It is primarily a description of physical fields, waves, fluid mechanics, acoustics and ultrasound. UUnderstanding of these concepts and laws will be strengthened through a wide range of interesting applications. Verification of the ability to apply the acquired knowledge will take place as part of the development of the project. 

Study aids

Not applicable.

Prerequisites and corequisites

Not applicable.

Basic literature

FYZIKÁLNÍ AKUSTIKA. Studijní materiály k přednáškám, cvičením a laboratornímu cvičení. Stránka předmětu na eLearningu VUT. (CS)
HALLIDAY, D.; RESNICK, R.; WALKER, J. Fyzika. Vysoké učení technické v Brně, Vutium, Prometheus Praha, 2000, 2003, 2006. (CS)

Recommended reading

FEYNMAN, R; LEIGHTON, R; SANDS, M. Feynmanovy přednášky z fyziky 1-3. Fragment 2001, 2007, 2013. (CS)
KOPEC, Bernard. Nedestruktivní zkoušení materiálů a konstrukcí (Nauka o materiálu IV). Česká společnost pro nedestruktivní testování, Akademické nakladatelství CERM, s.r.o., Brno, 2008. (CS)

Classification of course in study plans

  • Programme MPC-AUD Master's

    specialization AUDM-TECH , 1 year of study, summer semester, compulsory
    specialization AUDM-ZVUK , 1 year of study, summer semester, compulsory

Type of course unit

 

Lecture

26 hod., optionally

Teacher / Lecturer

prof. Ing. Pavel Koktavý, CSc. Ph.D.

Syllabus

1. Vektory ve fyzice. Operace s vektory, skalární a vektorové pole, vektorová analýza, diferenciální operátory, tok a cirkulace, důležité identity, integrální věty. 2. Diferenciální rovnice ve fyzice. Vybrané typy rovnic a metody jejich řešení, parciální diferenciální rovnice. 3. Maxwellovy rovnice v integrálním a diferenciálním tvaru, odvození vlnové rovnice pro elektromagnetické vlny a její řešení. 4. Vlny. Základní veličiny a pojmy, druhy vln, základní zákony a jevy, vlnová rovnice a její odvození a řešení pro strunu a membránu. 5. Mechanika tekutin. Základní vlastnosti, statika a dynamika tekutin. Plyny. Ideální plyn, stavová rovnice, děje v ideálním plynu, energie, práce a teplo, adiabatický děj. 6. Zvukové vlny. Zvukové pole, akustická výchylka a tlak, rychlost šíření zvuku, akustická impedance, měrný výkon a intenzita, hladiny akustického tlaku a intenzity, vzájemné závislosti těchto veličin pro kulové, válcové a rovinné vlnění. 7. Zvukové vlnění ve volném prostoru. Vlnová rovnice a její řešení pro kulové, válcové a rovinné vlnění, konvergentní a divergentní vlna. 8. Zvukové vlnění na překážce. Odraz, stojaté vlny, ohyb, rozptyl, absorpce. 9. Zvukové vlnění v uzavřeném prostoru. Vlnová rovnice a její řešení, vlastní kmity. 10. Akustické soustavy s rozprostřenými parametry, zvukovody, akustické čočky. 11. Vytvoření. zvukové vlny sekundárními zdroji, Huygensův–Fresnelův princip, Kirchhoffův–Helmholtzův integrál, Rayleighův integrál. 12. Ultrazvuk. Vlastnosti, zdroje a detektory, šíření, účinky, využití. 13. Šíření ultrazvuku v pevných látkách, ultrazvuková diagnostika a defektoskopie, akustická emise, lokalizace zdrojů akustické emise.

Fundamentals seminar

39 hod., compulsory

Teacher / Lecturer

Mgr. Naděžda Bogatyreva, Ph.D.
prof. Ing. Pavel Koktavý, CSc. Ph.D.

Syllabus

Ve cvičení probíhá řešení vybraných úloh. 1. Vektory, vektorová analýza, aplikace v mechanice. 2. Fyzikální pole, diferenciální operátory, integrální věty, elektromagnetické pole, Maxwellovy rovnice. 4. Mechanika tekutin. 5. Vlny. 6. Zvukové vlny, vlnové rovnice, hladiny, skládání účinků zvukových zdrojů, šíření zvuku. 6. Dopplerův jev. 7. Statistická akustika.