Detail předmětu

Obecná fyzika III (Kmity, vlny, optika)

FSI-TF3Ak. rok: 2019/2020

Kmity, vlny, optika je přednáška, která se snaží o jednotný pohled na fyzikální jevy jako je periodický pohyb, kmity a vlny v různých oblastech, např. v mechanice, akustice, elektřině a především v optice. K pochopení látky je třeba znát poznatky z přednášek základního kurzu, tj. Mechanika a molekulová fyzika (Obecná fyzika I) a Elektřina a magnetismus (Obecná fyzika II). Optika v této přednášce pokrývá všechny základní kapitoly obvyklého univerzitního kurzu.

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

7

Garant předmětu

prof. RNDr. Jiří Petráček, Dr.

Zajišťuje ústav

Ústav fyzikálního inženýrství (ÚFI)

Výsledky učení předmětu

Student získá základní znalosti o fyzikálním popisu periodických dějů, vlnění a optice a matematickém aparátu zde používaném. Získá všeobecný nadhled nad disciplínou a naučí se samostatně řešit jednodušší problémy.

Prerekvizity

Znalosti mechaniky, elektřiny a magnetismu na úrovni běžného univerzitního kurzu, praktická znalost matematické analýzy. Pro tento předmět je prerekvizitou předmět TF1 (Obecná fyzika 1, Mechanika a molekulová fyzika). Tento předmět je prerekvizitou pro předměty TZO (Základy optiky) a TQS (Kvantová a statistická fyzika).

Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody

Předmět je vyučován formou přednášek, které mají charakter výkladu základních principů a teorie dané disciplíny. Cvičení je zaměřeno na praktické zvládnutí látky probrané na přednáškách.

Způsob a kritéria hodnocení

2 písemné testy během semestru. Zkouška má písemnou i ústní část.

Učební cíle

1. Znalosti týkající se řady fyzikálních jevů zejména mechanických a elektrických kmitů, mechanického a elektromagnetického vlnění a optiky na úrovni základního kurzu obecné fyziky.
2. Pochopení obecných vlastností kmitů a vln.
3. Zběhlost v souvisejícím matematickém popisu.

Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky

Nutná 80% účast na cvičení a úspěšné absolvování dvou testů.

Prerekvizity a korekvizity

Základní literatura

FRENCH, A.P.: Vibrations and Waves. Norton, 1971 (EN)
HALLIDAY, D. - RESNICK, R. - WALKER, J.: Fyzika (2. vydání). VUTIUM, Brno 2013. (CS)
KUBĚNA, J.: Úvod do optiky. MU Brno 1994, skriptum. (CS)
MAIN, I. G.: Kmity a vlny ve fyzice. Academia, 1990. (CS)

Doporučená literatura

HALLIDAY, D. - RESNICK, R. - WALKER, J.: Fyzika. VUTIUM, Brno 2001 (CS)
HALLIDAY, D. - RESNICK, R. - WALKER, J.: Fyzika (2. vydání). VUTIUM, Brno 2013. (CS)
KUBĚNA, J.: Úvod do optiky. MU Brno 1994, skriptum. (CS)
KVASNICA, J.: Matematický aparát fyziky. Academia, 1997. (CS)
MAIN, I. G.: Kmity a vlny ve fyzice. Academia, 1990. (CS)

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program B3A-P bakalářský

    obor B-FIN , 2 ročník, zimní semestr, povinný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

39 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

prof. RNDr. Jiří Petráček, Dr.

Osnova

Kmity: Harmonický oscilátor, příklady harmonických kmitů, tlumený oscilátor, vynucené kmity a rezonance. Skládání harmonických kmitů. Harmonická analýza, Fourierova transformace, lineární systémy. Vázané oscilátory a normální mody.
Vlny: Postupné vlny ve spojitém prostředí. Vlny na struně, vlnová rovnice, stojaté vlny. Odraz a průchod vln rozhraním. Disperze, pulzy (vlnové balíky) a grupová rychlost. Zvukové vlny v plynech, trojrozměrné vlny, interference, Dopplerův jev.
Optika: Řešení Maxwellových rovnic pro elektromagnetické vlny ve vakuu, elektromagnetické vlny v látkovém prostředí, rovinné vlny, polarizace. Odraz a lom světla, úplný odraz, evanescentní vlna. Geometrická optika, obrazy, čočky a zrcadla, jednoduché optické přístroje. Interference, dvojštěrbinový experiment, koherence, interference na tenké vrstvě, interferometry. Difrakce, Huygensův princip, difrakce na štěrbině, kruhovém otvoru a mnoha štěrbinách. Difrakční mřížky. Fresnelova a Fraunhoferova difrakce, rozklad do rovinných vln, Fresnelův-Kirchhoffův difrakční integrál.

Cvičení

26 hod., povinná

Vyučující / Lektor

doc. Mgr. Vlastimil Křápek, Ph.D.

Osnova

Řešení problémů souvisejících s tématy přednášky. Další problémy jsou řešeny ve volitelném (nepovinném) předmětu Fyzikální proseminář III.