F3060 Kmity, vlny, optika

Přírodovědecká fakulta
podzim 2010 - akreditace
Rozsah
4/2/0. 5 kr. (příf plus uk plus > 4). Ukončení: zk.
Vyučující
prof. RNDr. Eduard Schmidt, CSc. (přednášející)
doc. Mgr. Ondřej Caha, Ph.D. (cvičící)
Garance
prof. RNDr. Josef Humlíček, CSc.
Ústav fyziky kondenzovaných látek – Fyzikální sekce – Přírodovědecká fakulta
Kontaktní osoba: prof. RNDr. Eduard Schmidt, CSc.
Předpoklady
F1030 Mechanika a molekulová fyzika && 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
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.

Hlavními cíly této přednášky základního kurzu fyziky jsou v rámci přednesených témata 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
  • 1. Kmity. Harmonický oscilátor, tlumený a vynucený, rezonance. Princip superpozice. Anharmonický oscilátor. Kmity s dvěma a více stupni volnosti. 2. Vlny. Postupné a stojaté vlny. Harmonická vlna, vlnové klubko, Vlny v jedné dimenzi a vlny v prostoru. Rovinné a kulové vlny. Příčné, podélné vlny. Vlnová rovnice. Superpozice. Energie mechanického vlnění. Interference vlnění, Dopplerův jev. Disperze a nelinearita. 3. Vlny na vodní hladině, zvuk, hudební akustika, lidské ucho. 4. Světlo jako vlnění, fotony. Spektrum světla. Elektromagnetická teorie světla. Vlnová rovnice. Šíření světla ve vakuu a neabsorbujícím prostředí. 5. Geometrická optika. Fermatův princip. Zobrazování, Gaussova aproximace. Čočky, zrcadla. Maticová reprezentace. Vady čoček. Jednoduché optické přístroje. Komorové oko, barevné vidění a optické iluze. 6. Interference světla. Časová a prostorová koherence. Interference monochromatického světla, dva zdroje světla (Young, Michelson, Jamin), mnohopaprsková interference (tenké vrstvy, Fabry-Perot). Interference nemonochromatického světla, interferenční spektroskopie. Youngův pokus. 7. Difrakce světla. Fresnel-Kirchhoffova difrakce. Fraunhoferova aproximace, difrakce na otvorech a mřížkách. Fresnelova aproximace. 8. Fotometrie. 9. Odrazivost a lom světla. Optické vlastnosti prostředí. Mikroskopická teorie, interakce světla s prostředím. Lorentzův a Drudeho model. Index lomu a absorpce. Spektroskopie. Izotropní a anizotropní prostředí. Polarizované a nepolarizované světlo, polarizátory a kompenzátory. Optická aktivita. Interference polarizovaného světla.
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
Předmět je dovoleno ukončit i mimo zkouškové období.
Předmět je vyučován každoročně.
Výuka probíhá každý týden.
Nachází se v prerekvizitách jiných předmětů
Předmět je zařazen také v obdobích podzim 2007 - akreditace, podzim 1999, podzim 2000, podzim 2001, podzim 2002, podzim 2003, podzim 2004, podzim 2005, podzim 2006, podzim 2007, podzim 2008, podzim 2009, podzim 2010, podzim 2011, podzim 2011 - akreditace, jaro 2012 - akreditace, podzim 2012, podzim 2013, podzim 2014, podzim 2015, podzim 2016, podzim 2017, podzim 2018, podzim 2019, podzim 2020, podzim 2021, podzim 2022, podzim 2023, podzim 2024.