Obecná fyzika III (Kmity, vlny, optika) (FSI-TF3)

Akademický rok 2018/2019
Garant: prof. RNDr. Jiří Petráček, Dr.  
Garantující pracoviště: ÚFI všechny předměty garantované tímto pracovištěm
Jazyk výuky: čeština
Cíle předmětu:
Cílem předmětu je seznámit studenty se základními zákonitostmi periodických dějů, vlnění a optiky. Důraz je kladen na obecné souvislosti jednotlivých partií.
Výstupy studia a kompetence:
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:
Předpokládá se znalost diferenciálního, integrálního a vektorového počtu.

Vazby k jiným předmětům:
povinná prerekvizita: Obecná fyzika I (Mechanika a molekulová fyzika) [TF1]
Obsah předmětu (anotace):
Kmity, vlny, optika je přednáška, která popisuje 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. Většina jevů je popsána na základě vlnového modelu, ale jsou zde i základní představy o částicovém modelu jako první úvod do kvantové fyziky. Pozornost je rovněž věnována interakci světla s pevnou látkou. Geometrická optika je chápána spíše v praktické podobě. Přednáška je doprovázena řadou pokusů s aktivní účastí studentů. Přednáška se zabývá především fyzikálními základy, ale jsou uvedeny rovněž současné výsledky výzkumu na tomto poli.
Metody vyučování:
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:
Výuka: Přednáška a cvičení, zkouška: písemná a ústní.
Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky:
Nutná 80% účast na cvičení a úspěšné absolvování dvou testů. Zameškanou výuku (není-li příliš velkého rozsahu) lze nahradit vypracováním písemných domácích úkolů.
Typ (způsob) výuky:
    Přednáška  13 × 3 hod. nepovinná                  
    Cvičení  13 × 2 hod. povinná                  
Osnova:
    Přednáška Úvod. Historie.
Kmity. Periodický pohyb v přírodě. Harmonický oscilátor-kinematika, dynamika, energie. Tlumený oscilátor, vynucené kmity a resonance. Příklady oscilátorů, chaos.
Vlny. Vlny v jedné a třech dimenzích, typy vln, vlnové pulzy. Rychlost vlnění, vlnová rovnice. Princip superpozice, interference.
Zvuk. Zvukové vlny, rychlost zvuku. Interference zvukových vln. Dopplerův jev. Zdroje a detektory zvuku. Slyšení.
Elektormagnetické vlny. Maxwellovy rovnice, vlnová rovnice. Odraz a lom, totální odraz. Optické konstanty.
Světlo. Modely světla. Spektrum. Rychlost světla. Zdroje a detektory světla, základní exp. uspořádání. Oko.
Optické vlastnosti prostředí. Mikroskopická teorie. Absorpce a disperse. Rozptyl světla. Izotropní a anizotropní materiály.
Polarizace. Polarizované a nepolarizované světlo. Metody polarizace světla a měření polarizace.
Interference světla. Stojaté vlnění. Interference dvou a více vln. Interference nemonochromatických vln. Časová a prostorová koherence.
Difrakce světla. Fraunhoferova difrakce. Difrakce na mřížkách.
Zobrazování. Geometrická optika. Čočky a zrcadla. Jednoduché optické přístroje. Difrakce a zobrazování. Holografie.
    Cvičení Řešení problémů definovaných v přednášce.
Literatura - základní:
1. HALLIDAY, D. - RESNICK, R. - WALKER, J.: Fyzika (2. vydání). VUTIUM, Brno 2013.
2. MAIN, I. G.: Kmity a vlny ve fyzice. Academia, 1990.
3. FRENCH, A.P.: Vibrations and Waves. Norton, 1971
4. KUBĚNA, J.: Úvod do optiky. MU Brno 1994, skriptum.
Literatura - doporučená:
1. HALLIDAY, D. - RESNICK, R. - WALKER, J.: Fyzika (2. vydání). VUTIUM, Brno 2013.
2. HALLIDAY, D. - RESNICK, R. - WALKER, J.: Fyzika. VUTIUM, Brno 2001
3. MAIN, I. G.: Kmity a vlny ve fyzice. Academia, 1990.
4. KUBĚNA, J.: Úvod do optiky. MU Brno 1994, skriptum.
5. KVASNICA, J.: Matematický aparát fyziky. Academia, 1997.
Zařazení předmětu ve studijních programech:
Program Forma Obor Spec. Typ ukončení   Kredity     Povinnost     St.     Roč.     Semestr  
B3A-P prezenční studium B-FIN Fyzikální inženýrství a nanotechnologie -- zá,zk 7 Povinný 1 2 Z