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

Akademický rok 2022/2023
Garant: doc. Mgr. Vlastimil Křápek, Ph.D.  
Garantující pracoviště: ÚFI všechny předměty garantované tímto pracovištěm
Jazyk výuky: čeština
Cíle předmětu:
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.
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:
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).

Vazby k jiným předmětům:
povinná prerekvizita: Obecná fyzika I (Mechanika a molekulová fyzika) [TF1]
Obsah předmětu (anotace):
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.
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:
2 písemné testy během semestru. Zkouška má písemnou i ústní část.
Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky:
Nutná 80% účast na cvičení a úspěšné absolvování dvou testů.
Typ (způsob) výuky:
    Přednáška  13 × 3 hod. nepovinná                  
    Cvičení  13 × 2 hod. povinná                  
Osnova:
    Přednáška 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 Řešení problémů souvisejících s tématy přednášky. Další problémy jsou řešeny ve volitelném (nepovinném) předmětu Fyzikální proseminář III.
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  
CŽV prezenční studium CZV Základy strojního inženýrství -- zá,zk 6 Povinný 1 1 Z
B-FIN-P prezenční studium --- bez specializace -- zá,zk 6 Povinný 1 2 Z