516-0811/01 – Akustika a optika ()

Garantující katedraInstitut fyzikyKredity5
Garant předmětudoc. RNDr. Jan Kopečný, CSc.Garant verze předmětudoc. RNDr. Jan Kopečný, CSc.
Úroveň studiapregraduální nebo graduálníPovinnostpovinný
Ročník3Semestrletní
Jazyk výukyčeština
Rok zavedení1999/2000Rok zrušení2005/2006
Určeno pro fakultyHGFUrčeno pro typy studiamagisterské
Rozsah výuky pro formy studia
Forma studiaZp.zak.Rozsah
prezenční Zápočet a zkouška 3+2

Cíle předmětu vyjádřené dosaženými dovednostmi a kompetencemi

Vyučovací metody

Anotace

Předmět navazuje na předmět Teorie elektromagnetického pole a rozvíjí jej v oblasti šíření elektromagnetických vln celého vlnového rozsahu v homogenním anizotropním dielektriku. Po zákonech šíření elektromagnetických vln probírá geometrickou optiku a fotometrii. Dále vysvětluje vznik záření a spekter na základě kvantové teorie. Z téhož pohledu probírá záření černého tělesa, fotoefekt a jiné kvantové jevy včetně principu činnosti laseru. V dalších kapitolách se zabývá vlnovými vlastnostmi elektromagnetického záření, interferencí a ohybem na různých objektech.Zahrnuta je problematika ohybu a interference korpuskulárního záření. Kapitola je uzavřena výkladem principu holografie. Samostatné kapitoly jsou věnovány polarizaci, Fourierově optice a základům teorie koherence. Hlavní důraz je položen na elektromagnetické záření, paralelně jsou však probírány i problémy částicového záření, je poukázáno na shodné i odlišné vlastnosti obou typů záření. V druhém oddílu předmětu jsou položeny základy akustiky jeko mechanického vlnění. Nejdříve jsou definovány základní akustické veličiny. Postupně pak jsou probírány jevy uplatňující se v diagnostice jako rychlost šíření vln látkou, jejich odraz a lom, Dopplerův jev. Následuje výklad vlastností zvuku a základy jeho šíření v exteriéru a interiéru.

Povinná literatura:

1) Kopečný,J.: Fyzika IIb, Skripta VŠB-TUO, Ostrava 2000 2) Štrba,A.: Optika, Alfa, Bratislava 1979 3) Hecht,E., Zajac,A.: Optics, Addiso-Wesley Pub. Com., London 1984 4) Krupka,F., Kalivoda,L.: Fyzika, SNTL, Praha 1989 5) Obraz,J.: Zkoušení materiálu ultrazvukem, SNTL, Praha 1989 6) Vrbová,M.a kol.:Lasery a moderní optika, Prometheus, Praha 1994

Doporučená literatura:

Forma způsobu ověření studijních výsledků a další požadavky na studenta

E-learning

Další požadavky na studenta

Prerekvizity

Předmět nemá žádné prerekvizity.

Korekvizity

Předmět nemá žádné korekvizity.

Osnova předmětu

A. ELEKTROMAGNETICKÉ ZÁŘENÍ 1. Klasifikace záření Záření mechanická a elektromagnetická, vlnový a kvantový charakter záření, příčné a podélné vlny, postupné a stojaté vlny. 2. Vznik a základní vlastnosti elektromagnetických vln 2.1. Vznik elektromagnetické vlny Maxwellovy rovnice obecné, Maxwellovy rovnice pro isotropní dielektrikum, vlnová rovnice a její řešení pro rovinnou vlnoplochu, rychlost záření. Otevřený kmitavý obvod, anténa. Typy vln, komplexní representace. 2.2. Spektrum elektromagnetických vln Rozdělení spektra podle vlnových délek (frekvence) a odpovídající zdroje. 2.3. Energie přenášená elmag vlnami Zářivá energie, hustota zářivé energie, intenzita záření, průměrná hustota zářivé energie, průměrná intenzita záření, Poyntingův vektor. 2.4. Polarizace Částečná a úplná polarizace, lineárně, kruhově a elipticky polarizované záření. 3. Geometrická optika 3.1. Základní konvence Geometrická aproximace, paprsek, vlnoplocha, znaménková konvence. 3.2. Index lomuDefinice, závislost na vlnové délce a teplotě, normované indexy lomu, klasifikace optických skel, normální a anomální disperse. Komplexní index lomu. 3.3. Zákony odrazu a lomu Huygensův princip, Fermatův princip, úhly dopadu, odrazu a lomu, zákon odrazu, Snellův zákon lomu, úplný odraz. Planparalelní deska, hranol, klín. Odraz při lomu, odraz na kovech. 3.4. Základy optického zobrazování 3.4.1. Základní pojmyOptická soustava, skutečný a zdánlivý obraz, kolineární zobrazení, optická osa, předmětové a obrazové veličiny, ohniska a ohniskové roviny, hlavní body a hlavní roviny, zvětšení příčné, podélné a úhlové. 3.4.2. Zobrazení lomem na kulové plošeStřed křivosti, vrchol, poloměr křivosti. Paraxiální prostor, zobrazovací rovnice, ohniskové vzdálenosti, spojná a rozptylná plocha, příčné zvětšení. 3.4.3. Zobrazení odrazem na kulové ploše Vypuklé a duté zrcadlo, zobrazovací rovnice zrcadla, ohniskové vzdálenosti, příčné zvětšení. Geometrická konstrukce obrazu. 3.4.4. Zobrazení tlustou a tenkou čočkou Postupné zobrazení tlustou čočkou (paraxiální prostor). Zobrazení tenkou čočkou, zobrazovací rovnice tenké čočky, ohniskové vzdálenosti, spojná a rozptylná čočka, lámavost, příčné zvětšení. Geometrická konstrukce obrazu. Zobrazení soustavou čoček. Omezení paprskových svazků. Vady zobrazení. 3.5. Základní optické přístroje 3.5.1. Lidské oko Skladba oka, blízký a vzdálený bod, konvenční zraková vzdálenost, dalekozraké a krátkozraké oko, vady oka a jejich korekce, rozlišovací schopnost. 3.5.2. Lupa Princip zobrazení, zvětšení lupy. 3.5.3. Mikroskop Princip zobrazení, objektiv a okulár, optický interval, zvětšení, prázdné zvětšení. 3.5.4. Dalekohled Princip zobrazení, objektiv a okulár, Galileiův a Keplerův typ, zrcadlový dalekohled, zvětšení. 3.5.5. Fotografický objektiv Clonové číslo, hloubka pole, světelnost 4. Fotometrie Zářivé a fotometrické veličiny, zářivá a světelná energie, zářivý a světelný tok, světelná a spektrální světelná účinnost záření, zářivost a svítivost, zář a jas, ozáření a osvětlení, Lambertův zákon, osvit. 5. Kvantové vlastnosti elmag záření 5.1. Planckova kvantová hypotéza, foton Kirchhoffovy zákony záření černého tělesa, Planckův zákon záření černého tělesa, kvantování energie, Foton a jeho energie. Einsteinova rovnice fotoefektu, výstupní práce, mezný kmitočet, brzdné napětí. Comptonův jev. 5.2. Bohrův model atomu Emisní a absorbční spektrum. Bohrovy postuláty, hlavní kvantové číslo, poloměr orbity, rychlost elektronu na orbitě a jeho energie, kmitočet vyzářeného fotonu, základní a exitovaný stav, spektrální série. 5.3. Schrôdingerova rovnice atomu vodíku Schrôdingerovy rovnice, vlnová funkce, vlastní hodnoty a vlastní funkce, Schrôdingerova rovnice atomu vodíku. Hlavní, vedlejší, magnetické, spinové a spinové magnetické kvantové číslo. 5.4. Elektronová konfigurace v atomech Pauliho vylučovací princip, kvantový stav, slupky, kvantová stavy a spektra molekul. 5.5. Paprsky X Princip vzniku Rentgenova záření, spojité a charakteristické spektrum, hranice spektra, Moseleyho zákon. 5.6. Lasery Absorpce, spontánní a stimulovaná emise. Inverze hladin, čerpání, optický rezonátor. Princip plynového, pevnofázového, kapalinového a polovodičového laseru. Pulzní a spojitý režim, vlastnosti laserového záření. 6. Vlnové vlastnosti elmag záření 6.1. InterferencePrincip skládání vlnění, koherence prostorová a časová, koherenční délka. Princip rotujícího vektoru, podmínky maxim a minim, odraz vlnění, koherentní délka. Youngův pokus, interference na tenké vrstvě, klínu, Newtonova skla, Vícesvazková interference. Interferometry. 6.2. Difrakce Fresnelova a Fraunhoferova difrakce. Fraunhoferova difrakce na štěrbině, kruhovém a čtvercovém otvoru, difrakce na optické mřížce. Difrakce a rozlišovací schopnost optických přístrojů. 6.3. Holografie Předmětová a informační vlna, záznam hologramu, rekonstrukce hologramu, skutečný a zdánlivý obraz. 6.4. Difrakce paprsků X Difrakce na krystalové mřížce, Braggova rovnice. 6.5. Difrakce částic De Broglieho doprovodná vlna a její délka, Davisonův a Germerův pokus. 7. Polarizace elmag záření Lineárně, kruhově a elipticky polarizované záření, matematický popis, Fresnelovy vzorce. Metody tvorby polarizovaného záření a posuvu fáze. Částečně polarizované záření. Optická aktivita. Interference polarizovaného záření. 8. Fourierova optika Základní pojmy. Jednorozměrná a dvojrozměrná Fourierova transformace, Diracova delta funkce. Optické aplikace. 9. Nelineární optika Předpoklady vzniku, nelineární polarizace dielektrika, index lomu, aplikace. B. AKUSTIKA 1. Mechanické vlnění Vznik mechanického vlnění, vlnová rovnice a její řešení, vlnění příčná a podélná, postupná a stojatá. 2. Zvukové vlnění 2.1. Základní pojmy Dělení vlnění, rovnice pro výchylku, rychlost šíření, akustická rychlost, tvary vlnoploch, akustický tlak, akustický vlnový odpor, efektivní hodnoty, intenzita zvukové vlny, druhy zvukových vln. 2.2. Rychlost šíření vln látkou Podélné, příčné a povrchové vlny v pevné látce, kapalině a plynu. Útlum vln. 2.3. Odraz a lom vln Součinitel odrazu a součinitel průchodu. 2.4. Dopplerův jev Pohyb zdroje, pohyb pozorovatele, pohyb obou. 2.5. Vlastnosti zvuku Zvuky hudební a hluky. Základní a vyšší harmonický tón. Rezonátory, Barva zvuku. 2.6. Subjektivní síla zvuku Prahová hodnota. Weberův - Fechnerův zákon. Hladina intenzity, hladina hlasitosti. 2.7. Šíření zvuku v exteriéru a interiéru Index směrovosti, útlum zvuku. Zvuková pohltivost a průzvučnost. Dozvuk.

Podmínky absolvování předmětu

Prezenční forma (platnost od: 1960/1961 letní semestr, platnost do: 2007/2008 zimní semestr)
Název úlohyTyp úlohyMax. počet bodů
(akt. za podúlohy)
Min. počet bodůMax. počet pokusů
Zápočet a zkouška Zápočet a zkouška 100 (100) 51 3
        Zápočet Zápočet 30 (30) 0 3
                Projekt Projekt 20  0 3
                Písemka Písemka 10  0 3
        Zkouška Zkouška 70 (70) 0 3
                Písemná zkouška Písemná zkouška 20  0 3
                Ústní zkouška Ústní zkouška 50  0 3
Rozsah povinné účasti:

Zobrazit historii

Podmínky absolvování předmětu a účast na cvičeních v rámci ISP:

Zobrazit historii

Výskyt ve studijních plánech

Akademický rokProgramObor/spec.Spec.ZaměřeníFormaJazyk výuky Konz. stř.RočníkZLTyp povinnosti
2004/2005 (M2102) Nerostné suroviny (3911T001) Aplikovaná fyzika materiálů P čeština Ostrava 3 povinný stu. plán
2003/2004 (M2102) Nerostné suroviny (3911T001) Aplikovaná fyzika materiálů P čeština Ostrava 3 povinný stu. plán
2002/2003 (M2102) Nerostné suroviny (3911T001) Aplikovaná fyzika materiálů P čeština Ostrava 3 povinný stu. plán
2001/2002 (M2102) Nerostné suroviny (3911T001) Aplikovaná fyzika materiálů P čeština Ostrava 3 povinný stu. plán
2000/2001 (M2102) Nerostné suroviny (3911T001) Aplikovaná fyzika materiálů P čeština Ostrava 3 povinný stu. plán

Výskyt ve speciálních blocích

Název blokuAkademický rokForma studiaJazyk výuky RočníkZLTyp blokuVlastník bloku

Hodnocení Výuky

Předmět neobsahuje žádné hodnocení.