516-0861/02 – Akustika a optika (AaO)
| Garantující katedra | Institut fyziky | Kredity | 5 |
| Garant předmětu | prof. RNDr. Petr Hlubina, CSc. | Garant verze předmětu | prof. RNDr. Petr Hlubina, CSc. |
| Úroveň studia | pregraduální nebo graduální | Povinnost | povinný |
| Ročník | 2 | Semestr | letní |
| | Jazyk výuky | čeština |
| Rok zavedení | 2007/2008 | Rok zrušení | 2015/2016 |
| Určeno pro fakulty | HGF, FEI | Určeno pro typy studia | bakalářské |
Cíle předmětu vyjádřené dosaženými dovednostmi a kompetencemi
Shrnout základní fyzikální principy a zákony akustiky a optiky
Popsat, objasnit a interpretovat jednotlivé přírodní jevy v těchto oblastech fyziky
Aplikovat jednoduché matematické metody na popis odpovídajících fyzikálních jevů
Ilustrovat získané poznatky na jednoduchých aplikacích
Vyučovací metody
Přednášky
Cvičení (v učebně)
Anotace
Předmět navazuje na předmět Teorie elektromagnetického pole a rozvíjí jej v oblasti
šíření elektromagnetických vln celého vlnového rozsahu v homogenním 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 a fotoefekt. V dalších kapitolách se zabývá vlnovými
vlastnostmi světla, interferencí a ohybem světla na různých objektech. Kapitola je
uzavřena výkladem principu holografie. Samostatné kapitoly jsou věnovány polarizaci
světla, Fourierově optice a základům teorie koherence. V druhém oddílu předmětu jsou
položeny základy akustiky jako 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:
Kopečný, J.: Fyzika IIb, Skripta VŠB-TUO, Ostrava 2000;
Krupka, F., Kalivoda,L.: Fyzika, SNTL, Praha 1989;
Štrba, A.: Optika, Alfa, Bratislava 1979.
Doporučená literatura:
Hecht, E., Zajac, A.: Optics, Addiso-Wesley Pub. Com., London 1984;
Vrbová, M.a kol.: Lasery a moderní optika, Prometheus, Praha 1994;
Obraz, J.: Zkoušení materiálu ultrazvukem, SNTL, Praha 1989.
Forma způsobu ověření studijních výsledků a další požadavky na studenta
E-learning
Další požadavky na studenta
Systematická příprava na výuku.
Prerekvizity
Předmět nemá žádné prerekvizity.
Korekvizity
Předmět nemá žádné korekvizity.
Osnova předmětu
ELEKTROMAGNETICKÉ VLNĚNÍ
- Klasifikace vln: příčné a podélné vlny, postupné a stojaté vlny.
- Vznik a základní vlastnosti elektromagnetických vln
-- Vznik elektromagnetických vln: Maxwellovy rovnice obecné, Maxwellovy rovnice pro isotropní dielektrikum,
vlnová rovnice a její řešení pro rovinnou vlnoplochu, rychlost záření. Typy vln, komplexní representace.
-- Spektrum elektromagnetických vln: rozdělení spektra podle vlnových délek (frekvence) a odpovídající zdroje.
-- Energie přenášená elmag vlnami: zářivá energie, hustota zářivé energie, intenzita záření, průměrná hustota
zářivé energie, průměrná intenzita záření, Poyntingův vektor.
-- Polarizace: částečná a úplná polarizace, lineárně, kruhově a elipticky polarizované vlnění.
- Geometrická optika
-- Základní konvence: geometrická aproximace, paprsek, vlnoplocha, znaménková konvence.
-- Index lomu: definice, závislost na vlnové délce a teplotě, normované indexy lomu, klasifikace optických skel, normální a anomální disperse. Komplexní index lomu.
-- 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.
-- Základy optického zobrazování: základní pojmy - optická 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. Zobrazení lomem na kulové ploše - střed křivosti, vrchol, poloměr křivosti. Paraxiální prostor, zobrazovací rovnice, ohniskové vzdálenosti, spojná a rozptylná plocha, příčné zvětšení. Zobrazení odrazem na kulové ploše - vypuklé a duté zrcadlo, zobrazovací rovnice zrcadla, ohniskové vzdálenosti, příčné zvětšení. Geometrická konstrukce obrazu. 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.
-- Základní optické přístroje: lidské oko - skladba oka, blízký a vzdálený bod, konvenční zraková vzdálenost, dalekozraké a krátkozraké oko, vady oka a jejich korekce, rozlišovací schopnost. Lupa - princip zobrazení, zvětšení lupy. Mikroskop - princip zobrazení, objektiv a okulár, optický interval, zvětšení, prázdné zvětšení. Dalekohled - princip zobrazení, objektiv a okulár, Galileiův a Keplerův typ, zrcadlový dalekohled, zvětšení. Fotografický objektiv - clonové číslo, hloubka pole, světelnost.
- 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.
- Vlnové vlastnosti světla
-- Interference světla: princip 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.
-- Difrakce světla: Fresnelova a Fraunhoferova difrakce. Fraunhoferova difrakce na štěrbině, kruhovém a čtvercovém otvoru, difrakce na optické mřížce. Difrakce a rozlišovací schopnost optických přístrojů.
-- Holografie: předmětová a informační vlna, záznam hologramu, rekonstrukce hologramu, skutečný a zdánlivý obraz.
- Polarizace světla: lineárně, kruhově a elipticky polarizované světlo, matematický popis, Fresnelovy vzorce. Metody tvorby polarizovaného světla a posuvu fáze. Částečně polarizované světlo. Optická aktivita. Interference polarizovaného světla.
AKUSTIKA
- Mechanické vlnění: vznik mechanického vlnění, vlnová rovnice a její řešení, vlnění příčná a podélná, postupná a stojatá.
- Zvukové vlnění
-- 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.
-- Rychlost šíření vln látkou: podélné, příčné a povrchové vlny v pevné látce, kapalině a plynu. Útlum vln.
-- Odraz a lom vln: součinitel odrazu a součinitel průchodu.
-- Dopplerův jev: pohyb zdroje, pohyb pozorovatele, pohyb obou.
-- Vlastnosti zvuku: zvuky hudební a hluky. Základní a vyšší harmonický tón. Rezonátory, Barva zvuku.
-- Subjektivní síla zvuku: prahová hodnota. Weberův - Fechnerův zákon. Hladina intenzity, hladina hlasitosti.
Podmínky absolvování předmětu
Výskyt ve studijních plánech
Výskyt ve speciálních blocích
Hodnocení Výuky