516-0861/02 – Akustika a optika (AaO)

Garantující katedraInstitut fyzikyKredity5
Garant předmětudoc. RNDr. Petr Hlubina, CSc.Garant verze předmětudoc. RNDr. Petr Hlubina, CSc.
Úroveň studiapregraduální nebo graduálníPovinnostpovinný
Ročník2Semestrletní
Jazyk výukyčeština
Rok zavedení2007/2008Rok zrušení2015/2016
Určeno pro fakultyHGF, FEIUrčeno pro typy studiabakalářské
Výuku zajišťuje
Os. čís.JménoCvičícíPřednášející
HLU03 doc. RNDr. Petr Hlubina, CSc.
ZIV01 doc. Ing. Ondřej Životský, Ph.D.
Rozsah výuky pro formy studia
Forma studiaZp.zak.Rozsah
prezenční Zápočet a zkouška 2+2

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

Prezenční forma (platnost od: 2012/2013 zimní semestr, platnost do: 2015/2016 letní semestr)
Název úlohyTyp úlohyMax. počet bodů
(akt. za podúlohy)
Min. počet bodů
Zápočet a zkouška Zápočet a zkouška 100 (100) 51
        Zápočet Zápočet 30 (30) 20
                Projekt Projekt 20  10
                Písemka Písemka 10  5
        Zkouška Zkouška 70 (70) 21
                Písemná zkouška Písemná zkouška 20  5
                Ústní zkouška Ústní zkouška 50  10
Rozsah povinné účasti:

Zobrazit historii

Výskyt ve studijních plánech

Akademický rokProgramObor/spec.Spec.FormaJazyk výuky Konz. stř.RočníkZLTyp povinnosti
2014/2015 (B2102) Nerostné suroviny (3911R001) Aplikovaná fyzika materiálů P čeština Ostrava 2 povinný stu. plán
2013/2014 (B2102) Nerostné suroviny (3911R001) Aplikovaná fyzika materiálů P čeština Ostrava 2 povinný stu. plán
2012/2013 (B2102) Nerostné suroviny (3911R001) Aplikovaná fyzika materiálů P čeština Ostrava 2 povinný stu. plán
2011/2012 (B2102) Nerostné suroviny (3911R001) Aplikovaná fyzika materiálů P čeština Ostrava 2 povinný stu. plán
2010/2011 (B2102) Nerostné suroviny (3911R001) Aplikovaná fyzika materiálů P čeština Ostrava 2 povinný stu. plán
2009/2010 (B2102) Nerostné suroviny (3911R001) Aplikovaná fyzika materiálů P čeština Ostrava 2 povinný stu. plán
2008/2009 (B2102) Nerostné suroviny (3911R001) Aplikovaná fyzika materiálů P čeština Ostrava 2 povinný stu. plán
2007/2008 (B2102) Nerostné suroviny (3911R001) Aplikovaná fyzika materiálů P čeština Ostrava 2 povinný stu. plán

Výskyt ve speciálních blocích

Název blokuAkademický rokForma studiaJazyk výuky RočníkZLTyp blokuVlastník bloku