Fizika II
2. letnik, 90 ur predavanj, 60 ur vaj
Vsebina:
Nihanje in valovanje
V okviru predmeta Fizika II obravnavamo pojave, povezane z nihanjem in valovanjem v klasični fiziki. Začnemo v mehaniki, kjer povežemo nihanje z odmiki sistema od ravnovesne lege. Ugotovimo, da so parametri nihanja povezani s prožnostjo in vztrajnostjo sistema, z njima pa dve vrsti energije: prožnostna in kinetična. Obravnavo razširimo z opisom energijskih izgub (dušenjem) ter vzbujanjem nihala s pojavom resonance.
Od podajanja energije med sklopljenimi nihali nas pot vodi k prenosu motnje po prožni snovi – pojavu valovanja. Ugotovimo, da je hitrost valovanja spet povezana s prožnostjo in vztrajnostjo – gostoto snovi, po kateri se valovanje širi. Valovanje s seboj nosi energijo – prožnostno in kinetično. Načelo superpozicije nas pripelje do pojavov, ki jih pri obravnavi gibanja delcev nismo spoznali. Vidimo, da z interferenco dveh potujočih valovanj dobimo stoječe valovanje. To je v omejenem prostoru možno le pri točno določenih – lastnih frekvencah. Posebej se posvetimo zvoku, pojasnimo delovanje glasbil in človekovo zaznavanje zvoka. Zvok gibajočih zvočil in sprejemnikov opišemo z Dopplerjevim pojavom, za nadzvočne hitrosti pa vpeljemo Machovo valovno čelo.
Iz mehanike preskočimo v elektriko in magnetizem. Ugotovimo, da za električni krog s kondenzatorjem in tuljavo Krichoffov zakon ustreza nihalni enačbi, ki smo jo v mehaniki izpeljali iz Newtonovega in Hookovega zakona. S to analogijo razložimo nihanje v električnem nihajnem krogu. Za obravnavo izmeničnega toka se naučimo kazalčnih diagramov in kompleksnega zapisa. S temi orodji z lahkoto rešimo problem vsiljenega nihanja in opišemo dogajanje v transformatorju.
Zakone za električno in magnetno polje dopolnimo s spoznanjem, da tudi spremenljivo električno polje inducira magnetno. Ugotovimo, da te štiri osnovne enačbe – Maxwellove enačbe – v praznem prostoru omogočajo hkratno širjenje električnega in magnetnega polja v obliki elektromagnetnega valovanja. Za valovno enačbo, ki jo izpeljemo iz Maxwellovih enačb, ugotovimo, da je po obliki enaka enačbi, ki jo v prožni snovi dobimo iz Newtonovega in Hookovega zakona. Obravnavamo prenos energije z elektromagnetnim valovanjem in predstavimo spekter valovanja od dolgih radijskih valov do žarkov gama.
V okviru geometrijske optike se lotimo elektromagnetnega valovanja v njegovi kratkovalovni limiti. Spoznamo odbojni in lomni zakon, obdelamo zrcala in leče ter iz njih sestavljene optične naprave. Nadaljujemo z valovno optiko; s Huygensovim načelom kvalitativno razložimo uklon, vpeljemo optično pot in pogoje za interferenčne ojačitve in oslabitve, ki jih uporabimo za razlago interference na tankih plasteh. Kvantitativno s kazalčnimi diagrami izračunamo uklonsko-interferenčne slike ene reže in več rež. Pojasnimo pojem koherence valovanja. Valovno optiko zaključimo z opisom vpliva uklona na ločljivost optičnih naprav.
Spoznamo se z osnovami fotometrije, kjer pojasnimo razliko med fizikalnim in fiziološkim učinkom svetlobnega toka ter vpeljemo pojme osvetljenosti, svetilnosti in svetlosti.
