Информация о курсе

О курсе

Основной целью курса является формирование у обучающихся фундаментальных знаний и практических навыков в области колебательных и волновых процессов, а также оптических явлений, необходимых для решения инженерных задач. Курс направлен на развитие способности применять законы физики и математические модели для анализа, синтеза и системного решения прикладных проблем, возникающих в профессиональной деятельности. Особое внимание уделяется развитию компетенций, связанных с критическим анализом физических задач, интерпретацией экспериментальных данных, оценкой погрешностей и выбором адекватных теоретических моделей, что обеспечивает подготовку будущих инженеров к научно-технической и исследовательской работе. 
Курс предназначен для студентов, получающих базовое техническое образование и уже изучивших курсы Физика 1 (Механика и Термодинамика) и Физика 2 (Электричество и Магнетизм).  

После успешного освоения дисциплины будут сформированы результаты обучения:

Планируемые результаты обучения по дисциплине		Индикатор достижения компетенции
Код	Наименование
РД 1	Применять знания общих законов, теорий, уравнений, методов физики при решении задач в профессиональной деятельности	И.УК(У)-1.4, И.УК(У)-1.5, И.ОПК(У)-№.
РД 2	Владеть методами теоретического и экспериментального исследования, методами поиска и обработки информации, методами решения задач с привлечением полученных знаний	И.УК(У)-1.4, И.УК(У)-1.5, И.ОПК(У)-№.
РД 3	Выполнять физический эксперимент с привлечением методов математической статистики и информационно-компьютерных технологий	И.УК(У)-1.4, И.УК(У)-1.5, И.ОПК(У)-№.
РД 4	Владеть основными приемами обработки и анализа экспериментальных данных, полученных при теоретических и экспериментальных исследованиях с использованием информационно-компьютерных технологий	И.УК(У)-1.4, И.УК(У)-1.5, И.ОПК(У)-№.

Направления подготовки бакалавриата / магистратуры / аспирантуры в формате «шифр группы специальностей – наименование направления, например:
09.03.01 Информатика и вычислительная техника
13.03.01 Теплоэнергетика и теплотехника
13.03.02 Электроэнергетика и электротехника
15.03.01 Машиностроение
15.03.04 Автоматизация технологических процессов и производств
18.03.01 Химическая технология
20.03.01 Техносферная безопасность
21.05.03 Технология геологической разведки
21.03.01 Нефтегазовое дело
21.05.02 Прикладная геология
38.03.01 Экономика
38.03.02 Менеджмент

Механические и электромагнитные колебания    
    1    Основные понятия. Механические и электрические колебания. Периодические движения. Колебательные системы с поступательным и вращательным движениями. Свободные гармонические колебания систем с одной степенью свободы.
    2    Сложение гармонических колебаний. Метод векторных диаграмм. Биения. Сложение взаимно перпендикулярных колебаний. Фазовый портрет колебательной системы.
    3    Затухающие механические колебания в системах с вязким и сухим трением. Коэффициент и время затухания, логарифмический декремент. Явление застоя.
    4    Колебательный контур. Свободные затухающие колебания. Коэффициент затухания, логарифмический декремент и добротность. Энергетический смысл добротности.
    5    Вынужденные колебания под действием гармонической силы. Процесс установления стационарных колебаний. Режимы медленных, быстрых и резонансных колебаний. Метод комплексных амплитуд. Амплитудно-частотные и фазовые характеристики. Параметрические колебания. Автоколебания.
    6    Колебания систем со многими степенями свободы. Свободные незатухающие колебания в системах с двумя степенями свободы. Нормальные колебания. Парциальные и нормальные частоты. Спектр колебаний. Затухание колебаний и диссипация энергии.
    7    Колебания систем со многими степенями свободы. Вынужденные колебания в системах с двумя степенями свободы и резонанс. Дисперсионное соотношение.
    8    Установившиеся колебания в цепи переменного тока. Комплексная форма представления колебаний. Векторные диаграммы. Комплексное сопротивление (импеданс). Правила Кирхгофа для переменных токов. Работа и мощность переменного тока.

Упругие и электромагнитчные волны    
    9    Волновое уравнение и его характеристики.  Группа волн. Групповая скорость. Поперечные и продольные волны. Энергия, переносимая волной. Вектор Умова. Скорость волн в тонком и толстом стержнях. Явления на границе двух сред.
    10    Упругие волны. Волны на поверхности жидкости (гравитационные волны). Капиллярные волны. Акустические волны большой амплитуды. Линейные и нелинейные режимы распространения. Уединенные волны (солитоны).
    11    Звуковые колебания. Музыкальный тон. Громкость и высота тона. Тембр. Акустический резонанс. Запись и воспроизведение звука. Анализ и синтез звука. Шум. Эффект Доплера. Бинауральный эффект.
    12    Электромагнитная теория света. Уравнения Максвелла. Волновое уравнение. Сферические, плоские монохроматические волны. Световые пучки, импульсы. Пространственно-временные характеристики световых волн. Поток энергии, интенсивность волны. 
        
Основы оптики    
    13    Геометрическая оптика. Законы геометрической оптики. Принцип Ферма, Гюйгенса. Формулы Френеля. Граничные условия (электромагнитные волны на границе раздела двух диэлектриков). Зависимость коэффициентов отражения от угла падения. Амплитудные и фазовые соотношения. Матричная оптика. 
    14    Давление света. Фотометрические величины и единицы. Простые оптические системы: волоконные световоды (оптоволокно), просветляющие покрытия, зеркальные покрытия, светофильтры. Электронная оптика?
    15    Интерференция света. Интенсивность, когерентность. Опыт Юнга. Способы наблюдения интерференции. Интерферометры. Размывание интерференционной картины. Временная когерентность. Функция временной когерентности, видность интерференции. Ограничение на допустимую разность хода в двухлучевых интерференционных схемах.
    16    Интерференция при использовании протяжённых источников. Пространственная когерентность, радиус когерентности. Ограничения на допустимые размеры источника и апертуру интерференции в двухлучевых схемах. Лазеры как источники излучения с высокой временной и пространственной когерентностью.
        
Волновая оптика    
    17    Дифракция света. Принцип Гюйгенса-Френеля. Количественная формулировка принципа Гюйгенса-Френеля. Общая задача о дифракции на тонком экране. Граничные условия. Волновой параметр и зависимость характера дифракции от его значения. Критерий геометрической оптики.
    18    Дифракция Френеля на круглом отверстии. Спираль Френеля. Пятно Пуассона и условия его наблюдения. Дифракция на краю экрана и на щели, спираль Корню (качественно). Зонная пластинка Френеля. Фокусы зонной пластинки: положение и интенсивность света в них. Линза Френеля. Идеальная линза с точки зрения дифракции Френеля. Оценка размера фокального пятна.
    19    Дифракция Фраунгофера. Связь с преобразованием Фурье. Дифракция Фраунгофера на щели (строгий вывод) и круглом отверстии (качественно). Поле в фокальной плоскости линзы, размеры фокального пятна. Роль дифракции Фраунгофера в оптических приборах. Разрешающая способность телескопа и микроскопа. Критерий Рэлея. Разрешающая способность при когерентном освещении.
    20    Голография. Голографирование плоской, сферической волны. Голограммы Денисюка, Френеля, Фурье. Разрешающая способность голографии
    21     Дисперсия. Явление Брюстера. Дисперсия волн. Волновой пакет, групповая скорость. Формула Рэлея. Классическая теория дисперсии света. Аномальная дисперсия. Поглощение света.
    22    Дисперсия. Абсорбционные светофильтры.  Дисперсионное расплывание импульсов (фазовая и групповая скорости). Оптоволоконные системы связи. Распространение волн в металлах и плазме.
    23    Лекция 26.Поляризация света. Линейная, круговая и эллиптическая поляризация. Естественно поляризован ный свет. Степень поляризации. Способы получения линейно-поляризованного света. Дихроизм, поляроиды, закон Малюса, угол Брюстера.
    24    Электромагнитные волны в одноосных кристаллах. обыкновенная и необыкновенная волны. Ориентация векторов k, E ,B ,D и вектора Пойнтинга S в необыкновенной волне. Зависимость показателя преломления необыкновенной волны от угла распространения. Кристаллические пластинки /2 и /4. Управление поляризацией. Искусственная анизотропия, эффекты Поккельса, Керра. Эффект Фарадея вращения плоскости поляризации (качественное объяснение).
    25    Рассеяние света. Эффективное сечение рассеяния, закон Бугера–Ламберта–Бэра. Рэлеевское рассеяние: зависимость от длины волны. Поляризация рассеянного света. Роль флуктуаций плотности в явлении рассеяния.
    26    Нелинейные оптические явления. Основы нелинейной теории дисперсии. Самомодуляция и сжатие импульса. Оптические солитоны. Тепловое самовоздействие излучения. Вынужденное рассеяние. Генерация сверхкоротких импульсов. Сверхсильные световые поля и их предельные возможности.
    27    Излучение света. Излучение диполя, классического осциллятора, ансамбля, диаграмма направленности. Уширение спектральной линии (ударное, Доплеровское). Закручивание фотонов.
    28    Приемники света. Глаз. Фотоэлектрические приемники: фотоэлементы, фотоумножители. Фоторезисторы. Фотодиоды. CCD матрицы. Тепловые приемники: балометры, термоэлементы, пироэлектрические приемники, тепловизоры.

Продолжительность курса – 18 недель
Трудоемкость освоения курса –  216 часов 
Трудоемкость курса – 6 зачётных единиц**
Форма контроля – экзамен

Авторы-разработчики: Богданова Ю.В., доцент ОЭФ; Моржикова Ю.Б., доцент ОЭФ; Сыпченко Ю.В., доцент ОЭФ,
– запись видеолекций (заменить на преподавателей после переноса курса на платформу эксплуатации)
Консультант ОРОО: Котов С.О., ведущий эксперт ОРОО, вн. 1297
Консультант по записи видеолекций ОЦОР:  Тарасенко Т.И.