Vågfysik

Mål

Kursen avser ge grundläggande kunskaper om mekaniska vågor inklusive akustik samt elektromagnetiska vågor med fokus på optikområdet.

Efter genomgången kurs ska studenten kunna:

I. återge, förklara, analysera samt använda begrepp, samband och metoder tillhörande området mekaniska vågor

II. återge, förklara, analysera samt använda begrepp, samband och metoder tillhörande området vågoptik

III. återge, förklara, analysera samt använda begrepp, samband och metoder tillhörande området stråloptik

IV. återge, förklara, analysera samt använda begrepp, samband och metoder tillhörande området polarisationsoptik.

I lärandemålen ovan ingår även att mäta, analysera och redovisa akustiska samt optiska storheter.

Innehåll

Kursens syfte är att behandla grundläggande teori för mekaniska och elektromagnetiska vågor.

Kursen består av fyra delar motsvarande de fyra områdena ovan:

I. Mekaniska vågor

II. Vågoptik

III. Stråloptik, samt

IV. Polarisationsoptik.

Inom varje kursdel behandlas teori, relevanta tillämpningar, materialaspekter samt hållbarhetsfrågor.

En vidare beskrivning av dessa områden ger att:

del I behandlar fortskridande mekaniska vågor och de interferensfenomen som uppstår då två eller fler vågor samverkar.

del II beskriver vågmodellen för elektromagnetiska vågor med fokus på optiken.

del III beskriver strålmodellen och hur den skiljer sig från vågmodellen.

del IV utökar beskrivningen av vågmodellen genom att också betrakta elektromagnetiska vågors polarisation.

Kursen behandlar två huvudtyper av vågor.

Mekaniska vågor, inklusive akustik/ljud, beskrivs i del I.

Elektromagnetiska vågor, främst optik/ljus, beskrivs i del II-IV.

Kursen kan också indelas i två* fysikaliska modellbeskrivningar, vågmodellen och strålmodellen.

De mekaniska vågorna, som bygger vidare på mekaniska oscillationsrörelser, beskrivs främst med vågmodellen (i del I).

De elektromagnetiska vågorna behandlas via vågmodellen (alt. vågoptik eller fysikalisk optik) (i del II och IV), samt via strålmodellen (alt. stråloptik eller geometrisk optik) (i del III).

*En tredje partikelmodell (partikeloptik) beskriver bland annat ljus som fotoner. Denna modell introduceras endast kort i slutet av kursen.

I kursen behandlas många begrepp och samband inklusive:

Harmoniska vågor, dopplereffekt, ljudintensitet, ljudintensitetsnivvå, reflektion och transmission av vågor, brytning, totalreflektion, Huygens och Fermats utbredningsprinciper, divergerande och konvergerande linser och speglar, strålspårning, optiska system, paraxial matrisformalism, optiska instrument, interferens, diffraktion, svävning, enkelspalt, dubbelspalt, cirkulär öppning, diffraktionsgitter, upplösning, spektrometer- och interferometerprinciper, tunnfilmsinterferens och antireflektionslager, refraktion och absorption, dispersionsmodeller, anisotropi. polarisation, polarisationstillstånd, Brewstervinkel, linjärdikroitiska och dubbelbrytande material, optisk aktivitet.