Fizika 2

Opis predmeta

Elastičnost krutih tijela. Mehaničko titranje i mehanički valovi. Valovi zvuka. Dopplerova pojava. Elektromagnetski valovi. Maxwellove jednadžbe. Valna jednadžba, širenje valova. Geometrijska optika, zrcala, leće i prizme. Fizikalna optika. Interferencija, ogib i polarizacija. Fotometrija. Kvantna priroda svjetlosti. Zračenje crnog tijela, kvantizacija. Fotoefekt i Comptonov efekt. Struktura atoma. Atomski spektri. Rentgenske zrake. Atomska jezgra. Radioaktivni raspadi. Fisija i fuzija. Temeljne prirodne sile i elementarne čestice.

Opće kompetencije

Razumijevanje načela optike, valne teorije i atomske fizike u radu i održavanju tehnoloških uređaja i računala u elektrotehnici, računarstvu i informacijskoj tehnologiji. Omogućavanje nastavka obrazovanja u modernoj znanosti i tehnologiji na FER-u ili nekom drugom sveučilištu.

Ishodi učenja

  1. Analizirati titrajne sustave u mehanici.
  2. Primijeniti tehniku linearizacije diferencijalne jednadžbe gibanja titrajnih sustava.
  3. Objasniti valnu jednadžbu u nedisperzivnom sredstvu.
  4. Izvesti iz Maxwellovih jednadžbi valnu jednadžbu za elektromagnetski val.
  5. Analizirati optičke sustave metodama geometrijske optike.
  6. Objasniti pojave interferencije, difrakcije i polarizacije svjetlosti.
  7. Objasniti Planckov zakon zračenja crnog tijela.
  8. Povezati spektar zračenja atoma s kvantizacijom energije.

Oblici nastave

Predavanja

Predavanja se izvode u grupama od 120-ak studenata uz primjenu elektroničkih prezentacija i detaljnih izvoda koji se izvode na ploči te demonstracijskih pokusa.

Provjere znanja

Pismeni međuispit i završni ispit sastoje se od četiri računska zadatka te niza konceptualnih (teorijskih) pitanja s višestrukim izborom ponuđenih odgovora.

Laboratorijske vježbe

Tokom semestra studenti samostalno izvode šest laboratorijskih vježbi te provode odgovarajuću obradu podataka i sastavljaju izvještaj za svaku vježbu.

Pokusi na predavanjima

Predavanja su popraćena pokusima kojima se ilustriraju pojmovi koji se obrađuju. Opseg je približno 30 minuta po tjednu nastave.

Konzultacije

Svaki profesor dostupan je studentima barem jednom tjedno u terminu konzultacija.

E-učenje

Kroz semestar kontinuirano se zadaju domaće zadaće kroz sustav za e-učenje Merlin.

Ostali oblici skupnog ili samostalnog učenja

U približno 4 termina u semestru organizirane su dodatne vježbe iz rješavanja zadataka (auditorne) koje izvode asistenti.

Način ocjenjivanja

Kontinuirana nastava Ispitni rok
Vrsta provjere Prag Udio u ocjeni Prag Udio u ocjeni
Laboratorijske vježbe 5 % 10 % 5 % 10 %
Domaće zadaće 0 % 10 % 0 % 10 %
Međuispit: Pismeni 0 % 40 % 0 %
Završni ispit: Pismeni 0 % 40 %
Ispit: Pismeni 0 % 80 %
Napomena / komentar

Za prolaz na međuispitu i na završnom ispitu jedan (od četiri) računski zadatak mora biti u cijelosti točno riješen. Za prolaz na pismenom ispitu dva (od šest) računska zadatka moraju biti u cijelosti točno riješena.

Tjedni plan nastave

  1. Uvod u teoriju elastičnosti. Harmoničko titranje. Naprezanje i deformacija. Modi naprezanja: tlačno, vlačno, smicanje. Moduli elastičnosti. Poissonov omjer. Primjeri i zadaci. Harmonički oscilator: jednadžba gibanja i početni uvjeti. Pokusi s oprugom. Razni oblici rješenja. Fazori. Energija kod titranja. Demonstracije na računalu.
  2. Torziono, matematičko i fizičko njihalo. Prigušeno titranje I. Mjerenje kuta uvijanja i vanjskog momenta sile. Jednadžba torzionog njihala. Modul torzije. Matematičko njihalo. Pokusi s njihalima. Egzaktno rješenje i rješenje za male kutove. Fizičko njihalo. Pokusi sa štapom. Prigušeno titranje: pokus. Jednadžba gibanja i rješenja za slabo prigušenje. Analogija s električnim titrajnim krugom. Demonstracije na računalu. Primjeri i zadaci.
  3. Prigušeno titranje II. Prisilno titranje. Rezonancija. Slaganje titranja. Aperiodičko i kritično gušenje. Logaritamski dekrement prigušenja i Q-faktor. Energija kod prigušenog titranja. Prisilno titranje. Rezonancija. Pokusi. Fazorsko rješenje prisilnog titranja. Analogija s električnim titrajnim krugom. Oberbeckova njihala. Pokusi. Modulirano titranje. Udari. Lissajoussove krivulje. Pokusi. Demonstracije na računalu.
  4. Valovi. Progresivni valovi. Refleksija i superpozicija valova. Općenito o valovima. Valovi na vodi. Pokusi. Jednadžba progresivnog vala. Brzina valova. Refleksija i lom valova. Superpozicija valova. Stojni val na užetu. Spektar frekvencija. Pokusi. Monokord. Fourierova analiza valova na žici. Valna jednadžba. Energija i snaga kod valova. Demonstracije na računalu.
  5. Longitudinalni valovi. Valovi zvuka. Intenzitet. Izvod jednadžbe longitudinalnog vala. Pokusi na opruzi. Longitudinalni stojni val. Stojni valovi na opruzi i u stupcu zraka. Pokusi s Kundtovom cijevi. Stojni valovi u čvrstim tijelima. Amplituda tlaka. Intenzitet zvuka. Razina buke. Ultrazvuk, generiranje i primjena. Dopplerov zvučni efekt.
  6. Osnovni pojmovi elektromagnetizma. Elektromagnetski valovi. Gaussov zakon i 1. Maxwellova jednadžba u diferencijalnom i integralnom obliku. Ampere-Maxwellov teorem i 2. Maxwellova jednadžba. 3. Maxwellova jednadžba. Elektromagnetska indukcija. Faradayevi pokusi. 4. Maxwellova jednadžba. Izvod valne jednadžbe. Rješenja. Pokusi s polarizacijom EM vala. Poyntingov vektor i Pyntingov teorem. Fresnelove jednadžbe. Demonstracije na računalu.
  7. Fotometrija. Geometrijska optika I. Osnovne fotometrijske veličine. Pokusi. Osnovni zakoni geometrijske optike. Pokusi. Fermatov princip – primjena na refleksiju i refrakciju. Fresnelove jednadžbe i zakoni geometrijske optike. Demonstracioni komplet. Demonstracije na računalu. Geometrijska optika II. Optički instrumenti: ravno i sferno zrcalo. Pokusi sa zrcalima. Lom na sfernoj granici. Jednadžba tanke leće. Pogreške leće. Pokusi. Prizma. Disperzija i moć disperzije. Pokusi.
  8. I S P I T
  9. Fizikalna optika I. Interferencija svjelosti . Spektar elektromagnetskih valova. Youngov pokus. Koherentna svjetlost. Interferencija na dvije pukotine. Uvjeti minimuma i maksimuma. Uređaji za interferenciju svjetlosti. Pokusi s Fresnelovom biprizmom. Michealsonov interferometar. Pokusi s Newtonovim kolobarima. Demonstracije na računalu. Polarizacija svjetlosti. Holografija. Dikroizam. Polarizacija svjetlosti prolaskom kroz kristale. Pokusi.
  10. Fizikalna optika II. Difrakcija svjetlosti. Interferencija više izvora. Optička rešetka. Pokusi. Razlučivanje optičke rešetke. Spektri. Pokusi. Difrakcija na jednoj pukotini. Pokusi. Difrakcija i optička rešetka. Polarizacija svjetlosti. Holografija. Dikroizam. Polarizacija svjetlosti prolaskom kroz kristale. Pokusi. Polarizacija raspršenjem. Polarizacija refleksijom. Pokusi. Brewsterov zakon. Selektivna apsorpcija. Polarizator i analizator. Pokusi. Faradayev i Tyndalov efekt.
  11. Uvod u modernu fiziku I. Zakoni zračenja. Apsolutno crno tijelo. Rayleigh-Jeansov zakon zračenja crnog tijela. Stefan-Boltzmannov zakon zračenja. Wienovi zakoni. Planckov zakon zračenja. Kvantna hipoteza. Zakoni zračenja iz Planckovog zakona.
  12. Uvod u modernu fiziku II. Foto-efekt. Comptonov efekt. Modeli atoma. Klasično objašnjenje fotoefekta. Pokusi. Einsteinova teorija fotoefekta. Raspršenje elektromagnetskog vala na elektronu. Comptonov efekt. Izvod Comptonove formule. Primjeri i zadaci. Thomsonov i Rutherfordov model atoma. Demonstracije na računalu.
  13. Bohorov model atoma. Kvantizacija. Balmerova formula. Rutherfordov model atoma i Bohrovi postulati. Bohrov kvantni uvjet. Kvantizacija energije i kvantizacija staze. Izvod Balmerove formule i Bohrovog modela. Apsorpcija i emisija svjetlosti. Spektri atoma. Franck-Hertzov pokus. X-zrake. Pokusi. Bohr-Sommerfeldov model atoma. Schrödingerova jednadžba i Heisenbergove relacije neodređenosti.
  14. Kvantni brojevi. Građa jegre. Nuklearne reakcije. Elementarne čestice. Kvantni brojevi iz Schrödingerove kvantne mehanike. Paulijev princip i periodski sustav elemenata. Građa jezgre. Radioaktivni raspadi. Zakon radioaktivnog raspada. Aktivnost. Pokusi: vrste detektora, detekcija beta-čestica i gama-zračenja, zaštita od zračenja. Osnovne sile u prirodi. Elementarne čestice.
  15. I S P I T

Studijski programi

Sveučilišni preddiplomski
Elektrotehnika i informacijska tehnologija (studij)
(3. semestar)
Računarstvo (studij)
Predmet po izboru iz grupe obveznih predmeta-Fizika 2 (3. semestar)

Za upis predmeta treba položiti predmete

Literatura

V.Henč-Bartolić, P.Kulišić (2004.), Valovi i optika, Školska kniga, Zagreb
D. Horvat (2011.), Fizika II - Titranje, valovi, elektromagnetizam, optika i uvod u modernu fiziku, Neodidakta, Zagreb
V. Henč-Bartolić, M. Baće. P. Kulišić, L. Bistričić, D. Horvat, Z. Narančić, T. Petković, D. Pevec (2002.), Riješeni zadaci iz valova i optike, Školska knjiga, Zagreb
D. Halliday, R. Resnick, J. Walker (2003.), Fundamentals of Physics D. Halliday, R. Resnick, J. Walker J. Wiley, New York 1993, J. Wiley, New York

Predavanja

Laboratorijske vježbe

Izvedba

ID 31487
  Zimski semestar
6 ECTS
R1 Engleski jezik
R2 E-učenje
75 Predavanja
0 Auditorne vježbe
15 Laboratorijske vježbe

Ocjenjivanje

85 izvrstan
75 vrlo dobar
60 dobar
50 dovoljan