Trillingen, golven en optica

Oscillations, Waves and Optics

Eigenaar	Bachelor Natuur- en Sterrenkunde (joint degree)
Coördinator	prof. dr. J.F. de Boer PhD
Onderdeel van	Dubbele bachelor Wis- en Natuurkunde, jaar 1Bachelor Natuur- en Sterrenkunde (joint degree), jaar 1Bachelor Bèta-gamma, major Natuurkunde, jaar 2

Studiewijzer 2018/2019

Globale inhoud

De eigenschappen van trillingen en golven bepalen veel verschijnselen van onze dagelijks leven, zowel microscopisch als macroscopisch. Dit vak beschrijft de elementaire eigenschappen van trillingen en golven zoals effecten als interferentie en buiging. Uiteindelijk zal de nadruk liggen op de eigenschappen van licht en de optische instrumenten. In het tweede deel zal de nadruk liggen op de eigenschappen van licht en het electromagnetische veld. Met licht als voorbeeld zullen fundamentele principes geilliustreerd worden, zoals tunneling door een barriere en Feynman's interpretatie van de Quantum Mechanica. Hierbij staat de rol van interferentie centraal om bijvoorbeeld te begrijpen waarom de reflectie aan twee achter elkaar geplaatste hoogreflectieve spiegels toch nul kan zijn of om de afmeting van een gefocuseerde bundel achter een lens te verklaren.

Dit vak moet gezien worden als een basisvak in het Natuur- en Sterrenkunde curriculum. De wiskundebasis die is aangelegd in het eerste semester wordt toegepast en uitgediept, zoals het oplossingen van differentiaalvergelijkingen en het werken met complexe getallen. De basis van nieuwe wiskundige principes, zoals Fourier analyse, wordt aangeleerd. Deze basis is relevant voor veel vakken, maar moet met name gezien worden als inleiding op de Quantum Mechanica.

Studiemateriaal

Literatuur

• E. Hecht, 'Optics'. Laatste internationale editie. (minstens de Fourth Edition, zie studiegids. Neem contact op als je een hogere editie gebruikt)

Syllabus

• ‘Trillingen en Golven’

Overig

• Werkboek m.b.t. trillingen en licht.

Leerdoelen

De student moet:

• Kunnen uitleggen wat trillingen en golven zijn en deze wiskundig kunnen beschrijven, specifiek in de context van de simpele harmonische trilling ,en (gedwongen) gedempte trilling alsmede het toepassen van de golfvergelijking en het opstellen van differentiaalvergelijkingen gegeven een natuurkundig trillingen/golf probleem. De wiskundige omschrijving omvat de basis van Fourier-analyse en complexe oplossingen.
• Kunnen uitleggen van fenomenen als reflectie, interferentie, staande golven, resonantie, diffractie, refractie en begrippen als dispersie en fase en groepssnelheid.  Deze fenomenen kunnen herkennen in gegeven situaties en de relevante wiskundige technieken of beschrijvingen kunnen toepassen in de context van dit vak.
• Het principe van Huygens en het principe van Fermat kunnen uitleggen en toepassen.
• Kunnen uitleggen hoe de Fresnel coëfficiënten zijn afgeleid. Deze zelf afleiden, gegeven de relevante wetten uit de electrodynamica.  De Fresnel coëfficiënten toepassen op  polarisatie toestanden van licht.
• De werking kunnen uitleggen en wiskundig beschrijven van optische elementen zoals spleten gebaseerd op Fraunhofer diffractie en  de werking van de Fabry-Perot trilholte.

Onderwijsvormen

• Hoorcollege
• Werkcollege

Het is zeer gewenst op aanwezig te zijn op de hoor en werkcolleges en bij te dragen aan de intellectuele interactie.

Ook zullen we gebruik maken van digitale stemmogelijkheden met mobile-phone of laptop.
Instructies volgen tijdens college. (We gebruiken shakespeak, internet interface als er een vraag is geactiveerd: shakeq.com met inlogcode uva9177.)

Verdeling leeractiviteiten

Academische vaardigheden

Dit is een theorie-vak zonder verslaglegging of presentaties.

Aanwezigheid

Aanwezigheidseisen opleiding (OER-B):

• Van elke student wordt actieve deelname verwacht aan het onderwijsonderdeel waarvoor hij staat ingeschreven. Een student die de eerste twee werkcolleges van een lesblok geen gebruik maakt van de werkcolleges, zal administratief uit de werkcollegegroep verwijderd worden. Een verzoek opnieuw ingeschreven te worden bij de werkcolleges kan ingediend worden bij de opleidingscoördinator.
• Als een student door overmacht niet aanwezig kan zijn bij een verplicht onderdeel van het onderdeel, dient hij dit zo snel mogelijk schriftelijk te melden bij de betreffende docent. De docent kan, eventueel na overleg met de studieadviseur, besluiten om de student een vervangende opdracht op te leggen.
• Het is niet toegestaan om verplichte onderdelen van een onderdeel te missen als er geen sprake is van overmacht.
• Bij kwalitatief of kwantitatief onvoldoende deelname, kan de examinator de student uitsluiten van verdere deelname aan het onderdeel of een gedeelte daarvan. Voorwaarden voor voldoende deelname worden van te voren vastgelegd in de studiewijzer.
• Ter uitbreiding van de bovenstaande regels geldt voor de vakken in het eerste semester van het eerste jaar dat een student bij minimaal 80% van de werkcolleges aanwezig dient te zijn. Bovendien moet worden deelgenomen aan eventuele tussentoetsen en verplicht gesteld huiswerk. Als niet aan deze verplichting is voldaan, wordt de student uitgesloten voor de herkansing van het bijbehorende vak. Studenten in het Dubbele Bachelor programma Wis- en Natuurkunde zijn vrijgesteld van deze plicht. In geval van persoonlijke omstandigheden, zoals in OER-A Artikel 6.4 omschreven, wordt in overleg met de studieadviseur een afwijkend studieplan gemaakt.

Toetsing

Onderdeel en weging	Details
Eindcijfer
0.4 (40%) Deeltoets
0.6 (60%) Tentamen

Er zijn twee hoofdroutes om het vak te halen. Route I: met twee deeltentamens A en B, of, II: 1 Tentamen. Route II volg je als je voor deeltentamen A minder dan een 5 hebt gescoord.

Route I (A+B)

Onderdeel	Symbool	Weging %	Min. Cijfer	Herkansing
Deeltentamen A (geroosterd als deeltoets in Jan.)	A	40% van eindcijfer	5.0	Neen
Deeltentamen B (geroosterd als Tentamen)	B	60% van eindcijfer	5.0	Neen
Eindcijfer	Cijfer	40% A+ 60% B	5.5

 

Route II (Tentamen)

Onderdeel	Symbool	Weging %	Min. Cijfer	Herkansing
Tentamen	T	100% eindcijfer	5.5	Ja

Fraude en plagiaat

Dit vak hanteert de algemene 'Fraude- en plagiaatregeling' van de UvA. Hier wordt nauwkeurig op gecontroleerd. Bij verdenking van fraude of plagiaat wordt de examencommissie van de opleiding ingeschakeld. Zie de Fraude- en plagiaatregeling van de UvA: http://student.uva.nl

Weekplanning

Rooster

Het rooster van dit vak is in te zien op DataNose.

Aanvullende informatie

Aanbevolen voorkennis: Wiskunde en klassieke mechanica uit semester 1, eerste jaar van de bachelor natuurkunde en sterrenkunde.

Literatuur

• Boek: Optics van E.Hecht – de laatste International Edition (minstens de Fourth Edition, zie studiegids. Neem contact op als je een hogere editie gebruikt)
  Waarschuwing:
  In dit boek van Hecht heeft de uitgever twee bladzijde nummers gedrukt en hoofdstukken in de text anders genummerd dan de inhoudsopgave. Ik verwijs altijd naar de inhoudsopgave die de bladzijdenummers onderaan de pagina gebruikt. Dus als ik verwijs naar Hecht H6.3, kijk je in de inhoudsopgave waar H6 begint. Je vindt dan blz 220 (onderaan pagina). Zoek vanaf daar naar paragraaf 3. De bedoelde paragraaf H6.3 vind je op blz 229 en die heet dan 4.3, wat je verder kunt negeren.
• Syllabus ‘Trillingen en Golven’ en bijbehorend werkboek. (te koop). Let op: in de syllabus staan soms verwijzingen naar Giancoli, negeer die. Slides zijn beschikbaar op BB – op de slides staat verwijzingen naar de behandelde stof.

 

Verwerking vakevaluaties

Hieronder vind je de aanpassingen in de opzet van het vak naar aanleiding van de vakevaluaties.

Contactinformatie

Coördinator

• prof. dr. J.F. de Boer PhD

Communicatie over de hoor- en werkcolleges verlopen via de vakcoordinator.
De TA’s verzorgen de werkcolleges en kijken het huiswerk na.