Передмова

Вивчення дисципліни «Фізика» для спеціальності “Обладнання харчових та переробних виробництв” в університеті економіки і торгівлі відбувається протягом трьох семестрів на денному, та двох семестрів на заочному відділенні. При цьому аудиторні заняття передбачають лекційні та лабораторні заняття. Практичні ж заняття не передбачені взагалі. Впровадження кредитно-модульної системи організації навчального процесу приводить до змін у навчальних робочих планах вивчення дисципліни. За останні роки аудиторне навчальне навантаження на студентів невпинно зменшується, що веде до зростання ролі їх самостійної роботи. Тому видання цього методичного посібника допоможе самостійно опановувати курс загальної фізики як студентам інженерних спеціальностей денної, так і заочної форми навчання. Цей посібник може бути застосований як при тестуванні студентів при проведенні модульного або ректорського контролю знань, так і для підготовки до виконання лабораторних робіт та їх захисту, а також для контролю та самоконтролю знань у вигляді контрольних робіт.

Мета і завдання дисципліни, її місце у навчальному процесі

Дисципліна «фізика» разом із курсами вищої математики, хімії та інформатики складають основу теоретичної підготовки фахівців інженерного профілю вищих навчальних закладів – тобто, ту фундаментальну базу, без якої неможливе повноцінне вивчення дисциплін циклу професійної та практичної підготовки майбутніх інженерів-механіків. Потреба вивчення фізики студентами цієї спеціальності обумовлена все більшим застосуванням фізичних методів та приладів у різних галузях харчового виробництва, саме тому сучасному фахівцю-механіку необхідно мати належну фізико-технічну підготовку.

Внаслідок вивчення дисципліни «Фізика» студенти повинні знати:

• основні фізичні величини, одиниці їх вимірювань, основи теорії похибок та правила оброблення результатів вимірювань;

• фундаментальні поняття і теорії класичної та сучасної фізики з тим, щоб ефективно опанувати спеціальні навчальні дисципліни та використати знання фізичних закономірностей у майбутній роботі;

• методи розв'язування практичних фізичних задач та проблем;

• принципи дії приладів, в тому числі електронно-обчислювальної апаратури;

Студенти повинні уміти:

• проводити математичну і статистичну обробку результатів вимірювань;

• користуючись фізичними положеннями, законами і теоріями, застосовувати набуті теоретичні та практичні знання для вивчення спеціальних дисциплін та в майбутній роботі за спеціальністю;

• пояснювати фізичні процеси та явища, які відбуваються під час роботи різного роду механізмів, що використовуються у практичній діяльності;

• застосовувати сучасні фізичні методи і прилади на практиці.

Таким чином, основною метою дисципліни «Фізика» є послідовне вивчення студентами основних законів і положень фізики для пізнання загальних закономірностей явищ природи; використання даних законів у оперативному розв'язанні проблем; освітлення можливих прикладних застосувань фізичних методів і приладів у практичній діяльності фахівця інженерного профілю. Надані у посібнику тестові завдання, допомагають кращому засвоєнню знань та досягненню цієї мети.

Зміст модулю № 5 «ОПТИКА»

Розділ 5.1. Фотометрія. Геометрична оптика.

Поняття світла. Природні та штучні джерела світла. Точкове джерело світла. Основні фотометричні величини та одиниці їх виміру. Енергетичні величини: потік випромінювання, енергетична світність, енергетична сила світла, енергетична яскравість. Світлові величини: світловий потік, світність, освітленість. Поняття коефіцієнту відбивання світла.

Основні закони геометричної оптики: прямолінійного поширення світла, незалежності світлових пучків, відбивання та заломлення світла. Абсолютний та відносний показники заломлення речовин. Явище повного внутрішнього відбивання. Граничний кут повного відбивання. Застосування явища у прозорих призмах. Відхилення світлових променів прозорими призмами.

Лінзи та їхні основні елементи: головна та побічна оптична вісь, оптичний центр лінзи, фокус і фокусна відстань. Радіуси кривини лінз, поняття тонкої лінзи. Збірні та розсіюючі лінзи. Побудова зображення предметів у лінзах. Особливості зображень у лінзах. Оптична сила лінзи. Формула тонкої лінзи. Поперечне збільшення предмета у лінзі, лупі, мікроскопі, телескопі.

Розділ 5.2. Хвильова оптика.

Електромагнітна природа світла. Принцип Гюйгенса. Монохроматичне світло. Когерентні світлові хвилі, часова і просторова когерентність. Інтерференція світла. Поняття оптичної довжини шляху, оптичної різниці ході двох когерентних світлових хвиль.Звязок між різницею фаз двох когерентних світлових хвиль із їхньо оптичною різницею ходу. Розрахунок інтерференційної картини від двох джерел. Умови інтерференційних максимумів та мінімумів. Методи одержання когерентних світлових хвиль. Ширина інтерференційної смуги. Інтерференція у тонких плівках. Смуги рівного нахилу та рівної товщини. Кільця Ньютона.

Дифракція світла. Умова для спостереження дифракції. Принцип Гюйгенса-Френеля. Метод зон Френеля. Дифракція Френеля та Фраунгофера. Умови дифракційних максимумів та мінімумів. Дифракційна гратка (решітка). Період гратки, формула дифракційної решітки. Роздільна здатність дифракційної гратки. Дифракція рентгенівських променів. Формула Вульфа-Брегга. Поняття про голографію.

Взаємодія світла із речовиною. Дисперсія світла. Поняття про електронну теорію дисперсії. Нормальна і аномальна дисперсія. Поглинання (абсорбція) світла речовиною. Закон Бугера-Ламберта. Спектральний аналіз. Світловий вектор. Природне та поляризоване світло. Одержання і аналіз поляризованого світла. Закон Малюса. Явище поляризації світла при відбиванні і заломленні. Закон Брюстера. Подвійне променезаломлення. Обертання площини поляризації. Оптично активні речовини.

Розділ 5.3. Квантова оптика.

Особливості теплового випромінювання і основні характеристики: випромінювальна та поглинальна здатність, енергетична світність, коефіцієнт поглинання. Абсолютно чорне тіло. Закони теплового випромінювання: Кірхгофа, Стефана-Боль-цмана, Віна. Квантова гіпотеза і формула Планка. Оптична пірометрія.

Фотони та їхні основні характеристики: енергія, імпульс, маса. Тиск світла. Явище фотоелектричного ефекту та його види. Закони Столєтова для зовнішнього фотоефекту. Червона межа фотоефекту, робота виходу електронів із речовини. Рівняння Ейнштейна для фотоефекту. Затримуючий потенціал. Застосування явища. Ефект Комптона і його теорія. Формула Комптона. Діалектична єдність хвильових і корпускулярних властивостей світла.