Document ID: /fineweb-2-swissfilter-quality_10-filterrobots/filtered/03638.jsonl.gz/705

Schwingungslehre/Optik (MAS-S), Systemtechnik NTB, FH Graubünden, Thomas
Borer, 2019/20
Lernziele
Allgemein
- eine Problemstellung mit exakter und strukturierter Arbeitsweise bearbeiten
können.
- eine bekannte oder neue Problemstellung selbstständig bearbeiten und in einer Gruppe diskutieren können.
- sich aus dem Studium eines schriftlichen Dokumentes neue Kenntnisse und Fähigkeiten erarbeiten
können.
- einen bekannten oder neuen Sachverhalt analysieren und beurteilen können.
- Erkenntnisse in geeigneter Form darstellen und zusammenfassen können.
- Lösungswege vollständig, übersichtlich und verständlich
dokumentieren können.
- physikalische Gesetze in konkreten Problemstellungen anwenden können.
- Aussagen und Beziehungen zwischen Grössen mit Hilfe physikalischer
Grundgesetze als Gleichungen formulieren können.
- die Vollständigkeit eines Gleichungssystems beurteilen können.
- eine einfachere Überschlagsrechnung ausführen können.
- einen experimentellen Aufbau skizzieren können.
- experimentelle Beobachtungen mit eigenen Worten beschreiben können.
- aus einem Experiment neue Erkenntnisse gewinnen können.
- einige physikalische Grundgesetze auswendig kennen: "Formeln im
Kopf", siehe Moodle
NTB
Schwingungen
1. Schwingungen in Natur und Technik
- wissen, was der Begriff Schwingung bedeutet und dafür Beispiele aus dem Alltag nennen können.
- das Verhalten schwingender Systeme nach den Begriffen frei, erwzwungen, ungedämpft und gedämpft beschreiben können.
- die für die mathematische Beschreibung von Schwingungen nötigen Begriffe Auslenkung, Amplitude, Kreisfrequenz und Phase kennen.
- die Zusammenhänge zwischen Kreisfrequenz, Frequenz und Periodendauer kennen.
- wissen, was eine harmonische Schwingung ist und welche Voraussetzung das System dafür erfüllen muss.
2. Ungedämpfte Schwingungen
- das Rezept zur Berechnung von Schwingungen beherrschen.
- wissen, was man unter einer ungedämpften Schwingung versteht.
- die Differentialgleichungen für Beispiele ungedämpfter Schwingungssysteme herleiten können.
- die Lösungen der Differentialgleichung einer ungedämpften Schwingung kennen und diese physikalisch interpretieren können.
- technische Beispiele kennen, bei denen das Idealmodell der ungedämpften Schwingung in guter Näherung erfüllt ist.
3. Gedämpfte Schwingungen
- wissen, was man unter einer gedämpften Schwingung versteht.
- die Differentialgleichung einer gedämpften Schwingung für den Fall einer geschwindigkeitsproportionalen Reibung sowie für den Fall einer konstanten Reibungskraft angeben können.
- den Begriff des Amplitudenzerfalls kennen und ihn bei geschwindigkeitsproportionaler sowie bei konstanter Reibungskraft angeben können.
- die Fälle der ungedämpften, schwach gedämpften, stark gedämpften Schwingung sowie den aperiodischen Grenzfall kennen und dafür jeweils die Lösung der Differentialgleichung angeben können.
- die Abhängigkeit der Amplitude und Frequenz einer gedämpften Schwingung vom Dämpfungskoeffizienten kennen.
4. Erzwungene Schwingungen
- wissen, was man unter einer erzwungenen Schwingung versteht.
- die Differentialgleichung einer erzwungenen Schwingung für verschiedene physikalische Systeme aufstellen und eine partikulare Lösung derselben angeben können.
- die allgemeine Lösung der Differentialgleichung einer erzwungenen Schwingung kennen und daran die Begriffe Einschwingvorgang und stationärer Zustand erläutern.
- die Abhängigkeit der Ampitude und Phase einer erzwungenen Schwingung von der Anregungsfrequenz kennen.
- das Phänomen der Resonanz kennen und verstehen und den qualitativen Verlauf von Resonanzkurven erläutern können.
- wissen, von welchen Grössen die Resonanzfrequenz abhängt.
5. Gekoppelte Schwingungen
- wissen, was man unter gekoppelten Schwingungssystemen versteht.
- gekoppelte Schwingungssysteme analysieren und die entsprechenden gekoppelten Differentialgleichungen aufstellen können.
- das System für Schwerpunkts- und Relativschwingung lösen und daraus die Lösungen der gekoppelten Schwinger rekonstruieren können.
- wissen, wie sich die Energie des gekoppelten Systems berechnet und wie die Energie zwischen den Pendeln ausgetauscht wird.
Optik
1. Elektromagnetische Wellen
- wissen, was man unter dem Begriff des Hertz'schen Dipols versteht.
- wissen, wie man elektromagnetische Strahlung erzeugt und wie man sich die Aussendung von Strahlung von Materie vorstellen kann.
- wissen, wie elektromagnetische Strahlung mit Materie wechselwirkt und was man unter Lichtstreuung versteht.
- einen Überblick über das Spektrum elektromagnetischer Strahlung haben.
2. Grundlagen der Optik
- das Huygens- und das Fermat-Prinzip der Lichtausstrahlung kennen.
- wissen, was man unter Reflexion, Brechung und Totalreflexion versteht, und den Grenzwinkel der Totalreflexion berechnen können.
- wissen, wo Dispersion in der Optik eine wichtige Rolle spielt.
- wissen, was man unter Polarisation versteht, und verschiedene physikalische Effekte kennen, die zur Erzeugung linearer Polarisation genutzt werden können.
- wissen, was man unter dem Welle-Teilchen-Dualismus versteht.
- wissen, wie man Lichtenstehung modelliert, und das Photonkonzept kennen.
- den Unterschied zwischen Linienspektren und kontinuierlichen Spektren kennen.
3. Optische Abbildung durch Linsen und Spiegel
- wissen, auf welchen vier Grundgesetzen die geometrische Optik aufbaut.
- wissen, was man unter paraxialer Optik versteht.
- wissen, was Abbildung bedeutet, und den Unterschied zwischen reellen und virtuellen Bildern kennen.
- die sechs Sätze kennen, auf denen die Abbildungseigenschaften dünner Linsen und Spiegel basieren.
- mit Hilfe spezieller Strahlen Bilder von Gegenständen in unterschiedlichen Abständen von dünnen Sammel- und Zerstreuungslinsen konstruieren können.
- mit Hilfe spezieller Strahlen Bilder von Gegenständen in unterschiedlichen Abständen von sphärischen Konkav- und Konvexspiegeln konstruieren können.
- um die Äquivalenz von Spiegel- und Linsenoptik wissen.
4. Abbildungsgleichungen, Mehrlinsensysteme und Linsenfehler
- wissen, wie man die Abbildungsgleichungen von sphärischen Spiegeln und von dünnen Linsen herleitet und wo deren Gültigkeitsgrenzen liegen.
- die allgemeinen Formeln zur Berechnung der Brennweite dünner Linsen kennen und mittels Vorzeichenkonvention die Brennweite dünner sphärischer Linsen berechnen können.
- wissen, wie man Abbildungen durch Mehrlinsensysteme konstruiert, und die zugehörigen Bildweiten berechnen können.
- wissen, was man unter dicken Linsen versteht und was Hauptebenen sind.
- die wichtigsten Linsenfehler und deren Auswirkungen auf die Abbildungsqualität kennen.
5. Optische Instrumente
- wissen, wie eine Lupe funktioniert, sowie den Strahlengang konstruieren und die Vergrösserung der Lupe berechnen können.
- wissen, wie ein Mikroskop funktioniert, sowie den Strahlengang konstruieren und die totale Vergrösserung des Mikroskopes berechnen können.
- wissen, wie ein Teleskop aufgebaut ist, sowie den Strahlengang konstruieren und die Vergrösserung des Teleskops berechnen können.
- wissen, wie das Auge funktioniert, wie Sehfehler zustande kommen und
wie diese mittels Linsen korrigiert werden können.
6. Dünnschichtinterferenz und Interferometrie
- wissen, was man unter dem Begriff Kohärenz versteht und wie sich kohärente Teilstrahlen herstellen lassen.
- die Bedingung für kostruktive und destruktive Interferenz an einer planparallelen Platte herleiten und ähnliche Überlegungen auch auf Antireflex- und Spiegelschichten anwenden können.
- die Interferenzbedingungen am Keil herleiten können.
- die Entstehung von Interferenzfarben an dünnen Schichten erklären können und wissen, wie die Newton'schen Ringe zustande kommen.
- das Grundprinzip eines Interferometers kennen und wissen, wie ein Michelson-Interferometer aufgebaut ist, und wo seine Einsatzgebiete liegen.
7. Beugung von Licht
- die Interferenzbedingungen für Hell- und Dunkelstellen für den Doppelspalt angeben können.
- die Interferenzbedingungen für das ideale Gitter herleiten können.
- das Zustandekommen des Beugungsmusters am Einfachspalt mit Hilfe des Elementarwellenkonzepts erklären können.
- aus der Amplitudenfunktion für die Beugung am Einfachspalt die Bedingungen für Hell- und Dunkelstellen berechnen können.
- das Theorem von Babinet kennen und es zur Berechnung der Beugung an komplementären Hindernissen einsetzen können.
- wissen, wie die Beugungsbilder an nicht idealen Mehrfachspalten zustande kommen.
8. Auflösungsvermögen optischer Instrumente und des Auges
- den Unterschied zwischen Fraunhofer- und Fresnelbeugung kennen.
- wissen, wie das Beugungsmuster einer Kreisblende aussieht, und die Bedingung für die erste Dunkelstelle kennen.
- wissen, was man unter dem Rayleigh'schen Auflösungsvermögen versteht, und das Auflösungsvermögen einer Blende bzw. eines Fernrohrs kennen.
- wissen, was man unter dem Auflösungsvermögen eines Gitters versteht.
- wissen, was man unter der Abbé'schen Abbildungstheorie versteht und was daraus für das Auflösungsvermögen des Mikroskops folgt.
- wissen, wodurch das Auflösungsvermögen des Auges begrenzt ist.
9. Der Welle-Teilchen-Dualismus
10.2.2020 tb
- wissen, welche experimentellen Ergebnisse im Widerspruch zur klassischen Physik standen und damit zum Auslöser der Quantenphysik wurden.
- die Strahlungsgesetze von Stefan und Boltzmann, Wien und Planck kennen.
- den Photoeffekt beschreiben und nach Einstein erklären können.
- die Teilcheneigenschaften von Photonen kennen.
- den Welle-Teilchen-Dualismus in der Natur erläutern und die Formeln angeben können, die das Teilchenbild und das Wellenbild sowohl von Licht als auch von Materie miteinander verknüpfen.