Studiewijzer Trillingen, Golven en Optica BSc Natuur

Studiewijzer Trillingen, Golven en Optica
BSc Natuur- en Sterrenkunde
Studiewijzer TGO
(Versie 18/1/2014 aanpassingen ivm verschuiven
deeltentamen)
BACHELOR NATUUR- EN STERRENKUNDE
Vak
Studiejaar, Periode
Coördinators
Docent(en)
Studielast (EC)
Vakcode
: Trillingen, Golven en Optica, 2014/15
: Jaar 1, Sem 1/2, Periode 3-4
: dr M. Vreeswijk (algemeen)
: dr T. Hijmans (werkcollege)
: prof dr Johannes F. de Boer
: dr Marcel Vreeswijk
:6
: 5092TRGL6
1
Studiewijzer Trillingen, Golven en Optica
BSc Natuur- en Sterrenkunde
1. 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. De brekingsindex van een materiaal zal behandeld worden vanuit atomair
perspectief. Ook zullen enkele klassieke experimenten de revue passeren ter illustratie van
de theorie, inclusief het concept van de laser.
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.
2. Leerdoelen
De student moet: 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 en tralies gebaseerd op Fraunhofer diffractie en de werking van de FabryPerot trilholte.
2
Studiewijzer Trillingen, Golven en Optica
BSc Natuur- en Sterrenkunde
3. Onderwijsvormen
Hoorcollege en 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.)
4. Academische vorming en vaardigheden
Dit is een theorie-vak zonder verslaglegging of presentaties.
5. 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.
6. Rooster en opbouw vak
Het rooster is te vinden op:
https://datanose.nl/#course[15315]
In de periode Januari is het vak intensief geroosterd met 2xhoorcollege, 2xwerkcollege.
Tussendoor is een deeltoets (deeltentamen A) geroosterd. In de periode Februari-Maart
loopt het vak door met 1 hoorcolle en 1 werkcollege per werk. In deze periode zijn ook twee
tussentoetsen voorzien. Er is uiteraard ook een afsluitend tentamen (of deeltentamen B, zie
onder).
3
Studiewijzer Trillingen, Golven en Optica
BSc Natuur- en Sterrenkunde
7. Toetsing
De kolom met minimumcijfer is van toepassing op het ruwe cijfer van het betreffende onderdeel, dus
voordat er eventuele andere onderdelen worden meegewogen. Voor een voldoende resultaat dient
het eindcijfer minstens een 5.50 te bedragen.
Naast de verrijking van je cijfer door de deelname aan tussentoetsen zijn 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
Deeltentamen A
(geroosterd als deeltoets
in Jan.)
A
Tussentoets gemiddeld
1+2
(geroosterd in Feb.-Mrt.)
Tgem
Deeltentamen B
(geroosterd als
Tentamen)
Eindcijfer
B
Cijfer
Weging %
Min.
Cijfer
Herka
nsing
40% van eindcijfer
5.0
Nee,
Cijfer
blijft
staan
Nee,
Cijfer
blijft
staan
Ja
25% + 75% deeltentamen
B, mits positief effect.
(cijfer verrijkt met
tussentoets). 60% van
eindcijfer
40% A+ 60% B
5.0
Weging %
Min.
Cijfer
Herka
nsing
5.5
Nee,
Cijfer
blijft
staan
Ja
5.5
Route II (Tentamen)
Onderdeel
Tussentoets gemiddeld
1+2
(geroosterd in Feb.-Mrt.)
Tentamen
Symbool
Tgem
T
25% + 75% Tentamen, mits
positief effect.
(cijfer verrijkt met gem.
4
Studiewijzer Trillingen, Golven en Optica
BSc Natuur- en Sterrenkunde
tussentoetsen). 100%
eindcijfer
Indien een tussentoets vervalt om rooster-technische redenen, wordt het enkelvoudige tussentoetsresultaat als gemiddelde gebruikt. Op het tentamenmoment moet de student zelf aangeven of
deeltentamen B, danwel het volledige Tentamen wordt gedaan. Het eerste hertentamen zal net zo
verrekend worden als het tentamen. Het is niet mogelijk om deeltentamen A herkansen.
Deeltentamen B herkansen heeft uiteraard alleen effect, als A reeds met positief resultaat is
behaald. Let op: de cijfers voor de tussentoets en deeltentamens zijn alleen geldig binnen het
huidige studiejaar.
Waar gaan de toetsen over?
Alle stof die wordt behandeld kun je hieronder vinden onder punt “Inhoud per College”.
Voor de tussentoetsen en deeltentamen A geldt dat deze alle voorgaande stof omvat.
Deeltentamen B gaat over alle colleges die niet in deeltentamen A aan bod komen.
Het Tentamen (route II) gaat over alle stof.
8. Fraude en plagiaat
Dit vak hanteert de algemene ‘Fraude- en plagiaatregeling’ van de UvA. Onder plagiaat of
fraude wordt verstaan het overschrijven van het werk van een medestudent dan wel het
kopiëren van wetenschappelijke bronnen (uit bijvoorbeeld boeken en tijdschriften en van
het Internet) zonder daarbij de bron te vermelden. Uiteraard is plagiaat verboden. Hier
wordt nauwkeurig op gecontroleerd en streng tegen opgetreden. Bij verdenking van
plagiaat wordt de examencommissie van de opleiding ingeschakeld. Wanneer de
examencommissie overtuigd is dat er plagiaat gepleegd is dan kan dit maximaal leiden tot
een uitsluiting van al het onderwijs van de opleiding voor een heel kalenderjaar. Zie voor
meer informatie over het fraude- en plagiaatreglement van de Universiteit van Amsterdam
www.uva.nl/plagiaat.
9. Aanmelding en aanvullende informatie
Niet reguliere studenten moeten zich aanmelden via het systeem SIS. Zie voor meer
informatie hierover www.student.uva.nl/sis.
Als je je aanmeldt voor een vak word je ook automatisch ingeschreven voor het
bijbehorende tentamen en voor de andere toetsvormen van dat vak.
5
Studiewijzer Trillingen, Golven en Optica
BSc Natuur- en Sterrenkunde
NB. Je hebt alleen recht om deel te nemen aan de herkansing van een vak als je ook aan het
eerste tentamen hebt deelgenomen.
Dit vak heeft een Blackboardsite. Hier vind je de noodzakelijke aanvullende informatie, zoals
de groepsindeling van de werkcolleges, de opdrachten. Bekijk de Blackboardsite dus met
grote regelmaat!
10.Contactinformatie
Communicatie over de hoor- en werkcolleges verlopen via de vakcoordinator.
De TA’s verzorgen de werkcolleges en kijken het huiswerk na.
Coördinator/Docent
Naam :
Adres : Science Park 904, kamer
Tel.nr :
E-mail :
Marcel Vreeswijk
C4.261b en Nikhef H244
020 592 5088
[email protected]
Hoorcollegedocent
Naam :
E-mail :
Johannes de Boer
[email protected]
WerkcollegeCoordinator
Naam :
E-mail :
Tom Hijmans
[email protected]
TA’s
F: Jaap Wijnen <[email protected]>
B: Hartger Weits <[email protected]>
G: Thom Pijnenburg
<[email protected]>
C: Mirte van der Eyden
<[email protected]>
D: Dirk Boonzajer Flaes
[email protected]
E: Matthijs Jansen [email protected]
6
Studiewijzer Trillingen, Golven en Optica
11.
BSc Natuur- en Sterrenkunde
Inhoud per College
Een zeer gedetailleerd overzicht staat op de inleidende slides van het eerste college. Hier volgt een
globaal overzicht. Let op: de verwijzingen naar het boek Optics van Hecht hebben betrekking op
Pierson International New Edition – Fourth Edition. (in de gewone internationale editie, ook de 4de, is
H4 en H6 omgewisseld.)
College
Lit.
1) Simpele Harmonische Oscillator, Vrije-, Gedempte-, Gedwongentrilling. Complexe getallen!
Syllabus S1, S2
en S3.
2) Gedwongen Trillingen en LCR kring, Phasoren, Resonatie
Syllabus S4
3) Gekoppelde Trillingen
Syllabus S5
4) Van gekoppelde Trillingen naar Golven. Superpositie en Staande
golven.
Syllabus S5, S7,
Hecht H2
5) Zwevingen, Groepsnelheid, Dispersie, Voortplanting: Transmissie
en Reflectie (1 dim, mechanisch)
Syllabus S7 en
Hecht H7 (t/m
7.2)
DEELTENTAMEN A
6) Fourier synthese en analyse
Syllabys S6 Hecht
H7.3, H7.4 Hecht
H11.1, H11.2.1
7) Licht en Materie, Voortplanting van Licht
Hecht H3 (niet
Maxwell) en
Hecht H6 (t/m
6.5)
8)
–

Poneren Maxwell vgl. (inleiding, 3.1 tot 3.1.1, 3.1.5 (alleen
7
Studiewijzer Trillingen, Golven en Optica
BSc Natuur- en Sterrenkunde
Maxwell vergelijkingen in de vrije ruimte, vgln 3.18-3.21),
– Afleiden golfvergelijking uit Maxwell, 3D oplossing golf
presenteren. Transversaliteit E-M golf afleiden, Maxwell is nodig.
Sterkte Magnetisch veld en Electrisch veld. (3.2)
– Energiedichtheid, pointing vector (3.3.1, 3.3.2, 3.3.3 tot ‘A
Barrage of Photons’)

9)
– Refraction, deels herhaling (6.4)
– Fresnel coefficienten (6.6)
– Inclusief evanescent wave (6.7)
– Ook nog 6.11.1 doen. Vooral figuur 6.68
10)
– Geometrische optica, hoe werkt lens uit Fermat,
demonstraties lenzen met laser (5.1 5.2) en Fresnel coefficienten
– Fiberoptics (5.6)
– Polarizatie (8.1 (tot 8.1.5), 8.2 Twee gekruiste polarizatoren.

11)
– Interferentie, Young twee spleet experiment, Newton ringen,
Michelson, Sagnac, Inleiding, 9.1, 9.2, 9.3 (tot ‘The Fourier
Perspective’), 9.4 (tot 9.4.2 ‘Real Fringes’), 9.8.3 (rotating Sagnac)

12)
– Fabry perot afleiden: 9.6 (tot 9.6.1 Fabry-Perot Spectroscopy),
(Demonstratie centimetergolven Klystron) Finesse, Interferentie

13)
– Frauenhofer enkele spleet tot tralie spleten. (Demonstratie met
laser) Diffractie ronde opening en resolutie. (10.1, 10.2 - 10.2.6 (tot
p.472 (Dit is pagina 474 volgens de numering onderaan de bladzijde
in het nieuwe book met blauwe kaft) ‘If the smallest ...’), 10.2.8)

14)
– Simpel de laser (13.1 - 13.1.3 (tot p.597 (Dit is pagina 599

8
Studiewijzer Trillingen, Golven en Optica
BSc Natuur- en Sterrenkunde
volgens de numering onderaan de bladzijde in het nieuwe book met
blauwe kaft) ‘A Survey of Laser Developments’))
DEELTENTAMEN B (of Tentamen)
12.
Opgaven per werkcollege
Er zal wekelijks een set worden uitgekozen op basis van de vorderingen en vragen die opkomen
tijdens de sessies. Zie ook blackboard voor actuele informatie.
9