Dyscyplina: fizyka
Poziom: ponadgimnazjalny
Czas trwania: 18.04-04.06.2017 r.
Liczba uczestników: max. 40
Rachunek wektorowy w optyce
Cel kursu:
Celem kursu jest zapoznanie uczniów z zastosowaniami rachunku wektorowego w optyce.
Opis kursu:
Pojęcie wektora przeważnie wprowadzane jest w kontekście opisu ruchu ciał, przez co często kojarzone jest głównie z mechaniką. Należy jednak wiedzieć, że obszar zastosowań rachunku wektorowego w fizyce nie ogranicza się jedynie do mechaniki. Wykorzystuje się go także w innych (niemalże wszystkich) działach fizyki. Przyczyną tego jest fakt, iż wiele z praw fizycznych można sformułować wektorowo, zaś samo wykorzystanie opisu wektorowego pozwala często znacząco uprościć opis zjawisk fizycznych, przez to ułatwiając obliczenia.
Jako jedną z dziedzin, w których rachunek wektorowy wykorzystywany jest z wyjątkowym powodzeniem, należy wskazać optykę. Podstawowe prawa optyki – m.in. prawo odbicia światła i prawo załamania światła - można sformułować wektorowo, utożsamiając promień światła z wektorem reprezentującym kierunek jego biegu. Dzięki zastosowaniu takiego podejścia można stosunkowo prosto rozwiązać szereg zagadnień z optyki. To właśnie wektorowe sformułowanie optyki stanowi podstawę dla szeregu technik wizualizacji i jest obecnie powszechnie wykorzystywane w grafice komputerowej: zarówno w grach komputerowych, jak i w profesjonalnych programach służących do generowania bardzo realistycznych scen 3D.
Niniejszy kurs ma na celu zademonstrowanie jak uniwersalnym oraz potężnym narzędziem jest rachunek wektorowy. Głównym celem kursu jest zaznajomienie uczniów z zastosowaniami rachunku wektorowego w optyce. Na wstępie przypomniane zostaną podstawowe pojęcia z zakresu rachunku wektorowego (wektor, długość wektora, dodawanie i odejmowanie wektorów, mnożenie wektora przez skalar, iloczyn skalarny dwóch wektorów, kąt między dwoma wektorami, wektor jednostkowy). W dalszej części przedstawione zostanie sformułowanie podstawowych praw optyki (prawo odbicia światła oraz prawo załamania światła) w formalizmie wektorowym. W etapie późniejszym zostaną one wykorzystane do rozwiązania prostych zagadnień z zakresu optyki (wyznaczanie ogniskowej soczewki, badanie zjawiska aberracji sferycznej i chromatycznej). Końcowy etap kursu przewiduje zastosowanie pozyskanej wiedzy do rozwiązania bardziej złożonych problemów z zakresu śledzenia promieni (wyznaczanie zdolności skupiającej oraz określenie wad układu soczewek, badanie biegu promieni przez układ zwierciadeł i soczewek).
Metody dydaktyczne:
Kurs ma charakter zdalny i prowadzony będzie w formie kursu e-learningowego na platformie Moodle. Na platformie tej udostępnione zostaną materiały dydaktyczne niezbędne do zrozumienia omawianej tematyki. Zawarte w nich zostaną podstawowe informacje teoretyczne oraz przykładowe zadania wraz z rozwiązaniami. W trakcie trwania kursu uczniowie otrzymają także zadania do samodzielnego rozwiązania. Będą też mieli możliwość komunikacji i konsultacji z prowadzącym poprzez forum dyskusyjne i czat.
Certyfikat:
Uczniowie, którzy będą aktywnie uczestniczyć w e-zajęciach i zrealizują wymagane zadania potwierdzając nabytą wiedzę i pozyskane umiejętności otrzymają certyfikat ukończenia kursu na Politechnice Gdańskiej.
Prowadzący:
dr inż. Szymon Winczewski
Katedra Fizyki Ciała Stałego
Wydział Fizyki Technicznej i Matematyki Stosowanej
Politechnika Gdańska
Zapisy zamknięte
HARMONOGRAM
| Moduł | Temat | Zagadnienie | Liczba godzin (w tym pracy własnej) |
|---|---|---|---|
| I | 1 | Podstawy rachunku wektorowego | 2 |
| 2 | Zadania do samodzielnego rozwiązania | 2 | |
| II | 3 | Prawo odbicia światła - sformułowanie wektorowe | 2 |
| 4 | Zadania do samodzielnego rozwiązania | 2 | |
| III | 5 | Prawo załamania światła – sformułowanie wektorowe | 2 |
| 6 | Zadania do samodzielnego rozwiązania | 2 | |
| IV | 7 | Wyznaczanie ogniskowej soczewki | 2 |
| 8 | Zadania do samodzielnego rozwiązania | 2 | |
| V | 9 | Badanie zjawiska aberracji | 2 |
| 10 | Zadania do samodzielnego rozwiązania | 2 | |
| VI | 11 | Śledzenie promieni | 4 |
| VII | 12 | Zadania do samodzielnego rozwiązania | 4 |
Kurs e-learningowy poprowadzony zostanie na uczelnianej platformie Moodle Politechniki Gdańskiej: https://enauczanie.pg.edu.pl/moodle/
