Το μάθημα Φυσική ΙΙΙ (Κυματική) εισάγει τον σπουδαστή στα βασικά φαινόμενα των ταλαντώσεων και των κυμάτων, και επιχειρεί μία εμβάθυνση με τη βοήθεια παραδειγμάτων και εφαρμογών. Επίσης, επιδιώκει να παρουσιάσει τον ενιαίο χρακτήρα των κυματικών φαινομένων από διαφορετικές περιοχές της Φυσικής και της Τεχνολογίας (Μηχανική, Ηλεκτρομαγνητισμό, Ακουστική, Οπτική, κ.α.)

Το πρώτο μέρος του μαθήματος έχει ως αντικείμενο τον αρμονικό ταλαντωτή (χωρίς, και με απώλειες), καθώς και τον αρμονικό ταλαντωτή με απώλειες, η κίνηση του οποίου συντηρείται με εξωτερική συνεχή (ή παλμική) διέγερση, και τα αντίστοιχα φαινόμενα συντονισμού, (μεγιστοποίηση της απόκρισης του συστήματος καθώς μεταβάλλεται η συχνότητα της εξωτερικής διέγερσης).

Το δεύτερο μέρος του μαθήματος αναλύει την κίνηση συστημάτων που αποτελούνται από συζευγμένους αρμονικούς ταλαντωτές. Εισάγεται και χρησιμοποιείται η έννοια του κανονικού τρόπου ταλάντωσης, και περιγράφεται η γενικώτερη δυνατή κίνηση του συστήματος ως γραμμικός συνδυασμός των κανονικών τρόπων ταλάντωσης.

Στο τρίτο μέρος του μαθήματος αναλύεται η κίνηση συνεχών ελαστικών συστημάτων σε μία διάσταση (χορδή) και παράγεται η κυματική εξίσωση. Επιλύεται η κυματική εξίσωση για τις περιπτώσεις οδευόντων και στάσιμων κυμάτων. Στα οδεύοντα κύματα μελετώνται τα φαινόμενα ανάκλασης και διάδοσης στα σημεία με ασυνέχεια του ελαστικού μέσου. Στα στάσιμα κύματα μελετώνται οι κανονικοί τρόποι ταλάντωσης του συνεχούς ελαστικού μέσου, περιγράφεται η γενικώτερη δυνατή κίνηση του ελαστικού μέσου ως γραμμικός συνδυασμός των κανονικών τρόπων ταλάντωσης, και εισάγονται οι μέθοδοι της ανάλυσης Fourier. Αποδεικνύονται τα θεωρήματα εύρους ζώνης. Εισάγεται η έννοια της φασικής και της ομαδικής ταχύτητας, η έννοια της σχέσης διασποράς, και αναλύονται τα φαινόμενα διασποράς

Στο τέταρτο μέρος του μαθήματος παράγεται η κυματική εξίσωση για συνεχή ελαστικά μέσα δύο διαστάσεων (μεμβράνες) και αναλύονται τα αντίστοιχα φαινόμενα των οδευόντων και των στάσιμων κυμάτων, εισάγεται η έννοια του εκφυλισμού και της πυκνότητας καταστάσεων. Στη συνέχεια, από τις εξισώσεις Maxwell, παράγεται η κυματική εξίσωση (σε τρεις διαστάσεις) για το ηλεκτρομαγνητικό κύμα, και μελετώνται φαινόμενα συμβολής και περίθλασης καθώς και (συνοπτικά) τα φαινόμενα ανάκλασης, διάθλασης, πόλωσης, (τα οποία αποτελούν αντικείμενο αναλυτικής παρουσίασης στο μάθημα της Οπτικής, του 5^ου εξαμήνου)

 Φυσική ΙΙΙ (Κυματική) (9.4.05.3.1.9) 

Το μάθημα συνοδεύεται από εργαστήρια (4 Ασκήσεις / Σπουδαστή, 2 ώρες κάθε Άσκηση)

1) Ingard, "Κύματα και Ταλαντώσεις, (Αρχές και Εφαρμογές)", Πανεπιστημιακές εκδόσεις Ε.Μ.Π.

2) Pain, "Φυσική των ταλαντώσεων και των κυμάτων", Εκδόσεις GUTENBERG (6η Έκδοση, 2020).

3) Crowford, "Κυματική", (΄Μαθ. Φυσικής Παν/μίου Berkeley, 3ος Τόμος), (Εκδ. Συμμετρία, Εκδ. Ε.Μ.Π.) (εξαντλημένο, μόνο στη Βιβλιοθήκη)

4) Αλεξόπουλος, Κατσούφης, "Κυματική, Κβαντική και Στατιστική Φυσική (παραδείγματα και προβλήματα)", Εκδόσεις Παπαζήση

5) French, "Vibrations and Waves", (The M.I.T. Indriductory Physics Series)

6) Main, "Vibrations and Waves in Physics", (3rd Edition, Cambridge University Press

Το Εργαστήριο του μαθήματος συνεισφέρει στο βαθμό κατά 20% (για 4 Εργαστηριακές Ασκήσεις, και αναλόγως, για λιγότερες), στην Κανονκή και Επαναληπτική Εξέταση των σπουδαστών του 3ου εξαμήνου. Οι σπουδαστές των μεγαλύτερων εξαμήνων (>3) βαθμολογούνται με το 100% του γραπτού τους

 Επίσης, θα αναρτηθούν 3 ή 4 Σειρές Ασκήσεων (για τους σπουδαστές όλων των εξαμήνων)

Οι σπουδαστές που θα απαντήσουν σε όλες τις Σειρές λαμβάνουν bonus 1 βαθμό.

Τελικό γραπτό διαγώνισμα με κλειστά βιβλία και επαρκές τυπολόγιο στα θέματα.

Γιάννης Ράπτης,  Καθηγητής Σχολής ΕΜΦΕ

Γραφείο 009, Ισόγειο κτηρίου Φυσικής (τηλ. 210-7723044)

http://users.ntua.gr/yraptis 

Simple Harmonic Oscillator (free, dumped, forced), Dumping, Forced oscillations, Complex Impedance –Resonance effects. Coupled Oscillators, Normal modes, Systems with many degrees of freedom, Periodic system, Electrical Oscillations. Waves in 1-dimensional  continuous media, Wave-differential equation in 1-dimension, Traveling waves, Standing waves, Reflection, transmission, in discontinuities. Dispersion, Wave-packets, Phase- and Group- velocities, Surface waves in liquids. Fourier methods, Bandwidth theorem, Finite elastic medium-Fourier series, Infinite elastic medum-Fourier Integral, Bandwidth theorems and Uncertainty Principle. Waves in 2-dimensional continuous media, Wave-differential equation in 2-dimensions, Standing waves in 2-D, Degeneracy, Density of States, Traveling waves in 2-D, Reflection-transmission, Wave-guiding. Waves in 3-dimensional elastic media (acoustic, electromagnetic); Polarization, Fresnel coefficients, Acoustic waves, Electromagnetic waves, Polarization, Fresnel coefficients. Interference, Diffraction (general principles), Wavefront-splitting interference, Amplitude-splitting interference, Fraunhofer diffraction

Δευτέρα 12:45-14:30, Διάλεξη 

Τρίτη 8:45-10:30, Διάλεξη  

Εργαστήριο: Παρασκευή, 11:00-12:30, 15:00-16:30, με ΦΥΣΙΚΗ ΠΑΡΟΥΣΙΑ

(σύμφωνα με τη κατανομή "σπουδαστών-εργαστηριακών ασκήσεων" που θα ανακοινωθεί)