גלים ואופטיקה: כרך ד'

תופעות גלויות ואופטיות הן אולי התופעות המרהיבות והדרמטיות ביותר שאליהן אנו נחשפים בחיי היומיום. האופי המיוחד של הצלילים של כלי נגינה, כמו כלי מיתר, קסילופון ותוף; גלי הים, ריצוד האור בקרקעיתה של בריכת שחייה, הצבעים של בועות סבון, תכלת השמים אודם השקיעה והקשת בענן; וכן רעידות אדמה, גלי צונאמי ונצנוץ הכוכבים בלילה – בתופעות הללו אנו נתקלים מדי יום.

גלים הם גם האמצעי העיקרי להעברת אינפורמציה ולחקירת העולם שסביבנו. אנחנו משתמשים בטלסקופים שקולטים גלי אור כדי ללמוד על גלקסיות רחוקות, בגלי רדיו – כדי לשלוח חלליות בלתי מאוישות לחלל, בסיבים אופטיים – לתקשורת בין המחשבים, בגלי מיקרו – כדי לדבר בטלפונים סלולריים, וכן בגלי רנטגן ובגלים על קוליים – כדי לקבל תמונות של איברים פנימיים בגופנו.

גלים ואופטיקה הוא ספר ללימוד עצמי שמספק תמונה מקיפה והסבר פיזיקלי ממצה של מגוון התופעות הגליות והאופטיות שאליהן אנו נחשפים בטבע ובעזרת אמצעים ביתיים פשוטים. בספר מוצגים הרעיונות הבסיסיים של תורת הגלים (החזרה ושבירה של גלים, נפיצה, עקיפה, התאבכות, קיטוב, ופיזור גלים), וטכניקות החישוב המרכזיות הדרושות לניתוח מערכות גליות (אנליזה הרמונית, הקירוב של אופטיקה גיאומטרית, וחישובי אינטגרלים בקירוב פאזה סטציונרית).

הספר מיועד לשמש כקורס בגלים ואופטיקה לתלמידי התואר הראשון, אבל הוא כולל נספחים ונושאים מתקדמים שמתאימים גם לקורסים המיועדים לתארים גבוהים (כגון גלים בתוך אלסטי, גלים סיסמיים, גלי פאראדיי, גלים פנימיים, עדשות גרביטציה, סימטריות חבויות, קירוב WKB, קוהרנטיות, שבירה כפולה, שבירה קונית, תורת הקטסטרופות, יחסי אונסגר, פעילות אופטית, ודיכרואיזם).

נספחים נוספים הכלולים בספר נועדו להרחיב את היריעה בנושאים הקשורים לאופן שבו אנו חווים את התופעות הגליות, כמו למשל אופן הפעולה של האוזן והעין, ההסבר הפיזיולוגי לשילובי צלילים הרמוניים, ותיאור מרחב הצבעים (קולורימטריה).

הרקע הדרוש ללימוד עצמי של הספר כולל קורסים בסיסיים בחשבון אינפיניטסימאלי, אלגברה ליניארית, מכאניקה, ואלקטרומגנטיות (חלק מהחומר מסוכם בנספחים). החלקים המתקדמים יותר בספר מצריכים ידע גם בפונקציות מרוכבות.