1. Fields and Waves Fundamentals

Dieses Kapitel vertieft die grundlegenden Konzepte von Feldern und Wellen, beginnend mit einer Erklärung von Skalar- und Vektorfeldern, einschließlich Gravitations- und elektrischer Felder. Er untersucht, wie sich Felder durch partielle Derivate in Raum und Zeit verändern und stellt Schlüsseloperatoren wie Gradient, Divergenz, Curl und Laplacian vor. Anschließend werden integrale Operatoren und ihre Anwendungen diskutiert, gefolgt von einer detaillierten Untersuchung elektromagnetischer Feldgleichungen, einschließlich Maxwells Gleichungen und ihrer Auswirkungen auf die Wellenausbreitung. Fluidodynamische Felder und die Navier-Stokes-Gleichungen werden ebenfalls behandelt, wobei der Übergang von Feldern zu Wellen hervorgehoben wird. Das Kapitel erklärt außerdem die d 'Alembert-Gleichung und ihre Lösungen und zeigt, wie Störungen in Feldern Wellen erzeugen. Es bietet Einblicke in elektromagnetische Wellen, ihre Orthogonalität und den Poynting-Vektor, der den Energiefluss beschreibt. Mechanische Wellen auf elastischen Medien wie String-Vibrationen und akustische Wellen werden ebenso untersucht wie ihre Parameter und Wechselwirkungen. Das Kapitel behandelt auch Techniken der Wellenvisualisierung, Interferenzmuster und die Prinzipien von Huygens und Beugung. Es schließt mit einem Überblick über Wellenwechselwirkungen mit Aperturen und Hindernissen, Polarisation und die Prinzipien von Laserquellen, einschließlich ihrer Anwendungen und der Messung von Zeitverzögerungen zwischen Wellen.