Speciale relativiteitstheorie/klassieke mechanica 1

Special Theory of Relativity/Classical Mechanics 1

Studiewijzer 2023/2024

Globale inhoud

Twee hoofdonderwerpen worden bij dit vak behandeld: de klassieke mechanica van Newton, en de speciale relativiteitstheorie van Einstein. De klassieke mechanica beschrijft met behulp van gedetailleerde analyse de natuurkundige processen die we tegenkomen in het dagelijkse leven, bij lage snelheden. Veel van de concepten die worden behandeld tijdens dit deel van het college zijn van essentieel belang voor het begrijpen van alle vervolgvakken in de studie natuurkunde. De speciale relativiteitstheorie behandelt de relatieve beweging van objecten als de relevante snelheden in de buurt komen van de lichtsnelheid. De natuur blijkt dan totaal anders te werken dan onze intuitie!

Studiemateriaal

Literatuur

• D.C. Giancoli, 'Physics for Scientists and Engineers with Modern Physics', Pearson New International Edition, ISBN 1447965280, Pearson Higher Education, 2013. Let op: dit is de 4e editie, anders is de nummering van de vraagstukken fout.

Syllabus

• Collegedictaat

Leerdoelen

• Kennen van de twee postulaten ten grondslag liggen aan de speciale relativiteitstheorie.
• Afleiden en kunnen uitleggen door middel van gedachtenexperimenten hoe tijddillatatie en Lorentzcontractie tot stand komen.
• Toepassen van invariante ruimte-tijd intervallen.
• Toepassen van Minkowski diagrammen om gebeurtenissen in ruimte-tijd te interpreteren en uit te rekenen.
• Relativistisch optellen van snelheden.
• Essentiele stappen kunnen uitleggen van de afleidingen van relativistische energie en impuls.
• Transformeren van ruimte-tijd coordinaten en energie en impuls met behulp van de Lorentztransformaties en de Galileitransformaties.
• Eenvoudige problemen wiskundig oplossen met behulp van behoud van relativistische energie en impuls.
• Uitleggen van en berekeningen maken met het relativistische Doppler effect.
• Kennen van het SI system.
• Uitvoeren van een dimensionele analyse.
• Basisvaardigheden in het rekenen met vectoren. Kunnen optellen en aftrekken van vectoren en het gebruiken van het inproduct.
• Weten wat eenheidsvectoren zijn en waarvoor ze dienen.
• Het kunnen beschrijven van een eenparig versnelde beweging met behulp van vectoren.
• Het kennen van de drie wetten van Newton.
• Problemen wiskundig kunnen oplossen waarin zwaartekracht, normaalkracht, spankracht, wrijvingskracht, of een snelheidafhankelijke kracht een rol spelen.
• Kunnen beschrijven van positie, snelheid en versnelling in poolcoordinaten.
• Kunnen rekenen aan een eenparige cirkelbeweging met behulp van centripetaal krachten.
• Het kennen en kunnen uitrekenen van de begrippen Arbeid, Kinetische Energie, Potentiele Energie en Vermogen.
• Weten wat een conservatieve kracht is.
• Problemen oplossen waarin er sprake is van behoud van mechanische energie.
• Weten wat impuls is en impuls kunnen uitrekenen van een object.
• Het verschil weten tussen elastische en in-elastische botsingen.
• Het zwaartepunt van een system van objecten kunnen uitrekenen.
• Problemen oplossen met behulp van de wet van behoud van impuls.
• Weten wat hoeksnelheid en hoekversnelling van een object betekenen.
• Kennen van Newtons wetten voor draaiende objecten.
• Weten wat traagheidsmoment is en uitrekenen in eenvoudige gevallen.
• Toepassen van het parallelle assen theorema.
• Kunnen rekenen aan draaiende objecten met een traagheidmoment.
• Begrijpen van draaiimpulsmoment en toepassen van behoud van impulsmoment in eenvoudige gevallen.
• Uitproduct begrijpen, kunnen uitrekenen, en toepassen op effecten zoals precessie van een tol.

Onderwijsvormen

• Hoorcollege
• Werkcollege
• Zelfstudie

Algemeene vorm: hoorcollege en werkcollege, en korte video-clips die je van tevoren bekijkt bij de voorbereiding van de colleges.

De colleges en werkcolleges zijn op fysiek op het Science Park. In de eerste week zijn er twee colleges KM, daarna telkens 1 KM en 1 SRT (met bijbehorende werkcolleges). Op elk college volgt een werkcollege waar je vraagstukken gaat oefenen. 

Op Canvas wordt aangeven welke video's met basis-concepten je voor de colleges geacht wordt te bekijken ter voorbereiding (om tijdens de colleges meer tijd voor de complexere zaken te houden). Lees bij KM ook de stof zelf van tevoren door (hoofdstuk 1-4 van Giancoli voor het eerste college) die voor het college is aangeven, dan kan je ook beter vragen stellen. In het college wordt dieper op de onderwerpen ingegaan, worden voorbeeldvraagstukken behandeld, en quizzen gehouden. Zo studeer je dus: door het eerst zelf te bestuderen, vervolgens bij het college er actief mee bezig te zijn, en dan zelf vraagstukken te maken bij het werkcollege.

Voor de werkcolleges zit je in een groep (A t/m G): kijk dus goed uit dat je aan het juiste werkcollege deelneemt, want de tijden en locaties verschillen per groep! Bij het werkcollege zal de werkcollegedocent (TA of Teaching Assistant) een korte herhaling/samenvatting van de stof van die week geven.  Vervolgens gaan jullie zelf in groepen van 3-4 studenten aan de opgaven werken. De uitwerkingen van de opgaven komen een week later online. Meer details worden tijdens het werkcollege bekend gemaakt.

In week 4 en 6 volgt een tussentoets die samen voor 25% mee tellen (alleen in positieve zin) bij de tentamenuitslag voor je cijfer.

De colleges worden opgenomen en beschikbaar gesteld, net als de aantekeningen van de docenten tijdens het college (zie Canvas). 

Verdeling leeractiviteiten

Aanwezigheid

Aanwezigheidseisen opleiding (OER-B):

• Van elke student wordt actieve deelname verwacht aan het onderwijsonderdeel waarvoor hij staat ingeschreven. Een student die de eerste twee werkcolleges van een lesblok geen gebruik maakt van de werkcolleges, zal administratief uit de werkcollegegroep verwijderd worden. Een verzoek opnieuw ingeschreven te worden bij de werkcolleges kan ingediend worden bij de opleidingscoördinator.
• Als een student door overmacht niet aanwezig kan zijn bij een verplicht onderdeel van het onderdeel, dient hij dit zo snel mogelijk schriftelijk te melden bij de betreffende docent. De docent kan, eventueel na overleg met de studieadviseur, besluiten om de student een vervangende opdracht op te leggen.
• Het is niet toegestaan om verplichte onderdelen van een onderdeel te missen als er geen sprake is van overmacht.
• Bij kwalitatief of kwantitatief onvoldoende deelname, kan de examinator de student uitsluiten van verdere deelname aan het onderdeel of een gedeelte daarvan. Voorwaarden voor voldoende deelname worden van te voren vastgelegd in de studiewijzer.
• Ter uitbreiding van de bovenstaande regels geldt voor de vakken in het eerste semester van het eerste jaar dat een student bij minimaal 80% van de werkcolleges aanwezig dient te zijn. Bovendien moet worden deelgenomen aan eventuele tussentoetsen en verplicht gesteld huiswerk. Als niet aan deze verplichting is voldaan, wordt de student uitgesloten voor de herkansing van het bijbehorende vak. Studenten in het Dubbele Bachelor programma Wis- en Natuurkunde zijn vrijgesteld van deze plicht. In geval van persoonlijke omstandigheden, zoals in OER-A Artikel A-6.4 omschreven, wordt in overleg met de studieadviseur een afwijkend studieplan gemaakt.

Aanvullende eisen voor dit vak:

Het wordt sterk aangeraden altijd aanwezig te zijn bij het HC. Het WC is verplicht, en je mag maar 1 keer afwezig zijn (het wordt ook gecontroleerd en bijgehouden dat je aanwezig bent). Als je niet bij het WC kan zijn, dan dit melden bij je TA, en de reden. Als je een tweede keer afwezig bent vervalt het recht op het hertentamen. In het algemeen is de ervaring van de docent dat aanwezige studenten dit vak met goed gevolg afronden en afwezige studenten niet.

Toetsing

Tentamen is compenseerbaar met de tussentoetsen, maar alleen als het tentamencijfer >= 5.0 is.

Tussentoetsen tellen voor 25% mee, maar alleen als het cijfer daardoor hoger wordt.

Opdrachten

Zie de documentatie op Canvas en Datanose

Fraude en plagiaat

Dit vak hanteert de algemene 'Fraude- en plagiaatregeling' van de UvA. Hier wordt nauwkeurig op gecontroleerd. Bij verdenking van fraude of plagiaat wordt de examencommissie van de opleiding ingeschakeld. Zie de Fraude- en plagiaatregeling van de UvA: http://student.uva.nl

Weekplanning

Rooster

Het rooster van dit vak is in te zien op DataNose.

Aanvullende informatie

Aanbevolen voorkennis: VWO-NT.

Contactinformatie

Coördinator

• prof. dr. K.S.E. Eikema

Coordinator Kjeld Eikema geeft het college over klassieke mechanica, terwijl Flavia de Almeida Dias het speciale relativiteitstheorie gedeelte voor haar rekening neemt.

Docenten

• dr. Flavia de Almeida Dias (f.dealmeidadias@uva.nl)
• prof. dr. Kjeld S.E. Eikema (k.s.e.eikema@vu.nl)
• Thom de Boer (thom.tdb@hotmail.com)
• Vera van Hintum (veravanhintum@hotmail.nl)
• Daan Meuwissen (daanmeuwissen@gmail.com)
• Boris den Ouden (Boris.ouden@gmail.com)
• Emma Prins (emma.prins@student.uva.nl)
• Brecht Slootmaekers (brecht.slootmaekers@student.uva.nl)
• Simo van de Vosse (simo888@live.nl )