Speciale relativiteitstheorie/klassieke mechanica 1

Special Theory of Relativity/Classical Mechanics 1

Eigenaar	Bachelor Natuur- en Sterrenkunde (joint degree)
Coördinator	prof. dr. K.S.E. Eikema
Onderdeel van	Dubbele bachelor Wis- en Natuurkunde, jaar 1Bachelor Natuur- en Sterrenkunde (joint degree), jaar 1Bachelor Bèta-gamma, major Natuurkunde, jaar 2

Studiewijzer 2020/2021

Globale inhoud

Twee gescheiden onderwerpen 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. 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.

• Aanbevolen: B.W. Carroll en D.A. Ostlie, 'An introduction to modern astrophysics', Addison Wesley/Pearson Education.

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

Hoorcollege en werkcollege, en korte video-clips die je van tevoren bekijkt bij de voorbereiding van de colleges.

Door het corona virus is het dit jaar anders dan normaal. De colleges zijn allemaal online, via Zoom. De werkcolleges zijn deels op de campus, deels online (zie datanose wanneer dat is, en let op je groep!). Voor de links naar de Zoom colleges / werkcolleges, kijk op de Canvas website, bij ons vak Speciale Relativiteitstheorie (SRT) en Klassieke Mechanica (KM). Klik links-onderaan op de tab "Zoom"; daar vind je de links voor het college. Installeer zelf de Zoom app op je computer/tablet voor een betere werking van Zoom ('Zoomen' kan via een browser, maar dat is minder goed). De video-clips die je van tevoren bekijkt worden aangekondigd op Canvas.

Zorg ervoor dat je aan de Zoom sessies kan deelnemen met een werkende webcam/ingebouwde camera, dat is vooral van belang bij het werkcollege. Probeer Zoom zelf eerst uit. Veel opties kan je in je eentje testen. Je kunt ook via Zoom contact maken met medestudenten etc. Er is een ‘Zoom etiquette’ die je kunt vinden op Canvas.

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 online-colleges meer tijd voor de complexere zaken te houden). Lees bij KM ook de stof zelf van tevoren door 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 opgave behandelen als voorbeeld en herhaling van de stof.  Vervolgens gaan jullie zelf in groepen van 4 studenten aan de opgaven werken. Omdat interactie moeilijk blijft online zal er de mogelijkheid zijn om die opgaven te uploaden (1 file met opgaven per groepje van 4, dus onderling uitmaken wie het upload) in Canvas ter beoordeling van de werkcollegedocent die er dan algemeen commentaar bij schrijft. De uitwerkingen van de opgaven komen een week later online. Meer details worden tijdens het werkcollege bekend gemaakt.

Omdat dit jaar een unieke situatie is, en ineens alles anders moet dan vorige jaren, kan het zijn dat de werkwijze t.o.v. bovenstaande nog aangepast wordt om jullie zo goed mogelijk onderwijs te geven. Dat wordt dan tijdens colleges en/of op Canvas bekend gemaakt.

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

Verdeling leeractiviteiten

Academische vaardigheden

Inhoud en vaardigheden

Twee onderwerpen worden bij dit vak behandeld die veel met elkaar te maken hebben, maar toch ook heel anders zijn: de klassieke mechanica van Newton en de speciale relativiteitstheorie van Einstein. De klassieke mechanica beschrijft met behulp van gedetailleerde analyse de natuurkundige processen (zoals beweging en rotatie) die we tegenkomen in het dagelijkse leven. De speciale relativiteitstheorie behandelt wat er gebeurt als de relatieve beweging van objecten in de buurt komt van de lichtsnelheid. De natuur blijkt dan totaal anders te werken dan onze intuitie! Veel van de concepten die worden behandeld tijdens de colleges zijn van essentieel belang voor het begrijpen van alle vervolgvakken in de studie natuurkunde. 

Dit vak vormt dus de basis voor vele andere binnen het curriculum, en het is daarom van groot belang om de behandelde onderwerpen echt goed te begrijpen, en goed te oefenen met het hanteren van de concepten en het oplossen van vraagstukken.

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 electronisch gecontroleerd dat je bij de Zoom sessies aanwezig bent). Bij de tweede keer 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

Onderdeel en weging	Details
Eindcijfer
0.125 (100%) Deeltoets 1

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

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.

Verwerking vakevaluaties

Hieronder vind je de aanpassingen in de opzet van het vak naar aanleiding van de vakevaluaties.

Contactinformatie

Coördinator

• prof. dr. K.S.E. Eikema

Coordinator Kjeld Eikema geeft het college over klassieke mechanica, terwijl Alejandra Castro-Anich het speciale relativiteitstheorie gedeelte voor haar rekening neemt.

Docenten

• dr. Alejandra Castro Anich (a.castro@uva.nl)
• prof. dr. Kjeld S.E. Eikema (k.s.e.eikema@vu.nl)
• Maaike Lieneke Bakker (mlbakker1999@gmail.com)
• Hidde Damsma (hidde.damsma@hotmail.com)
• Annika van den Brink (annika.vandenbrink@gmail.com)
• Niels van Hese (niels.vanhese@student.uva.nl)
• Max Jaarsma (maxjaarsma@hotmail.com)
• Maris Koopmans (maris@vrijheid.net)
• Steven Lageveen (stevenmax888@gmai.com
• Stan J.J. de Lange (stan.delange@gmail.com)
• Robbie Šcoravić (robbie-sko@hotmail.com)