TFYA15 Fysikaliska modeller (8hp) Kursinformation vt2, 2014

Transkript

1 TFYA15 Fysikaliska modeller (8hp) Kursinformation vt2, 2014 Övergripande mål Målet med denna del av kursen är att du individuellt och i grupp ska kunna behandla grundläggande delar av den klassiska mekaniken. Kursen ska ge kunskaper i att använda, bedöma och skapa modeller av förlopp relaterade till detta område av fysiken. Efter kursen ska du kunna behandla grundläggande mekanikproblem med hjälp av rörelselagar, kraftlagar, energiprinciper eller momentekvationer inom vart och ett av delområdena: Partikelmekanik. Partikelsystemmekanik och statik, Mekanisk svängningsrörelse och vågrörelse. Förkunskaper och påbyggnad I fysiken används mycket matematik. I denna kurs behöver du ständigt använda dig av det du lärt dig på gymnasiet, i den matematiska grundkursen och i del 1 av envariabelanalysen. Det är inte absolut nödvändigt att vara klar med tidigare tentor men du får vara beredd på att flitigt använda matematiken från tidigare kurser. Vi behöver också moment från del 2 av envariabelanalysen som läses parallellt med denna kurs. I några fall tar vi också upp andra matematiska begrepp (bla. relaterade till vektorer). Kursen har en naturlig fortsättning i termin 4 då ni läser TFYA49 Elektromagnetism teori och tillämpning. Det finns också möjlighet att bygga på med kurser i Modern fysik och Halvledarteknik. Organisation Kursens startsida: Lisam: Grundutbildning IFM: (Här finns info om kursexpeditionens öppettider, kursadministrativ personal etc.) Kursplanen i studiehandboken: Föreläsningar och lektioner I denna del av kursen ingår ca 16 föreläsningar och 8 lektioner (á 2 timmar). På föreläsningarna tar vi upp viktiga begrepp och samband från mekaniken. Som exempel tittar vi på flera grundläggande problem. Föreläsningarna är en sammanfattning men även ett komplement till respektive avsnitt i kurslitteraturen. Det förutsätts att du läst aktuellt avsnitt i kursboken innan respektive föreläsning (se under examination). Föreläsningspresentationer (pdf) kommer att läggas upp på Lisam efterhand, och de kopieras även upp och delas ut i samband med föreläsningarna. Det är starkt rekommenderat att du har tillgång till presentationerna (på papper eller elektroniskt) under föreläsningarna. För varje avsnitt kommer det att finnas ett antal rekommenderade övningar/problem. Vi löser vissa av dessa på föreläsningarna och lektionerna. På lektionerna finns även möjlighet för dig att redovisa problem (se under examination) samt till diskussioner om sådant ni kanske kört fast på. Övriga problem tar du dig an själv. Dessutom har ni som vanligt basgruppsmöten (vanligtvis 2 per vecka) där ni bland annat arbetar med vinjetter kopplade till denna kurs. Två tillfällen är också schemalagda för (frivilliga) duggor (se under examination).

2 Undervisningsformen innebär att det är relativt få schemalagda tillfällen. Det ligger därför ett stort ansvar på dig som student att du arbetar flitigt, både i basgruppen och individuellt. Det är framförallt mycket viktigt att ni arbetar med många övningsuppgifter för att träna på begreppen. Examination och TRP Examinationen består av tre moment: Basgruppsarbete (BAS1, 3 hp; U,G) Terminens vinjetter som är relaterade till kursen examineras genom detta moment. Varje vinjett bearbetas under 2 till 3 basgruppstillfällen, vinjetten Spelfysik knoppas av till ett projekt som redovisas vid ett schemalagt tillfälle under slutet av vt2. För godkänt på BAS1 krävs som vanligt aktiv medverkan i basgruppsarbetet. Problemlösning (UPG2, 1,5 hp; U,G) Förutom sedvanlig del i basgruppsmomentet är redovisning av vinjetten/projektet "Spelfysik" kopplad till momentet UPG2. För att bli godkänd på momentet ska; - gruppen presentera idén och det färdiga programmet vid ett möte i slutet av perioden. Vid mötet närvarar alla i basgrupperna, basgruppshandledare, kursansvariga, terminsansvarig och andra intresserade. - en kort redovisning av spelet inklusive listor på koden överlämnas till terminsansvarig. Speciellt de delar av koden som beskriver den fysikaliska rörelsen ska redovisas i detalj. Alla i basgruppen ska delta i spelprojektet. En skriftlig tentamen (TEN1, 3,5 hp; U,3,4,5). Den skriftliga tentamen är indelad i två delar på vardera 3 uppgifter och 30p. De 6 uppgifterna ger alltså totalt 60p. Skrivtiden är 5 timmar. För godkänt (betyg 3) krävs 30 poäng. För betyg 4 krävs 38 poäng. För betyg 5 krävs 48 poäng. Upp till 12 TillgodoRäknade Poäng (12 TRP) kan erhållas för att användas på tentamen: - genom att korrekt besvara förberedelsefrågor innan respektive avsnitt i kursen (max 4 TRP). Förberedelsefrågorna som är 30 till antalet är baserade på kurslitteraturen och kommer att kunna besvaras i Lisam innan respektive avsnitt tas upp på föreläsningarna. TRP erhålles enligt: 9 rätta svar 1 TRP 19 rätta svar 3 TRP 14 rätta svar 2 TRP 24 rätta svar 4 TRP - genom att individuellt redovisa uppgifter på lektionerna (max 4 TRP). Vid lektionens början kryssar ni i vilka uppgifter som ni är beredda på att lösa framme vid tavlan. Vid varje tillfälle avgör lottning vilka som får redovisa. 9 kryss 1 TRP 19 kryss 3 TRP 14 kryss 2 TRP 24 kryss 4 TRP

3 - från två frivilliga duggor (totalt max 8 TRP). Duggorna består av 10 flervalsfrågor. Skrivtiden är 1 timma. På varje dugga kan TRP erhållas enligt: # rätt TRP Om alla TRP summeras enligt ovan blir resultatet 16. Dock kan max 12 TRP erhållas. Dina TRP adderas till resultatet på tentamens första del (uppgift 1-3) upp till max 30p. Dina TRP kommer att rapporteras in under kursmomentet KTR1. Observera att vissa examinationsuppgifter kommer att ha tydliga kopplingar till de vinjetter ni arbetat med under terminen. Detaljerad information om poänggränser, tillåtna hjälpmedel etc. finns på tentornas försättsblad. De tre senaste tentorna finns tillgängliga i Lisam. Detaljerad målbeskrivning (Mekanikdelen) Målbeskrivningen är uppdelad i tre nivåer: 1. Nivå 1 beskriver sådant som är centralt för kursen och som ni ska vara väl förtrogna med. 2. Nivå 2 beskriver sådant som ni ska vara förtrogna med. Detta kan studeras i mer detalj efter en genomgång av målen i nivå Nivå 3 beskriver sådant som ni kan bekanta er med i mån av tid och intresse. En ungefärlig uppskattning av vad inlärda mål på de olika nivåerna bör ge för betyg: Nivå 1 - betyg 3 eller 4; Nivå 1 och 2 betyg 4 eller 5; Nivå 1,2 och 3 betyg 4 eller 5. I. Partikelkinematik 1. Begrepp och samband relaterade till: läge, tid, medelhastighet, momentanhastighet, medel-acceleration och momentan-acceleration. Rätlinjig rörelse och hur denna kan beskrivas med hjälp av ett rektangulärt koordinatsystem. Rörelseekvationerna för partiklar med konstant fart och konstant acceleration, och hur de används för tex. fallrörelse och projektilbanor. Begreppet relativ rörelse i samband med Galileisk transformation. 3. Begreppet relativ rörelse i samband med Lorentztransformation. II. Partikelkinetik - kraft 1. Begrepp och samband relaterade till Newtons första lag, massa, rörelsemängd, kraft, impuls, Newtons andra lag, och Newtons tredje lag. Hur modelltänkandet realiseras i kinetikproblem genom att frilägga objekt, införa de krafter som verkar och sedan tillämpa Newtons andra lag. Begrepp och samband relaterade till gravitationslagen och gravitationskraft. Hur Newtons lagar används i tillämpningar med friktionskraft, tyngdkraft, normalkraft och fjäderkraft. 2. Hur Newtons lagar används i tillämpningar med luftmotstånd och repkrafter. III. Partikelkinetik - energi 1. Begrepp och samband relaterade till: arbete, kinetisk energi, effekt, konservativ kraft, potentiell energi, potentialkurvor och bevarande av mekanisk energi. Hur bevarandet av mekanisk energi används i tillämpningar med tyngdkraft, fjäderkraft och andra konservativa krafter.

4 IV. Partikelrotation 1. Begrepp och samband relaterade till: vinkel, vinkelhastighet, vinkelacceleration samt tangentiell/radiell acceleration. Cirkulär rörelse och hur denna kan beskrivas med hjälp av ett cylindriskt koordinatsystem. Begrepp och samband relaterade till: rörelsemängdsmoment, kraft-moment, och Newtons andra lag för rotationsrörelse och hur dessa lagar används i tillämpningar med likformig cirkulär rörelse. 2. Keplers lagar. V. Partikelsystem och kollisioner 1. Begrepp och samband relaterade till: mångpartikelsystem, stelkroppar, masscentrum, total rörelsemängd, rörelsemängdens bevarande, totalt rörelsemängdsmoment, rörelsemängdsmomentets bevarande, och partikelsystems kinetiska energi. Hur rörelsemängdssambanden och energi-sambanden används för att behandla totalt elastiska och oelastiska endimensionella kollisioner. 2. Hur rörelsemängdssambanden och energisambanden används för att behandla totalt elastiska och oelastiska kollisioner i 2 och 3 dimensioner. VI. Stelkroppsrotation 1. Begrepp och samband relaterade till: tröghetsmoment, nettokraftmoment, rotationsarbete och kinetisk rotationsenergi. Hur dessa begrepp används för att beskriva stela kroppars rotation kring en fix axel. Begrepp och samband relaterade till: jämvikt, statisk jämvikt, och gravitationscentrum. 3. Gyroskopisk rörelse. VII. Oscillationsrörelse 1. Begrepp och samband relaterade till: amplitud, periodtid, frekvens, vinkelfrekvens, och faskonstant samt att kunna använda dem för att beskriva enkel harmonisk rörelse, elastisk oscillation, matematisk pendel och fysikalisk pendel. 2. Att använda ovanstående begrepp och samband för att beskriva dämpad oscillationsrörelse samt tvungen oscillationsrörelse och resonans. VIII. Mekanisk vågrörelse 1. Begrepp och samband relaterade till; harmonisk planvåg, transversell våg, longitudinell våg, våglängd, repetens, vinkelrepetens, fas, utbredningshastighet, vågors energi, och vågor intensitet, samt att använda dem för att beskriva enkla harmoniska vågrörelser i fasta material. 2. Begrepp och samband relaterade till: superposition, destruktiv och konstruktiv interferens, stående vågor. Begrepp och samband relaterade till: vågekvationen, fashastighet, och grupphastighet.

5 Kurslitteratur Randall D. Knight, Physics for Scientists and Engineers A strategic approach (3e) Föreläsningspresentationer och övrigt material (via Lisam) Notera: - huvudboken (Knight) kommer ni även att kunna ha användning av i den kommande kursen i elektromagnetism. Kurspersonal Kursansvarig/föreläsningar: Fredrik Karlsson, freka@ifm.liu.se, , Fysikhuset G326 Lektioner: Björn Luundqvist, bjlun@ifm.liu.se, , Fysikhuset G433 Terminsansvarig: Fredrik Karlsson, freka@ifm.liu.se, , Fysikhuset G326 Kursadministratör: Agne Virsilaite Maras, agne.virsilaite.maras@liu.se, , Fysikhuset G216 Studierektor: Magnus Johansson, majoh@ifm.liu.se, , Fysikhuset G307 Välkomna till en förhoppningsvis givande kurs! Fredrik