Toegangseisen
Experimentele Natuurkunde deel I en deel II moeten succesvol zijn afgerond.
Verder gaan we ervanuit dat je de volgende vakken succesvol hebt afgerond:
Optica, Klassieke Mechanica a, Analyse 1 en 2 (na)
Ook sluit het vak didactisch mooi aan wanneer AN3NA en Kwantummechanica 1 tegelijkertijd wordt gevolgd met dit vak.
Beschrijving
Het mooie van deze cursus is dat je een relatief eenvoudige methode leert om veel natuurkundige verschijnselen te kunnen beschrijven, oplossen en voorspellen.
Deze natuurkundige verschijnselen vertonen de eigenschap, dat de uitgang van het systeem lineair verandert in reactie op een kleine verandering van de ingang van het systeem (lineaire systemen). Dit soort verschijnselen worden in het tijddomein beschreven door een set gekoppelde lineaire differentiaalvergelijkingen. Bekijken we dit soort verschijnselen met behulp van de Fouriertransformatie in het frequentiedomein dan worden de differentiaalvergelijkingen gewone algebraïsche vergelijkingen die eenvoudig oplosbaar zijn.
Om te laten zien hoe belangrijk deze theorie is bij het doen van onderzoek worden in deze cursus naast de hoor- en werkcolleges practica gedaan, waarin de theorie in de praktijk zichtbaar gemaakt en toegepast wordt. Zowel in de werkcolleges als in de practica wordt gebruik gemaakt van Python.
In de werkcolleges leer je de discrete Fouriertransformatie te implementeren en daarmee natuurkundige verschijnselen te modelleren.
In de practica wordt je Python kennis verder verdiept op het gebied van het ontwerpen van een graphical user interface (GUI) en object georiënteerd programmeren (OOP). Verder leer je hoe je in Python experimenten kunt aansturen, data kunt uitlezen en daarmee overdrachtsfuncties kunt meten met behulp van de MyDAQ.
Op deze manier leer je zowel in theorie als in praktijk een krachtige theorie kennen die je bij veel natuurkundige verschijnselen kunt toepassen.
Deze cursus behandelt de volgende onderwerpen in een fysisch relevante context:
Fourierreeks & Fouriertransformatie
Discrete Fouriertransformatie
Omzetten van tijddomeinsignalen naar frequentiedomeinsignalen en omgekeerd
Signaalanalyse van tijdafhankelijke signalen in het frequentiedomein
Opstellen en oplossen van lineaire differentiaalvergelijkingen voor fysische verschijnselen
Complexe impedantie van elektronische en mechanische componenten (weerstand, spoel, condensator, demping van een veer, massa, veerconstante)
Overdrachtsfuncties & Bodeplots voor mechanische systemen (filters & harmonische oscillatoren)
Overdrachtsfuncties & Bodeplots voor elektronische systemen (filters & harmonische oscillatoren)
Overdrachtsfuncties voor optische systemen (enkelspleet, dubbele spleet & gratings)
Fourierrelaties
Leerdoelen
Leerdoelen die via het tentamen worden getoetst:
Je kunt na afsluiting van dit vak:
De coëfficiënten van een Fourierreeks uitrekenen van fysisch relevante periodieke functies
De Fourier Transformaties uitrekenen van fysisch relevante functies
De voorwaarden en verschillen benoemen van de verschillende soorten Fouriertransformaties
Eenvoudige differentiaalvergelijkingen opstellen bij mechanische en elektronische natuurkundige verschijnselen
Eenvoudige fysische systemen modelleren in het tijddomein door de overdrachtsfunctie in het frequentiedomein te bepalen
De overdrachtsfuncties van eenvoudige elektronische filters berekenen en beschrijven door gebruik te maken van complexe impedantie en Bodeplots
De overdrachtsfunctie van een aangedreven gedempte harmonische oscillator berekenen en beschrijven door gebruik te maken van Bodeplots en de analogie met elektronische systemen
De overdracht van een systeem van tijdsafhankelijke signalen analyseren in het frequentiedomein door een Fouriertransformatie toe te passen
Diffractie van o.a. configuraties zoals de enkelspleet en dubbelspleet uitleggen met behulp van de Fourier Transformatie
Leerdoelen die via het practicum worden getoetst:
Na het succesvol afronden van het practicum kun je:
Numeriek Fouriertransformaties uitvoeren m.b.v. Python en interpreteren
Het gedrag van lineaire systemen numeriek modelleren en voorspellen door gebruik te maken van Fouriertransformaties en overdrachtsfuncties
Een eenvoudige graphical user interface (GUI) opzetten in Python (optioneel)
Eenvoudige data acquisitie uitvoeren door hardware aan te sturen in Python
Zelfstandig experimenten opzetten om de overdrachtsfunctie van een systeem te bepalen
Algemene vaardigheden
Je leert na te denken in een ander domein dan het tijddomein met de bijbehorende mathematische vaardigheden.
Je leert nieuwe Pythonvaardigheden die je bij alle andere cursussen opnieuw in kunt zetten.
Je leert te benoemen waar in het vervolg van je natuurkunde opleiding de Fourierrelaties terugkomen.
Rooster
Rooster
Voor gedetailleerde informatie ga naar Timetable in Brightspace
Onderwijsvorm
Practica, colleges (colleges zijn in het Nederlands)
Zie Brightspace
Toetsing
Practicum, exam, assignments (all in English)
Brightspace
Registratie voor Brightspace verloopt via uSis d.m.v inschrijving voor een studieonderdeel (tentamen) met studieactiviteit
Literatuur
Reader PE1 (in het Engels) zal beschikbaar worden gemaakt voor de studenten.
Contact
Voor het tentamengedeelte van het vak: Dr. Jelmer Wagenaar
Voor het practicumgedeelte van het vak: Dr.ir. Paul Logman