Studiegids

nl en

Physics Experiments 1

Vak
2019-2020

Toegangseisen

Optica, Klassieke Mechanica a, Analyse 2 (na), Experimentele Natuurkunde

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

Na afloop van deze cursus kun je Periodieke verschijnselen beschrijven door middel van een Fourierreeks De coëfficiënten van een Fourierreeks uitrekenen en toepassen in een fysisch relevante context Eenvoudige differentiaalvergelijkingen opstellen bij elektronische, mechanische en optische natuurkundige verschijnselen De Fouriertransformaties van een aantal fysisch relevante functies zelfstandig uitvoeren Tijdafhankelijke signalen analyseren in het frequentiedomein door een Fourier transformatie toe te passen Eenvoudige fysische systemen modelleren in het tijddomein door de overdrachtsfunctie in het frequentiedomein te bepalen De analogie in de beschrijving van elektronische, mechanische en optische systemen benoemen en uitleggen Numeriek Fouriertransformaties uitvoeren m.b.v. Python en interpreteren De overdrachtsfuncties van eenvoudige elektronische filters kunnen berekenen en beschrijven door gebruik te maken van complexe impedantie en Bodeplots De overdrachtsfunctie van een aangedreven gedempte harmonische oscillator beschrijven en uitrekenen 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 Eenvoudige data acquisitie uitvoeren door hardware aan te sturen met behulp van Python Zelfstandig experimenten opzetten om de overdrachtsfunctie van een systeem te bepalen Verschillende bronnen van ruis identificeren en benoemen door gebruik te maken van het frequentiedomein Diffractie van enkelspleet, dubbelspleet en gratings uitleggen met behulp van Fouriertransformaties Fourierrelaties tussen k en x en ω en t benoemen

Algemene vaardigheden (soft skills)

De volgende algemene vaardigheden worden getraind in deze cursus:

  • Je leert na te denken in een ander domein dan het tijddomein.

  • Je leert nieuwe Pythonvaardigheden die je bij alle andere cursussen opnieuw in kunt zetten.

Rooster

Rooster

Onderwijsvorm

Practicum, college, werkcollege

Toetsing

Practicum, exam

Blackboard

Op Blackboard vindt men de handleidingen voor de proeven, de namen, tel nummer en emails van alle deelnemende studenten en assistenten en de meest recente versies van het rooster.
Voor toegang tot Blackboard is een ULCN-account nodig).Blackboard UL

Literatuur

Handleidingen

Contact

Contactgegevens Docenten: Dr. Jelmer Wagenaar) Dr.ir. Paul Logman)