Toegangseisen
Experimentele natuurkunde deel 1 en 2. Voorkennis van Optica, Klassieke Mechanica a, Analyse 1 (NA) en Analyse 2 (NA). Het gelijktijdig volgen van Analyse 3 NA (Gewone Differentiaalvergelijkingen) en Quantum Mechanica 1 heeft didactische meerwaarde.
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
In MyTimetable kun je alle vak- en opleidingsroosters vinden, waarmee jij je persoonlijke rooster kunt samenstellen. Onderwijsactiviteiten waarvoor je je via MyStudyMap hebt ingeschreven, worden automatisch in je rooster getoond.
Daarnaast kun je My Timetable gemakkelijk koppelen aan een agenda-app op je telefoon en worden roosterwijzigingen automatisch in je agenda doorgevoerd; bovendien ontvang je desgewenst per e-mail een notificatie van de wijziging. Je kunt notificaties aanzetten bij Instellingen, nadat je bent ingelogd.
Vragen? Bekijk de video, lees de instructie of neem contact op met de ISSC helpdesk.
Let op: Joint Degree studenten Leiden/Delft dienen de informatie uit de Leidse en Delftse MyTimetables samen te voegen om een volledig rooster te zien. Deze video legt uit hoe dat werkt.
Onderwijsvorm
Practica, colleges (colleges zijn in het Nederlands)
Zie Brightspace
Toetsing en weging
Practicum, exam, assignments (all in English)
Literatuurlijst
Reader PE1 (in het Engels) zal beschikbaar worden gemaakt voor de studenten.
Inschrijven
Als student ben je zelf verantwoordelijk voor het tijdig inschrijven via MyStudyMap.
In deze korte video zie je stap voor stap hoe je je kunt inschrijven voor cursussen in MyStudyMap.
Uitgebreide informatie over de werking van MyStudyMap vind je hier.
Er zijn twee inschrijfperiodes per jaar:
de inschrijving voor het najaar opent in juli
de inschrijving voor het voorjaar opent in december
Zie deze pagina voor meer informatie over deadlines en inschrijven voor vakken en tentamens.
Let op:
Het is verplicht om je in te schrijven voor alle activiteiten die je gaat volgen van een vak.
Je inschrijving is pas voltooid wanneer je je cursusplanning indient in het tabblad ‘Klaar voor inschrijving’ door op ‘indienen’ te klikken.
Niet ingeschreven zijn voor een (her)tentamen betekent dat je niet mag deelnemen aan het (her)tentamen.
Contact
Voor het tentamengedeelte van het vak: Prof.dr.ir. T.H. Oosterkamp
Voor het practicumgedeelte van het vak: Dr.ir. Paul Logman
Opmerkingen
Software
Vanaf collegejaar 2024/2025 werkt de faculteit Wiskunde en Natuurwetenschappen met het software distributieplatform Academic Software. Via het platform kun je toegang krijgen tot de software die je nodig hebt voor bepaalde vakken in je studie. Voor sommige software moet je laptop aan bepaalde systeemeisen voldoen. Dit staat aangegeven bij de software. Belangrijk is dat je de software installeert voor de start van het vak. Meer informatie over het laptopprofiel vind je op de studentenwebsite.