Klassisk fysik

Kursen behandlar den grundläggande klassiska fysiken såsom mekanik, termodynamik, elektromagnetism och optik. Här läggs grunden som behövs för fortsatta studier i fysik. Kursen är indelad i fem moment som kommer att examineras separat. Obligatoriska laborationer ingår i varje moment. De fem momenten består av: Mekanik I: 6 hp Mekanik 1 rivstartar med Einsteins speciella relativitetsteori som revolutionerade fysiken i början av 1900-talet och ledde till ny förståelse av rum och tid, massa och energi. Detta följs av studier av mer långsamma rörelser i en, två och tre dimensioner som kan beskrivas med Newtons lagar. Med den klassiska mekaniken, som formulerades redan på 1600-talet, kan de flesta makroskopiska fenomen som vi möter i vardagen förklaras. Viktiga begrepp såsom energi, rörelsemängd och impuls definieras. Termodynamik: 6 hp Termodynamiken som utvecklades på empirisk grund under 1700 och 1800 talen, långt innan atomteorin var etablerad, är en viktig teori för att beskriva makroskopiska system. Sambanden mellan fundamentala begrepp såsom energi, värme och tryck förklaras utifrån några få 'huvudlagar'. Termodynamiken är så pass generell att den kan beskriva så vitt skilda system som atomära gaser, 'the big bang', magneter och svarta hål. Även grundläggande statistisk mekanik kommer att introduceras. I denna teori använder man statistiska begrepp och metoder för att studera egenskaperna hos system som innehåller väldigt många partiklar. Den statistiska mekaniken ger en mikroskopisk förståelse av termodynamikens grundläggande begrepp som temperatur och entropi, och också en härledning av dess huvudlagar. Mekanik II: 6 hp Moment inleds med Einsteins relativitetsteori där vi undersöker hur storheter såsom massa, rörelsemängd och energi förändras när partiklar rör sig med väldigt höga hastigheter. I detta moment fördjupas sedan den klassiska mekaniken ytterligare. Stela kroppars rotation studeras och rörelsemängdsmoment introduceras. Vi kommer även att studera system i jämvikt, flödesmekanik och periodiska rörelser. Föremåls rörelse kan studeras utifrån olika koordinatsystem och vi kommer att se hur detta kan ge upphov till tröghetskrafter. Elektromagnetism: 7,5 hp I elektromagnetism förenas läran om elektriska och magnetiska fenomen. Här studeras hur elektriska laddningar ger upphov till elektriska fält som påverkar andra laddningar. Särskild vikt läggs på sambandet mellan elektriska och magnetiska krafter, hur en elektrisk ström alstrar ett magnetiskt fält (Amperes lag) och hur ett tidsberoende magnetfält ger upphov till en inducerad elektrisk spänning (Faradays lag), samt dessa sambands teknologiska betydelse. Elektriska DC och AC kretsar innehållande motstånd, kondensatorer och spolar kommer att studeras. Momentet ledar fram till Maxwells ekvationer på integralform som förklarar hur elektromagnetismen och optiken hänger samman. Vågrörelselära och optik: 4,5 hp Momentet inleds med studier av mekaniska vågor och ljudvågor. Vågekvationen tas fram för vågutbredning i en sträng. Med avstamp i Maxwells ekvationer fördjupas studierna av elektromagnetiska vågor och optik. Grundläggande begrepp såsom interferens, diffraktion och polarisation förklaras. Geometrisk optik studeras och används för att för att förstå några enkla optiska instrument.