Physics with Astronomy BSc (Hons)

The University of Nottingham

Deze module laat je kennismaken met belangrijke gebieden van de natuurkunde die verder gaan dan die welke je in de kernmodules tegenkomt, waaronder die in de voorhoede van het moderne onderzoek. Bijzondere aandacht gaat uit naar inleidingen in astronomie, biofysica en nanowetenschappen. Andere onderwerpen zijn gecondenseerde materie fysica, atoom- en deeltjesfysica en de fysica van het milieu.

In deze module krijg je: een inleiding in de basistechnieken en apparatuur die in de experimentele natuurkunde gebruikt worden; training in de analyse en interpretatie van experimentele gegevens; mogelijkheden om verschijnselen waar te nemen die in de theoriemodules besproken worden en training in de vaardigheden van het bijhouden van gegevens en het schrijven van wetenschappelijke rapporten.

Deze jaarmodule leidt je op in de wiskundige modellering van fysische processen. Je behandelt onderwerpen als basisstatistiek en fouten, dimensionale analyse, krommenschetsing, orden van grootte en schattingen, en het integreren van problemen in de natuurkunde onder andere.

Je krijgt training in elementaire rekentechnieken met MatLab, en maakt kennis met het gebruik ervan bij het oplossen van fysische problemen. Je besteedt elke week drie tot vier uur aan computerlessen en een college van een uur.

Deze module beoogt de studenten een rigoureus begrip te geven van de kernbegrippen van de natuurkunde op inleidend niveau. De module onderbouwt alle andere natuurkundemodules in alle jaren.

Je bestudeert een selectie van wiskundige technieken die gebruikt worden bij het analyseren van fysisch gedrag. Onderwerpen zijn onder andere: complexe getallen; calculus van een enkele variabele; vlakke meetkunde; differentiaalvergelijkingen; calculus van meerdere variabelen; matrixalgebra. Je besteedt ongeveer drie uur per week aan het bestuderen van deze module in workshops en colleges.

Deze module geeft een inleiding tot de theorie en elementaire toepassingen van de kwantummechanica, een theorie die een van de belangrijkste verworvenheden van de 20e-eeuwse natuurkunde is. De kwantummechanica is een elegante theoretische constructie die zowel mooi als mysterieus is. Sommige voorspellingen van de kwantummechanica zijn volkomen contra-intuïtief en er zijn aspecten van die niet goed begrepen worden, maar ze is al meer dan 50 jaar experimenteel getest en, overal waar voorspellingen gedaan kunnen worden, komen ze overeen met het experiment.

Deze module zal je huidige begrip van de verschillende fysische processen die de vorming, evolutie en structuur van sterrenstelsels dicteren verder ontwikkelen. Je verkent een aantal onderwerpen, waaronder De Melkweg, De dynamica van melkwegstelsels, Actieve melkwegstelsels en Evolutie van melkwegstelsels. Je besteedt twee uur per week aan colleges om deze module te bestuderen.

Je ontwikkelt je kennis van de verschillende fysische processen die in sterren van verschillende soorten voorkomen. Je gebruikt deze kennis om zowel wiskundige modellen te bouwen als je kwalitatieve fysische begrip van stellaire structuur en evolutie te vergroten. Je hebt twee uur per week colleges om deze module te bestuderen.

Veel fysische systemen ondersteunen de voortplanting van golven, van de bekende golven op het wateroppervlak tot de elektromagnetische golven die we als licht waarnemen. De eerste helft van de module gaat over optica: de studie van licht. Onderwerpen die aan bod komen zijn: geometrische optica; golfbeschrijving van licht; interferentie en diffractie; optische interferometrie. De tweede helft van de module introduceert meer algemene methoden voor de bespreking van golfvoortplanting, en Fourier methoden.

In de module Van Newton tot Einstein leerde je over het idee van een veld een grootheid die in elk punt in de ruimte gedefinieerd is. In deze module wordt de beschrijving van velden uitgebreid door de wiskunde van de vectorrekening te introduceren. De module begint met een inleiding in de vectorrekening, geïllustreerd in de context van de stroming van ideale (niet-viskeuze) vloeistoffen. De wiskunde wordt dan gebruikt om een kader te scheppen voor het beschrijven, begrijpen en gebruiken van de wetten van het elektromagnetisme. We bespreken hoe elektrische en magnetische velden met elkaar en met elektrische ladingen en elektrische stromen in verband staan. De macroscopische beschrijving van elektrische velden binnen diëlektrische materialen en magnetische velden binnen magnetiseerbare materialen wordt beschreven, met inbegrip van de randvoorwaarden die gelden bij materiaalinterfaces.

Macroscopische systemen vertonen gedrag dat heel anders is dan dat van hun microscopische bestanddelen die geïsoleerd bestudeerd worden. Nieuwe fysica ontstaat uit het samenspel van vele op elkaar inwerkende vrijheidsgraden. In deze module leer je over de belangrijke fysische eigenschappen van materie en de twee belangrijkste benaderingen om ze te beschrijven. De ene, de thermodynamica, behandelt macroscopisch relevante vrijheidsgraden (temperatuur, druk enzovoort) en vindt relaties tussen deze en de fundamentele wetten die ze regelen, onafhankelijk van hun microscopische structuur. De andere benadering, de statistische mechanica, verbindt de macroscopisch relevante eigenschappen met de microfysica door de gedetailleerde microscopische dynamica te vervangen door een statistische beschrijving. Het gemeenschappelijke kenmerk van deze beide methoden is de invoering van twee macroscopische grootheden, temperatuur en entropie, die geen microscopische betekenis hebben.

In deze module ontwikkel je je experimentele techniek en doe je ervaring op met enkele belangrijke instrumenten en methoden. De experimenten hebben betrekking op elektrische metingen, optica en straling. Je leert ook hoe je een computer kunt gebruiken om experimenten te besturen en om gegevens rechtstreeks uit meetinstrumenten op te nemen.

Deze module laat de leerlingen kennis maken met de fysica van atomen, kernen en de fundamentele bestanddelen van materie en hun interacties. De module zal ook de kwantummechanische beschrijving ervan uitwerken. Onderwerpen die aan bod komen zijn: Benaderende technieken eerste orde perturbatietheorie, ontaardingen, tweede orde perturbatietheorie, overgangssnelheden, tijdsafhankelijke perturbatietheorie, Fermi's gulden regel; Deeltjesfysica protonen en neutronen, antideeltjes, deeltjesversnellers en verstrooiingsexperimenten, behoudswetten, neutrino's, leptonen, baryonen en hadronen, het quark model en de sterke wisselwerking, zwakke wisselwerkingen, standaardmodel enz.

Deze module omvat: Het ontwikkelen van inzicht in hoogenergetische verschijnselen in de astrofysica en het relatieve belang van verschillende processen in verschillende situaties; Het maken van modellen van extreme astrofysische bronnen en omgevingen op basis van fysische theorie; Het interpreteren van waarnemingsgegevens in het licht van de relevante fysische theorie.

Kosmologie is de wetenschappelijke studie van het heelal als geheel. De module geeft een inleiding tot de moderne kosmologie, met inbegrip van enkele van de meer recente observationele en theoretische ontwikkelingen. Voorkennis van Algemene Relativiteit is niet nodig. Onderwerpen die aan bod komen zijn: waargenomen kenmerken van het heelal, het Kosmologisch Principe, Newtoniaanse en Relativistische kosmologie, de Friedmann Modellen, kosmische uitdijing, de kosmologische constante, bewijzen voor het big bang model, de thermische geschiedenis van de big bang, het vroege heelal en de inflatie, de klassieke kosmologische proeven, structuurvorming (slechts korte behandeling).

Deze module geeft een algemene inleiding in de vaste-stoffysica. Onderwerpen die aan bod komen zijn onder andere: Aard van chemische bindingen, thermodynamica van vaste stofvorming; Beschrijving van kristalstructuren, k-ruimte, reciproke rooster, Bragg diffractie, Brillouin zones; Bijna-vrij elektronenmodel - Bloch's stelling, bandgaps uit elektronen Bragg verstrooiing, effectieve massa's enz.

Je voert een project uit uit een van de verschillende gebieden van de natuurkunde. Het project kan experimenteel of theoretisch van aard zijn. Veel van de projecten weerspiegelen de onderzoeksinteresses van leden van het wetenschappelijk personeel.Je werkt in tweetallen en er wordt van je verwacht dat je een werkplan opstelt en realistische doelen voor je project vaststelt. Elk tweetal heeft een projectbegeleider die verantwoordelijk is voor het opstellen van het project.