Mekanikk FYS MEK 1110 Andreas Görgen Fysisk Institutt, UiO andreas.gorgen@fys.uio.no FYS-MEK 1110 15.01.2018 1
oversikt generelle opplysninger om kurset analytiske og numeriske metoder lærebok forelesninger gruppeundervisning obligatoriske innleveringer eksamen obligatorisk oppmøte i dag kryss av navn og signer oppmøtelisten! (ellers kan du miste plassen) hvis du ikke står på listen: skriv navn ditt på baksiden Stor pågang på kurset vi ønsker å ta opp så mange som mulig vi kan ikke garantere at alle som er på ventelisten kommer inn Fra tirsdag, 16.jan. er forelesning i Store Fysiske Auditorium (Fysikkbygningen) FYS-MEK 1110 15.01.2018 2
Om meg: eksperimentell kjernefysiker utdannet i Tyskland (Univ. Bonn, 1991-2000) postdoktor i USA (Berkeley, 2000-2002) forsker i Frankrike (CEA Saclay, 2002-2010) professor i Oslo siden 2010 forsker ved CERN og mange andre steder verden rundt leder syklotron-labben ved UiO liker å undervise FYS-MEK 1110 15.01.2018 3
FYS-MEK 1110 kurset består av: Forelesninger forklaringer, fordypning, eksempler, eksperimenter, diskusjons-spørsmål Lærebok selvstudium, etterarbeid, forberedelse Gruppetimer diskusjon, løse oppgaver sammen med andre trening: hvordan løser vi problemer? i tillegg til vanlig gruppetime: snuble-gruppe: ekstra hjelp for de som sliter med faget Obligatoriske innleveringer prosjektoppgaver, tilbakemelding til deg og meg Eksamen tilbakemelding til deg, til meg, og til UiO Det er mye informasjon om kurset på kurs- og semestersiden: http://www.uio.no/studier/emner/matnat/fys/fys-mek1110/v18/ FYS-MEK 1110 15.01.2018 4
Klassisk mekanikk = Newtonske Mekanikk Isaac Newton (1643-1727) kunne løse nesten alle problemer vi møter i dette kurset. Han introduserte infinitesimalregning for å beskrive mekanikk (samtidlig og uavhengig av Gottfried Wilhelm Leibnitz). eksempel: en masse svinger på en fjær. For å beskrive bevegelsen må vi løse en differensialligning. Det kan vi (eller Newton) gjøre analytisk. Hvis vi tar hensyn til luftmotstand blir differensialligningen for komplisert for å løse analytisk, men vi kan løse problemet numerisk. Integrert tilnærming: Vi bruker både analytiske og numeriske metoder for å studere bevegelser. Numeriske metoder skal bli like naturlige for dere som bruk av en kalkulator. Vi bruker Python og / eller Matlab i dette kurset. Dette er viktig på eksamen. FYS-MEK 1110 15.01.2018 5
Hvorfor både analytiske og numeriske metoder? Eksakt løsning ved hjelp av derivasjon, integrasjon, differensialligninger... Matematikk og analytiske metoder er viktige hjelpemidler i fysikk/realfag. Mekanikk er en fin måte for å lære analytiske ferdigheter som kreves senere. Men... verden har forandret seg: Datamaskiner gir oss mange muligheter å løser problemer i fysikk. Vi kan differensiere, integrere, løse differensialligninger numerisk. Numeriske metoder er et nyttig pedagogisk verktøy for a forstå fysikk: Det gir deg muligheten til å oppdage og forstå fysiske prosesser. Vi kan analysere realistiske problemstillinger. (Analytiske metoder krever ofte tilnærminger.) Det gir deg en relevant kompetanse for studium og arbeidsliv. (Mekanikk er en fin måte for å lære slike ferdigheter.) Bruk metode som er best tilpasset problemet. Så enkelt som mulig. Tilnærming presisjon. Vår måte å undervise fysikk ved å bruke både analytiske og numeriske metoder er anerkjent: Center for Computing in Science Education (CCSE) senter for fremragende utdanning siden 2017 FYS-MEK 1110 15.01.2018 6
Læringsmål: Du finner læringsmålene på kurssidene. http://www.uio.no/studier/emner/matnat/fys/fys-mek1110/ Du kan selv velge hvordan du vil tilegne deg disse. Jeg anbefaler vårt tilbud: forelesninger, lærebok, gruppetimer, oppgaver. Lærebok: Anders Malthe-Sørenssen Elementary mechanics Utviklet ved Fysisk institutt for FYS-MEK kurset Integrasjon av analytiske og numeriske metoder Generelle løsningsmetoder og kraftmodeller Eksempler Oppgaver: små oppgaver for å trene spesifikke løsningsmetoder store prosjektoppgaver Du kan godt velge et annet læreverk, men du må dekke opp alle læringsmålene. Integrert tilnærming er unikt det er vanskelig med et annet læreverk. FYS-MEK 1110 15.01.2018 7
Lærebok: Anders Malthe-Sørenssen Elementary Mechanics using Python/Matlab Springer Undergraduate Lecture Notes in Physics (2015) 2 versjoner: Python og Matlab. du må velge selv hvilket programmeringsspråk du foretrekker. selges ved Akademika gratis tilgjengelig som e-book fra UiO datamaskiner ISBN: 978-3-319-19595-7 (print) 978-3-319-19596-4 (ebook) ISBN 978-3-319-19586-5 (print) 978-3-319-19587-2 (ebook) nærmest identisk med kompendiet «Introduction to mechanics» som vi har brukt i tidligere år og som kan brukes istedenfor boken. FYS-MEK 1110 15.01.2018 8
inneholder 2 ekstra kapitler: 17: Fictive forces 18: Theory of special relativity del av pensum 16 kapitler http://www.uio.no/studier/emner/matnat/fys/ FYS-MEK1110/v18/materiale/ch17_18.pdf del av pensum som ikke dekkes av boken eller kompendiet: Statikk og elastisitetsteori Hugh D. Young, Roger A. Freedman University Physics with Modern Physics kap. 11 pedagogisk lærebok ingen numeriske metoder http://www.uio.no/studier/emner/matnat/fys/fys-mek1110/v18/bok.html FYS-MEK 1110 15.01.2018 9
Undervisning Læring? dårlige studenter? dårlig lærer? FYS-MEK 1110 15.01.2018 10
Hvordan vi lærer Langtidshukommelse Proseduralt minne «å vite hvordan» Deklarativ minne «å vite at» De fleste lærer 10 % hva de leser 20 % hva de hører 30 % hva de ser 50 % hva de ser og hører 70 % hva de diskuterer med andre 80 % hva de bruker og gjør 95 % hva de lærer bort til andre Semantisk minne fakta, begreper, regler... knyttet til språket Episodisk minne personlige hendelser Kilde: Association for Supervision and Curriculum development Guide 1988 FYS-MEK 1110 15.01.2018 11
Hvordan lære fysikk? Det er du som skal lære! Vi gir undervisning for a hjelpe deg til å lære. Å lære fysikk krever arbeidsinnsats. Vi kan ikke lære for deg, men vi kan tilrettelegge for din læring. Tilrettelegging gjennom forelesninger, grupper og oppgaver. Du lærer ikke mye av å se meg gjøre oppgaver. Du må gjøre oppgavene selv. Derfor har vi gruppetimer og obliger. Å løse oppgaver gir deg tilbakemelding om din forståelse. Hvis du ikke klarer oppgavene, gå tilbake til læreboken. Test din forståelse - ikke kikk på løsningsforslag fra andre. Du lærer svært mye av å diskutere med andre. Du må derfor finne deg en god gruppe å arbeide i. Det finnes mange steder hvor man kan jobbe i grupper. Vi tillater fellesinnlevering av obliger for inntil 3 studenter. Alle må aktivt bidra til besvarelsen. FYS-MEK 1110 15.01.2018 12
Forelesninger: Mandag 10-12, Tirsdag 12-14, StoreFy, Fysikkbygningen Oversikt og fordypning Eksempler Eksperimenter Prosjekter (case studies) Diskusjons-spørsmål Du lærer mer hvis du leser på forhand. Det kreves etterarbeid. Det er flere eksempler og detaljer i læreboken enn vi kan gå gjennom i forelesningen. Test forståelsen: prøv deg på oppgaver! Forelesningsstoff blir også diskutert i gruppetimen. Jeg bruker både projektor og tavle/smartboard. Jeg leger ut forelesningene på semestersiden: http://www.uio.no/studier/emner/matnat/fys/fys-mek1110/v18/materiale/materiale18.html FYS-MEK 1110 15.01.2018 13
Klikker -spørsmål svare på spørsmål på forelesningen aktiv læringsform gir bedre utbytte og læring for deg du lærer å tenke og anvende fysikken mulighet for å diskutere gjør undervisningen morsommere http://pingo.upb.de/ Peer instruction for very large groups web-basert, krever ingen installasjon svare på spørsmål med smartphone, tablet, laptop... FYS-MEK 1110 15.01.2018 14
Gruppeundervisning: To timer i uken Gruppetimene er som en skoletime. Kom presis og følg instruksjonene fra læreren. Gruppe 1 FA onsdag 1415-1600 KJM-Dalton Gruppe 2 FA onsdag 1015-1200 KJM-Avogadro Gruppe 3 FA fredag 1215-1400 KJM-Berzelius Gruppe 4 GEG onsdag 1015-1200 GE Mellomrom 102 Gruppe 5 GFK tirsdag 1015-1200 GE Mellomrom 102 Gruppe 6 MENT onsdag 1015-1200 KJM-Curie Gruppe 7 MENT tirsdag 1015-1200 KJM-Curie Gruppe 8 LEP onsdag 1415-1600 KJM-Curie Gruppe 9 Andre onsdag 0815-1000 KJM-Avogadro Gruppetimen skulle ikke kolliderer med andre undervisning. Hvis det har skjedd: Ta kontakt med studieadministrasjonen for å bytte. Gruppeundervisning begynner på tirsdag, 23.januar. FYS-MEK 1110 15.01.2018 15
Gruppeundervisning: Diskusjon i smågrupper og i felleskap. Still spørsmål! (Det er ingen dumme spørsmål.) Gruppelæreren er treneren din. Arbeid med oppgaver: Et ark med oppgaver legges ut hver uke. Kortere oppgaver for å trene på spesifikke problemstillinger. Test deg selv! Regne gjennom oppgaver i smågrupper. Diskuter og forklar oppgaver og løsninger til hverandre. Løsningsforslag legges ut etterpå. I gruppetimen kan du lære svært mye. Du får mer utbytte hvis du ser på oppgavene på forhånd. Optimal forberedelse for å løse obliger (større prosjektoppgaver). Hvis du klarer oppgaver i gruppetimen så klarer du også obligene. FYS-MEK 1110 15.01.2018 16
Gruppeundervisning (2): Aktiv deltagelse på gruppene gir et bedre eksamensresultat. Gruppeoppgaver er eksamensrelevante. Noen gruppeoppgaver kommer i midtveiseksamen. Aktiv deltakelse i gruppetimene over hele semesteret (minst 11 av 15 gruppetimer hvorav minst 5 etter Påske) kan erstatte en obligatorisk innlevering. FYS-MEK 1110 15.01.2018 17
Snuble Gruppe tirsdag 16:15 18:00 på læringssenter Origo for studenter som sliter med faget og/eller mangler forkunnskaper fokus på det grunnleggende enklere oppgaver repetisjon av matematikk: integrasjon, differensialligninger, vektorregning... enkle programmeringsøvelser ekstra sjanse for å stille spørsmål og diskutere med lærer og medstudenter sjanse for å treffe andre i samme situasjon for å danne kollokviegrupper begynner tirsdag, 23.jan. FYS-MEK 1110 15.01.2018 18
Programmering: De fleste har forkunnskap fra MAT-INF 1100 og IN 1900 Alle burde har noe forkunnskap, f.eks. MAT-IN 1105 eller IN-KJM 1900 Hvis du har liten eller ingen forkunnskap i programmering: Jobb med kapittel 2 i læreboken. Gjør oppgaver til kapittel 2. Ressurser på semestersiden: Kompendium fra tidligere forkurs Installasjonsveiledning http://www.uio.no/studier/emner/matnat/fys/fys-mek1110/v18/programmering/index.html Python eller Matlab? Du må velge selv. Python og Matlab er veldig like. Python er gratis (open source). Matlab krever en lisens, men UiO har campus lisens. På UiO maskiner har du tilgang til både Python og Matlab. FYS-MEK 1110 15.01.2018 19
Obligatiske innleveringsoppgaver: Obligene er vanligvis case-basert prosjekter som du løser skritt på skritt med både analytiske og numeriske metoder. Numeriske metoder er en vesentlig del av kurset Vanskelig å teste i eksamen, derfor er oppgavene obligatorisk Oppgavetekst og innleveringsfrist på semestersiden: http://www.uio.no/studier/emner/matnat/fys/fys-mek1110/v18/materiale/materiale18.html Du må fa godkjent 5 obliger av 6 mulige. Dersom du deltar aktivt i gruppeundervisning trenger du bare 4 av 6 obliger. (2 før og 2 etter Påske) Det er lov å samarbeide: mulig å levere fellesbesvarelse for inntil 3 studenter det forutsetter at alle bidra til besvarelsen i sin helhet hvis du har samarbeidet med noen men leverer individuell, må du nevne hvem du har samarbeidet med. FYS-MEK 1110 15.01.2018 20
Obligatiske innleveringsoppgaver (2): Oppgavene leveres på mandager før kl. 18 kun elektronisk på Devilry: https://devilry.ifi.uio.no/ du kan definere en gruppe i Devilry for fellesinnleveringer Tilbakemelding og kommentarer via Devilry Det er mulig å levere underkjente obliger på nytt. Det forutsetter at du gjorde en ordentlig forsøk første gang. Du får instruksjoner og ny frist i Devilry. Hvis du er syk kan du søke om utsettelse til studieadministrasjonen med legeattest. Hvis du tar emnet om igjen og du har godkjent obliger fra tidligere semester trenger du ikke levere på nytt. Vi tar fusk meget alvorlig! Du kan bli bedt om å redegjøre muntlig for innholdet i din besvarelse. Besvarelser må ikke offentliggjøres eller deles med andre. Du plikter å gjøre deg kjent med reglementet for fusk. http://www.uio.no/studier/admin/eksamen/fusk/index.html Innleveringsfrist til den første obligen er mandag 5. februar. FYS-MEK 1110 15.01.2018 21
Obligatiske innleveringsoppgaver (3): Oppgaven skal leveres som én fil og i pdf-format. Det er lov å skanne inn håndskrevne ark så lenge disse er lesbare. Oppgaven skal inneholde navn, kurs og oblignummer. Kode kan leveres som egen Python eller Matlab fil. All diskusjon og all besvarelse av oppgaven skal inn i pdf hovedfilen. Vi skal kunne se at du har skjønt stoffet. I Besvarelsen skal du forklare hva du gjør, føre oppgavene på en oversiktlig måte, inkludere alle relevante plott og figurer med riktige akser og enheter, kommentere og tolke alle resultater du produserer. Mange velger å skrive besvarelsen i latex bra trening for å lære seg latex tid for å jobbe med fysikken tid for å redigere dokumentet latex eksempel: http://www.uio.no/studier/emner/matnat/fys/fys-mek1110/v18/latexmal.zip FYS-MEK 1110 15.01.2018 22
Piazza: Forum på nett https://piazza.com/uio.no/spring2018/fysmek1110/home still spørsmål på Piazza svar fra medstudenter rediger svaret FYS-MEK wiki svar fra meg og gruppelærerne mer effektiv enn eposter til meg alle kan dra nytte av det støtter kode og matematisk tekst (LaTeX) finn medstudenter for å jobbe med FYS-MEK 1110 15.01.2018 23
Forelesnings- og semesterplan: struktur av kurset ukesoppgaver obligatorisk innlevering frister http://www.uio.no/studier/emner/matnat/fys/fys-mek1110/v18/plan2018.htm Små justeringer i planen i løpet av semesteret er mulig. FYS-MEK 1110 15.01.2018 24
Eksamen: Midttermin eksamen: fredag, 23. mars 3 timers skriftlig eksamen inneholder noen gruppeoppgaver Avsluttende eksamen: mandag, 11. juni 4 timers skriftlig eksamen Karakter: 30 % 70 % Forståelses- og diskusjons-spørsmål kortere regneoppgaver (som i gruppetimen) større prosjektoppgaver (som en oblig) Programmering (med pen og papir) Hvis du gjør gruppeoppgaver og obligene bør du stå på eksamen. Du vil ha dårlig tid på eksamen. Det kreves gode regneferdigheter på eksamen. Du bør ha regnet mange oppgaver. Prøv deg på tidligere eksamensoppgaver : http://www.uio.no/studier/emner/matnat/fys/fys-mek1110/v18/eks/eks.html ikke kikk på løsningsforslag FYS-MEK 1110 15.01.2018 25
Frammøteliste? FYS-MEK 1110 15.01.2018 26