Klassieke mechanica is de studie van de effecten van krachten op deeltjes. Dat kan zowel statica opleveren (evenwichten) als dynamica. We gaan ons vrijwel uitsluitend met de meest belangrijke, dynamische systemen bezig houden. Klassieke mechanica is de basis van de natuurkunde. De belangrijkste begrippen vinden hier hun oorsprong en definitie.

Met die basisbegrippen gaan we systematisch en precies de theorie opbouwen, gericht op begrip, probleem-analyse en oplossing van een veelheid aan verschijnselen met een minimaal aantal begrippen en wetten. Hierin schuilt zowel de kracht als de moeilijkheid van Klassieke Mechanica: het is breed toepasbaar op allerlei verschillende situaties.

Toch zijn probleemsituaties niet exact oplosbaar als er meer dan twee deeltjes in voorkomen die krachten op elkaar uitoefenen. Een groot deel van het ‘mechanica’ deel van de cursus is dan ook gericht op het toch leren oplossen van die problemen, door goede benaderingen te vinden of ‘constraints’ in rekening te brengen. Bijvoorbeeld, door geen losse deeltjes maar vaste lichamen te beschouwen.

In het ‘thermodynamica’ deel van de cursus worden de wetten van de klassieke mechanica juist toegepast op losse deeltjes in enorme aantallen, in de orde van het getal van Avogadro, 6.0 × 10²³ mol^-1. Door (slechts) de statistische implicaties van al die bewegingen in rekening te brengen stelt de statistische mechanica  ons in staat de microscopische met de macroscopische wereld te verbinden. Begrippen als druk en temperatuur worden begrijpelijk in termen van deeltjesgedrag, en het energiebegrip wordt uitgebreid met de concepten warmte en entropie. De daarop gebaseerde Eerste en Tweede Hoofdwet van de Thermodynamica stellen ons in staat een veelheid van processen te beschrijven en begrijpen, overal waar energie wordt omgezet in zwel natuurlijke fenomenen als industriële processen.

In de bijeenkomsten zullen we aandacht besteden aan problem-solving en analyseren; de stof (online video’s op de website & boek) dien je zelf te bestuderen. Zo halen we meer uit onze gezamenlijke bijeenkomsten. Gebruik deze voor discussie met de docenten en je medestudenten. Zoals bij veel natuurkundevakken is het leren analyseren van een probleem en het maken van een oplosstrategie het hoofdbestanddeel. Dat leer je eigenlijk uitsluitend door ‘doen’. Het devies is dus: theorie bestuderen en toepassen bij het maken van opgaven.

Boswell-Bèta, Daltonlaan 400, 3584 BK Utrecht

Na afloop van de cursus kun je:

• de basiswetten van de klassieke mechanica en de thermodynamica formuleren;
• vanuit de basiswetten en begrippen een fysisch correcte redenering opzetten;
• toetsen of de uitkomsten daarvan overeenstemmen met de uitgangspunten van de natuurkunde;
• relevante natuurkundige probleemstellingen visualiseren (“een model maken”), een schets maken die de essentie van het probleem bevat;
• een modelbeschrijvingen van het probleem in fysisch/wiskundige termen construeren;
• kwalitatief en kwantitatief relevante problemen verwerken en oplossen.

D.C. Giancoli.  Physics for Scientists & Engineers with Modern Physics (4th Ed.) Uitgever Pearson Education Ltd., London.  ISBN-13: 978 – 1 – 292 – 02076 – 1.  ISBN-10: 1 – 292 – 02076 – 8

(Ook de goedkopere internationale versie voldoet: ISBN 9781292020761.)

Schriftelijk tentamen.

Dr. Peter Dekkers, Dr. Koen van Dongen, Dr. Henk Schut (TUD)