FYS1002 Vuorovaikutukset ja aine (2020-2023)

1. Opintojakson nimi

Vuorovaikutukset ja aine

Växelverkningar och materia

Matter and Interactions

2. Opintojakson tunniste (koodi)

FYS1002

Vastaavat opintojaksot:

• 530282 Vuorovaikutukset ja aine , 5 op
• A530282 Avoin yo: Vuorovaikutukset ja aine, 5 op
• AYFYS1002 Vuorovaikutukset ja aine , 5 op
• 530292 Växelverkningar och materia, 5 op
• FYS1007 Växelverkningar och materia, 5 op
• AYFYS1007sv Öppna uni: Växelverkningar och materia, 5 op
  
• BSPH1002 Matter and interactions, 5 op

3. Opintojakso pakollisuus/valinnaisuus

Opintojaksosta vastaa fysikaalisten tieteiden kandiohjelma.

Opintojakso kuuluu pakollisena fysiikan perusopintokokonaisuuteen (FYS1100).

Opintojakso on tarjolla muiden koulutusohjelmien opiskelijoille. Muiden koulutusohjelmien opiskelijat voivat sisällyttää opintojakson myös fysiikan opintokokonaisuuteen (FYS1400) tai fysikaalisten tieteiden opintokokonaisuuteen (FYS1900).

4. Opintojakson taso (alempi/ylempi/tohtori /eurooppalaisen viitekehyksen(EQF) tasot 6,7,8)

Kanditaso=alempi korkeakoulututkinto/EQF-taso 6. Perusopinnot

5. Opintojakson suositeltu suoritusajankohta/vaihe

Suositeltu suoritusajankohta fysikaalisten tieteiden kandiohjelmassa: 1. opiskeluvuosi, periodi II. Katso tarkemmat opintosuuntakohtaiset ohjeet opintojen ajoitusmalleista.

6. Opintojakson järjestämisajakohta lukukauden/ periodin tarkkuudella

Opintojakso järjestetään vuosittain syyslukukaudella 2.periodissa.

7. Opintojakson laajuus opintopisteinä

5 op

8. Opintojaksosta vastaava opettaja

9. Opintojakson osaamistavoitteet

Opiskelija osaa ratkaista jäykän kappaleen etenemis- ja pyörimisongelmia dynamiikan ja energiaperiaatteen avulla. Osaa soveltaa liikemäärän-, liikemäärämomentin- ja energian säilymislakeja törmäyskokeisiin ja ymmärtää millaista tietoa nämä tuottavat. Opiskelija ymmärtää lämpötilan ja entropian statistisen luonteen ja osaa soveltaa boltzmannin jakaumaa sekä maxwellin ja boltzmannin vauhtijakaumaa kineettisen kaasuteorian ongelmiin. Opiskelija osaa laskea kaksi- ja kolmiulotteisia integraaleja massakeskipisteen tai hitausmomentin määrittämiseksi. Opiskelija hallitsee vektorien ristitulon. 

10. Opintojakso toteutus

Kurssi suoritetaan joko arvosteltavaksi palautettavilla laskuharjoituksilla ja kurssikokeella tai vaihtoehtoisesti yleistentillä.

11. Edeltävät opinnot tai edeltävä osaaminen

Suositeltavat esitiedot: FYS1001 Vuorovaikutukset ja kappaleet ja FYS1010 Matemaattiset apuneuvot I.

12. Suositeltavat valinnaiset opinnot

Suositellaan kurssien FYS1011 Matemaattiset apuneuvot II  ja FYS1016 Fysiikan perusopintojen laboratoriotyöt I samanaikaista suorittamista.

13. Opintojakson sisältö

• Kvantittuneiden energiatilojen esittely: elektroniset-, värähtely- ja rotaatiotilat.
• Monen hiukkasen systeemi ja massakeskipiste. Systeemin liikemäärä ja kineettinen energia. Kineettisen energian jakautuminen kollektiivisen etenemisen ja massakeskipisteen suhteen tapahtuvan sisäisen liikkeen osiin. 
• Jäykän kappaleen energiaperiaate. Hitausmomentti, steinerin sääntö.
• Liikemäärämomentti ja momentti. Jäykän kappaleen dynamiikka ja liikemäärämomentin jakautuminen rataliikemäärämomentiksi ja sisäiseksi pyörimismääräksi. Prekessio. Vierimisliike.
• Liikemäärämomentti ja energiaperiaate taivaanmekaniikassa, keskeisliike ja yksinkertaiset ratalaskut.  
• Liikemäärämomentin kvantittuminen ja Bohrin vetyatomimalli.
• Törmäyskokeet, kimmoisat ja kimmottomat törmäykset. Rutherfordin koe. Sirontakokeisiin perustuvia analyysimenetelmiä: Rutherfordin takaisinsironta ja isotooppianalyysi, optinen Ramansironta ja molekyylien rotaatiospektri.
• Statistisen kaasuteorian alkeet, lämpötilatasapaino, lämpötila, entropia, boltzmannin jakauma, maxwellin-boltzmannin vauhtijakauma, paine, vapaa-matka. 
• Termodynaamisen kiertoprosessin idea ja hyötysuhde.

14. Suositeltava tai pakollinen kirjallisuus

Kurssikirjana toimii Chabay and Sherwood: Matter & Interactions, luvut 9-13.

Vaihtoehtoiseksi materiaaliksi  ja oheislukemistoksi sopivat esimerkiksi:

• Knight: Physics for scientists and engineers, a strategic approach
• Giancoli: Physics for scientists & engineers
• Young & Freedman: University physics
• Kurki-Suonio: Vuorovaikuttavat kappaleet

15. Oppimista tukevat aktiviteetit ja opetusmenetelmät

Viikottaiset luennot, opiskelijan itsenäinen työskentely, viikoittain palautettavat laskuharjoitukset, joita lasketaan osittain laskupajoissa assistenttien tuella pienryhmissä ja osittain itsenäisesti. Laskuharjoitukset palautetaan assistenteille jotka pisteyttävät ne. Kurssin kokonaistyömäärä on 135 tuntia.

16. Arviointimenetelmät ja –kriteerit sekä arvosteluasteikko

Arvosteluasteikko 0-5.

Arvosanan määräytyminen (Fysiikan perusopetuksen pelisäännöt).

17. Opetuskieli

suomi