FY540: Eksperimentel og numerisk fysik samt statistisk dataanalyse

Ingen

Studerende, der følger kurset, forventes at:

• Have kendskab til grundlæggende mekanik, elektromagnetisme og termodynamik.
• Kendskab til grundlæggende calculus, inklusiv ordinære differentialligninger, partiel differentiation og grundlæggende begreber i sandsynlighedsregning.
• Kendskab til computerbaserede beregningsværktøjer, eksempelvis MATLAB. 

Kurset har til formål (1) at sætte den studerende i stand til at planlægge og udføre eksperimenter i fysik (2) at sætte den studerende istand til at implementere og udføre simulationer af matematiske modeller, (3) at udføre statistisk analyse af data fra eksperiment og simulation og sammenligne med relevant teori, og (4) at opnå en grundlæggende forståelse af hvorledes videnskab, herunder fysik, influrerer samfundet gennem innovationer.

Kurset bygger oven på den viden, der er erhvervet i fysikkurser på første studieår. Kurset giver et fagligt grundlag for senere kurser i eksperimentel, numerisk og statistisk fysik, for at udføre individuelle projekter eller indgå i forskningsprojekter.

I forhold til uddannelsens kompetenceprofil har kurset eksplicit fokus på at:

• At kunne undersøge fysiske fænomener eksperimentelt
• At kunne vurdere praktiske problemstillinger og anvende relevante analyse- og løsningsmodeller
• Formulerer matematiske modeller for fysiske systemer
• Grundlæggende numerisk matematik
• Implementerer og udføre simulationer modeller.
• Statistik og sandsynelighedsregning
• Anvende statistiske metoder til at analyserer data
• Dataanalyse og modelleringundersøglser af innovations impact

For at opnå kursets formål er det læringsmålet for kurset, at den studerende demonstrerer evnen til at:

• Redegøre for design og opbygning af eksperimenter i kurset. 
• Beskrive den underliggende teori for de udførte forsøg.
• Udføre udledninger af teoretiske modeller, af relevans, for de udførte eksperimenter.
• Gennemføre eksperimenter i laboratoriet og vurdere kvaliteten af egne data med henblik på analyse.
• Implementerer fysiske modeller på computeren og udføre numeriske simulationer.
• Gennemføre en kvantitativ analyse af data, herunder anvende statistiske og computerbaserede metoder hvor relevant.
• Sammenligne data med teoretiske modeller.
• Redegøre for eksperimenter og resultater i rapportform
• Forstå teorier for innovationers opståen og impact  

Kurset indeholder følgende emner indenfor sandsynlighedsteori og dataanalyse:

• Fortolkning af sandsynlighed: Bayesiansk og frekventistisk
• Diskrete og kontinuerte sandsynlighedsfordelinger
• Central grænseværdisætningen
• Parameterestimering
• Hypotesetest
• Modeludvælgelse

Kurset indeholder følgende eksperimentelle øvelser:

• Overfladespænding og wetting. 
• Brownsk bevægelse.

Kurset indeholder bla. følgende numeriske emner:

• Numerisk analyse
  
• Generering af tilfældige tal
• Løsning af ODEer and PDEer
• Integration
• Dataanalyse, modelering og simulering af en simpel model for innovations opståen og impact
  

Øvelserne udføres i hold a 2-3 studerende. Som introduktion til øvelserne gennemgås de centrale begreber og metoder. 

Se BlackBoard for pensumlister og yderligere litteraturhenvisninger.

På naturvidenskab er undervisningen tilrettelagt efter trefasemodellen dvs. intro, trænings- og studiefasen.

• Introfase (forelæsning, holdtimer) - Antal timer: 48
• træningsfase: Antal timer: 42, heraf 30 timer eksaminatorie og 12 timer laboratorieøvelser

I Introfasen gives en introduktion til principperne bag det eksperimentelle og statistiske arbejde.
I Træningsfasen løses opgaver og der udføres det konkrete laboratoriearbejde og simulationsarbejde med udgangspunkt i arbejdet i Introfasen.
I Studiefasen udføres individuelle forberedelser til Træningsfasen og efter laboratorieøvelserne udføres data-analyse og rapportskrivning.

Aktiviteter i studiefasen:

• Studie af lærebog.
• Læsning af videnskabelige artikler.
• Løsning af opgaver.
• Forberedelse til eksperimentelt arbejde.
• Analyse af eksperimentelle data. 
• Rapportskrivning.
• Repetition til mundtlig eksamen.