Topic outline

  • PHYS-A0110 Yliopistofysiikan perusteet (TFM)

    Tervetuloa opiskelemaan fysiikkaa! Ensimmäinen luento on 4.9. mutta sitä ennen on jo esitehtävä, jonka deadline on ennen ensimmäistä luentoa. Aivan ensimmäiseksi kannattaa kuitenkin käydä lukemassa yleisohjeistusta "Käytännönasioita jotka olisi hyvä tietää jo alussa'-sivulta.

    Kurssin MyCourses sivut on suunniteltu siten, että kaikki viikon materiaalit (luennot, tehtävät, ajankohtaiset ohjeistukset ja muut materiaalit) löytyvät aina kunkin viikon omalta sivulta. Lisäksi vuoden 2022 luentojen videotaltioinnit ovat nähtävissä "Luentovideot"-lehdellä.

    Midjourney AI:n luoma kuva kurssin nimestä

    Midjourneyn näkemys kurssin nimestä "Introduction to university physics", 2022.

    Luennoitsija:

    • Jami Kinnunen (jami.kinnunen@aalto.fi, Y409)

    Assistentit:

    • Sofia Pöntys (sofia.pontys@aalto.fi)
    • Emil Flykt (emil.flykt@aalto.fi)
    • Uolevi Saukkonen (uolevi.saukkonen@aalto.fi)
    • Teemu Tasanen (teemu.tasanen@aalto.fi)

  • Käytännönasioita jotka olisi hyvä tietää jo alussa

    Kurssin sisällöstä:
    Tiedossa on suurelta osin tuttuja mekaniikan ilmiöitä mutta hieman erilaisista näkökulmista katsottuna ja pikku hiljaa on tarkoitus myös ottaa differentiaalilaskennan työkaluja käyttöön. Kurssilla käsitellyt asiat on pyritty rytmittämään diffis-I kurssin kanssa siten, että otamme erilaisia matemaattisia työkaluja (sarjat, derivointi, integrointi, differentiaaliyhtälöt) käyttöön sitä mukaa kun ne diffiksen kurssilla saadaan opetettua. Lukio-oppimäärään nähden uuttakin fysiikan asiaa kurssilta löytyy (lähinnä pyörimisliike), mutta pääpaino kurssilla on erilaisten näkökulmien, fyysikon ajattelutyökalujen ja matemaattisten laskentatekniikoiden käyttöönotto. Koska uutta asiaa tulee ihan riittävästi, niin on vain hyvä jos itse fysiikan ilmiöt ovat tuttuja ;)

    Luennot:

    Kurssimme alkaa maanantaina 4.9. kello 12:15. Paikkana luentosali U4, joka löytyy kanditalon (Otakaari 1) U-siiven aulasta. Luennot on monena vuonna videoitu, ja leikatut ja editoidut luentovideot ovat laitettu Mycoursesiin nähtäväksi. Tämän vuoden kurssin videointia ei ole vielä päätetty mutta joka tapauksessa edellisvuotiset (2022) videot löytyvät Mycoursesista 'Luentovideot'-lehdeltä. Jos et siis syystä tai toisesta pääse jollekin luennolle paikalle, niin voit ihan hyvin katsoa vastaavat luentovideot.

    Esitehtävät:

    Luentoja ennen on tehtävänä esitehtävä (Mycoursesissa vasemman puolen valikosta Viikko 1-linkki-> "Maanantain luennon esitehtävä..."). Esitehtävät koostuvat pääasiassa lyhyistä teksteistä tai videoista ja niihin vastataan lyhyesti muutamalla virkkeellä. Vastausten yhteydessä voi esittää myös kysymyksiä aiheesta. Huomaa siis että ensimmäisen esitehtävän deadline on ennen kurssin ensimmäistä luentoa! Jokaista luentoa ennen oma esitehtävänsä, eli yhden viikon aikana on kaksi esitehtävää.

    Jos jokin esitehtävävideo unohtuu tehdä, niin ne kannattaa tehdä sitten myöhässä. Myöhästyneetkin vastaukset luetaan ja niistäkin saa vähintään puolet pisteistä.

    Laskuharjoitustehtävät:
    Ensimmäiset laskuharjoitukset ovat jo ensimmäisellä viikolla. Kurssillamme laskuharjoitukset ovat ns. laskutupalaskareita, eli tilaisuuksissa ratkotaan tehtäviä assistenttien ohjauksessa. Jos et pääse omaan laskuharjoitustilaisuuteesi niin voit vapaasti mennä johonkin toiseen tilaisuuteen, tai jos koet siitä olevan hyötyä niin voit mennä vaikka useampaan tilaisuuteen (sisun laskariryhmäilmoittautumisista ei tarvitse välittää). Tehtäviä voi myös tehdä ihan itsenäisesti ja itse asiassa ne ovat mitoitettu viemään noin 2-4 tuntia aikaa viikossa, joten niitä ei välttämättä  ehdikään tilaisuudessa tekemään. Vaikka jokainen vastaa tehtäviin itsenäisesti, on yhteistyö muiden opiskelijoiden kanssa ehdottomasti suotavaa -- se on hauskempaa ja varmasti myös opettavaisempaa! Tehtävävastaukset palautetaan sähköisesti mycourses-sivulle kunkin viikon omaan palautuslaatikkoon. Voit tehdä tehtävät paperille ja kuvata ne vastausten lähetystä varten tai sitten tehdä tehtävät koneella. Täysiä pisteitä varten ei tehtävän tarvitse yleensä olla täysin oikein ja hyvästä yrityksestä saa varmasti jo pisteitä.
    Tässä vielä assarien laskariryhmäjaot, jonka pohjalta tiedätte kuka assari on pääsääntöisesti missäkin ryhmässä. Erityisesti Emil on ruotsinkielentaitoinen, joten ruotsinkielistä ohjausta kaipaavien kannattaa suunnata Emilin ryhmiin.
    H01 to 8-10, Y346. Uolevi Saukkonen
    H02 to 12-14, Y346. Sofia Pöntys
    H03 pe 10-12, Y346. Emil Flykt
    H04 pe 12-14, Y346. Teemu Tasanen

    Ryhmälaskarit ts. pienryhmäsessiot:
    Ryhmälaskareissa (P0x) ratkotaan 3-4 hengen pienryhmissä avoimia kontekstirikkaita ongelmia. Tehtäväformaatti tulee varmasti tutuksi ;) Noihin sessioihin ei tarvitse sinällään mitenkään valmistautua eikä sieltä jää mitään kotiin tehtävää. Tehtävien tarkoitus on harjoitella niin pienryhmätoimintaa kuin myös soveltaa kurssilla ja muualla elämässä opittuja asioita hieman erilaisissa asiayhteyksissä. Tehtävien ratkaisuja ei palauteta eikä arvostella vaan pisteet saa yksinkertaisesti pienryhmätoimintaan aktiivisesti osallistumalla ja vastaamalla ryhmälaskarikyselyyn (löytyy mycoursesista tehtävien yhteydessä). Jos et pääse jollakin viikolla osallistumaan omaan pienryhmäsessioosi, niin voit mennä johonkin toiseen. 
    Tässä vielä assarien ryhmälaskarijaot:
    P01 ti 14-16, U262. Uolevi Saukkonen
    P02 pe 8-10, U262. Emil Flykt
    P03 pe 10-12, U262. Sofia Pöntys
    P04 pe 14-16, U262. Teemu Tasanen

    Pakohuone:
    Lopuksi vielä kurssin 'lopputestistä'. Se toteutetaan pienryhmissä suoritettavana pakohuoneena. Sitäkään ei varsinaisesti arvostella mitenkään, vaan kaikki jotka pakohuoneesta selviävät saavat siitä pisteet. Tehtävien suorittamiseen varataan kahden tunnin aikaslotti, ja kaikki pienryhmät olisi tarkoitus saada pakohuoneesta läpi koeviikon aikana. Pakohuoneita rakennetaan kaksi suurinpiirtein samanlaista. Paikkana ovat Otakaari 1:n U-siiven kellarikerroksessa olevat luokat U020 ja U022. Paikalla on yksi assari, joka ohjaa molempien luokkien pakohuoneryhmiä yhtä aikaa.

    Arvosana:
    "Kurssin suorittaminen ja arvostelu"-lehdeltä löytyy tietoa kurssin pisteytyksestä ja arvosanan määräytymisestä.

    Apuja:
    Kurssin etusivulla on luennoitsijan ja assarien sähköpostiosoitteet. Kysykää jos mitään on epäselvää. Lisäksi suosittelen lämpimästi muodostamaan jonkinlaisen telegram- tms. ryhmän opiskelijoiden vertaistukea varten. Kurssihenkilökunta ei kuitenkaan pääsääntöisesti ole mukana reaaliaikaisilla keskustelukanavilla (jollei assarit toisin välttämättä halua) vaan yhteydenotot toivotaan joko sähköpostitse tai luentojen, laskarien ja pienryhmätilaisuuksien yhteydessä.

  • Sähköinen kurssikirja, pakohuone-linkki

  • Viikko 1

    Midjourney AI:n luoma kuva aiheesta "dimensional analysis"

    Midjourneyn näkemys aiheesta "Dimensional analysis", 2022.

    Kurssin ensimmäinen luento on maanantaina 4.9. kello 12:15. Ennen ensimmäistä luentoa tehkää luennon esitehtävä (linkki alla).

    Ensimmäisellä viikolla käsittelemme

    • yksiköt, dimensiot ja tieteellinen esitystapa
    • funktiot, muuttujat, luonnonvakiot
    • dimensioanalyysi
    Sähköisessä kurssikirjassa yksiköitä, dimensioita ja tieteellistä esitystapaa käsitellään luvussa 1 (Units, physical quantities, and vectors) alaluvuissa 1.1-1.6.(vektoreita käsittelemme viikolla 3). Lisäksi suoraviivaista liikettä käsitellään kirjassa luvussa 2 (Motion along a straight line), joskin luvussa esiintyvää derivointia ja integrointia käsitellemme viikoilla 3 ja 5. 
    Huom: yo. linkit kirjaan edellyttävät että olet avannut sähköisen kurssikirjan vitalsourcessa (Mycoursesissa 'Sähköinen kurssikirja...'-sivulla on linkki.

  • Viikko 2


    Midjourneyn näkemys aiheesta "System and environment", 2022.

    Toisella viikolla tarkastelemme työtä ja energian säilymistä. Erityisesti keskitymme käsitteisiin systeemi ja ympäristö. Lisäksi käsittelemme hieman elastisuusteoriaa. Huom: alla olevat linkit kirjaan edellyttävät että olet avannut sähköisen kurssikirjan vitalsourcessa (Mycoursesissa 'Sähköinen kurssikirja...'-sivulla on linkki).

    Kurssikirjassa työn käsitettä käsitellään luvun 6 (Work and kinetic energy) alaluvuissa 6.1 ja 6.2. Lisäksi potentiaalienergiaa ja energian säilymistä käsitellään luvun 7 (Potential energy and energy conservation) alaluvuissa 7.1-7.3. Ja elastisuusteoriaa on kirjan luvun 11 (Equilibrium and elasticity) alaluvuissa 11.4 ja 11.5.

    Systeemin ja ympäristön käsitteitä ei kurssikirjassamme korosteta, mutta suosittelen alla olevaa otetta Randall Knightin kirjasta.

    Lisäksi alalukuja 7.4-7.5 (eli miten potentiaalista saadaan määritettyä voima) ei käsitellä luennolla mutta oletetaan kirjasta luettavaksi.

  • Viikko 3


    Midjourneyn näkemys aiheesta "Moment of inertia", 2022.

    Huom: alla olevat linkit kirjaan edellyttävät että olet avannut sähköisen kurssikirjan vitalsourcessa (Mycoursesissa 'Sähköinen kurssikirja...'-sivulla on linkki).
    Kolmannella viikolla käsittelemme kaksiulotteista liikettä (vektorit!) ja erityisesti pyörimistä.

    Kirjasta tarvitsemme vektorit, joita käsitellään luvun 1 (Units, physical quantities, and vectors) alaluvuissa 1.7-1.10. Lisäksi liikettä kahdessa ja kolmessa ulottuvuudessa käsitellään kirjan luvun 3 (Motion in two or three dimensions) alaluvuissa 3.1-3.4. Ja jäykän kappaleen dynamiikkaa on kirjan luvun 9 (Rotation of rigid bodies) alaluvuissa 9.1-9.4.

  • Viikko 4


    Midjourneyn näkemys aiheesta "Gyroscopic precession", 2022.

    Jatkamme pyörimisliikkeen käsittelyä. Keskeisiä käsitteitä ovat vääntömomentti ja pyörimismäärä. Sovelluksena tarkastelemme gyroskooppia.

    Vääntömomenttia käsitellään kirjan luvun 10 (Dynamics of rotational motion) alaluvuissa 10.1-10.3, ja pyörimismäärää ja sen säilymislakia alaluvuissa 10.5-10.7. Lisäksi viikon aiheisiin sopii hyvin tasapainojutut, joita ei ehkä käsitellä luennoilla mutta kirjasta ne löytyvät luvun 11 (Equilibrium and elasticity) alaluvuista 11.1-11.3.

  • Viikko 5


    Midjourneyn näkemys aiheesta "Rotating coordinate system", 2022.

    Viidennellä viikolla tarkastelemme koordinaatistomuunnoksia. Tärkeitä käsitteitä ovat inertiaali- ja epäinertiaalikoordinaatistot sekä näennäisvoimat. Tärkeänä esimerkkinä käsittelemme keskipakovoimaa ja Coriolisvoimaa. 

    Kirjassa hetkellistä nopeutta käsitellään alaluvussa 2.2 (instantaneous velocity), ja toisaalta siirtymän ja nopeuden yhteyttä integroinnin kautta alaluvussa 2.6 (velocity and position by integration). Varsinaisia koordinaatistomuunnoksia varten kirjasta löytyy asiaa hieman hajanaisesti: alaluku 3.5 (relative velocity) sekä luvusta 4 (Newton's laws of motion) alaluvut 4.1-4.5. Lisäksi alaluvut 5.4 (dynamics of circular motion) sekä 8.5 (center of mass).

    Emme käsittele luennoilla törmäyksiä, mutta luku 8 oletetaan kirjasta luettavaksi.

    Huom. Oppikirjamme ei käsittele näennäisvoimia, muutoin kuin sanoen että keskipakovoimasta ei haluta puhua. Fysiikan ongelmia täytyy kuitenkin pystyä tarkastelemaan ja ratkaisemaan myös epäinertiaalisissa koordinaatistoissa, jolloin näennäisvoimien käsitettä ei voida sivuuttaa. Meille kuitenkin riittää kvalitatiivinen käsitys aiheesta ja tavoitteena onkin hahmottaa miltä kappaleiden liike näyttää erilaisista näkökulmista tarkasteltaessa.

  • Viikko 6


    Midjourneyn näkemys aiheesta "Damped harmonic oscillator", 2022.

    Kurssin viimeisellä viikolla käsittelemme jaksollista liikettä ja toisen asteen differentiaaliyhtälöiden käyttöä mekaniikassa. Esimerkkinä tarkastelemme erityisesti vaimenevaa harmonista värähtelijää.

    Kurssikirjasta alaluku 5.3 (Friction forces) sekä luvusta 14 (Periodic motion) alaluvut 14.1-14.7.

  • Kurssin suorittaminen ja arvostelu

    Kurssin suoritus koostuu seuraavista osista

    • luennot 2 x 2h / viikko
    • luentojen esitehtävät ennen kutakin luentoa (sähköiset Mycourses-tehtävät)
    • laskuharjoitukset 2h / viikko (salilaskarit, vastaukset palautetaan ja pisteytetään)
    • ryhmälaskuharjoitukset 2h / viikko (pienryhmätöitä assarien ohjauksessa)
    • loppukoe (toteutus pienryhmissä suoritettavana pakohuoneena)

    Kurssin arvosana koostuu kaikista osasuorituksista seuraavin painotuksin

    • esitehtävät, max 20 p
    • laskuharjoitukset, max 40 p
    • ryhmälaskuharjoitukset, max 20 p
    • pakohuone, max 20 p

    Kurssin läpäisy edellyttää vähintään puolta kokonaispistemäärästä (50p) ja arvosanarajat ovat seuraavat:
    • 89.5 pistettä tai enemmän -> 5
    • 79.5 - 89.5 pistettä -> 4
    • 69.5 - 79.5 pistettä -> 3
    • 59.5 - 69.5 pistettä -> 2
    • 49.5 - 59.5 pistettä -> 1

  • Luentovideot

    Täällä on vuoden 2022 kurssin luentovideot nähtävänä. Vuoden 2023 kurssi seurailee pitkälti samoja askelmerkkejä, joten näitä videoita voi hyödyntää jos ei syystä tai toisesta pääse luennolle. Luennot pyritään videoimaan tänäkin vuonna, jolloin uusilla luentovideoilla korvataan vanhoja sitä mukaa kun ne saadaan editoitua ja pilveen ladattua.