De presentatie wordt gedownload. Even geduld aub

De presentatie wordt gedownload. Even geduld aub

Overzicht: De wetten van Kepler en Newton als illustratie: Natuurkunde is overal Ruimte en tijd Groot en klein Materie en kracht Natuurkunde en wiskunde:

Verwante presentaties


Presentatie over: "Overzicht: De wetten van Kepler en Newton als illustratie: Natuurkunde is overal Ruimte en tijd Groot en klein Materie en kracht Natuurkunde en wiskunde:"— Transcript van de presentatie:

1 Overzicht: De wetten van Kepler en Newton als illustratie: Natuurkunde is overal Ruimte en tijd Groot en klein Materie en kracht Natuurkunde en wiskunde: formules Hoe ontstaat ons inzicht De quantum-wereld Atomen en straling De elementaire deeltjes Het Universum: de Big Bang Bekend en onbekend. Waar zijn de grenzen ? Unificatie van inzichten en theorieën De samenhang met andere wetenschappen Het onderzoek van vandaag Universiteit Utrecht Ons Fysisch Wereldbeeld

2 Planeten aan het hemelgewelf

3 Tycho (Tyge) Brahe , geboren in Denemarken. Verloor zijn neus, in een duel met een andere student. Werd beroemd astronoom. Ontdekte "nieuwe ster" in Cassiopeia (1572), en een komeet. Ontwierp en bouwde nieuwe astronomische instrumenten. Deed eerste nauwkeurige metingen van planeetposities (beter dan 2 boogminuten) Had assistent: Johannes Kepler. Copyright Albert van Helden

4

5

6

7 Johannes Kepler ( ) Geboren in Swabia, Zuidwest Duitsland Professor te Graz, Styria (oostenrijk). Publiceerde een theorie over de afstanden van planeten tot de Zon, met regelm. veelvlakken. Werd Tycho Brahe's assistent. Gebruikte Brahe's meetgegevens om de banen van de planeten te berekenen. Kepler toonde aan dat Jezus geboren is in 4 vC (nu algemeen aanvaard). Moest zijn moeder verdedigen die beschuldigd was van hekserij.

8 De wetten van Kepler Planeet 1. Iedere planeet draait in een ellipsbaan, met de Zon in één van de twee brandpunten. Zon

9 2. De bewegingssnelheid van de planeet over zijn Ellips is zodanig dat ieder tijdsinterval van een vaste tijdsduur de voerstraal (die de planeet met de zon verbindt) dezelfde oppervlakte bestrijkt. Zon A B C D

10 3.Als de baanperiode is, en de lange as van de ellips, dan is de verhouding voor iedere planeet dezelfde. Planeet Mercurius Venus Aarde Mars Jupiter Saturnus Uranus Neptunus Pluto Sedna (jaar) (AU)

11 Isaac Newton ontdekte dat deze wetten van Kepler eenvoudig het gevolg zijn van een universele krachtwet: Zon Aarde Dat hierdoor alle banen ellipsen vormen kun je met goede wiskunde afleiden. Zon

12 Deze ontdekking liet zien dat natuurkunde niet alleen betrekking heeft op verschijnselen op Aarde, maar ook in de “Hemel”. Tegenwoordig weten we dat alle natuurwetten die wij kennen ook voor de rest van het heelal gelden, tot de verste uithoeken die we met onze telescopen kunnen verkennen. Ook kunnen we die wetten naar het verre verleden extrapoleren. Toen moeten ze ook net zo hebben gewerkt als thans. Er is uitvoerig gezocht naar aanwijzingen dat sommige natuurconstanten wellicht in het verleden andere waarden hadden dan thans. Steeds met negatief resultaat.

13 Ruimte en tijd Een punt in de ruimte geven we aan met coördinaten x O y z De tijd t is een vierde coördinaat

14 * De lichtsnelheid is km/sec De omtrek van de aarde is km Licht- en radiosignalen doen daar 1/8 seconde over AFMETINGEN 4000 ×

15 km 8 min, 19 sec Zon Aarde Afstand tot Pluto: km = 5 uur, 30 min De grote wereld proxima Centauri: 4 jaar, 80 dagen 40 × 6700 × 4000 × ×

16 Afstand: lichtjaar lichtjaar ×

17 ongeveer lichtjaar Afstand tot lichtjaar 400 ×

18 1 mm / 500 De kleine wereld

19 10µ = 0,01 mm Bacteria / 1000

20 Eiwitten en DNA 0,01 µ = 10 nm / 100

21 Het Atoom 1 Å = 0, m / 40000

22 Atoomkern electron / 1000

23 LHC L arge H adron C ollider Onderzoek tot fermi

24 De snelweg door de woestijn Huidige limiet … GUTs Planck lengte : Veel theoretisch onderzoek naar dit gebied

25 De Supersnaar-theorie Zeer geavanceerde wiskunde … / :

26 Materie Materie hebben we op iedere schaal. In de “gewone” wereld: vast, vloeibaar, gasvormig – of anders! (plasma, …) In de wereld van het grote: Planeten, manen, sterren, melkwegstelsels … en in de wereld van het kleine: molekulen, atomen, elementaire deeltjes, … Dichtheid: minder dan 1 deeltje / cm³ (in de ruimte) tot 10 maal de dichtheid van water … 15 Temperatuur, 0, ° in het lab, tot 10 en meer, in botsingen tussen deeltjes 15

27 kracht Materie karakteriseren we door te bestuderen hoe zij reageert op krachten en hoe zij krachten teweegbrengt … Actie = reactie Een object dat een kracht teweegbrengt, ondergaat zelf die kracht ook.Newton: Euler, Lagrange, Hamilton …

28 De meest “elementaire” krachten zijn: - zwaartekracht - elektriciteit en magnetisme - zwakke kernkracht - sterke kernkracht Newton Coulomb, Faraday, Maxwell Fermi Feynman, Gell-Mann Zeer veel andere krachten zijn hiervan af te leiden: - Van der Waalskracht - Wrijving - oppervlaktespanning, etc. De elementaire krachten worden altijd via een kracht veld overgebracht De veld-vergelijking is een wiskundige formule die zegt hoe een veld zich in de ruimte verspreidt.

29 De electro-magnetische kracht

30 Hoe ontstaat ons inzicht Moderne natuurkunde is een samenspel van enerzijds geavanceerde experimenteermethoden, detectietechniek en metingen, en anderzijds theoretische analyse en wiskundige berekeningen. Beide maken veel gebruik van snelle computers.

31 Super Kamiokande, Japan SN 1987 A Hubble Space Telescope

32

33 Natuurkunde kan zeer scherpe precisie bereiken: Het magnetisch moment van het electron kon worden gemeten: Vgl: afstand tot de Maan tot op 0,3 mm nauwkeurig Vgl: afstand tot de Maan tot op 30 cm nauwkeurig Hieruit afgeleid:

34 screen holes detector Wat is Quantum-mechanica ?

35 De golfvergelijking

36 Korte geschiedenis van het heelal Tijd “Grootte" Energie/deeltje. Temperatuur Tijdperk Planck G rand U nification Inflatie Woestijn Q uarks + L eptonen Hadronen Leptonen N ucleosynthese e.m. straling Plasma Materie

37 Ontstaan Heelal: 13.7 miljard jaar geleden Ontstaan van ons melkwegstelsel: ~ 9 miljard jaar geleden Ontstaan van Zon en Aarde4.56 miljard jaar geleden Ontstaan van de Maanenige 100 miljoenen jaren later, door botsing Ontstaan van leven~ 3.5 miljard jaar geleden Leven op land meer dan 543 miljoen jaar geleden Zoogdieren~ 100 miljoen jaar geleden Homo Sapiens~ jaar geleden

38 Bekend en onbekend Wat weten we, en wat weten we niet? We weten uit wat voor materie wij bestaan We kennen de fundamentele krachten die daar op werken En hoe informatie zich er voortplant Maar de situatie kan dikwijls zeer complex worden Dan gelden nog steeds behoudswetten Energie impuls kracht informatie Onbekend: extreme situaties: druk, temperauur veldsterkte, energie/deeltje Onbekend: uiterst zwak interagerende deeltjes en velden: “donkere materie”, donkere energie, 5 th force “BIG BANG” materialen: collectief gedrag (supergeleiding), chaos,...

39 Quantum mechanica Unificatie Electriciteit Magnetisme Optica Statistische Mechanica Algemene Relativiteit Zwaartekracht Sterke Kracht Zwakke Kracht quantum- veldentheorie Maxwell theorie Klassieke Mechanica Speciale Relativiteits- theorie electro-zwakke kracht Algemene geunifi- ceerde theorie ?

40 Het onderzoek van vandaag Waar zijn thans de grenzen ? 1. De fundamentele natuurwetten zelf: a)“kleine afstanden”: Energie/deeltje zo groot mogelijk. Thans: tot ca (CERN) Vgl: De “woestijn” van 16 grootte-ordes b) “Grote astanden”: Cosmologie. Vorm van het heelal, Geschiedenis (“Big Bang”) 2.Complexe afgeleide verschijnselen: - lage temperatuur (supergeleiding, B.E. condensatie,...) - kritisch gedrag (fase-overgangen) - (ander) complex quantum gedrag (quantum computation, e.a.) 3.(Andere) toegepaste verschijnselen. (Talloze voorbeelden: nanoscience, klimaat, kernfusie, zonnecellen, biofysica,...)

41 Samenhang met andere wetenschappen Natuurkunde Wiskunde Modellen Cosmologie Snarentheorie Lage temperatuur atomen, moleculen hydrodynamica plasmafysica Nanofysica Biofysica Astrofysica Geofysica kernfysica Meteorologie Quarks en gluonen Verdere unificatie, Cosmische stralen Wiskunde Scheikunde Astronomie Biologie Aardwetenschappen Theoretisch & computationeel Gecondenseerde materie Hoge energie fysica deeltjes, velden

42 Ons fysisch wereldbeeld


Download ppt "Overzicht: De wetten van Kepler en Newton als illustratie: Natuurkunde is overal Ruimte en tijd Groot en klein Materie en kracht Natuurkunde en wiskunde:"

Verwante presentaties


Ads door Google