In het academiejaar 2020-2021 starten we met een nieuw programma in de bachelor fysica en sterrenkunde. 

Studieprogramma Eerste Bachelor

 * Jaarvak

Studieprogramma Tweede Bachelor

 * Jaarvak

Studieprogramma Derde Bachelor

Inhoud van de vakken Eerste Bachelor

Sterren en planeten

Dit eerste vak in de leerlijn sterrenkunde wil je een overzicht bieden van de hedendaagse sterrenkunde en daarmee de basis leggen voor de volgende vakken in deze leerlijn. Je krijgt een overzicht van de geschiedenis van de sterrenkunde, van haar culturele rol en van haar impact op ons dagelijkse leven (denk maar aan tijdrekening en plaatsbepaling). We gaan dieper in op het probleem van hoe je de plaats van een hemellichaam op de hemelbol aanduidt. Je leert de verschillende types telescopen en instrumenten kennen die sterrenkundigen gebruiken om verschillende soorten straling te bestuderen. We bestuderen de interne structuur en de atmosferen van planeten. Hierbij besteden we extra aandacht aan onze eigen planeet, de aarde, en komen ook thema’s zoals klimaatverandering aan bod. Je leert hoe sterrenkundigen exoplaneten ontdekken en bestuderen. Na een breed overzicht van wat we over sterren weten op basis van bijna twee eeuwen aan waarnemingen (stertypes, temperatuur, helderheid, massa, straal, ...) focussen we op de fysica die die waarnemingen moet verklaren. Het einddoel is een beschrijving te bieden voor de interne structuur van sterren met verschillende beginmassa’s en zo hun positie in het beroemde Hertzsprung-Russell diagram te verklaren. Om bepaalde onderwerpen numeriek zo toegankelijk mogelijk verder uit te diepen maken we gebruik van online Python notebooks.

Mechanica

Dit is het eerste opleidingsonderdeel in de leerlijn algemene fysica. Naast het aanleveren van kennis, wordt in deze leerlijn beoogd om het wetenschappelijk denken te stimuleren en probleemstellingen te abstraheren.De bedoeling van het opleidingsonderdeel Mechanica is, om uitgaande van de kinematica, de wetmatigheden in de Newtoniaanse mechanica op te bouwen en wiskundig te formuleren. Dat wordt ondersteund met talrijke voorbeelden en problemen uit de dagelijkse realiteit. Daarnaast wordt met de relativistische behandeling van de kinematica en de dynamica een meer actuele visie op de mechanica verworven. Het belang van dit opleidingsonderdeel ligt in het feit dat de student op die manier, in een volledige logische ontwikkeling, dit basisonderdeel van de fysica opbouwt en tevens  inzicht verwerft in en vertrouwd raakt met de implementatie van wiskundige formuleringen. Vele toepassingen van de mechanica in de sterrenkunde worden besproken, vooral in het hoofdstuk betreffende gravitatie.

Elektriciteit en magnetisme

Het tweede vak in de leerlijn algemene fysica vertrekt opnieuw vanuit waarnemingen: elektrische en magnetische krachten ten gevolge van elektrische ladingen en stromen. Je leert deze krachten formeel te beschrijven in de wetten van Coulomb en Lorentz, met behulp van elektrische en magnetische velden. Hierna worden ook de tijdsafhankelijke fenomenen onderzocht die de fundamentele relatie tussen deze twee velden naar boven brengt. De unificatie van elektriciteit en magnetisme in de theorie van Maxwell is je eerste kennismaking met de pogingen om alle wisselwerkingen in de natuur te unificeren in één enkel theoretisch kader. Je ontdekt ook hoe veel mathematische begrippen, die in de vakken uit de leerlijn wiskunde parallel gedoceerd worden, eigenlijk wortelen in de fysica en de sterrenkunde. Uiteraard komen ook de talrijke praktische toepassingen van elektriciteit en magnetisme aan bod, zoals elektrische netwerken en elektromagneten. Het vak is een mooie illustratie van de inductieve methode in de fysica: concrete fenomenen die door kritische analyse tot de ontdekking van abstracte en fundamentele wetmatigheden leiden.

Golven en optica

Dit derde vak in de leerlijn algemene fysica bouwt verder op Mechanica en Elektriciteit en magnetisme. Je leert het fysische begrip “golf” en de wiskundige beschrijving ervan kennen aan de hand van golven in elastisch vervormbare media en geluidsgolven. Daarna komen eenvoudige oplossingen van de Maxwellvergelijkingen aan bod: elektromagnetische golven, die niet meer weg te denken zijn uit de hedendaagse communicatietechnologie. Je ontdekt hoe elektromagnetische golven worden opgewekt en hoe ze interageren met materie, de basis van spectroscopie. We blikken hier ook al even vooruit naar de rol van het begrip “golf” in de Kwantummechanica. Je leert ook het dopplereffect voor geluidsgolven en licht te analyseren, met zijn talrijke toepassingen, onder andere in sterrenkunde. In een tweede deel van dit vak leer je hoe golven reflecteren, breken en gepolariseerd raken als ze overgaan van een medium naar een ander. De wetten hierachter vormen een stevige basis voor een hoofdstuk over geometrische optica en optische meetinstrumenten voor sterrenkunde, microscopie en spectroscopie. Het derde deel richt zich op interferentie en diffractie van golven, met aandacht voor hun actuele toepassingen in materiaalonderzoek en sterrenkunde, bijvoorbeeld bij de detectie van zwaartekrachtsgolven.

Theoretische mechanica

Dit is het eerste opleidingsonderdeel in de leerlijn ​theoretische fysica. In dit vak maak je kennis met het modelleren van natuurverschijnselen via mathematische concepten en technieken. De doelstellingen zijn tweeledig: in de eerste plaats streef je ernaar om de basisprincipes van de Newtoniaanse mechanica te gieten in een wiskundig model. Daarnaast gaat er grote aandacht naar het uitdiepen van fysische toepassingen. Twee belangrijke herformuleringen van de Newtoniaanse mechanica worden besproken: het Lagrange en het Hamilton formalisme. Die vergemakkelijken een mechanische beschrijving met zelfgekozen veralgemeende coördinaten voor systemen waarbij aan de bewegingen van de deeltjes beperkingen zijn opgelegd. Daarnaast vormen ze ook een brug van de klassieke fysica naar kwantummechanica en kwantumveldentheorie.​ De cursus behandelt de mechanica van een deeltje, van stelsels van deeltjes en van starre lichamen. Na een uitvoerige discussie van de basisprincipes van de dynamica volgt een gedetailleerde kwalitatieve analyse van de eendimensionale beweging. Wat de dynamica van stelsels van deeltjes betreft, wordt dieper ingegaan op de belangrijke rol van het massamiddelpunt.  De beweging onder invloed van een centrale kracht wordt geanalyseerd. Interessante toepassingen situeren zich hier op het vlak van de hemelmechanica. In een volgend luik worden de basisprincipes van de beweging van starre lichamen besproken. Het concept en de berekening van de traagheidstensor van een star lichaam worden behandeld. De dynamische vergelijkingen van Euler worden opgesteld en enkele prototypische toepassingen uitgewerkt. Tenslotte wordt de theorie van kleine trillingen rond een evenwichtspunt behandeld.

Experimenteren in de fysica en de sterrenkunde 1

Dit is het eerste opleidingsonderdeel in de leerlijn experimentele fysica en sterrenkunde; dataverwerking. Na een beknopte inleiding waarin de basis van het fysisch experimenteren in zijn diverse aspecten wordt uiteengezet (experimentele versus theoretische fysica; doelstellingen  van het practicum; bronnen van onzekerheden en foutenberekeningen; statistische fouten; analyse van de resultaten; opstellen van een rapport), voer je zelfstandig een reeks praktische proeven uit. Hierbij maak je kennis met de werking van eenvoudige toestellen, het nauwkeurig meten van grootheden en het analyseren en extraheren van fysisch zinvolle resultaten met hun fouten. Er wordt verwacht dat je een rapport opstelt waarin je de meetresultaten weergeeft en bespreekt, ondersteund door tabellen en grafieken. Al deze aspecten vormen de inleiding tot de methodologie in het fysisch experimenteren en zullen  van pas komen bij het  experimenteel werk voor de bachelorproef, de masterproef of in het wetenschappelijk onderzoek.

Programmeren

Dit is het eerste vak in de leerlijn computervaardigheden. Bij het verwerken en analyseren van informatie met behulp van een computer worden onderzoekers vaak geconfronteerd met tijdrovende en repetitieve taken: verzamelen van gegevens uit experimenten of databases, omzetten van bestanden naar een ander formaat, analyseren, samenvatten en grafisch voorstellen van gegevens. Door de omvang van de stroom aan nieuwe informatie mag van moderne onderzoekers dan ook verwacht worden dat ze die taken kunnen automatiseren. In dit opleidingsonderdeel leer je hoe je een taak gesteld in natuurlijke taal kunt omzetten naar een programma dat door een computer uitgevoerd kan worden. Hierbij doe je praktische programmeerervaring op door te leren denken in de programmeertaal Python. Er wordt doorheen de BSc opleiding in de fysica en sterrenkunde veel aandacht besteed aan computationele vaardigheden, meestal geformuleerd in de programmeertaal Python.

Wiskundige structuren en functies

Dit is het eerste opleidingsonderdeel in de leerlijn wiskunde. Het vak wil bijdragen aan de doelstellingen van de bacheloropleiding door het aanbieden van een goed onderbouwde en tevens wijd toepasbare kennismaking met functies van één reële veranderlijke. Het vak levert kennis en kunde die op vele terreinen inzetbaar, en op sommige terreinen onmisbaar zijn. De studenten worden gaandeweg vertrouwd gemaakt met de werkwijzen en redeneringen die typisch voor de wiskundige analyse zijn. Er wordt geen volledigheid betracht. De onderwerpen zijn stuk voor stuk gekozen op grond van hun nut en worden volledig met bewijzen onderbouwd. Die bewijzen zijn inhoudelijk streng maar vaak informeel verwoord. De theorie is onlosmakelijk verbonden met oefeningen die op zelfwerkzaamheid en fysische toepassing gericht zijn. Na het volgen van dit vak kan een student een natuurkundig of sterrenkundig probleem van reële analyse in één veranderlijke situeren, de oplossingswijze beredeneren en de oplossing vinden door de aangeleerde methodes.  Zaken die aan bod komen in dit vak zijn: Inleidende begrippen en definities; functies, limieten en continuïteit; afleiden en primitiveren; bepaalde integralen; functiereeksen; inleiding tot differentiaalvergelijkingen.

Lineaire algebra

Dit is het tweede opleidingsonderdeel in de leerlijn wiskunde. Er wordt een brede basis gelegd in de theorie van de vectorruimten en de lineaire algebra over willekeurige velden, die dan nadien wordt toegepast in de concrete situatie van Euclidische ruimten. De opbouw van de leerstof zal de student stimuleren om een meer abstract wiskundige denkwijze te hanteren. Daarbij is er veel aandacht voor toepassingen in andere vakgebieden, in het bijzonder in de fysica en in de sterrenkunde. Na het volgen van dit vak kan een student een probleem (theoretisch, praktisch, of afkomstig uit een toepassingsgebied) gesitueerd in vectorruimten, in matrix- of determinantentheorie, of in Euclidische meetkunde analyseren en oplossen. Zaken die aan bod komen in dit vak zijn: Vectorruimten; lineaire afbeeldingen en matrices; stelsels van lineaire vergelijkingen; Euclidische meetkunde en orthogonaliteit; eigenwaarden en eigenvectoren.

Vectoranalyse

Dit is het derde opleidingsonderdeel in de leerlijn wiskunde. Het vak draagt bij aan de doelstellingen van de bacheloropleiding door het aanbieden van een goed onderbouwde en tevens wijd toepasbare kennismaking met functies van twee of drie reële veranderlijken. Daarbij wordt er uitgegaan van kennis van de elementaire analyse van functies van één reële veranderlijke, zoals behandeld in het vak Wiskundige structuren en functies. Het vak kan beschreven worden als “brede basiskennis’’, en levert wiskundige kennis en vaardigheden die op vele terreinen van de fysica en de sterrenkunde  onmisbaar zijn. De studenten worden gaandeweg vertrouwd gemaakt met de werkwijzen en redeneringen die typisch zijn voor analyse met meerdere reële veranderlijken. Volledigheid of diepgang is niet betracht. De onderwerpen zijn stuk voor stuk gekozen op grond van hun nut. Voor krommen en oppervlakken worden sommige plausibele resultaten op intuïtieve gronden aanvaard of toegepast. De theorie is onlosmakelijk verbonden met oefeningen die op zelfwerkzaamheid gericht zijn.  Na het volgen van het vak kan een student door middel van de aangeleerde methodiek een theoretisch of praktisch probleem van reële analyse in twee of drie veranderlijken (zoals afkomstig uit de fysica en de sterrenkunde) situeren, de oplossingswijze beredeneren en de oplossing vinden. Onderwerpen die aan bod komen in dit vak zijn: Functies van meerdere veranderlijken; differentieerbare functies; scalaire en vectoriële velden in R² en R³; lijn-, oppervlakte- en meervoudige integralen; impliciete functies; extremum onderzoek.

Chemie

Dit is het eerste opleidingsonderdeel in de leerlijn interdisciplinariteit en verbreding. Het vak  behandelt de algemene en fundamentele wetmatigheden die het chemisch gedrag van de materie bepalen. Dat gebeurt op een conceptuele manier met voorbeelden en toepassingen uit zowel de anorganische als de organische chemie.Vooreerst komt de atomaire en moleculaire opbouw van de materie aan bod. Er wordt uitgebreid op de chemische binding ingegaan. Vervolgens wordt aangetoond hoe die opbouw zich manifesteert in de chemische en fysische kenmerken van de materie op macroniveau: gasfase, gecondenseerde fase, oplossing. Finaal worden de fysicochemische wetten van de reactiviteit van materie uitgelegd: kinetiek, chemische evenwicht en chemische thermodynamica. Als toepassing worden voorbeelden uit de chemie in waterig midden genomen: zuren, basen, zouten en de redoxchemie. De logische natuur van de chemie wordt benadrukt zodat ook jouw analytisch denken wordt gestimuleerd. Zo wordt een ruime basis gelegd die de toekomstige natuurkundige en sterrenkundige in staat moet stellen chemische fenomenen in het dagelijks leven en in zijn werkdomeinen te herkennen, te beoordelen en te begrijpen. Een paar praktische oefeningen laten je kennis maken met een chemisch labo en met het uitvoeren van eenvoudige experimenten.