¿Cuáles son algunos buenos temas para una presentación de física de pregrado de 40 minutos que pretende ser principalmente matemática?

Advertencia justa: los EFE son difíciles. Si está utilizando un método de “enchufar y verificar”, entonces es plausible, pero derivarlo sería demasiado avanzado para lo que supongo que la clase se basaría en el libro de texto. Probablemente quiera seguir una trayectoria como “explicar cómo entender los EFE, mostrar que los agujeros de gusano son soluciones, discutir las consecuencias”, con el enfoque pedagógico como primer paso.

Algunas alternativas a ese plan:

  • Problemas de minimización, que aparecen en la física. Algunos ejemplos…
    • Para un problema leve: deriva el braquistocromo o una forma similar (bueno si no has desarrollado mucho cálculo de variaciones en la clase).
    • Observe los estados de equilibrio de una película de jabón, que minimiza el área de superficie (p. Ej., ¿Por qué tiene cero “curvatura media”?) Solo se recomienda si ha realizado algún cálculo de variaciones.
  • Dinámica no lineal. Por ejemplo, tome una configuración complicada y obtenga una ecuación diferencial (el conocimiento de la mecánica lagrangiana sería útil aquí). Alternativamente, tome un problema bien conocido.
  • Echa un vistazo a la cúpula de Norton; Una especie de curiosidad de la física matemática.
  • Si aún no lo ha visto en otra clase, deduzca la ecuación de onda de las ecuaciones de Maxwell en forma diferencial y un poco más de discusión.
  • Aprenda sobre algunas técnicas para resolver PDE: funciones de Green, auto-similitud (como se aplica a la ecuación de calor), separación de variables …

Aquí hay algunas ideas:

  • Aborde el monopolo magnético. Las ecuaciones de Maxwell dicen que el campo magnético no tiene divergencia debido a que no hay fuentes, pero ¿y si las hubiera ? Puede hacer una presentación carnosa escribiendo las ecuaciones con monopolos, describiendo cómo nuestros imanes comunes diferirían de un verdadero bipolar, y rematando con la prueba de Dirac de que la existencia de incluso un monopolar en cualquier parte del universo forzaría inmediatamente ¡Toda carga eléctrica a cuantificar! Vergonzoso complemento de una discusión reciente: la respuesta de Shern Ren Tee a ¿Cuál es el teorema de matemáticas o física más loco que conoces?
  • Un buen finalista es el teorema de Bertrand. Cualquier fuerza radial permite órbitas circulares como trayectorias cerradas, pero solo para combinaciones especialmente elegidas de posición inicial y momento. Por el contrario, la fuerza cuadrada inversa y el potencial armónico radial obligan a cualquier trayectoria unida a ser una órbita cerrada (una elipse). El teorema de Bertrand establece que estas son las únicas fuerzas radiales con esa propiedad. Una buena prueba matemática que te enseña mucho sobre la dinámica orbital general en el proceso.
  • Para la investigación numérica, me gusta el doble péndulo. ¡Este sistema aparentemente inocuo con solo dos variables angulares y dos variables de mmomentum angular es de hecho caótico! Puede demostrar una separación exponencial de trayectorias inicialmente arbitrariamente cercanas, duplicar el período en caos en función del aumento de energía y dibujar cuencas de atracción fractal en el espacio de fase de las condiciones iniciales.

El método matemático para las propiedades eléctricas del alambre de cobre puro cuando está completamente recubierto con cáustico al vapor y luego polarizado con un DMM. Esto crea un nanocobertura física no estudiada del alambre de cobre. Pruébalo. 🙂

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