2019년도 2학기 물리학과의 전공 공부 정리
지난 2019년 1학기 글에 이어지는 글이다.
역학 및 연습2
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Essential Classical Mechanics (Hardcover)
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1학기에 이어서 2학기 때도 위의 교재를 사용해서 고전역학 과목을 마무리하였다.
주로 라그랑지안 역학과 헤밀토니안 역학 중 라그랑지안을 이용한 문제풀이가 주를 이루었다.
또한, 회전 좌표계에서의 오일러 각을 도입하여 강체의 회전운동에 대해서도 서술하는 법을 공부했다.
마지막으로 상호작용하는 두 개 이상의 진동자의 노말 모드에 대해서도 공부했다.
배우다 보니, 확실히 고전역학을 바탕으로 현대물리와 양자역학과 같은 학문이 발전되었음을 깨달았다.
광학과 같은 과목에서 배우는 노말 모드 혹은 양자역학 과목에서 이용하는 헤밀토니안 역학과 같은 과목들은
결국 고전역학의 풀이에서 기반되었음을 확인함으로써 굉장히 의미가 있었던 수학이라 생각된다.
1년 동안 운동을 분석하면서 조금 어이없을 때도 많았지만
(e.g., 동전이 굴러가는 운동을 분석하는데 A4 한 장이 필요한다던가..)
그럼에도 근본이 되는 과목이라 생각이 들었던 과목이다.
전자기 및 연습 1
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기초전자기학
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4대 역학이라 불리는 역학들 중
공학도들조차도 필수적으로 다루는 역학인 전자기학
유명하여 안 쓰는 학교가 있을까? 싶을 정도로 유명한 그리피스의 전자기학으로
전자기학의 첫 번째 학기를 마쳤다.
1장의 벡터 해석은 사실 수리물리 앞쪽을 공부했던 사람이라면 누구나 쉽게 넘어갈 내용으로,
전자기학을 공부함에 있어 필요한 수리적인 도구에 대한 설명들이다.
2장 정전기학은 일반물리의 정전기 개념에 이어, 가우스 법칙 형태를 미분 형태로 나타내는 방법을
배움으로써 조금 더 계산이 편리할 수 있도록 능숙해짐을 배우게 된다.
3장 전위 단원의 경우, 라플라스 방정식의 풀이법을 좌표계 별로 배우며
경곗값에 근거하여 풀이할 수 있는 법에 대해 연습하게 된다. 또한, 다중극 전개라는 개념을 정리하게 된다.
4장 물질 속의 정전기장의 경우 2장의 진공이 배경이 되는상황과는 달리, 실제로 물질속의 정전기에 대해 논하게 되며
이에 따라 대체 전기장 개념을 도입하여 새로운 공식들을 만나게 된다. 또한 3장에서 이용했던 라플라스 풀이법을 통해
다시 한번 전위와 정전기 그리고 편극 밀도까지 논하게 된다.
5장 정자기학에서는 일반물리의 정자기 개념에 이어, 가우스 법칙의 미분 형태뿐만 아니라,
경계조건을 이용한 문제풀이 그리고 벡터 전위 개념에 대해 배우게 된다.
5장의 내용을 공부하며, 중간고사 전 범위였던 3장의 중반부까지는 쉽게 따라갈 수 있었지만
기말고사 범위였던 정자기학 그리고 물질 내 정전기장 같은 경우에는 처음 보는 개념들이 많았기 때문에
이해해 상당한 시간이 소요되었다.
아마 실제 시험 결과도 중간고사에 비해 기말고사가 참담하지 않을까..^-^..
그럼에도 2학기 공부를 위해 방학 때 전자기학 뒷부분의 공부를 하겠다 생각하며.. 정리 끝..
현대 광학
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현대 광학의 경우 세 가지 영역에 걸쳐서 배우게 된다.
첫 번째 고전 광학의 경우 파동의 기본방정식 분석부터, 편광, 굴절, 간섭 그리고 회절의 현상을 공부했다. 그 외에도 홀로그램의 원리나 여러 간섭계에 대한 분석을 해 보기도 하였다.
두 번째 전기광학의 경우 전기 및 자기력을 통한 편광 조절 그리고 액정, 페러데이 효과, 비선형 광학에 대한 기본적인 개념을 이해했다.
마지막 원자 광학의 경우 물질 내 원자와 분자의 상호작용에 대해 이해하고, 레이저의 개념에 대해 문제풀이를 해보는 방식으로 공부했다.
사실 다른 전공과목들보다도 이 과목이 제일 암담했다.
과목에 대한 정보도 없고, 족보 내에서 내신다고 하는데 그에 대한 정보를 구하지 못했기 때문이다.
이 또한 나의 능력이라고 받아들이면 되지만
열심히 수업을 듣는 나에겐 억울한 일이 아닐 수 없었다.
그럼에도 중간고사와 기말고사 답안지를 대부분은 건들 수 있었다는 것에 만족스럽게 위안을 삼으며 정리하고자 하는 과목이다.
비주얼 물리
https://root.cern.ch/
ROOT: analyzing petabytes of data, scientifically.
An open-source data analysis framework used by high energy physics and others.
root.cern
방대하게 데이터량이 늘어난 이 시대를 살아가며, 물리학과에서도 연구에서 이를 이용하기 위한
여러 툴들을 사용하곤 한다. 그중에서도 우리 학과의 경우 입자물리학 교수님들은 ROOT라는 데이터 분석 툴을 사용하시고,
이를 기반으로 데이터 분석 프로젝트를 시도해 보는 과목이다.
ROOT의 경우 사용 기반 언어가 C++, python이지만 대부분 C++을 사용하기 때문에
학기 시작하자마자 나는 독학으로.. 기본적인 C++문법을 익히면서 강의를 수강하였다.
2차원 히스토그램, fitting, 3차원 그래프 등을 그려보며 힉스 입자와 같은 실제 입자계의 운동을 분석해보기도 했고,
머신러닝을 시켜보기도 했다.
중간 프로젝트의 경우 2차원 히스토그램과 C++ 코딩 그리고 데이터 Tree를 이용한 데이터 분석 문제를 해결했으며,
기말 프로젝트는 open project이었기 때문에, '범죄 데이터 분석'이라는 주제를 잡고 미국의 6개 도시를 선정하여
범죄율이 높은 도시와의 상관관계가 높은 변수들을 찾아내고 이를 비쥬얼화 해보는 작업을 통해 프로젝트를 마쳤다.
영어강의이기도 했고, 실습강의이다 보니 매시간 매시간이 힘들었지만 그럼에도
내 진로와 제일 근접한 강의였기 때문에 포기하지 않고 꾸역꾸역 이어도 끝까지 마치려고 노력했던 과목!
2019년도 2학기 정리 끝!!