Počítačová fyzika 2

Garant předmětu:

Milan Kuchařík

Přednášející:

Milan Kuchařík

Cvičící:

Milan Kuchařík

Předmět zajišťuje:

katedra laserové fyziky a fotoniky

Anotace:

Struktura hydrodynamického kódu, reprezentace strukturovaných a nestrukturovaných výpočetních sítí. Nástroje pro

ladění a profilování kódu, detekce chyb. Paralelizace kódu, hierarchie paměti, superpočítače. Eulerovy rovnice na

pohyblivé síti. Eulerovské, Lagrangeovské a ALE metody, střídavá diskretizace. Metody pro vyhlazování sítí, metody pro

konzervativní interpolace funkcí mezi sítěmi. Aplikace v simulacích interakcí laseru s terčem. Zobecnění pro elastické

materiály. Metody umělé inteligence v počítačové fyzice.

Požadavky:

Podmínka pro zápočet - provedení vlastní simulace a prezentace výsledků.

Osnova přednášek:

1) Modifikace výpočetního kódu, použití externích knihoven. Reprezentace nestrukturované výpočetní sítě. Paralelizace kódu, superpočítače.

2) Ladění a profilování kódu, práce s nástroji gdb a gprof. Detekce chybné práce s pamětí, nástroj valgrind.

3) Metody konečných diferencí, konečných objemů a konečných prvků.

4) Eulerovské metody pro Eulerovy rovnice. Transformace do Lagrangeovského systému souřadnic. Střídavá Lagrangeovská hydrodynamika - odvození a konzervativita metody.

5) Lagrangeovsko-Eulerovské (ALE) metody. Algoritmy pro vyhlazování sítí, rekonstrukce funkcí, konzervativní interpolace.

6) Modely fyzikálních jevů - základní modely absorpce laseru, vedení tepla, fázového přechodu. Stavové rovnice.

7) Aplikace ve fyzice laserem generovaného plazmatu, příklady simulací interakcí laseru s terčem.

8) Vícemateriálová hydrodynamika, metody pro materiálovou rekonstrukci.

9) Zobecnění hydrodynamických metod pro elastické/plastické materiály.

10) Metody umělé inteligence v počítačové fyzice.

11) Komplexní systémy a chaos, aplikace ve fyzice.

Osnova cvičení:

souběžně s přednáškou

Cíle studia:

Znalosti:

Cílem předmětu je získání znalostí o vybraných simulačních metodách v hydrodynamice.

Schopnosti:

Student získá schopnost aplikovat a rozvíjet vybrané simulační metody v hydrodynamice.

Studijní materiály:

Povinná literatura:

[1] R. H. Landau, M. J. Paez: Computational Problems for Physics: With Guided Solutions Using Python, CRC Press, 2018. ISBN 9781138705418.

Doporučená literatura:

[2] R. H. Landau, M. J. Paez, Ch. C. Bordeianu: Computational Physics: Problem Solving with Python, 3rd Edition, Wiley, 2015. ISBN 978-3527413157.

[3] H. Gould, J. Tobochnik, W. Christian: An Introduction to Computer Simulation Methods: Applications to Physical Systems, 3rd Edition, Addison-Wesley, 2006. ISBN 978-0805377583.

[4] T. Pang: An Introduction to Computational Physics, 2nd Edition, Cambridge University Press, 2006. ISBN 978-0521825696.

Studijní pomůcky:

žádné

Poznámka:

Rozvrh na zimní semestr 2025/2026:

Rozvrh není připraven

Rozvrh na letní semestr 2025/2026:

Rozvrh není připraven

Předmět je součástí následujících studijních plánů:

• Aplikace informatiky v přírodních vědách (povinný předmět programu)
• Fyzikální elektronika - Fotonika (volitelný předmět)
• Fyzikální elektronika - Počítačová fyzika (PS)