Úvod do počítačové fyziky 1

Garant předmětu:

Milan Kuchařík

Přednášející:

Pavel Eichler

Cvičící:

Pavel Eichler

Předmět zajišťuje:

Katedra softwarového inženýrství

Anotace:

Numerické simulace a její role ve fyzice, metodika tvorby počítačových programů. Počítačové jazyky používané ve fyzice. Numerické knihovny a knihovny programů pro fyziku. Programové vybavení pro vědeckou vizualizaci. Počítačová dynamika tekutin, hydrodynamické simulace, metody diskretizace Eulerových rovnic. Prostředky pro intenzivní počítání, paralelní počítání, software pro paralelní výpočty. Vědecké databáze publikací, hodnocení vědců, citační analýza.

Požadavky:

Osnova přednášek:

1. Počítače ve fyzice. Počítačový experiment. Fyzikální zákony, matematické modely, numerická schémata.

2. Vědecké databáze. Elektronické databáze vědeckých časopisů a výzkumných zpráv. Hodnocení vědeckých časopisů a vědců, publikace, citační analýza.

3. Počítačový hardware, hierarchie paměti počítače. Superpočítače, intenzivní výpočty. Programovací jazyky pro fyziku, překladače. Numerické knihovny.

4. Paralelní výpočty, sdílená a distribuovaná paměť. Softwarové nástroje a knihovny pro paralelizaci.

5. Metodika vědeckého programování. Chyby ve vědeckých kódech. Numerické algoritmy pro fyziku.

6. Počítačová dynamika stlačitelných tekutin. Experiment a simulace. Eulerovy rovnice. Výpočetní sítě, diskretizace v prostoru a čase.Verifikace a validace. Softwarové nástroje pro počítačovou dynamiku tekutin.

7. Metoda konečných diferencí -konečné diference, diferenční schémata, explicitní/implicitní schémata.

8. Metoda konečných objemů-integrální tvar rovnic, tokový tvar, numerické metody pro integraci.

9. Metoda konečných prvků-aproximace pomocí bazických funkcí, oddělení časových a prostorových derivací.

10. Další metody: spektrální metody, metody hraničních prvků, bezsíťové metody, metoda smoothed-particle hydrodynamics, lattice Boltzmannova metoda.

11. Řešení Eulerových rovnic, základní typy metod v Eulerovském souřadném systému.

12. Vědecká vizualizace. Typy grafů ve fyzice. Softwarové nástroje pro vědeckou vizualizaci.

Osnova cvičení:

dle přednášky

Cíle studia:

Studijní materiály:

Povinná literatura:

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

[2] H. Gould, J. Tobochnik, W. Christian: An Introduction to Computer Simulation Methods: Applications to Physical Systems, CreateSpace Independent Publishing Platform; 3rd Revised edition, 2017. ISBN 978-1974427475.

Doporučená literatura:

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

Studijní pomůcky:

Počítačová učebna UNIX

Poznámka:

Rozvrh na zimní semestr 2024/2025:

	06:00–08:0008:00–10:0010:00–12:0012:00–14:0014:00–16:0016:00–18:0018:00–20:0020:00–22:0022:00–24:00
Po
Út	místnost DC:PL1 Eichler P. 10:00–11:50 (přednášková par. 1) Decin Počítačová laboratoř 1
St
Čt
Pá

Rozvrh na letní semestr 2024/2025:

Rozvrh není připraven

Předmět je součástí následujících studijních plánů:

• Aplikace informatiky v přírodních vědách (povinný předmět programu)