Detail předmětu
Počítačová fyzika I
T1F FSI T1F Ak. rok 2021/2022 letní semestr 3 kredity
Obsahem kurzu je samostatné řešení úloh z různých oblastí fyziky s využitím personálního počítače. Výběr úloh je proveden tak, aby pokrýval základní numerické metody (derivace, integrace, řešení soustavy rovnic, řešení diferenciální rovnice 1.řádu, interpolace, regrese), používané při technických výpočtech a zpracování experimentálních dat.
Jako programovací prostředí je používán Excel, MATLAB a MathCad. Důraz je kladen na samostatnou práci studentů. V rámci přednášky jsou studenti uvedeni do fyzikální problematiky řešených příkladů, obecnějších vlastností programovacích prostředí a použitých numerických algoritmů.
Ve cvičení pak samostatně řeší zadané příklady, přičemž zadání příkladu podrobněji specifikuje dílčí cíle řešení, v případě modelů fyzikálních jevů pak obsahuje zpravidla i rozsah hodnot parametrů a závislosti, které je třeba sledovat a vyhodnotit.
Garant předmětu
Jazyk výuky
Zakončení
Rozsah
- 13 hod. přednášky
- 13 hod. cvičení
Zajišťuje ústav
Přednášející
Cvičící
Získané dovednosti, znalosti a kompetence z předmětu
Prostřednictvím řešení fyzikálních úloh, počítačového modelování fyzikálních jevů a vyhodnocení výsledků experimentu v programovacích prostředích Excel, MATLAB a MahtCad získá student představu a zkušenosti s využitím jednotlivých programovacích prostředí pro řešení výpočetních inženýrských úloh.
Cíle předmětu
Cílem kurzu je poznat možnosti využití počítačů v každodenní práci inženýra. Po absolvování kurzu je student schopen využít personální počítač pro řešení výpočetních úloh do technických předmětů a vyhodnocení a prezentaci výsledků laboratorních měření. Zdůrazněna je samostatná práci studentů a poznání specifik jednotlivých programových prostředí.
Požadované prerekvizitní znalosti a dovednosti
Technické prostředky počítače. Obecná struktura operačního systému, principy uživatelské komunikace. Práce pod Windows. Textové a tabulkové procesory - MS Word a MS Excel. Práce v síti, Internet, mail. MATLAB - základní informace. Základy numerické matematiky. Numerické derivování a integrování funkce jedné proměnné. Řešení obyčejných diferenciálních rovnic 1. a 2. řádu. Znalosti klasické fyziky na úrovni střední školy.
Literatura studijní
- Barilla, J.: Microsoft Excel pro techniky a inženýry, 1998.
- Dudek, P.: MathCad - příručka pro uživatele. Grada, 1992.
- Zaplatílek,K. - Doňar,B.: MATLAB pro začátečníky. BEN - Technická literatura, 2003.
Literatura referenční
- Potter, F. - Peck, Ch.V.: Dynamic Models in Physics. Vol.1. Mechanics. N.Simonson Company, 1989.
- Gould, H. - Tobochnik, J.: An Introduction to Computer Simulation Methods. Part 1 and 2. Addison - Wesley Publishing Company, 1989.
- DeVries,P.L.: A First Course in Computational Physics. John Wiley & Sons, Inc., 1994.
Osnova přednášek
Obsahem přednášky je uvedení do problematiky řešené ve cvičení. Důraz
je kladen na
- fyzikální podstatu řešených příkladů,
- obecnější souvislosti použitých numerických metod a algoritmů,
- způsob práce, specifiky a omezení v jednotlivých programovacích
prostředích.
Osnova numerických cvičení
Úvod do počítačové fyziky. Zásady práce v počítačové učebně.
Základy činnosti tabulkového kalkulátoru Excel. Kinematika rovnoměrně zrychleného pohybu. Vytváření výpočetního modelu v tabulkovém kalkulátoru.
Rychlost změny. Přesnost numerické derivace.
Kinematika nerovnoměrného pohybu. Jednoduchá numerická integrace.
Přestup tepla. Výpočet integrálu Simpsonovou metodou.
Druhý pohybový zákon. Numerické řešení diferenciální rovnice Eulerovou metodou a metodou Runge-Kutta.
Harmonické a neharmonické kmity.
Vytváření fyzikálních modelů v programovém prostředí Matlab a Simulink.
Pohyb v reálném prostředí se silami odporu. Tlumené a vynucené kmity.
Využití programu MathCAD pro vyhodnocení výsledků měření a zpracování zprávy o měření.
Vyjadřování a výpočet nejistot.
Průběžná kontrola studia
Podmínkou udělení zápočtu je vyřešení všech zadaných příkladů. O průběhu řešení si vedou studenti písemné poznámky. Vyřešené příklady předávají studenti v elektronické formě.
Metody vyučování
Předmět je vyučován formou přednášek, které mají charakter výkladu základních principů a teorie dané disciplíny. Cvičení je zaměřeno na praktické zvládnutí látky probrané na přednáškách.
Kontrolovaná výuka
Účast ve cvičení dle rozvrhu je kontrolována vyučujícím. Způsob náhrady zmeškané výuky stanoví vyučující.
Zařazení předmětu ve studijních plánech