Počítačová fyzika I

• 13 hod. přednášky
• 13 hod. cvičení

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.
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.

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.

• 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.

• 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.

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.

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.

Podmínkou udělení zápočtu je vyřešení všech zadaných příkladů. O průběhu řešení si vedou studenti písemné poznámky. Vyřešené příklady předávají studenti v elektronické formě.
Účast ve cvičení dle rozvrhu je kontrolována vyučujícím. Způsob náhrady zmeškané výuky stanoví vyučující.