Detail předmětu
Počítačová fyzika I
T1F FSI T1F Ak. rok 2023/2024 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
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.
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.
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.
Účast ve cvičení dle rozvrhu je kontrolována vyučujícím. Způsob náhrady zmeškané výuky stanoví vyučující.
Zařazení předmětu ve studijních plánech
- Program BIT, 1. ročník, volitelný
- Program BIT (anglicky), 1. ročník, volitelný