Detail předmětu
Počítačová fyzika
FSI-0PF Ak. rok: 2022/2023 Letní semestr
Obsahem kursu 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 2.řádu, interpolace, regrese), používané při technických výpočtech a zpracování experimentálních dat. Jako programovací prostředí je používán Excel a MATLAB. Ve cvičení 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.
Jazyk výuky
čeština
Počet kreditů
2
Garant předmětu
Zajišťuje ústav
Výsledky učení předmětu
Prostřednictvím řešení fyzikálních úloh, počítačového modelování fyzikálních jevů a vyhodnocení výsledků experimentu v programovacích prostředích Excel and MATLAB získá student představu a zkušenosti s využitím jednotlivých programovacích prostředí pro řešení výpočetních inženýrských úloh.
Prerekvizity
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. Znalosti klasické fyziky na úrovni střední školy.
Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody
Předmět je vyučován formou cvičení, které je zaměřeno na praktické zvládnutí látky.
Způsob a kritéria hodnocení
Vyřešení všech zadaných příkladů. Vyřešené příklady studenti ukládají do určeného adresáře. Záznam o průběhu řešení a komentáře k výsledkům řešení zapisují do sešitu. Zápočet je udělen na základě předložených vyřešených příkladů a na základě kontroly sešitu.
Učební cíle
Cílem kursu je poznat možnosti využití počítačů v každodenní práci inženýra. Po absolvování kursu je student schopen využít personální počítač pro řešení výpočetních úloh do technických předmětů a vyhodnocení a presentaci výsledků laboratorních měření. Zdůrazněna je samostatná práci studentů a poznání specifik jednotlivých programových prostředí.
Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky
Účast na každém cvičení dle rozvrhu. Náhradu zameškané výuky stanoví vyučující.
Použití předmětu ve studijních plánech
Program B-MET-P: Mechatronika, bakalářský, volitelný
Typ (způsob) výuky
Cvičení s počítačovou podporou
26 hod., povinná
Osnova
Úvod do počítačové fyziky. Zásady práce v počítačové učebně.
Základy činnosti tabulkového kalkulátoru Excel. Kinematika rovnoměrně zrychleného pohybu.
Rychlost změny. Přesnost numerické derivace.
Kinematika nerovnoměrného pohybu. Jednoduchá numerická integrace.
Přestup tepla. Výpočet integrálu Simpsonovou metodou.
Přesnost a stabilita výpočtu.
Druhý pohybový zákon. Numerické řešení diferenciální rovnice Eulerovou metodou. Harmonické kmity.
Numerické řešení diferenciální rovnice metodou Runge-Kutta. Neharmonické kmity.
Vytváření fyzikálních modelů v programovém prostředí Famulus.
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.