Detail předmětu
Počítačová fyzika I
FSI-T1F Ak. rok: 2023/2024 Letní semestr
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.
Jazyk výuky
čeština
Počet kreditů
3
Garant předmětu
Zajišťuje ústav
Vstupní znalosti
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.
Pravidla hodnocení a ukončení předmětu
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.
Učební cíle
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.
Použití předmětu ve studijních plánech
Program B-FIN-P: Fyzikální inženýrství a nanotechnologie, bakalářský, volitelný
Program BIT: Informační technologie, bakalářský
specializace BITP: Informační technologie, volitelný
Typ (způsob) výuky
Přednáška
13 hod., nepovinná
Vyučující / Lektor
Osnova
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.
Cvičení s počítačovou podporou
13 hod., povinná
Vyučující / Lektor
Osnova
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.