Detail předmětu

Počítačová fyzika

FSI-0PFAk. rok: 2024/2025

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

Garant předmětu

doc. Ing. Miroslav Bartošík, Ph.D.

Zajišťuje ústav

Ústav fyzikálního inženýrství (ÚFI)

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. Znalosti klasické fyziky na úrovni střední školy.

Pravidla hodnocení a ukončení předmětu

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.
Účast na každém cvičení dle rozvrhu. Náhradu zameškané výuky stanoví vyučující.

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.
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.

Základní literatura

Gould, H. - Tobochnik, J.: An Introduction to Computer Simulation Methods. Part 1 and 2. Adison-Wesley Publishing Company, 1995. (EN)
Wieder, S.: Introduction to MathCad for Scientists and Engineers. McGraw-Hill, Inc. New York, 1992. (EN)
Zimmerman, R.L. - Olness F.I.: Mathematica for Physics. Addison-Wesley Publishing Company, 1995. (EN)

Doporučená literatura

Maroš,B. - Marošová,M.: Základy numerické matematiky. VUT v Brně, 1997. (CS)
Sedláček,M. - Šmíd,R.: Matlab v měření. ČVUT Praha, 2004. (CS)
Šleger,V. - Vrecion,P.: MathCad7. Haar International, Praha 1998. (CS)
Zaplatílek,K. - Doňar,B.: MATLAB pro začátečníky. BEN, Praha 2003. (CS)

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program B-MET-P bakalářský 2 ročník, letní semestr, volitelný

Typ (způsob) výuky

 

Cvičení s počítačovou podporou

26 hod., povinná

Vyučující / Lektor

doc. Ing. Miroslav Bartošík, Ph.D.

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.