Počítačová fyzika II (FSI-T2F)

Akademický rok 2020/2021
Garant: doc. RNDr. Miroslav Doložílek, CSc.  
Garantující pracoviště: ÚFI všechny předměty garantované tímto pracovištěm
Jazyk výuky: čeština
Typ předmětu: oborový předmět
Cíle předmětu:
Cílem kurzu je prohloubit dovednosti ve využití počítačů v každodenní práci inženýra. Po absolvování kurzu je student schopen efektivně využít osobní počítač pro řešení výpočetních úloh do technických předmětů a vyhodnocení a prezentaci výsledků měření. Důraz je kladen na samostatnou práci studentů a poznání specifik jednotlivých programovacích prostředí.
Výstupy studia a kompetence:
Prostřednictvím řešení fyzikálních úloh, počítačového modelování fyzikálních jevů a vyhodnocení výsledků experimentu v programovacích prostředích MahtCad, MatLab případně dalších dle obsahu závěrečného projektu, získá student představu a zkušenosti s využitím jednotlivých programovacích prostředí pro řešení výpočetních inženýrských úloh.
Prerekvizity:
Programování maker pro MS Excel v prostředí Visual Basic. Základy práce v prostředí MATLAB a Mathcad. Fourierovy řady, rozvoj funkce. Řešení soustavy diferenciálních rovnic.
Obsah předmětu (anotace):
Obsahem kursu je samostatné řešení úloh z různých oblastí fyziky s využitím osobního počítače. Výběr úloh je proveden tak, aby rozšířil znalosti použití numerických metod pro technické výpočty a modelování fyzikálních dějů, získané v kurzu Počítačová fyzika I (t1f).
Jako programovací prostředí je standardně používán MathCad a MatLab, pro řešení samostatných projektů pak Maple, C, Visual Basic a případně další programovací prostředí.
Metody vyučování:
Předmět je vyučován formou přednášek, které mají charakter výkladu základních principů a teorie dané disciplíny. Cvičení je zaměřeno na praktické zvládnutí látky probrané na přednáškách.
Způsob a kritéria hodnocení:
Podmínkou udělení klasifikovaného zápočtu je vyřešení všech zadaných příkladů a vypracování samostatného závěrečnoho projektu. Téma projektu je zadáno v průběhu semestru po vzájemné dohodě. Výsledky řešení zadaných příkladů budou předány v elektronické formě. Předání výsledků řešení projektu je specifikováno v zadání projektu. Při udělení zápočtu musí student prokázat porozumění a zdůvodnit použitý způsob řešení. O výsledcích projektu přednese referát.
Klasifikace je dána především úrovní zpracování samostatného projektu:
řešení příkladů 30% ,
samostatný projekt 70% .
Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky:
Přítomnost na cvičení je povinná a je sledována vyučujícím. Způsob nahrazení zmeškané výuky ve cvičení bude stanovena vyučujícím na základě rozsahu a obsahu zmeškané výuky.
Typ (způsob) výuky:
    Přednáška  13 × 1 hod. nepovinná                  
    Cvičení s počítačovou podporou  13 × 1 hod. povinná                  
Osnova:
    Přednáška 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 jednotlivých programovacích
prostředí.
    Cvičení s počítačovou podporou Spřažené harmonické oscilátory. Numerické řešení systému diferenciálních rovnic.
Chaotický pohyb dynamických systémů. Jednoduchá jednorozměrná mapa a její obecné vlastnosti.
Chaotické chování v klasické mechanice.
Náhodná čísla. Generátory pseudonáhodných čísel a jejich testování(rovnoměrnost, periodičnost). Transformace rozdělení. Náhodná procházka.
Fourierův rozvoj periodické funkce. Rychlá Fourierova transformace.
Frekvenční analýza reálného zvukového signálu, časová okna. Filtrace šumového signálu.
Chyby numerických výpočtů. Korektnost a podmíněnost úlohy. Stabilita řešení.
Závěrečný projekt.
Ke každému tématu obdrží student písemné zadání úloh se stručným návodem k řešení doplněné zpravidla počítačovým programem.
Literatura - základní:
1. Wieder, S.: Introduction to MathCad for Scientists and Engineer. McGraw-Hill, Inc. New York, 1992.
2. Gould, H. - Tobochnik, J.: An Introduction to Computer Simulation Methods. Part 1 and 2. Adison-Wesley Publishing Company, 1995.
3. Zimmerman, R.L. - Olness F.I.: Mathematica for Physics. Addison-Wesley Publishing Company, 1989.
Literatura - doporučená:
1. Dudek, P.: MathCad - příručka pro uživatele. Grada,a.s., Praha 1992.
2. Nezbeda,I.- Kolafa,J.- Kotrla,M.: Úvod do počítačových simulací. Skriptum. Karolinum, Praha, 1998.
3. Zaplatílek,K. - Doňar,B.: MATLAB pro začátečníky. BEN - Technická literatura, 2003.
Zařazení předmětu ve studijních programech:
Program Forma Obor Spec. Typ ukončení   Kredity     Povinnost     St.     Roč.     Semestr  
IT-BC-3 prezenční studium BIT Informační technologie -- kl 3 Volitelný 1 2 Z
BIT prezenční studium BITP Informační technologie -- kl 3 Volitelný 1 2 Z
B-FIN-P prezenční studium --- bez specializace -- kl 3 Volitelný 1 2 Z