Počítačová fyzika (FSI-0PF)

Akademický rok 2021/2022
Garant: doc. RNDr. Miroslav Doložílek, CSc.  
Garantující pracoviště: ÚFI všechny předměty garantované tímto pracovištěm
Jazyk výuky: čeština
Cíle předmětu:
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.
Výstupy studia a kompetence:
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.
Obsah předmětu (anotace):
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.
Metody vyučování:
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.
Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky:
Účast na každém cvičení dle rozvrhu. Náhradu zameškané výuky stanoví vyučující.
Typ (způsob) výuky:
    Cvičení s počítačovou podporou  13 × 2 hod. povinná                  
Osnova:
    Cvičení s počítačovou podporou 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.
Literatura - základní:
1. Wieder, S.: Introduction to MathCad for Scientists and Engineers. 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, 1995.
Literatura - doporučená:
1. Šleger,V. - Vrecion,P.: MathCad7. Haar International, Praha 1998.
2. Maroš,B. - Marošová,M.: Základy numerické matematiky. VUT v Brně, 1997.
3. Zaplatílek,K. - Doňar,B.: MATLAB pro začátečníky. BEN, Praha 2003.
4. Sedláček,M. - Šmíd,R.: Matlab v měření. ČVUT Praha, 2004.
Zařazení předmětu ve studijních programech:
Program Forma Obor Spec. Typ ukončení   Kredity     Povinnost     St.     Roč.     Semestr  
B-MAI-P prezenční studium --- bez specializace -- zá 2 Volitelný 1 2 L
B-MET-P prezenční studium --- bez specializace -- zá 2 Volitelný 1 2 L