Symulacje komputerowe w fizyce

Umiejętność pracy z komputerem, wskazana znajmość przynajmniej jednego języka programowania. Zajęcia praktyczne będa odbywały się w Pythonie, do którego wstęp zostanie przedstawiony podczas kursu, ale doświadczenie w programowaniu na pewno ułatwi pracę nad poszczególnymi projektami.

w sali

Kurs będzie nastawiony na umiejętności praktyczne i ma na celu wprowadzenie studentów do technik symulacji komputerowych w zastosowaniu do konretnych problemów fizycznych. Zostaną omówione podstawowe metody modelowania układów fizycznych takie jak dynamika molekularna czy Monte Carlo, omówimy też elementarne modele sieciowe pozwlające opisywać procesy wzrostu, przejścia fazowe etc. Podstawowym celem kursu jest wyposażenie studentów w wystarczające narzedzia, tak aby mogli samodzielnie używać symulacji komputerowych do analizy rzeczywistych układów fizycznych. W ramach kursu dbywać się będą wykłądy oraz zajęcia praktyczne w laboratorium komputerowym.

1. Wstęp: Po co symulować?

2. Krótki kurs Pythona

3. Dynamika molekularna:

- mechanika newtonowska i całkowanie numeryczne

- metody symplektyczne

- układy ze stałą temperaturą i termostaty

4. Chaos deterministyczny

- fraktale

- nieliniowy model oscylatora z wymuszaniem

- obrazowanie chaosu w przestrzeni fazowej

5. Monte Carlo (MC)

- podstawy termicznych, równowagowych symulacji MC

- pomiar i analiza wyników w ramach MC

6. Proste modele sieciowe:

- agregacja dyfuzyjna

- automaty komórkowe

- samoorganizująca się krytyczność

- kinetyczne modele wzrostu warstw krystalicznych

D. Frenkel and B. Smit, Understanding Molecular Simulation: From Algorithms to Applications, (Academic Press, 1996)

M.P. Allen, D.J. Tildesley, Computer Simulation of Liquids (Oxford, 1989)

M.E.J. Newman and G.T. Barkema, Monte Carlo methods in statistical physics, Oxford (1999).

J.M. Thijssen, Computational Physics, Cambridge (1999).

Studenci będą proszeni o przygotowanie jednej mini-prezentacji z zagadnień związanych z wykładem bądź ćwiczeniami. Poza tym, w ramach laboratorium komputerowego, studenci będą wykonywać kilkanaście projektów numerycznych, których wyniki będą oceniane. Wiedza teoretyczna zostanie sprawdzona za pomocą testu.