Veranstaltung 11.6 Computerphysik Kurzbezeichnung

Veranstaltung 11.6 Computerphysik
Computerphysik (Computational Physics)
Kurzbezeichnung
Zusatz
Art der Veranstaltung
Vorlesung (4 SWS) und betreute Übung (2 SWS) in einem
Computerarbeitsraum
Leistungspunkte (LP)
9
Kurzbeschreibung
Die Lehrveranstaltung dient der Einführung in die praktische Lösung
physikalischer Probleme mit dem Computer
Voraussetzungen
Module 3, 4; Modul 6 wird empfohlen
Prüfungsanforderungen
Stoff der Vorlesung und der Übungsaufgaben
Leistungsnachweis
Klausur oder mündliche Prüfung , benotet
Inhalte/ Ziele
Diese Lehrveranstaltung dient der Einführung in die Lösung physikalischer Probleme mit Hilfe des
Computers. Dazu gehören insbesondere die
- Auswertung vorhandener Formeln für spezielle physikalische
Prozesse und die Darstellung der Ergebnisse auf dem Bildschirm
- Lösung von Gleichungen, z. B. Differentialgleichungen und die
Berechnung von Integralen, die in der Physik auftreten
- Simulation von physikalischen Systemen und Prozessen
Das beinhaltet das Erlernen mehrerer Fertigkeiten und Kenntnisse über- Numerische Verfahren, die
entweder der Numerischen Mathematik entstammen oder die speziell für das physikalische Problem
entworfen wurden: - die Aufbereitung des Problems zur praktischen Durchführung am Computer
- die Programmierung und den Test der Programme anhand der
Beispiele ( „learning by doing“, zu Beginn gibt es eine Einführung in die Programmierung während der
Übungen)
- Fehlerquellen, die durch die Benutzung des Computers entstehen
können und deren Vermeidung
- die Auswertung und graphische Darstellung der Daten
Im Einzelnen werden die folgenden Inhalte behandelt:
Interpolation und Approximation, Numerische Integration, Iterationsverfahren, Nichtlineare
Optimierungstechniken, Gewöhnliche Differentialgleichungen, Lineare Gleichungssysteme
und Eigenwertprobleme, Zufallszahlen und Monte-Carlo-Methoden, Molekulardynamik-Simulationen
Lehre und Selbststudium:
Begleitend zu der Vorlesung muss eine Nacharbeitung / Überarbeitung anhand von Lehrbüchern der Physik,
Begleitend zu der Vorlesung muss eine Nacharbeitung / Überarbeitung anhand von Lehrbüchern der Physik,
der Computational Physics und / oder der Numerischen Mathematik erfolgen. Die Übungen müssen zu
Hause vorbereitet werden. Die Übungsaufgaben werden deshalb jeweils etwa eine Woche vorher
ausgegeben. Ein Teil der Programme wird auf dem Physikserver, auf dem die Übungen stattfinden, zur
Verfügung gestellt. Der Server ist für alle Teilnehmer während des ganzen Semesters zugänglich. Die
Vorbereitung betrifft bei vorgegebenen Programmen das Überprüfen auf die gewählte Vorgehensweise für
das physikalische Problem bzw. das numerische Verfahren, die Technik der Programmierung und die Einund Ausgabe des Programms. Zusätzlich muss ein Teil der Programme selbst geschrieben, ergänzt oder
abgeändert werden.
Anforderungen und Einzelleistungen (Prüfungen)
Die Studierenden nehmen regelmäßig an den Veranstaltungen von 11.6 teil. In den Übungen wird ihre
Teilnahme, d.h. regelmäßige Anwesenheit und ihre aktive Mitarbeit kontrolliert. Die Veranstaltung wird mit
einer Klausur oder einer mündlichen Prüfung abgeschlossen, die sich auf die Vorlesung und die
Übungsaufgaben bezieht.
Wenn die Prüfung bestanden ist, werden 9 LP gutgeschrieben. Die Prüfung wird benotet und geht in die
Abschlussnote für den B.Sc. ein.
Stellung im Studium/ Angebotsturnus
Es wird empfohlen die Veranstaltung im 4. Semester des Studiums zu beginnen und abzuschließen. Jährlich,
jeweils im Sommersemester
Lehrende
Die Lehrenden sind die Professor(inn)en der Theoretischen Physik im Wechsel. In den Übungen werden Sie
von Tutoren, i.d. Regel erfahrene Studierende oder Assistenten, betreut.
Literatur
Die Veranstaltung folgt keinem bestimmten Lehrbuch. Zu Beginn der Veranstaltung wird unterstützende
Literatur bekannt gegeben.
Folgende beispielhafte Standardwerke sind zu empfehlen:
Paul L. DeVries, A First Course in Computational Physics, Wiley, 1994
Tao Pang, An Introduction to Computational Physics, Cambridge University Press, 1997
Rubin H. Landau, Manuel J. Paez, Computational Physics, Wiley, 1999
J. M. Thijssen, Computational Physics, Cambridge University Press, 1999
E. W. Schmid, G. Spitz, W. Lösch, Physikalische Simulationen mit dem Personalcomputer, Springer, 1993
S. E. Koonin, D. C. Meredith, Physik auf dem Computer 1 + 2, Oldenburg, 1990
W. H. Press, B. P. Flannery, S. A. Teukolsky, W. T. Vetterling, Numerical Recipes, Cambridge University
Press, 1992
J. Stoer, R. Bulirsch, Einführung in die Numerische Mathematik I + II, Springer, 1972