Computational Physics

Jan Kierfeld

Technische Universität Dortmund
Sommersemester 2009
4-stündig mit 2-stündiger Übung

Kontakt:  Jan.Kierfeld@tu-dortmund.de
Raum: P1-O2-312
Tel: 0231-755-3545


Ort, Zeit

Vorlesung:
Mi, 8:30-10:00, Fr, 8:30-10:00, jeweils Raum P1-O1-306
Übungen:
Mo, 8-10
Übungsgruppe Patrick Grete, Fabian Güttge: Raum P1-O2-111
Übungsgruppe Björn Zelinski, Jaroslaw Krawczyk: Raum P2-E0-414 (AV-Raum)


Skript

Latex Skript als pdf-file, als djvu-file


  1. Einleitung
    1:  15.4.2009  [pdf]
  2. Zahlen und Fehler (Literatur 1,8,9)
    2:  17.4.2009  [pdf]
  3. Differentiation und Integration (Literatur 1,2,8)
    3:  22.4.2009  [pdf]
    4:  24.4.2009  [pdf]
    5:  29.4.2009  [pdf]
  4. Interpolation und Extrapolation (Literatur 1,8)
    5:  29.4.2009  [pdf]
    6:  6.5.2009  [pdf]
    7:  8.5.2009  [pdf]
  5. Gewöhnliche Differentialgleichungen (Literatur 1,2,3,4,5,8)
    7:  8.5.2009  [pdf]
    8:  13.5.2009  [pdf]
  6. MolekularDynamik Simulationen (Literatur 4,5)
    9:  15.5.2009  [pdf]
    10:  20.5.2009  [pdf]
    11:  22.5.2009  [pdf]
    12:  27.5.2009  [pdf]
  7. Lineare Gleichungssysteme (Literatur 1,8)
    12:  27.5.2009  [pdf]
    13:  29.5.2009  [pdf]
  8. Partielle Differentialgleichungen (Literatur 1)
    13:  29.5.2009  [pdf]
    14:  3.6.2009  [pdf]
  9. Iterationen, Fixpunkte, Nullstellen, Nichtlineare Gleichungen (Literatur 1,10)
    15:  5.6.2009  [pdf]
    16:  10.6.2009  [pdf]
    17:  12.6.2009  [pdf]
    18:  17.6.2009  [pdf]
  10. Matrixdiagonalisierung, Eigenwertprobleme (Literatur 1,11)
    18:  17.6.2009  [pdf]
    19:  19.6.2009  [pdf]
    20:  24.6.2009  [pdf]
  11. Minimierung (Literatur 1)
    21:  26.6.2009  [pdf]
    22:  1.7.2009  [pdf]
  12. Zufallszahlen (Literatur 1,3,5)
    22:  1.7.2009  [pdf]
    23:  3.7.2009  [pdf]
  13. Monte-Carlo Simulationen (Literatur 1,2,3,4,5,6,7,12,13)
    23:  3.7.2009  [pdf]
    24:  8.7.2009  [pdf]
    25:  10.7.2009  [pdf]
    26:  15.7.2009  [pdf]
    27:  17.7.2009  [pdf]
  14. Simulation stochastischer Bewegungsgleichungen (Literatur 1,6,7)
    27:  17.7.2009  [pdf]
    28:  22.7.2009  [pdf]
    29:  24.7.2009  [pdf]



Sonstiges

15.7.2009  java-applet zum 2D Ising Modell (java muss installiert sein)
applet aus http://physics.ucsc.edu/~peter/java/ising/keep/ising.html
10.6.2009  zum Benfordschen Gesetz (Vorlesung 17.4.) und der Präsidentenwahl im Iran 2009: pdf
5.6.2009  java-applets zur logistischen Abbildung aus der Vorlesung (java muss installiert sein)
applets aus http://math.la.asu.edu/~chaos/logistic.html und
http://www.geocities.com/CapeCanaveral/Hangar/7959/logisticmap.html
25.5.2009  Peter Ungelenk: Einführung in die Programmierung grafischer Oberflächen
Vortrag (pdf)
Programmbeispiele (zip-file)
Links: http://wxwidgets.org/, Entwicklungsumgebung wxDev-C++, Handbuch
15.4.2009  pdf: N.Metropolis, The Beginning of the Monte Carlo Method
link: Z1/Z3, ENIAC Emulation



Übungen

15.4.2009:  Übung 0
20.4.2009:  Übung 1
27.4.2009:  Übung 2
4.5.2009:  Übung 3, neue äquidistante Version
11.5.2009:  Übung 4
18.5.2009:  Übung 5
25.5.2009:  Übung 6
1.6.2009:  Pfingsten
8.6.2009:  Übung 7
15.6.2009:  Übung 8
22.6.2009:  Übung 9
29.6.2009:  Übung 10
6.7.2009:  Übung 11



Synopsis

Die computergestützte Physik ist ein wichtiger Zweig der Physik, der zunehmend eigenständig wird neben Experiment und Theorie. Die Vorlesung soll Studenten in die Lage versetzen, Probleme, die sie im Rahmen der Vorlesungen Physik I-IV und Thermodynamik und Statistik kennengelernt haben, auch mit dem Computer zu lösen.

Die Vorlesung wird eine Einführung in numerische Methoden und Algorithmen in der Physik geben. Dabei sollen zum einen grundlegende numerische Methoden vermittelt werden wie numerische Differentiation und Integration, Interpolation, Nullstellenbestimmung und numerische lineare Algebra. Daneben sollen numerischen Methoden behandelt werden, die speziell in der computergestützten Physik wichtig sind, z.B. zum Lösen von Bewegungsgleichungen oder Maxwellgleichungen in der E-Dynamik (gewöhnliche und partielle Differentialgleichungen), zur Energieminimierung (Optimierung), zur Bestimmung quantenmechanischer Eigenwerte (Eigenwertprobleme) und zur Simulation in der statistischen Physik (Monte-Carlo, Molekulardynamik).

Die folgende Themenliste entspricht dem chronologischen Ablauf der Vorlesung:




Voraussetzungen

Vorausgesetzt werden die Physikgrundvorlesungen I-IV und die Thermodynamik und Statistik. Außerdem wird die Beherrschung einer Programmiersprache (vorzugsweise C, C++, oder aber auch Fortran, Java) vorausgesetzt, um die Übungen bearbeiten zu können. Evtl. kann eine Einführung in eine Programmiersprache (z.B. C) gegeben werden.


Literatur

  1. Press et al., Numerical Recipes , Cambridge University Press (free online editions of older versions)
  2. S.E. Koonin and D.C. Meredith, Computational Physics, Addison-Wesley
  3. W. Kinzel and G. Reents, Physics by Computer, Springer
  4. D. Frenkel and B. Smit, Understanding Molecular Simulation, Academic Press
  5. H. Gould, J. Tobochnik, W. Christian, An Introduction to Computer Simulation Methods: Applications to Physical Systems, Addison Wesley
  6. J.M. Thijssen, Computational Physics, Cambridge University Press
  7. D.P. Landau and K. Binder, Monte Carlo Simulations in Statistical Physics , Cambridge University Press
  8. Stoer, Numerische Mathematik 1, Springer
  9. Hamming, Numerical Methods for Scientists and Engineers, Dover
  10. S.H. Strogatz, Nonlinear Dynamics and Chaos, Westview Press
  11. G.H. Golub, C.F. van Loan Matrix Computation, Johns Hopkins University Press
  12. M. Hjorth-Jensen, Lecture Notes in Computational Physics, University of Oslo, 2008 (Vorsicht: relativ viele Typos)
  13. W. Krauth, Statistical Mechanics: Algorithms and Computations, Oxford University Press



Klausur

keine, zum Erwerb des Scheins werden die Übungsleistungen maßgeblich sein.




Last modified 27-05-2009 by Jan Kierfeld