Computational Physics

Jan Kierfeld

Technische Universität Dortmund
Sommersemester 2011
4-stündig mit 2-stündiger Übung

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


Ort, Zeit

Vorlesung:
Di 9:15-11:00,
Do 10:15-12:00, jeweils Hörsaal 2 (HG II)

Übungen:
1) Mo 8-10
Übungsgruppe Sebastian Knoche, Pascal Müller: Raum P1-O2-323
2) Di 12-14
Übungsgruppe Tobias Kampmann, Horst-Holger Boltz: Hörsaal 8




Skript

Latex Skript als pdf-file, als djvu-file



  1. Einleitung
    1:  5.4.2011  [pdf]
  2. Zahlen und Fehler (Literatur 1,8,9)
    2:  7.4.2011  [pdf]
  3. Differentiation und Integration (Literatur 1,2,8,12)
    3:  12.4.2011  [pdf], Mathematica files Differentiation, Integration
    4:  14.4.2011  [pdf], Mathematica file Trapezregel, Romberg
    5:  19.4.2011  [pdf]
  4. Gewöhnliche Differentialgleichungen (Literatur 1,2,3,4,5,8,9,12,13)
    6:  20.4.2011  [pdf]
    7:  26.4.2011  [pdf]
  5. MolekularDynamik Simulationen (Literatur 4,5)
    8:  28.4.2011  [pdf]
    9:  3.5.2011  [pdf]
    10:  5.5.2011  [pdf]
    11:  10.5.2011  [pdf]
    12:  12.5.2011  [pdf]
  6. Partielle Differentialgleichungen (Literatur 1,13)
    12:  12.5.2011  [pdf]
    13:  17.5.2011  [pdf]
    14:  19.5.2011  [pdf]
  7. Iterationsverfahren (Literatur 1,10)
    14:  19.5.2011  [pdf]
    15:  24.5.2011  [pdf]
    16:  26.5.2011  [pdf], Mathematica file MF Gleichung
    17:  31.5.2011  [pdf]
  8. Matrixdiagonalisierung, Eigenwertprobleme (Literatur 1,11)
    17:  31.5.2011  [pdf]
    18:  7.6.2009  [pdf]
    19:  9.6.2009  [pdf]
    20:  14.6.2009  [pdf]
  9. Minimierung (Literatur 1)
    20:  14.6.2009  [pdf]
    21:  16.6.2009  [pdf]
  10. Zufallszahlen (Literatur 1,3,5)
    21:  16.6.2009  [pdf]
    22:  21.6.2009  [pdf]
  11. Monte-Carlo Simulationen (Literatur 1,2,3,4,5,6,7,12,13)
    22:  21.6.2009  [pdf]
    23:  28.6.2009  [pdf]
    24:  30.6.2009  [pdf]
    25:  5.7.2009  [pdf]
    26:  7.7.2009  [pdf]
  12. Simulation stochastischer Bewegungsgleichungen (Literatur 1,6,7)
    27:  12.7.2009  [pdf]
    28:  14.7.2009  [pdf]
Ein Mathematica-Player (Mathematica 8) kann frei heruntergeladen werden unter Wolfram CDF Player


Sonstiges

7.7.2011  Link Java Applet einer MC-Simulation des Q-state Potts Modell (Q=2 entspricht Ising) mit Metropolis oder Wolff-Cluster-Algorithmus (Sylvain Reynal)
28.4.2011  Link Java Applet einer MD Simulation eines Lennard-Jones-Fluids (David Wolff/Rubin Landau)
5.4.2011  pdf: N.Metropolis, The Beginning of the Monte Carlo Method
link: Z1/Z3, ENIAC Emulation



Übungen

5.4.2011:  Übung 0
12.4.2011:  Übung 1
19.4.2011:  Übung 2
26.4.2011:  Übung 3
3.5.2011:  Übung 4
10.5.2011:  Übung 5 (Bearbeitungszeit 2 Wochen)
24.5.2011:  Übung 6
31.5.2011:  Übung 7
7.6.2011:  Übung 8 (Bearbeitungszeit 2 Wochen)
21.6.2011:  Übung 9
28.6.2011:  Übung 10 (Bearbeitungszeit 2 Wochen)



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.


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. R. Fitzpatrick, Computational Physics, University of Texas at Austin
  14. W. Krauth, Statistical Mechanics: Algorithms and Computations, Oxford University Press



Modulprüfung

Die Modulprüfung wird mündlich sein an Terminen in der ersten Woche der Semesterferien oder in der letzten Semesterwoche.
Die Terminabsprache gilt dann auch als Anmeldung bzw. nicht erfolgte Terminabsprache als Abmeldung.

Voraussetzungen zur Zulassung zur Modulprüfung (also zu erbringende Studienleistungen) sind:
1) regelmäßge Teilnahme an den Übungen
2) 2-maliges Vorrechnen in den Übungen
3) regelmäßge Teilnahme an der Vorlesung




Last modified 10-05-2011 by Jan Kierfeld