Computational Physics

Jan Kierfeld

Technische Universität Dortmund
Sommersemester 2015
4-stündig mit 2-stündiger Übung

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

LSF-Eintrag
moodle-Arbeitsraum

Ort, Zeit, Organisatorisches

Vorlesung:
Di 10:15-11:45,
Fr 12:15-13:45, jeweils Hörsaal 2 (HG II)

Übungen:


Abgabe:



Skript

Latex Skript zur Computational Physics als pdf-file, als djvu-file



Sonstiges

22.5.2015  Link Java Applet zur Lösung der Poisson-Gleichung mit Relaxationsverfahren
22.5.2015  Link Java Applet einer MD Simulation eines Lennard-Jones-Fluids (David Wolff/Rubin Landau)
9.4.2015  pdf: N.Metropolis, The Beginning of the Monte Carlo Method
link: Z1/Z3, ENIAC Emulation



Übungen

7.4.2015:  Übung 0
10.4.2015:  Übung 1
17.4.2015:  Übung 2
24.4.2015:  Übung 3, Artikel zu Aufgabe 3'
30.4.2015:  Übung 4, Artikel und Java applet zur Zeeman Katastrophenmaschine
8.5.2015:  Übung 5 (Bearbeitungszeit 2 Wochen)
22.5.2015:  Übung 6
29.5.2015:  Übung 7
5.6.2015:  Übung 8
12.6.2015:  Übung 9
19.6.2015:  Übung 10
26.6.2015:  Übung 11 (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 ist mündlich. Termine werden Ende des Semesters noch festgelegt.

Voraussetzungen zur Zulassung zur Modulprüfung (also zu erbringende Studienleistungen) sind:
erfolgreiche Teilnahme an den Übungen, d.h.
2-maliges Vorrechnen in den Übungen
50% bei den gekennzeichneten Übungsaufgaben mit Email-Einsendung




Last modified 05-04-2015 by Jan Kierfeld