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Universität zu KölnFachgruppe PhysikTheoretische PhysikAG Porto

Computerphysik

According to the rules of the BSc Physics curriculum in Cologne, the following information is in German.

Die mathematische Beschreibung physikalischer Systeme führt oft auf Gleichungen, die analytisch nicht bzw. nur näherungsweise gelöst werden können. Numerische Verfahren, die die Bestimmung einer ,numerisch exakten’ Lösung eines physikalischen Problems erlauben, spielen daher in allen Teilgebieten der Physik eine große Rolle. Diese Vorlesung bietet eine Einführung in solche Verfahren.

Semester

Sommer 2011

Inhaltsverzeichnis

(Modulbeschreibung)

Vorausgesetzte Kenntnisse

Sie sollten Grundkenntnisse in einer Programmiersprache haben; die Vorlesung nutzt die Programmiersprache C. Falls Sie keine Programmiergrundkenntnisse besitzen: Das Rechenzentrum der Universität zu Köln bietet in der vorlesungsfreien Zeit einen Einführungskurs in die Programmiersprache C an (siehe Kursübersicht). Es ist aber durchaus möglich, sich die nötigen Programmiergrundkenntnisse selbst beizubringen (hilfreich könnte hierbei der C-Lehrgang von Herrn Stefan Thiemert sein), wichtig ist dabei vor allem das selbständige Ausprobieren.

Organisation und Prüfung

Begleitend zur Vorlesung (Montag 12:00 Uhr bis 13:30 Uhr in Hörsaal III) finden Übungen (Dienstag 14:00 Uhr bis 15:30 Uhr, Mittwoch 14:00 Uhr bis 15:30 Uhr, Mittwoch 16:00 Uhr bis 17:30 Uhr, Donnerstag 14:00 Uhr bis 15:30 Uhr und Donnerstag 16:00 Uhr bis 17:30 Uhr, Einteilung der Übungsgruppen) im Computerpool der Physik (CIP) statt, in denen die in der Vorlesung behandelten Verfahren in Form von kleinen Projekten implementiert und angewandt werden sollen. Die Zulassung zur Klausur erfordert (neben einer Anmeldung) eine regelmäßige und aktive Teilnahme an den Übungen sowie das Erreichen von mindestens 50% der Gesamtübungspunkte. Für das Bestehen der Klausur benötigen Sie mindestens 50% der Klausurpunkte.

Vorlesung

Die Vorlesung ist montags 12:00 Uhr bis 13:30 Uhr in Hörsaal III (Beginn 4. April 2011), dazu gibt es ein Skript.

Übungen

Die Zulassung zur Klausur erfordert eine regelmäßige und aktive Teilnahme an den Übungen sowie das Erreichen von mindestens 50% der Gesamtübungspunkte. Die Übungstermine sind Dienstag 14:00 Uhr bis 15:30 Uhr, Mittwoch 14:00 Uhr bis 15:30 Uhr, Mittwoch 16:00 Uhr bis 17:30 Uhr, Donnerstag 14:00 Uhr bis 15:30 Uhr und Donnerstag 16:00 bis 17:30 Uhr. Die Einteilung der Übungsgruppen erfolgt in der ersten Vorlesung.

Die Aufgabenblätter werden montags nach der Vorlesung verfügbar sein. Alle Aufgabenblätter bestehen aus den drei Abschnitten I, II und III. In Abschnitt I erhalten Sie Hilfestellung beim Erlernen der Programmiersprache C. Wer mit der Programmiersprache C vertraut ist, wird diesen Abschnitt überspringen können. Abschnitt II enthält die eigentlichen Aufgaben, durch deren Bearbeitung Sie Punkte erhalten können. Die Lösungen bestehen an erster Stelle aus der Beschreibung und Diskussion der Ergebnisse (ggf. mit Graphen von Funktionen usw.) und erst an zweiter Stelle aus kommentierten C-Programmen. Bzgl. Letzterer sind – in dieser Reihenfolge – klare Dokumentation, Funktionsfähigkeit und Effizienz die Bewertungskriterien. In Abschnitt III finden Sie weiterführende Aufgaben. Dieser Abschnitt ist für alle, die Abschnitt I überspringen konnten und mit Abschnitt II nicht ausgelastet sind.

Die Bearbeitung der Aufgabenblätter soll in den Übungen der betreffenden Woche im Computerpool der Physik (CIP) begonnen werden. Die Abgabe der Lösungen erfolgt am darauffolgenden Montag vor Beginn der Vorlesung (d.h. vor 12:00 Uhr) am Eingang des Hörsaals III. Die Lösungen können Sie in Gruppen mit bis zu drei Mitgliedern derselben Übungsgruppe erstellen. Auf den Aufgabenblättern finden Sie bei den einzelnen Teilaufgaben genaue Hinweise, welche kompilier- und lauffähigen C-Programme Sie per eMail an Ihren Übungsgruppenleiter schicken sollen (auch hier gilt die Frist Montag 12:00 Uhr). Geben Sie aber zusätzlich noch einen Ausdruck des Quelltextes Ihres C-Programms zusammen mit den anderen Lösungen ab. Ihre C-Programme dürfen (sofern nichts anderes angegeben ist) nur die C-Standardheader stdio.h und math.h benutzen, da sie sonst ggf. nicht von Ihrem Übungsgruppenleiter kompiliert werden können.

Für die Analyse Ihrer numerischen Ergebnisse, Zeichnen von Funktionen usw. eignet sich z.B. das Programm gnuplot (hilfreich könnte dabei eine kurze Einführung in gnuplot von Herrn Christian Schell sein).

Fragestunde

Zu den Vorlesungsterminen, insbesondere nach der Vorlesung, besteht die Möglichkeit, Fragen zur Vorlesung, zum Ablauf der Übungen usw. zu stellen. Bei Bedarf wird zusätzlich eine Fragestunde angeboten.

Klausur und Nachklausur

Für das Bestehen der Klausur benötigen Sie mindestens 50% der Klausurpunkte. Zur Klausur sind Personalausweis und Studentenausweis mitzubringen. Die (alphabetische) Sitzordnung wird vor der Klausur festgelegt, d.h. Sie finden auf Ihrem Sitzplatz ein Deckblatt mit Ihrem Namen und ausreichend Papier zur Bearbeitung der Klausuraufgaben. Bitte bringen Sie einen Stift (Kugelschreiber mit schwarzer oder blauer Tinte oder einen Füller mit schwarzer Tinte) und ggf. einen Taschenrechner mit, die Benutzung von weiteren Hilfsmitteln (Aufzeichnungen, Bücher usw.) ist nicht gestattet. Der Stoff der Klausur umfaßt den gesamten Stoff der Vorlesung sowie der Übungen.

Die erste Klausur ist Dienstag, 26. Juli 2011, 13:30 Uhr bis 16:30 Uhr im Hörsaal I; die zweite Klausur (Nachklausur) ist Dienstag, 4. Oktober 2011, 13:30 Uhr bis 16:30 Uhr im Seminarraum des Instituts für Theoretische Physik (Nachname Anfangsbuchstabe A-L) und im Hörsaal III (Nachname Anfangsbuchstabe M-Z und Teilnehmer ohne Anmeldung).

Die Klausureinsicht für die erste Klausur ist Montag, 1. August 2011, 11:00 Uhr bis 11:30 Uhr im Seminarraum des Instituts für Theoretische Physik; die Klausureinsicht für die zweite Klausur (Nachklausur) ist Freitag, 7. Oktober 2011, 13:00 Uhr bis 13:30 Uhr im Seminarraum des II. Physikalischen Instituts.

Literatur