Computerphysik - numerische Methoden zur Lösung physikalischer Probleme




Eine große Zahl physikalischer Probleme führt auf Gleichungen, die
nicht in geschlossener Form gelöst werden können. Numerische Verfahren
spielen daher in den unterschiedlichsten Teilgebieten der Physik
(Teilchen- und Festkörperphysik, Biophysik, Kosmologie, Meterologie)
eine große Rolle. Diese Vorlesung bietet eine Einführung in die grundlegenden
numerischen Methoden zur Lösung physikalischer Probleme, mit
Anwendungen in der Mechanik, Elektrodynamik und Quantenmechanik.
Ziel ist auch die Entwicklung von Programmierfertigkeiten. Die Übungen
sind kleine Programmierprojekte, in denen die in der Vorlesung
diskutierten Konzepte praktisch implementiert werden. Die Abbildungen
auf dieser Seite zeigen einige der Ergebnisse.
1. Elementare Numerik: Gleichungen und Integrale
2. Differentialgleichungen
3. Eigenwertprobleme
4. Zufallszahlen und Monte-Carlo Methoden
Die Vorlesung ist Teil der Pflichtveranstaltungen des
Bachelor in Physik.
Vorausgesetzte Kenntnisse
Grundkenntnisse in einer Programmiersprache. Die Vorlesung nutzt die
Sprache C. Das Rechenzentrum bietet einen Einführungskurs an, der
vom 15.-26. März stattfindet. Weitere Informationen und ein
Webformular zur Anmeldung sind unter
diesem
link zu finden (Kurs 12).
Es ist aber durchaus möglich sich die Grundkenntnisse im Programmieren selbst beizubringen, etwa mit der unten angegebenen Literatur und - wichtig - selbständigem Ausprobieren. Wenn Sie ein kleines Progamm schreiben können, das die ersten N Primzahlen generiert, sind Sie auf jeden Fall fit für den Kurs. Bei Zweifeln und Unsicherheiten können Sie sich vorab bei mir melden.
Es ist aber durchaus möglich sich die Grundkenntnisse im Programmieren selbst beizubringen, etwa mit der unten angegebenen Literatur und - wichtig - selbständigem Ausprobieren. Wenn Sie ein kleines Progamm schreiben können, das die ersten N Primzahlen generiert, sind Sie auf jeden Fall fit für den Kurs. Bei Zweifeln und Unsicherheiten können Sie sich vorab bei mir melden.
Termine
Vorlesungen: Montag 12:00-13:30 im Hörsaal III
Übungen: Termine und Ort finden Sie auf der Übungsseite
Klausur: 3.8.2010, 13:30-16:30, Hörsaal I
Nachklausur: 5.10.2010, 13:30, HS III
Übungen: Termine und Ort finden Sie auf der Übungsseite
Klausur: 3.8.2010, 13:30-16:30, Hörsaal I
Nachklausur: 5.10.2010, 13:30, HS III
Literatur
Einführend und begleitend
T. Pang, An Introduction to Computational Physics, Cambridge University Press
P.L. DeVries, Computerphysik, Spektrum Akademischer Verlag
Weiterführend
W.H. Press, S.A. Teukolsky, W.T. Vetterling, B.P. Flannery, Numerical Recipes in C, Cambridge University Press
C-Programmierung
Einführend
H. Erlenkötter, C: Programmieren von Anfang an, Rowohlt Taschenbuch
Kompakt
B.W. Kernighan, D.M. Ritchie, The C Programming Language, Prentice Hall
Notizen zur Vorlesung, die von Gerold Busch aufgenommen wurden, stehen hier zur Verfügung.
T. Pang, An Introduction to Computational Physics, Cambridge University Press
P.L. DeVries, Computerphysik, Spektrum Akademischer Verlag
Weiterführend
W.H. Press, S.A. Teukolsky, W.T. Vetterling, B.P. Flannery, Numerical Recipes in C, Cambridge University Press
C-Programmierung
Einführend
H. Erlenkötter, C: Programmieren von Anfang an, Rowohlt Taschenbuch
Kompakt
B.W. Kernighan, D.M. Ritchie, The C Programming Language, Prentice Hall
Notizen zur Vorlesung, die von Gerold Busch aufgenommen wurden, stehen hier zur Verfügung.
Spielregeln und Ergebnisse
Scheinkriterium ist das Bestehen der Klausur zum Ende des Semesters.
Die Zulassung zur Klausur erfordert regelmäßige Teilnahme an den
Übungen. Details finden Sie auf der
Übungsseite.
Die Liste der erfolgreichen Klausurteilnehmer, bezw. der letzten vier Stellen ihrer Matrikelnummer, ist hier. Klausurteilnehmer, die nicht auf dieser Liste stehen, sind zur Nachklausur zugelassen (s.o.), zu der wir Ihnen Erfolg wünschen. Einsicht in die Klausur können Sie am 17.9 um 15 Uhr nehmen (Seminarraum Theoretische Physik). Die Ergebnisse der Nachklausur sind hier, wieder mit den letzten 4 Stellen der Matrikelnummer und der Note. Für Klausureinsicht kontaktieren Sie bitte Herrn Franke.
Die Liste der erfolgreichen Klausurteilnehmer, bezw. der letzten vier Stellen ihrer Matrikelnummer, ist hier. Klausurteilnehmer, die nicht auf dieser Liste stehen, sind zur Nachklausur zugelassen (s.o.), zu der wir Ihnen Erfolg wünschen. Einsicht in die Klausur können Sie am 17.9 um 15 Uhr nehmen (Seminarraum Theoretische Physik). Die Ergebnisse der Nachklausur sind hier, wieder mit den letzten 4 Stellen der Matrikelnummer und der Note. Für Klausureinsicht kontaktieren Sie bitte Herrn Franke.
Abbildungen
1. Diese Abbildung von Martin Sundermann zeigt die Dynamik eines Systems aus drei Sternen, siehe Übung 4.2. Die Abbildung von Christoph Schultens zeigt den seltsamen Attraktor des Lorenz-Systems, siehe Übung 5.
3. Die Abbildung von Tilman Disselkamp zeigt das elektrische Potential einer Ladungsverteilung, die sich aus zwei Gaussverteilungen zusammensetzt.
Die Berechnung erfolgte mit der Relaxationsmethode, siehe Übung 6.
4. Die Abbildung von Martin Sundermann zeigt die Dynamik eines Quantenzustandes, der an einer eindimensionalen Potentialschwelle gestreut wird,
siehe Übung 9. Die horizontale Achse zeigt die Zeit, die vertikale den Ort, die Falschfarbendarstellung gibt das Betragsquadrat der Wellenfunktion an.