Υπολογιστική Φυσική - Μία Πρακτική Εισαγωγή στην Υπολογιστική Φυσική και τον Επιστημονικό Προγραμματισμό

Βιντεοδιαλέξεις

English Version

Εικονικές διαλέξεις από τον συγγραφέα σε θέματα συναφή με μερικά από τα κεφάλαια του βιβλίου. Το υλικό είναι βοηθητικό για το μάθημα Προγραμματισμός με Εφαρμογές στην Επιστήμη του Μηχανικού (Επιστημονικός Προγραμματισμός) του 4ου Εξαμήνου της Σχολής ΕΜΦΕ, ΕΜΠ. Στα settings του YouTube viewer, επιλέξτε High Definition (1080p HD) για την ευκρινή θέαση των λεπτομερειών στο βίντεο. Δείτε και τη σχετική λίστα στο youtube.

  • Προαπαιτούμενα:
    1. Ubuntu: Εισαγωγή, απαραίτητα εργαλεία για εργασία, εγκατάσταση Ubuntu, εκκίνηση live Ubuntu, διαμόρφωση εκκινούμενου USB
    2. Cygwin: Εγκατάσταση και χρήση του cygwin ως linux emulator
    3. Πρώτη Περιήγηση στο Ubuntu Desktop: Χρήση του Ubuntu Desktop, το Dash, Launcher. Εγκατάσταση εφαρμογών με Ubuntu Software Center, εγκατάσταση emacs, χρήση εφαρμογών Office, Web Browser (Firefox), Περιήγηση στο σύστημα των αρχείων με το nautilus, Software Center (“Market”), System Settings, ενεργοποίηση και χρήση workspaces στο desktop, terminal, cheese (κάμερα), logout/shutdown (κλείσιμο υπολογιστή)
    4. Ρυθμίσεις και Εγκατάσταση Λογισμικού στο Ubuntu: Εγκατάσταση λογισμικού μέσω Software Center, Propriatery Drivers, εγκατάσταση πολλαπλών εφαρμογών από το command line, ρυθμίσεις επιφάνειας εργασίας
    5. Χρήση και Εγκατάσταση του Cloudfront στο Ubuntu 14.04: Οδηγίες πρόσβασης και χρήσης της πλατφόρμας cloudfront.central.ntua.gr για χρήστες του Ubuntu 14.04
    6. Χρήση και Εγκατάσταση του Cloudfront στα Windows 7: Οδηγίες πρόσβασης και χρήσης της πλατφόρμας cloudfront.central.ntua.gr για χρήστες των Windows 7
  • Κεφάλαιο 1: Υπολογιστής
    1. Λειτουργικό Σύστημα και Σύστημα Αρχείων: Στόχοι μαθήματος,Επιλογές Linux/Fortran, Linux, Σύστημα Αρχείων (filesystem), Διαδρομές σε αρχεία (path), Απόλυτη και σχετική διαδρομή
    2. Βασικές Εντολές Διαχείρισης Αρχείων: Φλοιός, γραμμή εντολών, δομή εντολών, εντολές διαχείρισης καταλόγων (cd, pwd, mkdir, rmdir), εντολές διαχείρισης αρχείων (cp, mv, rm, chmod), προνόμια πρόσβασης, μεταβλητές περιβάλλοντος, PATH, αναζήτηση βοήθειας
    3. Εντολές Επεξεργασίας Κειμένου: Εντολές φλοιού επεξεργασίας κειμένου. cat, head, tail, less, sort, awk
    4. stdin/stdout/stderr, ανακατεύθυνση και piping: stdin/stdout/stderr, ανακατεύθυνση, piping, παραδείγματα
    5. Emacs: Χρήση του editor Emacs
    6. Fortran: Εισαγωγή στη Γλώσσα Προγραμματισμού Fortran
    7. Gnuplot: Απεικόνιση δεδομένων με το gnuplot, απεικόνιση συναρτήσεων, 2-διάστατες γραφικές παραστάσεις, εκφράσεις, απεικόνιση δεδομένων εξωτερικών προγραμμάτων, εγγραφή γραφικής παράστασης σε αρχείο, 3-διάστατες γραφικές παραστάσεις, παραμετρικές γραφικές παραστάσεις, (μη γραμμικές) προσαρμογές δεδομένων σε συναρτήσεις
    8. Shell Scripting: Σενάρια φλοιού στο φλοιό tcsh, μεταβλητές, εργαλεία για ονόματα αρχείων, επαναλήψεις foreach και while, if, command substitution, here documents
  • Κεφάλαιο 2: Περιγραφή της Κίνησης
    1. Κίνηση στο Επίπεδο: Εξίσωση τροχιάς, κινηματικές ποσότητες, απεικόνιση τροχιάς στο επίπεδο, ομαλή κυκλική κίνηση, γραφικές παραστάσεις τροχιών με το gnuplot, animation τροχιάς
    2. Κίνηση στο Χώρο: Απεικόνιση τροχιάς στο χώρο, κίνηση φορτίου σε σταθερό μαγνητικό πεδίο, 3-διάστατες γραφικές παραστάσεις καμπύλων με το gnuplot, animation τροχιάς στο χώρο
    3. Άσκηση: Κίνηση στο Επίπεδο: Απλό εκκρεμές, βολή στο πεδίο βαρύτητας με αντίσταση αέρα
    4. Το Μονοδιάστατο Κουτί: Σωματίδιο σε μονοδιάστατο κουτί, συστηματικά σφάλματα διακριτοποίησης των εξισώσεων κίνησης, μελέτη ακρίβειας πράξεων μεταβλητών real
    5. Άσκηση: Το Δισδιάστατο Κουτί: Κίνηση ελεύθερου σωματιδίου περιορισμένου στο επίπεδο, άσκηση: βολή μίνι γκολφ
    6. Θέμα Εξετάσεων: Basketball: Κίνηση σωματιδίου με την επίδραση σταθερής δύναμης και εμπόδια
  • Κεφάλαιο 4: Δυναμική Σωματιδίου
    1. Ολοκλήρωση Εξισώσεων Νεύτωνα – Μέθοδοι Euler: Δυναμική σωματιδίου στη μία διάσταση, ολοκλήρωση εξισώσεων Νεύτωνα με αρχικές συνθήκες, το απλό εκκρεμές, μέθοδοι Euler, Euler-Cromer, Euler-Verlet, σφάλματα διακριτοποίησης, συστηματικά σφάλματα υπολογισμών καθώς Δt→0
    2. Παράδειγμα Ολοκλήρωσης Εξισώσεων Κίνησης με Χρήση Μεθόδων Euler: Αριθμητική μελέτη του απλού εκκρεμούς, μελέτη σφαλμάτων διακριτοποίησης, μελέτη συστηματικών σφαλμάτων καθώς Δt → 0
    3. Θέμα Εξετάσεων: Μελέτη Δυναμικού: Περιορισμένη κίνηση σωματιδίου σε δυναμικό V(x), εύρεση σημείων ανάκλασης και σημείου ισορροπίας γραφικά και με τη μέθοδο Newton-Raphson, ολοκλήρωση εξισώσεων κίνησης, μελέτη διατήρησης της μηχανικής ενέργειας
  • Κεφάλαιο 8: Εξίσωση Διάχυσης και Απαγωγής της Θερμότητας
    1. Εισαγωγή: Εξίσωση διάχυσης, τυχαίες διαδρομές, διατήρηση πιθανότητας, συνοριακές συνθήκες, απαγωγή θερμότητας σε ευθύγραμμη λεπτή μεταλλική ράβδο, χωροχρονικό πλέγμα, διακριτοποίηση εξίσωσης διάχυσης, συνθήκες σύγκλισης, παράμετρος Courant
    2. Προγραμματισμός και μελέτη λύσεων: Πρόγραμμα diffusion.f90, απεικόνιση u(x,t), απεικόνιση u(x,t) για δεδομένα x και t, έλεγχος συμφωνίας αριθμητικής και αναλυτικής λύσης
    3. Θέμα Εξετάσεων: Απαγωγή Θερμότητας σε Ανομοιογενή Ράβδο: Εξίσωση απαγωγής θερμότητας με συντελεστή θερμοδιάχυσης που εξαρτάται από το χώρο
  • Ασκήσεις
    1. Ασκήσεις (1): Προετοιμασία στη διαδικασία εξέτασης, Άσκηση: Δυναμική εξέλιξης πληθυσμών, Άσκηση: Υπολογισμός σταθερών σημείων με τη μέθοδο Newton-Raphson, Άσκηση: Μελέτη δυναμικής σωματιδίου με τη μέθοδο Euler-Verlet
    2. Ασκήσεις (2): Εξίσωση θερμοδιάχυσης, Άσκηση: Μέθοδος Euler στη δυναμική εξέλιξη πληθυσμών, Άσκηση: Σταθερά σημεία και σημεία διακλάδωσης απεικόνισης
    3. Ασκήσεις (3): Σωματίδιο κινούμενο ελεύθερα μέσα σε τετράγωνο, μελέτη σύγκλισης για δt → 0, Άσκηση: Μελέτη δυναμικής εξέλιξης πληθυσμών με μέθοδο Euler, μελέτη σύγκλισης λύσης καθώς δt → 0
    4. Ασκήσεις (4): Εξισώσεις FitzHugh-Nagumo με όρο διάχυσης, Άσκηση: tent map: διάγραμμα διακλάδωσης και σταθερά σημεία
Creative Commons License (CC BY-NC-ND 3.0 GR)