FISICA COMPUTAZIONALE

Fisica FISICA COMPUTAZIONALE

0512600004
DIPARTIMENTO DI FISICA "E.R. CAIANIELLO"
CORSO DI LAUREA
FISICA
2017/2018

ANNO CORSO 2
ANNO ORDINAMENTO 2016
SECONDO SEMESTRE
CFUOREATTIVITÀ
324LEZIONE
336LABORATORIO
Obiettivi
L'INSEGNAMENTO HA L'OBIETTIVO DI INTRODURRE GLI STUDENTI ALL'UTILIZZO DEGLI STRUMENTI COMPUTAZIONALI DI BASE NECESSARI PER STUDIARE SISTEMI FISICI, MA ANCHE STATISTICI E BIOLOGICI, DAI PIÙ SEMPLICI AI PIÙ COMPLESSI.

CONOSCENZA E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE:
L'INSEGNAMENTO INTENDE FORNIRE LO STUDENTE DELLE CONOSCENZE DI BASE RIGUARDANTI I METODI NUMERICI FONDAMENTALI PER LA RISOLUZIONE DI DIVERSE TIPOLOGIE DI PROBLEMI IN FISICA E DELLA CAPACITÀ DI COMPRENDERE/APPRENDERE AUTONOMAMENTE LE RELATIVE NOZIONI AVANZATE. IL CORSO PREVEDE L’IMPIEGO DEL FORTRAN 95/2003/2008 QUALE LINGUAGGIO DI PROGRAMMAZIONE EVOLUTO E L’APPRENDIMENTO SIA DELLA SINTASSI DEL LINGUAGGIO CHE DEI DIVERSI PARADIGMI DI PROGRAMMAZIONE (PROCEDURALE, MODULARE, ORIENTATA AGLI OGGETTI) CHE ESSO SUPPORTA, COSÌ CHE POSSA COMPRENDERE/APPRENDERE AUTONOMAMENTE ALTRI LINGUAGGI EVOLUTI.

CAPACITÀ DI APPLICARE CONOSCENZA E COMPRENSIONE:
L'INSEGNAMENTO INTENDE SVILUPPARE LA CAPACITÀ DELLO STUDENTE DI RISOLVERE, IN MANIERA PROFESSIONALE, DIVERSE TIPOLOGIE DI PROBLEMI IN FISICA TRAMITE L’UTILIZZO DI METODI NUMERICI E ALGORITMI E DELLA LORO CODIFICA IN TERMINI DI PROGRAMMI PER COMPUTER. IN PARTICOLARE, LO STUDENTE DOVRÀ MATURARE LA CAPACITÀ DI SCHEMATIZZARE UN PROBLEMA FISICO, DI SELEZIONARE/ELABORARE I METODI NUMERICI E I RELATIVI ALGORITMI PER LA SUA RISOLUZIONE IN BASE ALLA LORO EFFICIENZA, STABILITÀ E PRECISIONE E ALLA LORO RICHIESTA DI RISORSE DI CALCOLO, DI REDIGERE IL RELATIVO CODICE IN UN LINGUAGGIO DI PROGRAMMAZIONE EVOLUTO, DI INTERPRETARE IN MANIERA CRITICA I DATI ELABORATI E DI COMUNICARE I RISULTATI OTTENUTI IN MANIERA CHIARA ED ESPRESSIVA. DOVRÀ, INOLTRE, ACQUISIRE UNA BUONA FAMILIARITÀ CON COMPILATORI (GFORTRAN), AMBIENTI DI SVILUPPO (LINUX, BASH, EMACS), APPLICAZIONI GRAFICHE (GNUPLOT) E DI ELABORAZIONE DI TESTI SCIENTIFICI (LYX) PER LA CONCRETA APPLICAZIONE DELLE NOZIONI ACQUISITE.
Prerequisiti
LA CONOSCENZA DEGLI ARGOMENTI DI BASE DELLA FISICA CLASSICA (MECCANICA, TERMODINAMICA, ELETTROMAGNETISMO, OTTICA), DELLA GEOMETRIA ANALITICA, DELL’ALGEBRA LINEARE E DELL’ANALISI MATEMATICA (SERIE, FUNZIONI, LIMITI, DERIVATE, INTEGRALI).
Contenuti
TEORIA (LEZIONI FRONTALI IN AULA):
1. COMPUTER E SCIENZA/FISICA: COMPLESSITÀ MATEMATICA DEI PROBLEMI FISICI (METODI MATEMATICI), METODI NUMERICI, ALGORITMI, PARADIGMI E LINGUAGGI DI PROGRAMMAZIONE EVOLUTI.
2. ERRORI E INCERTEZZE IN COMPUTAZIONE: MODELLI DI RAPPRESENTAZIONE HARDWARE E SOFTWARE DEI NUMERI, PRECISIONE, TIPOLOGIE DI ERRORE (OVERFLOW, UNDERFLOW, ROUND-OFF SEMPLICE E DA ACCUMULO), STABILITÀ, STANDARD IEEE.
3. APPROSSIMAZIONE E CALCOLO NUMERICO DI FUNZIONI REALI: INTERPOLAZIONE (LAGRANGE, AITKEN), DIFFERENZIAZIONE (A N PUNTI, RICORSIVA), INTEGRAZIONE (TRAPEZI, SIMPSON, RICORSIVA), ZERI (BISEZIONE, NEWTON-RAPHSON, SECANTE), ESTREMI. APPLICAZIONE A PROBLEMI FISICI.
4. EQUAZIONI DIFFERENZIALI ORDINARIE: PROBLEMI CON CONDIZIONI INIZIALI, METODI DI EULERO E PICARD, METODI PREDICTOR-CORRECTOR, METODI DI RUNGE-KUTTA, PROBLEMA AGLI AUTOVALORI E CONDIZIONI AL CONTORNO, EQUAZIONI LINEARI E PROBLEMA DI STURM-LIOUVILLE. APPLICAZIONE A PROBLEMI FISICI.
5. CALCOLO MATRICIALE: OPERAZIONI ELEMENTARI CON LE MATRICI, SISTEMI DI EQUAZIONI LINEARI, ZERI E ESTREMI DI FUNZIONI DI PIÙ VARIABILI, PROBLEMI AGLI AUTOVALORI, ALGORITMO LANCZOS. APPLICAZIONE A PROBLEMI FISICI.
ESERCITAZIONI (LEZIONI IN LABORATORIO):
1. FORTRAN 95/2003/2008: PARADIGMI DI PROGRAMMAZIONE SUPPORTATI, MODELLIZZAZIONE DEL PROBLEMA FISICO, DESIGN DEL CODICE, SINTASSI BASE E AVANZATA DEL LINGUAGGIO, MODULARITÀ, PROGRAMMAZIONE ORIENTATA AGLI OGGETTI E GENERICA.
2. AMBIENTE DI SVILUPPO: SISTEMA OPERATIVO (LINUX), SHELL (BASH), EDITOR (EMACS), COMPILATORE (GFORTRAN), APPLICAZIONI GRAFICHE (GNUPLOT), EDITOR DI TESTI SCIENTIFICI (LYX).
Metodi Didattici
IL CORSO PREVEDE 24 ORE DI LEZIONI FRONTALI IN AULA FINALIZZATE ALL’APPRENDIMENTO DELLE CONOSCENZE DI BASE RIGUARDANTI I METODI NUMERICI E LA PROGRAMMAZIONE E 36 ORE DI LEZIONI DI TIPO ESERCITATIVO IN LABORATORIO INCENTRATE SULL’ILLUSTRAZIONE PRATICA DEL PROCESSO DI MODELLIZZAZIONE DEL PROBLEMA FISICO IN ESAME, SELEZIONE/ELABORAZIONE DEI METODI NUMERICI ED ALGORITMI NECESSARI ALLA SUA SOLUZIONE NUMERICA, DESIGN DEL CODICE A SECONDA DEL PARADIGMA DI PROGRAMMAZIONE SCELTO, REDAZIONE CONCRETA DEL CODICE IN FORTRAN 95/2003/2008 (SINTASSI DEL LINGUAGGIO), SUA COMPILAZIONE, ESECUZIONE E RELATIVA RACCOLTA E RAPPRESENTAZIONE GRAFICA DEI RISULTATI.
Verifica dell'apprendimento
LA VERIFICA E LA VALUTAZIONE DEL LIVELLO DI APPRENDIMENTO DELLO STUDENTE AVVERRANNO TRAMITE UNA PROVA FINALE CHE CONSISTERÀ NELLA DISCUSSIONE ORALE DI UN PROGETTO DI RICERCA, ASSEGNATO A FINE CORSO A UN GRUPPO DI DUE/TRE STUDENTI, RIGUARDANTE LA SOLUZIONE DI UN PROBLEMA FISICO NON MENZIONATO AL CORSO MA RISOLVIBILE TRAMITE I METODI NUMERICI TRATTATI DURANTE IL CORSO.
Testi
COMPUTATIONAL PHYSICS: T. PANG; AN INTRODUCTION TO COMPUTATIONAL PHYSICS; CAMBRIDGE UNIVERSITY PRESS; CONTENUTI: 2ND ED. (2006), CODICI IN FORTRAN 90: 1ST ED. (1997). N.J. GIORDANO; COMPUTATIONAL PHYSICS; BENJAMIN CUMMINGS; 2ND ED. (2005). J. THIJSSEN; COMPUTATIONAL PHYSICS; CAMBRIDGE UNIVERSITY PRESS; 2ND ED. (2007). R.H. LANDAU, J. PAEZ, C.C. BORDEIANU; A SURVEY OF COMPUTATIONAL PHYSICS: INTRODUCTORY COMPUTATIONAL SCIENCE; PRINCETON UNIVERSITY PRESS (2008). P.L. DEVRIES , J.E. HASBUN; A FIRST COURSE IN COMPUTATIONAL PHYSICS; JONES & BARTLETT PUBLISHERS; 2ND ED. (2010). A. KLEIN; INTRODUCTORY COMPUTATIONAL PHYSICS; CAMBRIDGE UNIVERSITY PRESS; 2ND ED. (2010). R. FITZPATRICK; COMPUTATIONAL PHYSICS; LECTURE NOTES.
MATHEMATICAL METHODS: K.F. RILEY, M.P. HOBSON, AND S.J. BENCE; MATHEMATICAL METHODS FOR PHYSICS AND ENGINEERING; CAMBRIDGE UNIVERSITY PRESS; 3RD ED. (2006). S. HASSANI; MATHEMATICAL METHODS FOR STUDENTS OF PHYSICS AND RELATED FIELDS; SPRINGER SCIENCE+BUSINESS MEDIA, LLC; 2ND ED. (2009). H. SHIMA, AND T. NAKAYAMA; HIGHER MATHEMATICS FOR PHYSICS AND ENGINEERING; SPRINGER-VERLAG (2010).
NUMERICAL METHODS AND ALGORITHMS: W.H. PRESS, S.A. TEUKOLSKY, H.A. BETHE, W.T. VETTERLING, AND B.P. FLANNERY; NUMERICAL RECIPES - THE ART OF SCIENTIFIC COMPUTING; CAMBRIDGE UNIVERSITY PRESS; CONTENUTI: 3RD ED. (2007), CODICI IN FORTRAN 90: II VOL. OF 2ND ED. (1996).
FORTRAN 95/2003/2008: S.J. CHAPMAN; FORTRAN 95/2003 FOR SCIENTISTS AND ENGINEERS; MCGRAW-HILL; 3RD ED. (2008). M. METCALF, J. REID, M. COHEN; FORTRAN 95/2003 EXPLAINED; OXFORD UNIVERSITY PRESS (2004).
Altre Informazioni
LA FREQUENZA DEL CORSO, PUR NON ESSENDO OBBLIGATORIA, È FORTEMENTE CONSIGLIATA. PER UNA PREPARAZIONE SODDISFACENTE SONO RICHIESTE, IN MEDIA, DUE ORE DI STUDIO PER CIASCUNA ORA DI LEZIONE SIA FRONTALE CHE DI LABORATORIO.
  BETA VERSION Fonte dati ESSE3 [Ultima Sincronizzazione: 2019-05-14]