Fisica | FISICA COMPUTAZIONALE
Fisica FISICA COMPUTAZIONALE
cod. 0512600004
FISICA COMPUTAZIONALE
0512600004 | |
DIPARTIMENTO DI FISICA "E.R. CAIANIELLO" | |
CORSO DI LAUREA | |
FISICA | |
2021/2022 |
OBBLIGATORIO | |
ANNO CORSO 2 | |
ANNO ORDINAMENTO 2017 | |
SECONDO SEMESTRE |
SSD | CFU | ORE | ATTIVITÀ | |
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FIS/03 | 5 | 40 | LEZIONE | |
FIS/03 | 1 | 12 | LABORATORIO |
Obiettivi | |
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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 | |
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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 | |
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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 (ORE 2). 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 (ORE 4). 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 (ORE 10). 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 (ORE 4). 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 (ORE 4). 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 (ORE 24). 2. AMBIENTE DI SVILUPPO: SISTEMA OPERATIVO (LINUX), SHELL (BASH), EDITOR (EMACS), COMPILATORE (GFORTRAN), APPLICAZIONI GRAFICHE (GNUPLOT), EDITOR DI TESTI SCIENTIFICI (LYX) (ORE 12). |
Metodi Didattici | |
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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 | |
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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. LA DISCUSSIONE ORALE È TESA A VALUTARE IL LIVELLO DELLE CONOSCENZE TEORICHE, L’AUTONOMIA DI ANALISI E GIUDIZIO, NONCHÉ LE CAPACITÀ ESPOSITIVE DELL’ALLIEVO. IL LIVELLO DI VALUTAZIONE È ATTRIBUITO TENENDO CONTO DELL’EFFICIENZA DEI METODI UTILIZZATI, DELLA COMPLETEZZA ED ESATTEZZA DELLE RISPOSTE, NONCHÉ DELLA CHIAREZZA NELLA PRESENTAZIONE. IL LIVELLO DI VALUTAZIONE MINIMO (18) È ATTRIBUITO QUANDO LO STUDENTE DIMOSTRA INCERTEZZE NELL’APPLICAZIONE DEI METODI NUMERICI E NELL'INDIVIDUAZIONE DELLE METODICHE ATTE A CONTROLLARE L'ERRORE NUMERICO, E HA UNA LIMITATA CONOSCENZA DEI PRINCIPALI ALGORITMI. IL LIVELLO MASSIMO (30) È ATTRIBUITO QUANDO LO STUDENTE DIMOSTRA UNA CONOSCENZA COMPLETA ED APPROFONDITA DEI METODI NUMERICI E DEGLI ALGORITMI E MOSTRA UNA NOTEVOLE CAPACITÀ DI INDIVIDUARE E GESTIRE LE SORGENTI DI ERRORE NUMERICO PRESENTI NELLO SPECIFICO PROBLEMA CHE HA SCELTO DI AFFRONTARE. LA LODE VIENE ATTRIBUITA QUANDO IL CANDIDATO DIMOSTRA SIGNIFICATIVA PADRONANZA DEI CONTENUTI TEORICI ED OPERATIVI E MOSTRA DI SAPER PRESENTARE GLI ARGOMENTI CON NOTEVOLE PROPRIETÀ DI LINGUAGGIO E CAPACITÀ DI ELABORAZIONE AUTONOMA ANCHE IN CONTESTI DIVERSI DA QUELLI PROPOSTI DAL DOCENTE. |
Testi | |
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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 | |
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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: 2022-11-21]