PřF:F8370 Moderní fyzikální modelování - Informace o předmětu

F8370 Moderní metody modelování ve fyzice

Rozsah

2/1/0. 3 kr. (plus ukončení). Ukončení: k.

Vyučující

Mgr. Dušan Hemzal, Ph.D. (přednášející)
prof. Mgr. Dominik Munzar, Dr. (přednášející)
Mgr. Filip Münz, PhD. (cvičící)

Garance

prof. Mgr. Dominik Munzar, Dr.
Ústav fyziky kondenzovaných látek – Fyzikální sekce – Přírodovědecká fakulta
Kontaktní osoba: Mgr. Dušan Hemzal, Ph.D.
Dodavatelské pracoviště: Ústav fyziky kondenzovaných látek – Fyzikální sekce – Přírodovědecká fakulta

Předpoklady

základy programování (lze doplnit v průběhu semestru), nejlépe vhodného programovacího jazyka (Python,Matlab..)
Doporučené předměty: F5330 Základní numerické metody, F4500 Python pro fyziky

Omezení zápisu do předmětu

Předmět je nabízen i studentům mimo mateřské obory.

Mateřské obory/plány

• Biofyzika (program PřF, N-FY, směr Aplikovaná biofyzika)
• Biofyzika (program PřF, N-FY, směr Molekulární biofyzika)
• Fyzika kondenzovaných látek (program PřF, N-FY)

Cíle předmětu

Praktická aplikovatelnost odvození, připravených pro základní kurzy, je silně omezena zjednodušeními, nutnými pro zachování jejich analytičnosti. V případě potřeby řešit reálnou úlohu tak zpravidla nezbývá než sáhnout k řešení numerickému. Tato přednáška se proto zabývá úvodem do modelování řešení diferenciálních rovnic, zejména metodou konečných prvků. Předkládaná teorie je postupně demonstrována na základních typech fyzikálních úloh a na příslušných místech je odkazován rovněž existující software k řešení těchto úloh.

Výstupy z učení

Studenti -znají teoretické základy metody konečných diferencí a konečných prvků -umí je využít pro diskretizaci rovnic matematické fyziky a jejich řešení

Osnova

• Metoda konečných diferencí (FD): diskretizace úlohy, aproximace operátoru diferenciální rovnice, aplikace okrajové podmínky smíšeného typu. Laplaceova rovnice, vedení tepla
• Metoda konečných prvků (FE): slabá formulace variační úlohy, diskretizace úlohy a aproximace hledané funkce, n-rozměrný generický prvek, aproximační a tvarové funkce prvku, izoparametrické prvky, momentové integrály prvku; generátory sítě; aplikace okrajových podmínek a technika tlumící zóny. Helmholtzova rovnice, ultrazvuk. Schrodingerova rovnice, kvantový oscilátor.
• Za hranicemi konečných prvků: konečné diference v časové oblasti (FDTD), obecně a pro modelování elmag. pole; řešení planárního dopadu světla na periodická vrstevnatá prostředí (RCWA). Maxwellovy rovnice, difrakce na optické mřížce

Literatura

• MITCHELL, A.R. a D.F. GRIFFITS. The Finite Difference Method in Partial Differential Equations. 1980: Jonh Willey & Sons Ltd., 1980. info
• KOLÁŘ, V. FEM: principy a praxe metody konečných prvků. Computer Press, 1997. info
• DĚDEK, L. a J. DĚDKOVÁ. Elektromagnetismus. VUTIUM, 1998. info

Výukové metody

přednášky a cvičení.
zadání individuálních úkolů v rámci simulace, budované na studentem zvolené téma.

Některá možná témata simulací pro rok 2023:
- šíření tepla vzorkem při jeho excitaci laserem
- FEM simulace optické rezonance STM hrotů

Metody hodnocení

aktivní účast na cvičení (max. 3 neúčasti), hodnocení stupně kolokvium se uděluje na základě skupinového rozboru funkčních programových řešení studentům zadané úlohy.

Informace učitele

http://www.physics.muni.cz/~hemzal/vyuka/vyuka.shtml

Příklady zdařilých simulací z předchozích semestrů: neviditelná koule

Další komentáře

Předmět je vyučován každoročně.
Výuka probíhá každý týden.

• Statistika zápisu (nejnovější)
  
• Permalink: https://is.muni.cz/predmet/sci/jaro2025/F8370