UFPF101 Computational simulations of physical processes

Faculty of Philosophy and Science in Opava
Winter 2017
Extent and Intensity
0/0. 0 credit(s). Type of Completion: -.
Guaranteed by
Centrum interdisciplinárních studií – Faculty of Philosophy and Science in Opava
Course Enrolment Limitations
The course is also offered to the students of the fields other than those the course is directly associated with.
fields of study / plans the course is directly associated with
Course objectives
The course is part of the final exam for Master's degree in Computer Physics, specialization: Simulations of Physical Processes.
Syllabus (in Czech)
  • Základy kvantové fyziky: Vlnově-částicový dualismus, postuláty, Schrödingerova rovnice, volná částice, relace neurčitosti, princip korespondence, jednoduché aplikace (částice v nekonečně hluboké potenciálové jámě, krabici; jáma konečné hloubky, potenciálový val), tunelový jev, lineární harmonický oscilátor, moment hybnosti, atom vodíku, spin, Mendělejevova periodická tabulka.
    Základy termodynamiky a statistické fyziky: Základní pojmy, I. věta termodynamická, II. věta termodynamická (vratné a nevratné procesy, tepelné stroje, entropie, absolutní termodynamická teplota), III. věta termodynamická, molekulární teorie (vztah makro- a mikroskopických veličin, Maxwellovo rozdělení, srážky molekul, střední volná dráha, vysvětlení tření, difuse apod., ekvipartiční teorém), Fázové přechody, Kvantový popis systému identických částic. Základy statistické fyziky: postuláty, pravděpodobnost a entropie, soubor mikrokanonický, kanonický a grandkanonický, rozdělení Fermiho-Diracovo, Bose-Einsteinovo, fotonové a Maxwellovo-Boltzmannovo, matice hustoty.
    Kinetická teorie a její aplikace na dynamiku polutantů: Kinetická teorie termálních viskózních newtonovských tekutin, Navierových-Stokesových a Fourierových rovnic pro popis transportních jevů v tekutinách, environmentální aplikace, modelování evoluce polutantů v přiblížení testovacích částic tracer particles.
    Počítačové metody kvantové teorie atomů a molekul: Mnohočásticová vlnová funkce, diagramatické mnohočásticové techniky, teorie symetrie, teorie grup, spektra molekul, výběrová pravidla, fyzika pevných látek, supravodivost.
    Základy experimentální částicové a jaderné fyziky: Jaderná a částicová fyzika. Historie, vlastnosti a složení jader, radioaktivita, jaderné reakce, struktura a interakce částic, srážky a rozpady, urychlovače, detektory, počítačová simulace experimentu.
    Moderní informatické metody v astrofyzice: Pohyb v poli centrální síly, simulace vzniku a vývoje hvězd, simulace kolabujících objektů, řešení strukturních rovnic a výpočty vlastností neutronových hvězd a bílých trpaslíků, optické efekty v poli kompaktních objektů.
    Úvod do deterministického chaosu: Dynamické systémy ve fyzice, úvod do Hamiltonova formalismu, numerické metody řešení diferenciálních rovnic, regulární a chaotické trajektorie, zobrazování chaosu, lineární systémy s poruchou.
    Symbolické výpočty: Prostředí programu Mathematica (notebook), Wolfram Language, matematické funkce, manipulace s výrazy, matice a lineární algebra, řešení algebraických rovnic, kalkulus, diferenciální rovnice.
    Výpočty pomocí grafických karet: Úvod do paralelních výpočtů, CUDA a OpenCL, vlákny a pamětí na grafických kartách, koncepce a optimalizace algoritmů, reprezentace čísel, aplikační modely v praxi, grafických karet v softwaru Mathematica.
    Paralelní výpočty: Výpočtová paradigmata, architektury, současný stav, základní pojmy, základy MPI, design paralelního programu, komunikace v MPI, aplikace paralelních algoritmů, paralelní metody zpracování dat.
Language of instruction
Czech
Further comments (probably available only in Czech)
The course can also be completed outside the examination period.
Teacher's information
Satisfactory presentation and attestation of mastery of the curriculum during the final state examination.
The course is also listed under the following terms Winter 2013, Summer 2014, Winter 2014, Summer 2015, Winter 2015, Summer 2016, Winter 2016, Summer 2017, Summer 2018, Winter 2018, Summer 2019, Summer 2020.
  • Enrolment Statistics (Winter 2017, recent)
  • Permalink: https://is.slu.cz/course/fpf/winter2017/UFPF101