Modelowanie komputerowe w fizyce

Tworzenie oraz zastosowanie symulacji eksperymentów w fizyce komputerowej

Warsztat ma na celu wprowadzić uczestników w nowatorski dział jakim jest fizyka komputerowa, a także podnieść ich kompetencje z zakresu programowania, przeprowadzania symulacji oraz opracowywania danych doświadczalnych. Przedstawione zostanie bardzo szerokie zastosowanie wybranych technik zaczynając od zjawisk przyrodniczych w zoologii, a kończąc na modelach z fizyki nauk społecznych.

Do kogo kierowany jest ten warsztat?

Warsztat kierowany jest do uczniów szkół średnich chcących poznać techniki tworzenia symulacji w fizyce oraz przeprowadzania eksperymentów komputerowych. Stworzony został on z myślą o młodzieży zainteresowanej takimi kierunkami studiów jak fizyka, analiza danych, programowanie czy data science. Do udziału w zajęciach nie jest wymagana wiedza programistyczna! Przekonamy się, jak dużo jesteśmy w stanie zrobić korzystając z odpowiednich narzędzi.

Niezbędny sprzęt i oprogramowanie

Do uczestniczenia w warsztatach niezbędny będzie własny laptop. Zachęcam również do wcześniejszego zainstalowania pakietu NetLogo, o który oparta jest część warsztatu, ze strony producenta: https://ccl.northwestern.edu/netlogo/download.shtml . Uwaga, pobranie instalatora nie wymaga uzupełniania żadnego z pól na stronie!

Dlaczego warto wziąć udział w tym warsztacie?

Uczestnicy zapoznają się ze sposobami przeprowadzania doświadczeń fizycznych z wykorzystaniem komputera. Zastosowanie poznanych technik programistycznych znaleźć można w wielu dziedzinach wykraczających poza konwencjonalną fizykę o czym przekonamy się na zajęciach. Dodatkowo warsztat obejmuje końcowy projekt grupowy, w którym uczestnicy będą mogli stworzyć razem program symulujący wybrane przez nich zjawisko.

Podczas warsztatu uczestnicy rozwiną swoją wiedzę i umiejętności w zakresie:

• wykorzystywania symulacji eksperymentów fizycznych,
• modelowania zjawisk kolektywnych,
• opracowywania danych doświadczalnych,
• projektowania i pisania własnych symulacji,
• ogólnych założeń programowania w fizyce,
• wykorzystania środowiska programistycznego NetLogo,
• wiedzy z wybranych działów fizyki doświadczalnej.

Program warsztatu

Dzień pierwszy

Wstęp do fizyki komputerowej

Na dobry początek zajmiemy się przeprowadzaniem eksperymentów komputerowych z termodynamiki. Nauczymy się wykonywania pomiarów, a następnie opracowywania zebranych danych doświadczalnych i wyciągania z nich wniosków. Zajęcia poprzedzone będą również niezbędnym wstępem teoretycznym do dziedziny fizyki komputerowej, jej zastosowań w nauce oraz największych aktualnych wyzwań. Uczestnicy poznają w ten sposób jedną z prężnie rozwijających się gałęzi nauk fizycznych, do której już teraz zdobędą podstawy.

Dzień drugi

Modelowanie zjawisk kolektywnych

Drugiego dnia rozpoczniemy przygodę z pakietem NetLogo. Najpierw poznamy podstawowe założenia programowania w tym środowisku na przygotowanych przykładach. Następnie uczestnicy przejdą kurs wprowadzający do tworzenia własnych symulacji i zamodelują wybrane zjawiska fizyczne.

Dzień trzeci

Tworzenie symulacji przyrodniczych

Mając niezbędne podstawy będziemy kontynuować naukę pisania kodu w NetLogo. Zaprezentowane zostaną bardziej rozbudowane programy, co pozwoli na poznanie większej ilości funkcji. Uczestnicy samemu dobierając parametry symulacji zaobserwują występowanie zjawisk nieliniowych oraz idących za tym skutków w fizyce doświadczalnej.

Dzień czwarty

Symulacje eksperymentów fizycznych

Przedostatniego dnia wrócimy do klasycznych zjawisk w fizyce pracując na modelach najbardziej popularnych doświadczeń. Zostanie położony nacisk na wykonywanie obserwacji, stawianie hipotez oraz wyciąganie końcowych wniosków. Wszystkie przedstawione w eksperymentach procesy spróbujemy dokładnie wyjaśnić wykorzystując zdobytą dotychczas wiedzę z fizyki.

Dzień piąty

Projekty grupowe i podsumowanie

Ostatni dzień w całości poświęcimy na pracę w grupach nad wybranymi przez uczestników problemami. Wspólnie sprawdzimy zdobyte podczas zajęć umiejętności i wykorzystamy je w kreatywny sposób. Przewidziana jest również przestrzeń na dodatkowe tematy zaproponowane podczas kursu oraz dyskusja dotycząca zastosowania poznanych technik w świecie nauki.