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FÍSICA COMPUTACIONAL I

Curso 2018/2019 Subject code61041094

FÍSICA COMPUTACIONAL I

SUBJECT NAME
FÍSICA COMPUTACIONAL I
CODE
61041094
SESSION
2018/2019
DEPARTMENT
FÍSICA MATEMÁTICA Y DE FLUÍDOS
DEGREE IN WHICH IT IS OFFERED
GRADO EN FÍSICA
TYPE
FORMACIÓN BÁSICA
COURSE
PRIMER CURSO
ECTS
6
HOURS
150.0
PERIOD
SEMESTRE  2
LANGUAGES AVAILALBLE
CASTELLANO

PRESENTACIÓN Y CONTEXTUALIZACIÓN

¡Bienvenidos a la asignatura de Física Computacional I!

La Física Computacional es una modalidad de investigación en Física que se añade al método científico tradicional, basado en la realización de experimentos. La enorme potencia computacional de que se dispone hoy en día nos permite simular, mediante cálculos en un ordenador, el comportamiento de diversos tipos de sistemas físicos, lo que nos permite estudiarlos sin necesidad de realizar experimentos reales, muy costosos y complicados, a veces sencillamente imposibles de realizar en la práctica, sino solamente con experimentos virtuales.

La programación (y el uso de programas informáticos) NO es una ciencia exacta y está más relacionada con el desarollo de habilidades técnicas que con conocimientos teóricos. Por esta razón, la aproximación que el Equipo Docente ha propuesto para esta asignatura es fundamentalmente experimental, análoga a unas técnicas experimentales. De este modo, los sistemas de programación estudiados en este curso deberán ser vistos como un labotario. El estudiante recibirá una teoría y, mediante experimentación (o sea, adquisición de técnica pero, también, prueba y error), llevará a cabo de forma individual una serie de ejercicios prácticos sencillos guiados por el equipo docente (tutores y profesores de la Sede Central).

La asignatura está dividida en dos partes:

  • En una primera parte, se introducirá al estudiante al cálculo simbólico y numérico mediante el programa Maxima (http://maxima.sourceforge.net/) un sistema de cálculo simbólico de código abierto y, por tanto, gratuito. Existen alternativas comerciales más potentes y versátiles (como p. ej. el Maple y el Mathematica), pero este software es suficiente para esta asignatura. Esta primera parte introducirá al estudiante una serie de conceptos matemáticos que se encontrará rutinariamente en todas las asignaturas del Grado: expresiones matemáticas, ecuaciones y sistemas de ecuaciones, ecuaciones diferenciales ordinarias, ecuaciones diferenciales en derivadas parciales, diferentes tipos de representaciones gráficas, etc. Esto se debe, en palabras de E. Wigner a que “las matemáticas en Física (y en general en las Ciencias Naturales) son mucho más que una mera herramienta, las matemáticas son el lenguaje en el que, aparentemente, están escritas las leyes físicas” (The Unreasonable Efectiveness of Mathematics in the Natural Sciences, Communications in Pure and Applied Mathematics 13 (1960)). El principal objetivo de esta parte es aprender a organizar el trabajo de una manera ordenada y eficiente, lo que resultará útil en el futuro independientemente de cuál sea el programa de cálculo que se emplee.
  • En la segunda parte, se introducirá al estudiante a un lenguaje de programación de propósito general, el lenguaje C, un lenguage estándar tanto para simulaciones numéricas como para la programación de sistemas de adquisición de datos, p.ej. en instrumentos de laboratorio. El compilador de C que se empleará será el de GCC (http://gcc.gnu.org). En esta asignatura se usará el lenguaje C para simular algunos procesos físicos muy simplificados, lo que permitirá trabajar con diferentes técnicas de simulación e introducir importantes conceptos de la física que serán estudiados en detalle posteriormente en el grado: autosemejanza y fractalidad, procesos estocásticos, colectivos, periodicidad y caos, autoorganización, etc.

Esta asignatura, perteneciente a la materia básica de Matemáticas del grado,  se puede ver como origen de una serie de materias en las que el denominador común es el uso del ordenador como potente (y muchas veces fundamental) herramienta de cálculo para analizar y resolver problemas de física y matemáticas. Esta serie continúa con Física Computacional II, asignatura obligatoria del primer semestre del segundo curso, y después se abre hacia los distintos Métodos Matemáticos (II, III, IV), en los que se estudiarán las herramientas para revolver problemas más complejos, y que se beneficiarán del conocimiento de los métodos de computación tratados en el presente curso. La utilidad de los conocimientos sobre física computacional que se habrán adquirido después resultarán de utilidad directa en otras asignaturas del grado, desde Álgebra o Análisis Matemático, a Física Matemática o Sistemas Dinámicos.