Компьютерные технологии в науке и образовании

Компьютерные технологии

Лектор: проф. Воронцов-Вельяминов П. Н.

1. Введение. Соотношение между аналитической теорией, физическим экспериментом и численным экспериментом. Вычислительная физика. Роль ЭВМ, их характеристики — оперативная и внешняя память, быстродействие, надежность. Мат. обеспечение — языки программирования. Ввод и вывод информации. Поколения ЭВМ. Супер и мини ЭВМ . Персональные компьютеры. Матричные процессоры. Сети ЭВМ и информационные сети. Специализированные процессоры для численных экспериментов.
2. Мат. эксперимент динамического и стохастического типа (молекулярная динамика и Монте-Карло). Метод МК для расчета интегралов. Оценка погрешности выборочного среднего. Метод существенной выборки.
3. Основы термодинамики. Термодинамические величины: объем, давление, температура.Уравнение состояния. Внутренняя энергия, работа, тепло. Первое начало термодинамики. Второе начало. Энтропия. Равенство ( неравенство ) Клаузиуса. Термодинамические потенциалы, характеристические переменные. Термодинамические равенства и неравенства.
4. Основы равновесной статистической механики. Микро- и макро-состояния. Ансамбли (микроканонический, канонический, большой канонический). Энергетический спектр и плотность состояний макросистемы. Статистическая энтропия. Тепловое равновесие и температура, материальное равновесие и хим. потенциал. Каноническое и другие распределения. Статсуммы. Переход к классическим статинтегралам. Связь с термодинамикой.
5. Проблема вычисления конфигурационных средних в классической стат. механике и метод Монте-Карло. Реализация существенной выборки с помощью аппарата марковских цепей. Переходные вероятности.
6. Метод Монте-Карло в статистической механике, методические вопросы: малое число частиц и моделирование микросистем (периодические граничные условия). Проблема учета дальних взаимодействий. Начальная релаксация и усреднение. Свободные параметры цепи и их оптимальный выбор. Статистическая и систематическая погрешности.
7. Величины, вычисляемые методом МК (канонический и другие ансамбли): внутренняя энергия ,уравнение состояния, термические коэффициенты (теплоемкость ,сжимаемость). Бинарная функция распределения.
8. Моделирование молекул с внутренними степенями свободы. Метод МД для цепных молекул с жесткими связями(метод уравнений Лагранжа1-города). Полимеры в растворе и метод Броуновской динамики. Микродинамика белков.
9. Метод МД с постоянной температурой и постоянными Т и Р (метод Нозе — Хувера).
10. Метод МК — молекулярного поля для полиэлектролита.
11. Гиббсовский ансамбль для моделирования фазовых равновесий газ — жидкость.
12. Моделирование ограниченных систем: кластеры, тонкие слои, микрофазы в порах. Граничные условия.

Литература:

1. К Биндер Методы Монте-Карло в статистической физике, Мир, М.,1982.
2. Д.В.Хеерман Методы компьютерного эксперимента в теоретической физике, Наука, М.,1990.
3. Х. Гулд, Я. Тобочник Компьютерное моделирование в физике, ч.1,ч.2, Мир, М.,1990.
4. Физика простых жидкостей, ч.2,гл.14, М.,1971.
5. Н.П. Бусленко, Д.Н.Голенко, И.М.Соболь, В.Г.Срагович, Ю.А.Шрейдер Метод статистических испытаний (метод Монте-Карло), М.,1962.
6. И.С.Фишер Статистическая теория жидкостей, М.,1961.
7. M.P. Allen, D. I. Tildesley Сomputer Simulation of Liquids. Clarendon Press. Oxford. 1987

История физики

История физики (32 часа)

1. Периодизация истории физики

2. Физические учения в странах античной греко-римской культуры. Роль античной науки. Античный эксперимент. Основные античные учения о материи (Левкипп-Демокрит-Эпикур, Платон, Аристотель). Античная механика, акустика, оптика (Аристотель, Архимед, Евклид, Птолемей). Проблема движения у Аристотеля.

3. Развитие физичесих учений в средние века — тематика и основные достижения. Теория импетуса.

4. Научная революция XVI — XVII. Коперник, Бруно, В.Гильберт, Кеплер, Галлилей, Гюйгенс, Лейбниц.

5. Механика Галлилея

6. Физика Декарта

7. Ньютон — построение теоретического фундамента классической физики. «Начала…» и их значение

8. Оптика Ньютона и оптика Гюйгенса

9. Очерк развити оснвных идей классической механики (Эйлер, Мопертюи, Даламбер, Лагранж, Пуассон, Гамильтон, Якоби, Герц, Ляпунов, Ковалевская, С.Ли. Э.Неттер, Пуанкаре)

10. Очерк развития основных идей классической оптики (XVIII в., переворот в оптике 1800—1835 гг, открытие спектроскопии)

11. Очерк развития идей теории теплоты — температура, количество теплоты, теория теплорода и ее достижения, возникновение термодинамики, возникновение статистической физики (Фаренгейт, Цельсий, Реомюр, Блэк, Ломоносов, Рихман, Фурье, Карно, Майер, Джоуль, Ленц, Гельмгольц, Клаузиус, Максвелл, Гиббс, Больцман).

12. Очерк развития основных идей электродинамики (Кулон, Гальвани, Вольта, Ампер, Ом, Био, Савар, Фарадей, Ленц, Максвелл, Герц). Электромагнитная природа света

13. История основных идей квантовой физики (Планк, Эйнштейн, Резерфорд, Бор, де-Бройль, Гейзенберг, Шредингер, Дирак, Паули)

14. Физика в Петербургском университете (1724—1766, 1819—1917): М.В.Ломоносов, Н.П.Щеглов, Э.Х.Ленц, Ф.Ф.Петрушевский, Д.И.Менделеев, О.Д.Хвольсон, И.И.Боргман, Д.С.Рождественский. Физика в университете после 1917 г..

Литература

1. Я.Г.Дорфман «Всемирная история физики…» т.1,2, Наука, М 1974—1979.

2. П.С.Кудрявцев «История физики» т.1—3, М 1956—1971

3. М.Лауэ «История физики» М 1956

4. С.Э.Фриш «Сквозь призму времени» Изд.полит.лит-ры, М 1992

План подготовки магистров

План подготовки магистров

Приложения:

1.Дисциплины по выбору

2.Факультативные дисциплины

Бакалавриат

Нормативные документы

В разделе «Образование» сайта СПбГУ можно найти необходимую информацию по всем образовательным программам университета, включая их описание, каталоги программ, учебно-методическую документацию, сведения об аккредитации, результаты приема на программы всех уровней, а также перечень направлений и результаты научно-исследовательской работы.

Учебно-методическую документацию для программ бакалавриата можно найти здесь, выбрав из предлагаемого списка нужную программу.

Для получения отсрочки от армии

Для получения отсрочки от армии необходимо встать на воинский учет до 1 октября.

Нужно иметь при себе паспорт и приписное удостоверение.

Адрес военно-учетного стола: СПбГУ, Петергоф, Университетский пр., д. 28, лит. А, кабинет № 1511.

Режим работы: пн-чт 9:00-17:30, пт 9:00-16:30, обед с 13:00 до 13:45.

О поддельных справках и иных документах из учреждений здравоохранения (Confirmation of certificates and other documents issued by health care institutions) 

Обучение

Что такое физический факультет?

Физический факультет является структурным подразделением университета, которое вместе с Научно-исследовательским институтом физики и Научно-исследовательским институтом радиофизики образуют Физический учебно-научный центр (ФУНЦ).

Физический факультет был создан на базе организованного Д. С. Рождественским в 1919 году отделения физико-математического факультета Петроградского университета со своим Ученым Советом и отдельным учебным планом при воссоздании факультетской структуры в Университете приказом ректора Ленинградского государственного университета № 191 от 14.04.1933.

Цели

• Подготовка (переподготовка, повышение квалификации) научно-педагогических кадров и специалистов различных уровней квалификации в области физики, радиофизики, прикладных математики и физики, междисциплинарных отраслях знания
• Формирование у обучаемых научного мировоззрения, воспитание качеств, необходимых для проведения фундаментальных и прикладных научных исследований на наиболее высоком научном уровне
• Развитие и обновление образовательных программ на базе выполняемых в ФУНЦ научных исследований, поиск новых перспективных методик и направлений образования
• Сохранение, развитие и обновление кадрового потенциала российской высшей школы, в т. ч. ведущих научно-педагогических школ ФУНЦ
• Привлечение талантливой молодежи к профессиональному освоению физики, радиофизики, прикладных математики и физики, междисциплинарных отраслей знания
• Распространение естественнонаучных знаний и научного мировоззрения среди населения

Задачи

• Реализация основных образовательных программ высшего профессионального образования по направлениям Радиофизика, Физика, Прикладные математика и физика
• Осуществление программ дополнительного и послевузовского образования (аспирантура, докторантура)
• Развитие и обновление реализуемых образовательных программ, в т. ч. исследований в области естественнонаучного образования и преподавания соответствующих дисциплин, поддержка и развитие инфраструктуры ФУНЦ
• Оказание консультационных, экспертных и иных услуг, связанных с основными направлениями деятельности
• Информационная поддержка образования и научных исследований, создание информационных ресурсов
• Подготовка учебной, специальной, справочной и методической литературы, материалов конференций, фундаментальных и прикладных исследований
• Организация и проведение научных и образовательных семинаров, конференций, симпозиумов, стажировок
• Организация распространения и реализации учебной, специальной, справочной и методической литературы

Организация и дальнейшее развитие НИИ в структуре университета вызваны стремлением эффективно использовать для проведения исследований богатый научный потенциал профессорско-преподавательского состава физического факультета. В то же время создаются благоприятные условия для повседневной лабораторной практики студентов (бакалавриата, магистратуры) и научной работы аспирантов с использованием дорогостоящей аппаратуры, уникальных экспериментальных установок, информационно-вычислительных сетей, связей с иностранными научными центрами и специалистами.

Эта направленность в организации институтов обуславливает их специфическую структуру. Практически все кафедры факультета со сложившейся научной специализацией имеют соответствующие по тематике отделы в институте физики (кафедра радиофизики — в институте радиофизики). Сотрудники отделов институтов совместно с сотрудниками соответствующих кафедр образуют единый научный коллектив, во главе которого, как правило, находится заведующий кафедрой, он же — руководитель научного отдела института на общественных началах.