مشاوره رایگان تحصیلی
منو

فیزیک محاسباتی

: فيزيك محاسباتي :

فيزيك محاسباتي

فيزيك محاسباتي همانطوري ‌كه از نامش بر مي‌آيد ، شامل محاسباتي است كه در فيزيك انجام مي‌گيرد. مي‌دانيم كه روش حل عددي در تمام مسائل فيزيك به پاسخ منجر نمي‌شود. بعبارت ديگر ، موارد معدودي وجود دارد كه با توسل به روشهاي تحليلي قابل حل هستند و لذا در موارد ديگر بايد از روشهاي عددي و تقريبي استفاده كنيم. هدف فيزيك محاسباتي تشريح و توضيح اين روشها مي‌باشد.

به عنوان مثال ، فرض كنيد با يك خط‌كش طول ميزي را اندازه بگيريم، طبيعي است كه بخاطر خطاي اندازه‌گيري اگر 10 بار طول ميز اندازه‌گيري شود، در هر بار اندازه‌گيري مقداري كه با مقادير قبلي تفاوت جزئي دارد، حاصل خواهد شد. بنابراين براي تعيين طول واقعي نيز با بيشترين دقت بايد به روشهاي آماري متوسل شويم.

توزيع‌ هاي آماري

معمولا اگر داده‌هاي تجربي حاصل از آزمايشها را بر روي يك نمودار پياده كنيم، در اين‌صورت ، بر اساس نمودار حاصل ، اين داده‌ها از توزيع بخصوصي تبعيت خواهند كرد. اين توزيع‌ها را اصطلاحا توزيع‌هاي آماري مي‌گويند كه معروفترين آنها عبارتند از:

توزيع دوجمله‌اي

فرض كنيد تاسي را n بار پرتاب كنيم و هدف ما آمدن عدد 6 باشد. در اين‌صورت ، اين عمل را 'آزمون' و تعداد دفعاتي را كه عدد 6 ظاهر شده است، 'موفقيت' و مواردي را كه اعداد ديگر ظاهر شده است، 'عدم موفقيت' مي‌گويند. بنابراين ، اگر موفقيت‌ها بر يكديگر تاثير نداشته و مستقل از يكديگر باشند و نيز ترتيب مهم نباشد، در اينصورت ، داده‌ها از توابع توزيع دوجمله‌اي پيروي مي‌كنند.

توزيع پواسون

اگر چنانچه تعداد حالات با تعداد آزمونها به سمت بينهايت ميل كند و نيز احتمال موفقيت (p) به سمت صفر ميل كند، در اينصورت ، داده‌ها از تابع پواسون پيروي مي‌كنند. شرط عملي براي استفاده از توزيع پواسون اين است كه تعداد آزمونها بيشتر از 30 بار بوده و نيز احتمال موفقيت كمتر از 0.05 باشد. لازم به ذكر است كه اين دو شرط بايد بطور همزمان برقرار باشند. اين معيار عملي از روي هم گذاشتن توابع توزيع و گزينش بهترين انتخاب و از روي آن تعيين N و P ويژه حاصل مي‌گردد.

توزيع گاوسي

توزيع گاوسي يا نرمال يك نقش اساسي در تمام علوم بازي مي‌كند. خطاهاي اندازه‌گيري‌ معمولا به‌وسيله اين توزيع داده مي‌شود. توزيع گاوسي اغلب يك تقريب بسيار خوبي از توزيع‌هاي موجود مي‌باشد. ديديم كه اگر N بيشتر شده و احتمال موفقيت (P) كوچك باشد، در اين صورت توزيع پواسون حاكم است. حال اگر تعداد آزمونها (N) به سمت اعداد خيلي بزرگتر ميل كند، بطوري كه حاصلضرب NP به سمت 20 ميل كند، در اين صورت شكل تابع توزيع حالت تقارن پيدا مي‌كند، بگونه‌اي كه مي‌توان آن را با يك توزيع پيوسته جايگزين كرد. اين توزيع پيوسته همان توزيع گاوسي است.

برازش

اغلب اتفاق مي‌افتد كه نموداري در اختيار داريم و مي‌خواهيم مدل فيزيكي را كه بر اين نمودار حاكم است، پيدا كنيم. فرض كنيد در يك حركت سقوط آزاد اجسام ، زمان و ارتفاع سقوط را اندازه‌گيري كرده و نتايج حاصل بر روي يك نمودار پياده شده است. حال با توجه به اينكه معادله حركت سقوط آزاد اجسام را مي‌دانيم و مي‌خواهيم با استفاده از اين نمودار مقدار g ، شتاب جاذبه ثقل ، را تعيين كنيم. بنابراين ، در چنين مواردي از روش برازش كه ترجمه واژه لاتين (fitting) مي‌باشد، استفاده مي‌كنيم. در اين حالت ابتدا بايد توزيع حاكم بر اين داده‌ها را بشناسيم كه اغلب در چنين مواردي توزيع حاكم ، توزيع گاوسي است.

حل دستگاه معادلات

معمولا در مسائل عددي به مواردي برخورد مي‌كنيم كه يك دستگاه n معادله n مجهولي ظاهر مي‌گردد. در اين صورت ، براي حل اين معادلات به طريق عددي از روش‌هاي مختلفي استفاده مي‌شود. يكي از اين روشها ، حل دستگاه معادلات به روش حذف گوسي (روش كاهش يا حذف گاوسي) مي‌باشد. البته روشهاي ديگري مانند حل دستگاه معادلات به روش محورگيري و موارد ديگر نيز وجود دارد كه بسته به نوع مسئله مورد استفاده ، از آن روش استفاده مي‌گردد.

انتگرالگيري عددي

اگر مسئله‌اي وجود داشته باشد كه در آن انتگرالهاي دوگانه يا سه‌گانه ظاهر شود، البته با اندكي زحمت مي‌توان اين انتگرالها را به صورت تحليلي حل كرد. اما اين موارد چندان زياد نيستند و در اغلب موارد به انتگرالهاي چندگانه‌اي برخورد مي‌كنيم كه حل آنها به روش تحليلي تقريبا غيرممكن است. در چنين مواردي از روش انتگرالگيري عددي استفاده مي‌شود. روشهايي كه در حل انتگرالها به روش عددي مورد استفاده قرار مي‌گيرند، شامل روش ذوزنقه‌اي ، روش سيمپسون يا سهمي ‌و روشهاي ديگر است.

البته خطاي مربوط به اين روشها متفاوت بوده و بسته به نوع مسئله‌اي كه انتگرال در آن ظاهر شده است، روش مناسب را انتخاب مي‌كنند. تقريبا دقيق‌ترين روشها ، انتگرالگيري به روش مونت كارلو مي‌باشد، كه امروزه در اكثر موارد از اين روش استفاده مي‌گردد. مزيت اين روش به روشهاي ديگر در اين است كه اولا محدوديتي وجود ندارد و انتگرال هر چندگانه كه باشد، با اين روش حل مي‌شود. در ثاني ، اين روش نسبت به روشهاي ديگر كم هزينه‌تر است.

شبيه سازي

آنچه امروزه بيشتر مورد توجه قرار دارد، شبيه سازي سيستمهاي فيزيكي است. به عنوان ابتدايي‌ترين و ساده‌ترين مورد مي‌توان به حركت آونگ ساده اشاره كرد. در اين حالت يك برنامه كامپيوتري نوشته مي‌شود، بگونه‌اي كه حركت آونگ را بر روي صفحه كامپيوتر نمايش دهد. در ضمن كليه محدوديت‌هاي فيزيكي حاكم بر حركت نيز اعمال مي‌شود. در واقع مثل اينكه بصورت تجربي آونگي را به نوسان در مي‌آوريم و دوره تناوب و ساير پارامترهاي دقيق در مسئله را تعيين مي‌كنيم. البته اين مثال خيلي ابتدايي و ساده است.

لازم به ذكر است ، شبيه سازي به روش مونت كارلو به دو صورت مي‌تواند مطرح باشد. حالت اول عبارت از شبيه سازي با رسم تصوير متوالي است. درست مانند مثالي كه در بالا اشاره كرديم. حالت دوم شبيه سازي آماري يا احتمالي است. بعنوان مثال ، انواع اندركنش‌هاي فوتون با ماده را كه به پديده‌هاي مختلفي مانند اثر فوتوالكتريك ، اثر كامپتون ، پديده توليد زوج و ... منجر مي‌گردد، با اين روش مي‌توان مورد مطالعه قرار داد.

منبع : دانشنامه رشد




www.HUPAA.com
محک
مشاوره رایگان تحصیلی
ویدیو کلیپ علمی
● مقالات فیزیک
● اخبار فیزیک
● مطالب پربیننده
● مجله علمی
● کوانتوم و فیزیک جدید
● الکترومغناطیس
● نظریات ایرانی
● نجوم و اخترفیزیک
● فلسفه و متافیزیک
● نانوتکنولوژی
● برق و الکترونیک
● هواشناسی و فیزیک جو
● فیزیک نور و اپتیک
● مکانیک و ترمودینامیک
● مطالب متفرقه
● معرفی کتاب
● دانشمندان
● فیزیک در ایران
● سایتهای فیزیک انگلیسی
● سایتهای فیزیک فارسی
● دانلود نرم افزار
● تصاویر دیدنی
● پزشکی و سلامت
امکانات
● خانه
● انجمن فیزیکدانان جوان ایران
● چت روم هوپا
● درباره ما
● سفارش آگهی
● تماس با ما
● عضویت در انجمن
● ورود
● RSS
آگهی های متنی
● تحصیل در کانادا
عضویت در خبرنامه
ایمیل :
سگال - موسسه خیریه حمایت از کودکان فلج مغزی
ادامه تحصیل در خارج از کشور
ادامه تحصیل در خارج از کشور
ادامه تحصیل در خارج از کشور
ادامه تحصیل در خارج از کشور
ادامه تحصیل در خارج از کشور
ادامه تحصیل در خارج از کشور
ادامه تحصیل در خارج از کشور
ادامه تحصیل در خارج از کشور
ادامه تحصیل در خارج از کشور
ادامه تحصیل در خارج از کشور
ادامه تحصیل در خارج از کشور
پزشکی و سلامت
مشاوره رایگان تحصیلی
بیگ بنگ
آخرین گفتگوها در انجمن
دانشجویان فوتونیک و مهندسی اپتیک و لیزر خود را معرفی کنید (27 پاسخ)
چرا دو خط موازی به هم میرسند؟ (18 پاسخ)
کاربرد پلاسما بین دو میدان الکتریکی (0 پاسخ)
درخواست پیشنهادات شما در مورد بدست آوردن مقدار زیادی الکترون (2 پاسخ)
بازتاب نور و طیف رادیویی (1 پاسخ)
ماشين زمان كي ساخته مي شود؟ (73 پاسخ)
با بازگشت به گذشته اصل عدم قطعیت هایزنبرگ مردود می شود (7 پاسخ)
بيگانه ها (12 پاسخ)
تفاوت جریان فوکو و ادی (2 پاسخ)
هم ارزی فرم موج ساده (11 پاسخ)
گرافین (0 پاسخ)
راکتور هسته ای چگونه کار می کند؟ (2 پاسخ)
ترازوی پیچشی (6 پاسخ)
برانگیخته شدن الکترون (2 پاسخ)
چرا پروتون، الکترون را جذب می‌کند؟ (2 پاسخ)
خم کردن پرتو نور (14 پاسخ)
طناب آویزان از دو نقطه (6 پاسخ)
راه حلی آسان برای یافتن اعداد اول (12 پاسخ)
راز آهنربا (0 پاسخ)
اثبات متوازی (1 پاسخ)
گالری عکس آسمان (646 پاسخ)
درخواست مشاوره از دوستانی که فیزیک خوندن (52 پاسخ)
بهترین روش ذخیره انرژی چیست؟ (10 پاسخ)
آهنگ لحظه ای تغییر چیست؟ (7 پاسخ)
سوال در مورد ترانس افزاینده ولتاژ (1 پاسخ)
نظریه گرانش حرکتی (46 پاسخ)
مقالاتي از گوشه و كنار فيزيك... (81 پاسخ)
فضای دوگان چیست؟ (0 پاسخ)
زمان و اتم (1 پاسخ)
حرکت ذره باردار در میدان الکتریکی و مغناطیسی ثابت (7 پاسخ)
حرکت بر اساس خمش فضازمان (1 پاسخ)
محاسبه خط ترمز خودرو (19 پاسخ)
نیمه رسانا (10 پاسخ)
قطار انیشتین (19 پاسخ)
ردیف هفتم جدول تناوبی تکمیل شد (2 پاسخ)
فرمول طلایی (0 پاسخ)
اندازه حرکت، انرژی (3 پاسخ)
دافعه قطب های آهنربا (2 پاسخ)
چرا الکترون روی هسته سقوط نمیکند؟ (16 پاسخ)
ممان الکتریکی و مغناطیسی (4 پاسخ)
پرواز بر روی ماه (10 پاسخ)
پرسشهایی درباره ی بالن ها (13 پاسخ)
پارسی را پاس بداریم (984 پاسخ)
مسئله ی سیملوله (5 پاسخ)
خطوط میدان الکتریکی (4 پاسخ)
پذیرش برای دوره کارشناسی در رشته فیزیک (1 پاسخ)
سوال در مورد جریان الکتریکی (5 پاسخ)
اتصال کوتاه خروجی های ژنراتور، روتور (3 پاسخ)
نظریه ی غلظت (68 پاسخ)
زمین تخت گرایان (168 پاسخ)
منظور معادله E=mc2 چیه؟! (1 پاسخ)
جزئیات الکترون و ... (8 پاسخ)
فنر در میدان الکتریکی (سوالی نسبیتی) (4 پاسخ)
شروع یادگیری فیزیک برای علاقه مندان (28 پاسخ)
فرق ایزوتوپ پایدار و ایزوتوپ ناپایدار چیست؟ (6 پاسخ)
آموزش فرمول نویسی در هوپا با Mathjax (1 پاسخ)
تفاوت نیرو با انرژی چیست؟ (27 پاسخ)
روش دقیق بدست آوردن ثابت هابل (7 پاسخ)
پارادوکس فوتو الکتریک (23 پاسخ)
تصاویر نجومی (2000 پاسخ)
مقالات فیزیک
چگونه اعتیاد را ترک کنیم؟
توانایی خارق‌العاده‌ی مبتلایان به اوتیسم
رصد سیاهچاله‌ای در حال بلعیدن ستاره‌ای نوترونی
زمین‌شناسان معمای عجیب ماچو‌پیچو را حل کردند
میکروب‌ها مریخ را قابل سکونت می‌کنند
روشی خوشمزه برای لاغر شدن
رابطه‌ی عاطفی گربه‌های خانگی با صاحبانشان چگونه است؟
چطور از شر جوش سرسیاه خلاص شویم؟
آیا ناهید در گذشته قابل سکونت بوده است؟
نانولیزرها چگونه به درمان بیماری‌ها کمک می‌کنند؟
چرا بدن ما به آنتی‌بیوتیک‌ها مقاوم شده است؟
روش درست شستن دست‌‌ها
چرا بچه‌ها به همه چیز توجه می‌کنند؟
اثر کوکائین بر روی مغز چیست؟
گونه‌ای ناشناخته از کوسه‌ها کشف شد!
چگونه احساس خواب آلودگی را از بین ببریم؟
زنگ خطر برای گرینلند به صدا در آمد!
آیا دوران کچل شدن مردان به پایان رسیده است؟
روش تزریقی جدید، برای درمان اچ‌آی‌وی
چطور می‌‌توانیم ‌از روزی که بیمار هستیم لذت‌ ببریم؟
ماده‌ی معدنی جدیدی درون الماس کشف شد
پژوهش‌هایی بر روی جنین ترکیبی انسان و حیوان
قرار گرفتن در معرض پرتوهای کیهانی چه عواقبی دارد؟
چطور با کودکان به سفرهای طولانی برویم؟
چگونه درد را در پوست خود احساس می‌کنیم؟
روده و مغز باعث پُرخوری و چاقی شما می‌شوند
سنتز نوع جدیدی از مولکول کربن
چطور یک مادر خوب باشیم؟
قدمت استفاده از ابزار سنگی ۱۰هزار سال جابه‌جا شد!
ستاره‌ها در کجای جهان اولیه متولد شدند؟
ادامه ...
اخبار فیزیک
یافته های تازه دانشمندان ممکن است سفر در زمان را غیرممکن کند!
نگاهی به دوردست‌های کیهان به کمک یک خوشه کهکشانی غول‌پیکر
سنجش ذرات در کیهان اولیه
پیش‌بینی جرم ذره «هیگز» توسط سیمپسون‌های کارتونی 14 سال قبل از سرن!
فریب فوق‌العاده نور توسط محقق ایرانی
طراحی پای مصنوعی دارای سیستم بینایی توسط دانشمندان ایرانی
حل یک مساله سی‌ساله فیزیک شبیه‌سازی مواد ابررسانا با اتم‌های فوق سرد با همکاری فیزیکدان ایرانی
مخترع لیزر چارلز تاونز در 99 سالگی درگذشت
حل معماهای فیزیک در آزمایشگاه‌های ارزان بجای شتاب‌دهنده‌! مشاهده حالت بوزون هیگزی در ابررسانا برای نخستین بار
سه ایرانی در میان 100 نفر کاندیدای نهایی سفر بی بازگشت به مریخ
آمادگی برخورددهنده بزرگ هادرونی برای کشف یک ذره جدید
مشاهده پیوند شیمیایی اتم‌ها و تشکیل مولکول برای نخستین‌بار
کشف عجایب حبابی با سی‌تی اسکن درون یک ابرنواختر
لوح انجمن جهانی نفرولوژی به «پدر علم نفرولوژی ایران» اعطا می‌شود
چرا برخی کهکشان‌ها جوانمرگ می‌شوند؟
ادامه ...
مطالب پربیننده
چگونه برای دیگران جذاب باشیم؟ (0+)
دستگاهی که از تاریکی برق تولید می‌کند (0+)
این حباب‌ها در مرکز کهکشان راه‌شیری چه می‌کنند؟ (0+)
چگونه همیشه شاد باشیم؟ (0+)
ابرهای عجیب بر فراز سیاره‌ی ناهید (0+)
اجداد انسان دوره‌ی شیردهی طولانی‌تری داشته‌اند (0+)
نقش انسان‌ها در تغییر آناتومی مغز سگ‌ها (0+)
کشف دو گونه سمندر غول‌پیکر (0+)
کشف سنگین‌ترین ستاره‌ی نوترونی (0+)
دانشمند ایرانی مضرات آنتی‌بیوتیک‌ها برای قلب را شرح می‌دهد (0+)
چطور از دردهای انقباضی دوران قاعدگی خلاص شویم؟ (0+)
آیا قرار است پلوتو به جمع سیاره‌ها باز گردد؟‎ (0+)
نوع‌دوستی اقیانوس‌ها، زمین را نجات خواهد داد؟ (0+)
کشفی برای غلبه بر سرماخوردگی (0+)
چطور یک فرزند خوب پرورش دهیم؟ (0+)
ادامه ...