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
● 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
● درباره ما
● سفارش آگهی
● تماس با ما
● عضویت در انجمن
● ورود
● RSS
آگهی های متنی
آموزش زبان انگلیسی
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
مشاوره رایگان تحصیلی
آخرین گفتگوها در انجمن
فرمول مساحت عرقچین کروی (1 پاسخ)
طول پلانک (27 پاسخ)
نمای زیبایی از عدد e (0 پاسخ)
عبور از افق رویدادِ یک سیاهچاله (4 پاسخ)
آیا قبل از بیگ بنگ فضا-زمان وجود داشته است؟ (20 پاسخ)
بالا رفتن آب در لوله مویین (2 پاسخ)
فوتون (14 پاسخ)
آنچه در مورد پشت پرده بیماری کرونا باید بدانیم (24 پاسخ)
فرضيه منو درباره منظومه شمسی بخونيد و نظر بديد (48 پاسخ)
جهان کراندار (7 پاسخ)
زمان لحظه ای ثابت (10 پاسخ)
زمین تخت گرایان (205 پاسخ)
كي ميتونه ثابت كنه كه دو خط موازي همديگر را در بي نهايت قطع ميكند (15 پاسخ)
موفقيت شبيه سازي سفر در زمان براي فوتون ها (7 پاسخ)
در زمان نمی توان سفر کرد (62 پاسخ)
در اين مكان انرژي از هيچ پديدار مي شود (4 پاسخ)
کیهان انتها دارد؟ میتواند تا بی نهایت منبسط شود؟ (18 پاسخ)
راه حلی آسان برای یافتن اعداد اول (13 پاسخ)
خورشید چگونه بر حرکت وضعی زمین تأثیر میگذارد؟ (7 پاسخ)
چگونه مي توان در زمان سفر كرد؟ (93 پاسخ)
خودبخودی بودن فشرده شدن گاز کامل (12 پاسخ)
زمان در دنیای کوانتوم (2 پاسخ)
آیا انرژی جرم دارد ؟ (32 پاسخ)
اگر چرخش زمین و ماه در یک جهت نبود چی می شد ؟ (5 پاسخ)
مقالاتي از گوشه و كنار رياضيات (99 پاسخ)
مشتق (3 پاسخ)
معادله حرکت بر روی سطح شیبدار با شتاب ثابت (14 پاسخ)
بیگ بنگ در چه چیزی اتفاق افتاده؟ -در هیچ ؟ (4 پاسخ)
مولکول DNA چرا فعالیت هوشمندانه ای بروز میده ؟ (5 پاسخ)
مکانیک کوانتوم و سیاهچاله (2 پاسخ)
چرا الکترون روی هسته سقوط نمیکند؟ (20 پاسخ)
توان تشعشعي از ذره شتابدار (2 پاسخ)
آیا نور انرژی جنبشی خود را منتقل می کند؟ (19 پاسخ)
آیا نور به اجسام نیرو وارد می کند؟ (0 پاسخ)
فرق میان امواج گرانشی با امواج الکترومغناطیسی (6 پاسخ)
انحراف ژیروسکوپ (0 پاسخ)
جنس زمان از چیست؟ اصلا زمان چیست؟ (229 پاسخ)
آزمایش مربوط به فشار گازها (0 پاسخ)
گراویتون چیست؟ (22 پاسخ)
نظر شما درباره ی شکست تقارن ماده و ضد ماده (3 پاسخ)
نسبیت برای نور (8 پاسخ)
ناوردایی نسبت به زمان (2 پاسخ)
فرمول کولن (3 پاسخ)
نیروی وارد بر قاعده از طرف آب (9 پاسخ)
سوال درباره پیچ جاده (2 پاسخ)
سوال از تبدیل ماده به انرژی (28 پاسخ)
با باقیمانده بافت مغز پس از جراحی چه می‌توان کرد؟ (0 پاسخ)
انرژی به ماده (1 پاسخ)
زبان اعداد و طیف ارتعاشی آنان در زندگی (3 پاسخ)
اصل طرد پاولی (2 پاسخ)
نمودار سه بعدی تبدیل جرم به انرژی (0 پاسخ)
سوالی در باب مسئله درهم تنیدگی کوانتومی (13 پاسخ)
معرفی مجله (0 پاسخ)
درهم تنیدگی برای ذراتِ تابش هاوکینگ (0 پاسخ)
بیا تو سوال بپرس (229 پاسخ)
تحولات کره در فضای ثابت و منبسط شونده (3 پاسخ)
پارادوکسی جدید در همزمانی (28 پاسخ)
سیاهچاله (4 پاسخ)
میدان هیگز (0 پاسخ)
بهترین نرم افزار محاسبات فیزیک (1 پاسخ)
مقالات فیزیک
چطور یوگا را در خانه شروع کنیم؟
ستاره‌ای که «به‌زودی» به ابرنواختر تبدیل می‌شود
ماندگاری ویروس کرونا در هوا و بر روی سطوح چقدر است؟
در زیر یخچال‌های سرزمین جنوبگان چه خبر است؟
چگونه کمر باریک داشته باشیم؟
آیا ویروس کرونا ساخته‌ی دست بشر باشد؟
ساخت دوربینی بدون فوکوس با لنز تخت
کشف هنرنمایی ۲۲،۵۰۰ ساله با استخوان ماموت
چگونه در هنگام شیوع ویروس کرونا آرامش خود را حفظ کنیم؟
اولین تصویر از سیاهچاله چگونه ساخته شد؟
یافته‌ای مهم درباره‌ی زمین و منشاء حیات
چگونه فلزی نرم مثل سرب، مثل فولاد مستحکم شود؟
تشخیص سریع ویروس کرونا با کمک سیتی‌اسکن
راز ریش قرمز و موی غیرقرمز برخی مردان چیست؟
تکنولوژی نانو، میزان جذب انرژی از خورشید را افرایش می‌دهد
چگونه می‌توان تفاوت بین سیارات و ستاره‌ها را متوجه شد؟
در گذشته هر سال ۳۷۲ روز بوده است
قرنطینه‌ی ایتالیا به‌خاطر کرونا، از فضا نیز مشخص است
تقویت تمرکز با مصرف آووکادو
چگونه موبایل و کامپیوتر خود را ضدعفونی کنیم؟
پیوند دستانی مردانه به زنی در هند
تنش‌ حرارتی چیست و تاثیر آن در آینده‌ی زمین چگونه است؟
سیاره‌ای که از آسمان آن آهن می‌بارد
۱۰ سوال مهم درباره‌ی ویروس کرونا
شناسایی کوچک‌ترین دایناسور جهان در یک کهربا
باکیفیت‌ترین پانوراما را از سطح مریخ
چطور خشکی پوست دست را از بین ببریم؟
سیستم ایمنی بدن چگونه کرونا ویروس جدید را هدف قرار می‌دهد؟
خانواده‌ی منظومه‌ی‌شمسی شلوغ‌تر شد
چگونه به بچه‌ها درباره‌ی ویروس کرونا آموزش دهیم؟
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
گونه‌ی جدیدی از دایناسورها در آرژانتین کشف شد (0+)
کشف بزرگ‌ترین انفجار سیاه‌چاله‌ای در جهان (0+)
ماندگاری کرونا ویروس بر روی سطوح چقدر است؟ (0+)
چگونه قارچ‌های خوراکی را تشخیص دهیم؟ (0+)
فصلی جدید از کتاب جنسیس (0+)
کشف قمر دوم سیاره‌ی زمین (0+)
کرونا و توهم توطئه (0+)
چطور علائم بیماری پارکینسون را تشخیص دهیم؟ (0+)
شاهکاری دیگر از تلسکوپ فضایی هابل (0+)
دقت بالای هوش‌مصنوعی در تشخیص سرطان سینه (0+)
موجوداتی که برای زندگی به اکسیژن نیاز ندارند (0+)
چگونه بیت‌کوین بخرم؟ (0+)
افشای راز زنبوری ۹۹ میلیون ساله (0+)
نسل جدید موشک‌های فضایی (0+)
خودرویی الکتریکی که روی دست بوگاتی شیرون بلند شد (0+)
ادامه ...