Descrição
O curso de Física Computacional é uma introdução ao uso de métodos computacionais para resolver problemas físicos complexos. Neste curso, os alunos irão adquirir conhecimentos sobre programação, algoritmos e técnicas numéricas, além de explorar aplicações práticas da física no mundo digital.
1. Introdução à Física Computacional
O que é Física Computacional?
A Física Computacional é uma área multidisciplinar que combina conceitos da física e da ciência da computação. Neste primeiro módulo, os alunos serão apresentados aos fundamentos da Física Computacional, compreendendo sua importância e aplicações em diversas áreas do conhecimento.
Além disso, serão abordados os principais softwares e linguagens de programação utilizados na área, como Python e MATLAB, e serão fornecidas as bases para o desenvolvimento de algoritmos eficientes e precisos.
2. Métodos Numéricos
Resolução de Equações Diferenciais
Um dos principais focos da Física Computacional é a resolução de equações diferenciais, que descrevem o comportamento de sistemas físicos complexos. Neste módulo, os alunos aprenderão diferentes métodos numéricos para resolver equações diferenciais ordinárias e parciais, como o método de Euler, o método de Runge-Kutta e o método das diferenças finitas.
Esses métodos serão aplicados em problemas reais, como a simulação de sistemas dinâmicos e a modelagem de fenômenos físicos, permitindo aos alunos compreenderem como a computação pode ser utilizada para obter soluções aproximadas de problemas complexos.
3. Simulações Computacionais
Modelagem de Sistemas Físicos
Neste módulo, os alunos serão introduzidos à modelagem de sistemas físicos por meio de simulações computacionais. Serão explorados conceitos como a discretização de domínios contínuos, a definição de condições de contorno e a implementação de algoritmos para simular o comportamento de sistemas físicos em diferentes condições.
Os alunos terão a oportunidade de desenvolver suas próprias simulações, utilizando técnicas aprendidas nos módulos anteriores, e aplicá-las em problemas reais, como a simulação de colisões de partículas, a propagação de ondas e a evolução de sistemas caóticos.
4. Análise de Dados Experimentais
Tratamento de Dados
Na Física Computacional, a análise de dados experimentais é uma etapa fundamental para validar modelos teóricos e obter resultados confiáveis. Neste módulo, os alunos aprenderão técnicas de tratamento de dados, como a interpolação, o ajuste de curvas e a análise de incertezas.
Além disso, serão apresentadas ferramentas estatísticas e gráficas para a visualização e interpretação de dados experimentais, permitindo aos alunos analisar e extrair informações relevantes a partir de conjuntos de dados reais.
5. Aplicações da Física Computacional
Física Estatística e Simulações Monte Carlo
Neste último módulo, os alunos serão introduzidos à Física Estatística e às simulações Monte Carlo. Serão abordados conceitos como ensemble estatístico, distribuição de Boltzmann e métodos de Monte Carlo para a simulação de sistemas físicos em equilíbrio térmico.
Os alunos terão a oportunidade de aplicar esses conceitos em problemas reais, como a modelagem de gases ideais, a transição de fase em sistemas magnéticos e a otimização de sistemas complexos, ampliando sua compreensão sobre as aplicações da Física Computacional em diferentes áreas da ciência e da tecnologia.