計算物理学

科目名	計算物理学
旧カリキュラム名	計算物理学I（物理）、物理生命シミュレーションII（物理生命）
教員名	大西　楢平
単位数	2	学年	3	開講区分	文理学部
科目群	物理学科
学期	前期	履修区分	選択

授業テーマ	物理学の基礎方程式は主に微分方程式によって与えられている。系の非線形性や複雑な相互作用によりほとんどの方程式は理論的な解析解が見つからないため解の予測は容易ではない。計算物理は数値シミュレーションによって基礎方程式を解き物理系の予測を行う。本講義では基礎方程式の解を可視化等の情報処理を行い物理現象の理解を深める。
授業のねらい・到達目標	物理学の基礎方程式を解き現象の理解と予測を行うための数値計算の基礎的な手法を習得する。基礎的原理を組み立てて目的に達するための論理的プロセスをプログラミングを通して実習する。物理系の解法を身に付け物理現象を計算結果の可視化をとおして理解を深めることを目標とする。
授業の方法	解説資料を授業時間内にファイルで配布する。各テーマごとの課題に対してプログラムを作成し計算結果の解釈を行う。最も簡単なプログラム言語の一つであるpythonとその可視化モジュールを用いたプログラミングによるシミュレーションを行う。また各自興味のあるテーマを設定し授業期間内にシミュレーションを完成させる。
事前学修・事後学修，授業計画コメント	授業中に課題が終了できない場合は、授業外でもパソコンを使って計算すること。

授業計画
1	プログラムの基本。pythonの説明。
2	visual pythonによる可視化の方法。２、３次元のアニメーションの説明。
3	簡単な物体の運動と可視化のプログラム作成方法。
4	線形方程式と境界値問題。波動と重ね合わせの原理の理解。
5	非線形方程式１。１変数の微分方程式の積分方法。
6	非線形方程式２。多変数微分方程式の数値計算。
7	ニュートンの運動方程式。運動方程式に適合した数値解法。
8	太陽系１。ケプラーの法則について。
9	太陽系２。小惑星の運動。
10	波動解析。
11	電磁気学における電場、磁場の解析。
12	固有値問題の解法。
13	自由テーマの設定とシミュレーション。
14	レポート課題のまとめ。
15	レポート課題の提出。

その他
参考書	大西楢平(著者代表）『計算物理の世界（情報フロンティアシリーズ第21巻）』共立出版 1998年ハーベイ•ゴールド、ジャン•トボチク（石川•宮島訳）『計算物理学入門』ピアソン•エデュケーション 2000年上坂吉則『Vpython　プログラミング入門』牧野書店 2011年
成績評価の方法及び基準	平常点(30%)、レポート(70%) 出題した課題のレポートを逐次提出すること。
オフィスアワー	本館２階講師室。