Modulcode:	Inf-WissRech
Englische Bezeichnung:	Scientific Computing
Modulverantwortliche(r):	Prof. Dr. Steffen Börm
Turnus:	unregelmäßig (WS11/12 WS13/14 WS15/16)
Präsenzzeiten:	4V 2Ü
ECTS:	9
Workload:	60 Std. Vorlesung, 30 Std. Übung, 180 Std. Selbststudium
Dauer:	ein Semester
Modulkategorien:	WI (MSc Inf (15)) MSc Math (Export) WI (MEd Inf) WPI (MEd Inf) TG (MSc Inf)
Lehrsprache:	Deutsch
Voraussetzungen:

Kurzfassung:

Das Modul beschäftigt sich mit der numerischen Simulation physikalischer Phänomene. Dabei wird einerseits vermittelt, wie sich ein solches Phänomen durch mathematische Gleichungen beschreiben lässt, und andererseits, wie sich diese Gleichungen mit Hilfe effizienter Algorithmen lösen lassen, um das Verhalten eines physikalischen Systems vorhersagen zu können.

Dabei werden nur mathematische Grundkenntnisse vorausgesetzt, die nötigen Konzepte aus Physik- und Ingenieurwissenschaften werden in der Vorlesung vermittelt.

Lernziele:

• Übersicht über grundlegende physikalische Konzepte in der klassischen Mechanik, der Strukturmechanik und der Theorie elektromagnetischer Felder,
• Übersicht über grundlegende numerische Algorithmen, mit deren Hilfe sich physikalische Vorgänge simulieren lassen,
• Befähigung, für ein gegebenes Problem ein Modell zu entwickeln und aufgrund des Modells eine Simulation durchzuführen.

Lehrinhalte:

• Punktmassen (Ort, Geschwindigkeit, Beschleunigung, Kraft)
• Schwingende Saiten und Membranen (Federgesetze, Wellengleichung)
• Bewegung im Gravitationsfeld (Sonnensysteme, Galaxien)
• Strukturmechanik (elastisch verformbare Körper)
• elektrische Felder (elektrostatische Potentiale, Maxwell-Gleichungen)
• Strömungen (Darcy-Gleichungen, Transportgleichungen)
• Zeitschrittverfahren
• Finite-Differenzen-Methode
• Finite-Elemente-Methode
• schnelle Lösungsverfahren für lineare Gleichungssysteme

Weitere Voraussetzungen:

Für Informatiker: Mathematik A/B/C.

Für Mathematiker: Analysis 1/2, Lineare Algebra 1/2

Empfehlenswert für beide: Einführung in die numerische Mathematik.

Prüfungsleistung:

Erfolgreiche Teilnahme an den Übungen, mündliche Prüfung am Ende der Vorlesung.

Lehr- und Lernmethoden:

In der Vorlesung werden physikalische Modelle und numerische Algorithmen zu deren Analyse eingeführt. In den praktischen Übungen werden die Algorithmen implementiert, Simulationen durchgeführt und die Ergebnisse visualisiert.

Verwendbarkeit:

Das wissenschaftliche Rechnen spielt eine große Rolle bei Simulationen, die bei der Untersuchung naturwissenschaftlicher Vorgänge eine zunehmend wichtige Rolle spielen, beispielsweise um die Ausbreitung elektromagnetischer Wellen, die Belastbarkeit von Werkstücken oder die Entwicklung des Klimas vorherzusagen. Das Modul bietet eine Grundlage, von der aus eine Vertiefung in den Spezialgebieten wie Physik, Chemie, Ingenieur- oder Geowissenschaften möglich ist.

Literatur:

Eigenes Skript.

Verweise:

Kommentar: