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Dieses Lehrbuch führt Sie anhand von physikalischen Fragestellungen aus der Mechanik in die Programmiersprache Python ein. Neben der reinen Simulation von physikalischen Systemen wird besonderes Augenmerk auf die Visualisierung von Ergebnissen und das Erstellen von Animationen gelegt. Mit zahlreichen Beispielen und Übungsaufgaben ermöglicht dieses Buch so den praktischen Einstieg in das wissenschaftliche Rechnen.
Sie lernen Kurvenanpassungen durchzuführen sowie lineare und nicht-lineare Gleichungssysteme zu lösen, die bei der Behandlung von statischen Problemen auftreten. Auch die Lösung von Differentialgleichungen, die dynamische Systeme beschreiben, sowie Themen wie Fourier-Transformationen und Eigenwertprobleme kommen nicht zu kurz. Mithilfe der in diesem Buch vorgestellten Simulationsbeispiele vertiefen Sie darüber hinaus Ihr Verständnis der zugrundeliegenden Physik, indem Sie die physikalischen Gesetze algorithmisch umsetzen und physikalische Aufgaben simulieren, die weitaus komplexer sind als die üblichen mit Papier und Bleistift lösbaren Aufgaben.
Alle im Buch vorgestellten Programme, die fertigen Animationen sowie die Lösungen zu den Übungsaufgaben werden online bereitgestellt.
Die vorliegende zweite Auflage enthält zahlreiche Ergänzungen, Korrekturen und Anpassungen an die aktuellen Versionen von Python, NumPy, SciPy und Matplotlib. Darüber hinaus erwartet Sie ein zusätzliches Kapitel über objektorientierte Programmiermethoden.
Ob Sie also Physik oder eine Ingenieurwissenschaft mit hohem physikalischem Anteil studieren, oder ob Sie unterrichten und Ihre Lehre durch Simulationen und Animationen anreichern möchten - dieses Buch ist dabei Ihr optimaler Begleiter!
Inhaltsverzeichnis
Einleitung.- Einführung in Python.- NumPy und Matplotlib.- Physikalische Größen und Messungen.- Kinematik des Massenpunkts.- Statik von Massenpunkten.- Dynamik des Massenpunkts.- Mehrteilchensysteme und Erhaltungssätze.- Zwangsbedingungen.- Schwingungen.- Wellen.- Grafische Benutzeroberflächen.- Objektorientierte Simulationen.- Ausblick.
Über den Autor / die Autorin
Oliver Natt
ist seit 2012 als Professor für Physik an der Technischen Hochschule Nürnberg Georg Simon Ohm tätig. Unter anderem vertritt er im dortigen Studiengang
Angewandte Mathematik und Physik
neben der theoretischen Physik auch das Lehrgebiet
Modellierung und Simulation
mit einem Seminar, aus dem die Idee für dieses Buch hervorgegangen ist.
Zusammenfassung
Dieses Lehrbuch führt Sie anhand von physikalischen Fragestellungen aus der Mechanik in die Programmiersprache Python ein. Neben der reinen Simulation von physikalischen Systemen wird besonderes Augenmerk auf die Visualisierung von Ergebnissen und das Erstellen von Animationen gelegt. Mit zahlreichen Beispielen und Übungsaufgaben ermöglicht dieses Buch so den praktischen Einstieg in das wissenschaftliche Rechnen.
Sie lernen Kurvenanpassungen durchzuführen sowie lineare und nicht-lineare Gleichungssysteme zu lösen, die bei der Behandlung von statischen Problemen auftreten. Auch die Lösung von Differentialgleichungen, die dynamische Systeme beschreiben, sowie Themen wie Fourier-Transformationen und Eigenwertprobleme kommen nicht zu kurz. Mithilfe der in diesem Buch vorgestellten Simulationsbeispiele vertiefen Sie darüber hinaus Ihr Verständnis der zugrundeliegenden Physik, indem Sie die physikalischen Gesetze algorithmisch umsetzen und physikalische Aufgaben simulieren, die weitaus komplexer sind als die üblichen mit Papier und Bleistift lösbaren Aufgaben.
Alle im Buch vorgestellten Programme, die fertigen Animationen sowie die Lösungen zu den Übungsaufgaben werden online bereitgestellt.
Die vorliegende zweite Auflage enthält zahlreiche Ergänzungen, Korrekturen und Anpassungen an die aktuellen Versionen von Python, NumPy, SciPy und Matplotlib. Darüber hinaus erwartet Sie ein zusätzliches Kapitel über objektorientierte Programmiermethoden.
Ob Sie also Physik oder eine Ingenieurwissenschaft mit hohem physikalischem Anteil studieren, oder ob Sie unterrichten und Ihre Lehre durch Simulationen und Animationen anreichern möchten – dieses Buch ist dabei Ihr optimaler Begleiter!
