Física Computacional

Esta asignatura pretende dotar a los alumnos que la cursen de las herramientas numéricas necesarias para resolver problemas que se puedan plantear y relacionados con la Física.

Los objetivos concretos de la asignatura son:
• Conocimiento de las bases teóricas que subyacen detrás de cualquier software que puedan encontrar en un futuro de modo que sean conscientes de sus rangos de aplicabilidad y limitaciones.
• Capacidad de crear las herramientas informáticas necesarias.

Resultados del aprendizaje:
Con respecto a la materia Física Computacional, el alumno demostrará
• Estar familiarizado con los diferentes tipos de problemas numéricos que se le pueden exponer en Física, y tener las herramientas básicas para poder abordar su estudio con confianza. El conocimiento profundo de estas técnicas numéricas permitirá que el alumno que emplee después paquetes informáticos comerciales entienda qué están haciendo los diferentes algoritmos, su rango de validez y origen de posibles errores. Entre estos problemas cabe señalar la resolución de sistemas de ecuaciones algebraicas y diferenciales (ordinarias y en derivadas parciales), tratamiento de datos, etc.

MÉTODOS NUMÉRICOS BÁSICOS. Raíces numéricas de ecuaciones y sistemas de ecuaciones. Métodos de eliminación, de Newton-Raphson, otros. Interpolación, diferenciación e integración numéricas.

MÉTODOS DE SIMULACIÓN Y MODELACIÓN. Procesos estocásticos y generación de números aleatorios. Método de Monte Carlo.

RESOLUCIÓN NUMÉRICA DE ECUACIONES DIFERENCIALES ORDINARIAS. Método de Euler. Método predictor-corrector. Método de Runge-Kutta. Sistemas dinámicos.

RESOLUCIÓN NUMÉRICA DE ECUACIONES DIFERENCIALES EN DERIVADAS PARCIALES. Métodos en diferencias finitas. Método de elementos finitos.

EJEMPLOS FÍSICOS.

- Numerical Recipes. W.H. Press, B.P. Flannery, S.A. Teukolsky and W.T. Vetterling. Cambridge University Press (1988)

- Computational Techniques for Fluide Dynamics. C.A.J. Fletcher. Springer-Verlag (1991)

- Introducción a la programación con Python 3. Andrés Marzal, Isabel Gracia, Pedro García. Publicacions de la Universitat Jaume I (2014)
[http://repositori.uji.es/xmlui/handle/10234/102653]

- https://www.python.org/

BÁSICAS Y GENERALES
CB1 - Que los estudiantes hayan demostrado poseer y comprender conocimientos en un área de estudio que parte de la base de la educación secundaria general, y se suele encontrar a un nivel que, si bien se apoya en libros de texto avanzados, incluye también algunos aspectos que implican conocimientos procedentes de la vanguardia de su campo de estudio.
CB2 - Que los estudiantes sepan aplicar sus conocimientos a su trabajo o vocación de una forma profesional y posean las competencias que suelen demostrarse por medio de la elaboración y defensa de argumentos y la resolución de problemas dentro de su área de estudio.
CB3 - Que los estudiantes tengan la capacidad de reunir e interpretar datos relevantes (normalmente dentro de su área de estudio) para emitir juicios que incluyan una reflexión sobre temas relevantes de índole social, científica o ética.
CB4 - Que los estudiantes puedan transmitir información, ideas, problemas y soluciones a un público tanto especializado como no especializado.
CB5 - Que los estudiantes hayan desarrollado aquellas habilidades de aprendizaje necesarias para emprender estudios posteriores con un alto grado de autonomía.
CG2 - Tener la capacidad de reunir e interpretar datos, información y resultados relevantes, obtener conclusiones y emitir informes razonados en problemas científicos, tecnológicos o de otros ámbitos que requieran el uso de conocimientos de la Física.
CG3 - Aplicar tanto los conocimientos teóricos-prácticos adquiridos como la capacidad de análisis y de abstracción en la definición y planteamiento de problemas y en la búsqueda de sus soluciones tanto en contextos académicos como profesionales.

TRANSVERSALES
CT1 - Adquirir capacidad de análisis y síntesis.
CT2 - Tener capacidad de organización y planificación.
CT3 - Dominar una lengua extranjera y trabajar en un contexto internacional.
CT4 - Ser capaz de trabajar en equipo.
CT5 - Desarrollar el razonamiento crítico.
CT6 - Desarrollar la creatividad, iniciativa y espíritu emprendedor.

ESPECÍFICAS
CE2 - Ser capaz de manejar claramente los órdenes de magnitud y realizar estimaciones adecuadas con el fin de desarrollar una clara percepción de situaciones que, aunque físicamente diferentes, muestren alguna analogía, permitiendo el uso de soluciones conocidas a nuevos problemas.
CE5 - Ser capaz de realizar lo esencial de un proceso o situación y establecer un modelo de trabajo del mismo, así como realizar las aproximaciones requeridas con el objeto de reducir el problema hasta un nivel manejable. Demostrará poseer pensamiento crítico para construir modelos físicos.
CE6 - Comprender y dominar el uso de los métodos matemáticos y numéricos más comúnmente utilizados en Física
CE7 - Ser capaz de utilizar herramientas informáticas y desarrollar programas de software.
CE8 - Ser capaz de manejar, buscar y utilizar bibliografía, así como cualquier fuente de información relevante y aplicarla a trabajos de investigación y desarrollo técnico de proyectos.

Se simultaneará la introducción de contenidos teóricos con la realización de prácticas relacionadas, de modo que para cada bloque teórico se destinará un tiempo en que se elaborarán los programas oportunos que resuelvan problemas que ejemplifiquen el tema abordado. Los programas realizados podrán ser presentados y discutidos de forma conjunta en clase.

Como objetivo fundamental se pretende que los alumnos sean capaces, al término del curso, de abordar cualquier problema numérico relacionado con la Física disponiendo de las herramientas teóricas mínimas para su consecución.

Esta será la metodología seguida, siempre que se mantengan los parámetros tradicionales de matrícula.

En "primera oportunidad" solo será posible superar la materia en la modalidad de evaluación continua. Los aspectos a evaluar serán prácticas y programas de cada uno de los temas tratados (con respecto a estos trabajos, el profesor encargado de la asignatura podrá solicitar explicaciones adicionales que contribuirán a la calificación de los mismos). Complementaremos la evaluación mediante controles periódicos liberatorios.

La materia constará de dos mitades y en ellas el alumno obtendrá sendas calificaciones N1 y N2, haciéndose finalmente la media (N1+N2)/2 siempre que cada una de ellas sea igual a o mayor que 3,0 (sobre 10). Para que el alumno sea evaluado por esta modalidad deberá asistir a un mínimo del 60% (tanto en la primera como en la segunda mitad de la asignatura) de las sesiones programadas. Este porcentaje podrá reducirse en caso de causa debidamente justificada.

La evaluación en la "segunda oportunidad" tendrá lugar en la fecha programada por el decanato y consistirá en un examen (peso: 0,2) más la presentación y defensa de (peso: 0,8) todos los trabajos solicitados a lo largo del curso académico regular. La nota final será el promedio de las calificaciones N1 y N2 correspondientes a las dos partes mencionadas, siempre que cada una de ellas sea igual a o mayor que 3,0 (sobre 10).

Para los casos de realización fraudulenta de ejercicios o pruebas de evaluación será de aplicación lo recogido en el “Reglamento de evaluación del rendimiento académico de los estudiantes y de revisión de calificaciones”:

Artículo 16. Realización fraudulenta de ejercicios o pruebas.
La realización fraudulenta de cualquier ejercicio o prueba requerida en la evaluación de una asignatura implicará la calificación de suspenso en la convocatoria correspondiente, independientemente del proceso disciplinario que se pueda seguir contra el alumno infractor. Se considerará fraudulenta, entre otras, la realización de trabajos plagiados u obtenidos de fuentes accesibles al público sin reelaboración o reinterpretación y sin citas a autores y fuentes.

Buena parte de los trabajos a presentar serán realizados durante las clases interactivas de laboratorio, de todos modos para un aprovechamiento óptimo de la asignatura se recomienda dedicar un cierto número de horas adicionales de trabajo personal. El desglose de horas de trabajo sería:
Clases interactivas de laboratorio: 42 h (100 % presencialidad)
Estudio autónomo: 30 h
Tutorías: 3 h
Trabajo autónomo en ordenador y otras actividades: 37.5 h

Esta es una asignatura que no requiere un esfuerzo conceptual demasiado importante sino, más bien, un trabajo continuado. Además complementa muy bien a otras asignaturas que, dada su naturaleza, necesiten con frecuencia de herramientas numéricas para resolver los problemas que se van planteando.

Es aconsejable que los alumnos que se matriculen en esta asignatura hayan cursado ya las asignaturas de Métodos Matemáticos I-VI, así como que posean conocimientos de programación en algún lenguaje científico (C, Fortran, Python, Matlab...).

Con carácter general, durante la estancia de los alumnos en el Centro deberán ser respetadas escrupulosamente las medidas de higiene y protección individual indicadas por las autoridades sanitarias y por la propia Universidad de Santiago de Compostela.

Las tutorías podrán ser presenciales o telemáticas. Requerirán de cita previa.