Symulacje komputerowe w astrofizyce
Prowadzący:
Termin:
16-22.07.2024 r.
Lokalizacja:
Piękna Góra
Czas trwania warsztatów:
20 godzin - 25 jednostek lekcyjnych w ciągu 5 dni zajęć
Warsztat z programowania skupiający się na symulowaniu zjawisk astrofizycznych
Warsztat wprowadzi Cię w podstawy programowania w języku Python, ukierunkowane na tworzenie symulacji astronomicznych. Poznasz składnię Pythona, korzystając z narzędzia Spyder, a następnie przejdziesz do głębszego zrozumienia fundamentalnych sił Wszechświata, takich jak grawitacja. Poprzez praktyczne projekty, realizowane samodzielnie, ze wsparciem prowadzącego, zbudujesz modele układów planetarnych, rozwiążesz problem trzech ciał i zmierzysz się z badaniem czarnych dziur, eksplorując ich zachowanie w symulacjach grawitacyjnych.
Do kogo kierowany jest ten warsztat?
Warsztat skierowany jest do uczniów liceum zainteresowanych fizyką i astronomią oraz tych których ciekawi praca astrofizyków. Zapraszamy osoby, które chcą nauczyć się programować w Pythonie, przybliżając sobie zagadnienia astrofizyczne. Warsztat przeznaczony jest dla uczniów nieumiejących programować! Warsztat dedykowany jest osobom, które planują studia związane z fizyką, astronomią i dziedzinami pokrewnymi.
Osoby chcące wziąć udział w warsztacie powinny posiadać podstawową wiedzę o rozwiązywaniu równań i nierówności, w tym kwadratowych oraz funkcjach: liniowych, kwadratowych, logarytmicznych i trygonometrycznych (sin, cos, tg, ctg) oraz rozumiejących wybrane zagadnienia fizyczne omawiane w szkole: Zasady Dynamiki Newtona, zasada zachowania pędu i energii, fale mechaniczne.
Niezbędny sprzęt i oprogramowanie
Do udziału w warsztacie wymagany jest własny laptop z zainstalowanym programem Spyder (https://docs.spyder-ide.org/current/installation.html). Instrukcja instalacji oprogramowania zostanie wysłana uczestnikom warsztatu w późniejszym terminie.
Dlaczego warto wziąć udział w tym warsztacie?
Biorąc udział w warsztacie:
- poszerzysz wiedzę z fizyki i astronomii;
- nauczysz się podstaw programowania w Pythonie;
- poznasz podstawowe narzędzia pracy astrofizyka;
- rozwiniesz umiejętność projektowania i przeprowadzania eksperymentów oraz analizy wyników;
- rozwiniesz umiejętności logicznego myślenia.
Program warsztatu
Dzień pierwszy
Wprowadzenie do Pythona
Zaczynamy naszą podróż od podstaw składni oraz kluczowych poleceń w języku Python. Poznasz narzędzie Spyder, a także rozwiniesz umiejętności myślenia z perspektywy programistycznej, zwracając uwagę na aspekty programowania istotne podczas tworzenia symulacji.
Dzień drugi
Układ planetarny
Omówimy najważniejszą siłę kształtującą Wszechświat: grawitację. Zastanowisz się, jak można ją uwzględnić w symulacji. Sprawdzając możliwości prezentacji wyników działania programu, zaprojektujesz model gwiazdy z układem planetarnym. W szczególnym przypadku sprawdzisz, czy Twój program działa dla Układu Słonecznego.
Dzień trzeci
Zagadnienie trzech ciał
Zagłębisz się w astronomiczny problem trzech ciał i jego związku z odkryciem Neptuna. Rozwiniesz program tworzony pierwszego dnia, poprzez uwzględnienie w jego działaniu mas poszczególnych planet. Eksperymentalnie sprawdzisz, co się stanie, gdy centralną gwiazdę zastąpimy szczególnym obiektem astronomicznym – gwiazdą podwójną.
Dzień czwarty
Zderzenia niekoniecznie sprężyste
Przygotujesz symulację opisującą zachowanie gazu doskonałego. Zastanowisz się, jaki związek ma ten abstrakcyjny, matematyczny model fizyczny gazu z rozwojem Wszechświata oraz podejmiesz próbę zasymulowania wczesnego etapu rozwoju naszego Układu Słonecznego. Omówimy mechanikę zderzeń, zasadę zachowania masy i ich wpływ na rozwój Wszechświata oraz naszą symulację. Ponadto, spróbujesz odtworzyć proces formowania się księżyca.
Dzień piąty
Czarne dziury
Postaramy się wyjaśnić i zrozumieć zasadę działania jednych z najbardziej fascynujących obiektów we Wszechświecie – czarnych dziur. Przeprowadzisz symulacje soczewkowania grawitacyjnego oraz zjawiska spagetyzacji, poznając podstawowe definicje i opisy teoretyczne tych zjawisk oraz to, w jaki sposób materia i światło zachowują się w ich otoczeniu.
Sprawdzanie postępów programisty za pomocą liczby linii kodu, które napisał, jest jak sprawdzanie postępów w budowaniu samolotu poprzez przyrost jego wagi.
Bill Gates
