ББК 32.97:53 УДК 53.072

Коткин Г. Л., Черкасский В. С. Компьютерное моделирование физических процессов с использованием MATLAB: Учеб. пособие / Новосиб. ун-т. Новосибирск, 2001. 173 с.

Данное учебное пособие является руководством для компьютерного практику-

ма.

Предназначено для студентов физического факультета НГУ, но может быть руководством по использованию пакета MATLAB студентами и исследователями

других специальностей.

Подготовлено при содействии Федеральной целевой программы “Государственная поддержка интеграции высшего образования и фундаментальной науки на 19972000 годы”, проект N274.

Рецензент кандидат технических наук Ю.М.Прокопьев

Печатается по решению методической комиссии физического факультета НГУ.

c Новосибирский государственный

университет, 2001

Предисловие

Практикум «Компьютерное моделирование физических процессов» под тем или иным названием действовал на физического факультета НГУ более 20 лет. В настоящее время в связи с существенным изменением компьютеров произошел практически полный переход на новую операционную среду с графическим интерфейсом (типа Windows-95). Это предопределило изменения, которые были внесены в практикум. Перед нами стояла задача, не разрушая того полезного, что было наработано в практикуме за годы его эксплуатации, перейти на работу в новой операционной среде и расширить круг задач, которые решаются в практикуме. Кроме того, практикум предназначен студентам, уже имевшим дело с компьютером и знакомым с основными понятиями программирования.

Данное пособие представляет собой существенно переработанное и дополненное пособие, ранее изданное в НГУ [1], которое, в свою очередь, являлось объединением двух работ: Израйлев Ф.М.,Коткин Г.Л., Фрумин Л.Л., Эйдельман С.И. Моделирование физических процессов и явлений. Новосибирск, НГУ, 1986; Коткин Г.Л., Фрумин Л.Л. Моделирование физических явлений: Практикум. Новосибирск, НГУ, 1992.

Существенным отличием данного варианта практикума является использование не универсального языка программирования (как Фортран или Паскаль), а специальной системы MATLAB фирмы MathWorks, созданной для облегчения решения инженерных и научных задач. Поскольку данная система является относительно новой и литература по ней весьма ограничена [2-6], в настоящем пособии она будет описана отдельно. Следует сказать, что эта система является Windowsориентированной 1, интерактивной, допускающей режим непосредственных вычислений как численного, так и аналитического характера, а также режим программирования на специальном языке программирования, работающем в режиме интерпретации. Для решения основных задач курса студентам предлагаются заготовки, которые решают простейшие вопросы и могут служить основой для доработки и усложнения соответствующих моделей. Эти заготовки доступны в виде исходных текстов – так называемых m-файлов.

В предлагаемых задачах затронуты разные подходы к моделированию. Это исследование моделей, движение в которых определяется обыкновенными дифференциальными уравнениями (задачи «МАЯТНИК», «ПЛАНЕТА», «ДИОД»), метод Монте-Карло («СЛУЧАЙНЫЕ БЛУЖДАНИЯ», «БРОУНОВСКОЕ ДВИЖЕНИЕ», «ПОТЕРИ ПУЧКА»), молекулярная динамика («ШАРЫ»).

1Есть версии MATLAB и в операционной системе UNIX.

3