Komputasi Dan Simulasi Sistem Fisis

Afdal, Phy Andalas 1

Fisika Komputasi ?Fisika adalah ilmu

yang mempelajari

(berusaha untuk

menjelaskan) aspek

fisis dari fenomena

alam.


Masalah Fisis

Eksperim

en

Teori

Analitik

Persamaan

Fisis

Numerik

Solusi

Masalah

2dcV F Qc kVcdt

xt

txLA

dt

dQ

100

20100

2

22

x

Tdb

t

T


Masalah

Fisis

Eksperimen

Kode

Program

Algoritma / Flow

Chart

Metode

Numerik

Solusi

Masalah

Persamaan

Fisis

Bahasa Pemrogram

an

Perumusan Masalah

Langkah-langkah penyelesaian masalah

Yang dipelajari pada kuliah ini


Bahasa Pemrograma

n

Komputer

Manusia

Harus diprogram agar dapat

menjalankan tugas tertentu

(Tidak mengerti bahasa

manusia)

Tidak mengerti

bahasa mesin

Sebagai

perantara

Bahasa Pemrograman: aturan tatabahasa untuk menginstruksikan komputer melaksanakan tugas tertentu.

Kode

ProgramProgram: rangkaian instruksi untuk menjalankan hardware, mengolah data, atau mewujudkan keinginan pemakai komputer.


1. Sains / Ilmu Fisika ---> Perumusan Masalah2. Matematika terapan : Metode Numerik, Modelling, Simulasi --->

Pemecahan Persamaan3. Ilmu Komputer:

Software / Bahasa Pemrograman ---> Perantara Bahasa Manusia dan Bahasa Mesin (Komputer)

Hardware / Komputer ---> alat bantu hitung, simulasi

Komponen yang digunakan dalam Fisika Komputasi:



Simulasi

Pemodelan

Pengolahan Data

Analisis Data

Aspek yang terlibat dalam komputasi


Pemodelan dan Simulasi

Pengelompokan

Empirik vs Teoritik

Data Driven vs Equation Driven

Kegunaan:Pengujian dan Prediksi Teori atau alat baru


1. Sebuah algoritma adalah tata urutan langkah-langkah yang tidak mengandung ambiguitas dan dapat dieksekusi.

2. Sebuah algoritma adalah tata urutan langkah-langkah yang tidak mengandung ambiguitas dan dapat dieksekusi.

3. Urutan kaidah yang terdefenisi secara tepat tentang cara menghasilkan output informasi tertentu dari input informasi tertentu menurut sejumlah tahapan yang berhingga.

4. Deretan langkah-langkah logika yang diperlukan untuk melaksanakan tugas tertentu.

Defenisi Algoritma:


Dalam bidang kuliner (culinary art), algoritma mirip seperti resep masakan tertentu tapi lebih kompleks.

Dalam resep masakan ada tahap-tahap atau langkah-langkah yang harus dilakukan secara teratur (berurutan) untuk menghasilkan masakan yang enak.

Bagaiamana sifat suatu resep yang baik?

Apabila resep diikuti oleh orang yang berbeda maka harus menghasilkan masakan dengan kualitas yang sama.


Algoritma: Memahami cara komputer berpikir Menggunakan model matematika


1. Setiap langkah harus tertentu.

2. Tidak ada langkah yang tertinggal.

3. Hasil akhir tidak begantung pada siapa yang sedang mengikuti algoritma. Jadi, Dua programer yang berbeda dan bekerja secara terpisah, bekerja berdasar algoritma yang sama mungkin saja membuat program yang berbeda. Tetapi dengan data yang sama, harus menghasilkan hasil yang identik.

4. Proses harus berakhir setelah sejumlah langkah terbatas.

5. Algoritma harus cukup umum untuk segala kemungkinan.

Ciri Algoritma Yang Baik


Contoh Algoritma (1)

Memasak Nasi:1. Ambil beras 1 kg.2. Cuci beras sampai bersih.3. Masukkan beras tersebut ke

dalam rice cooker.4. Tambahkan air bersih sebanyak

1 liter.5. Hidupkan rice cooker.6. Tunggu sampai nasi matang.7. Selesai

Alat otomatis(waktu diatur sendiri)


1. Masukkan suatu bilangan bulat positif yang akan ditentukan akarnya (a).

2. Berikan harga awal akar (x) sama dengan 1.3. Hitung y sebagai x * x.4. Jika y sama dengan a, maka cetak x sebagai akar dari a

dan proses selesai.5. Jika tidak, tambah nilai x sebanyak 1.6. Kembali ke langkah 3.

Contoh Algoritma (2)

Mencari akar positif dari bilangan bulat positif:


Flow Chart

Flow Chart (Diagram Alir) adalah representasi skematis dari suatu algoritma atau proses.

Untuk representasi ditel program yang rumit, maka penggunaan algoritma akan menimbulkan kesukaran. Maka, sebagai alternatif digunakan flow chart.

Flowchart adalah urutan instruksi yang digambarkan dengan simbol tertentu untuk memecahkan masalah dalam suatu program.


No. Simbol Nama Fungsi

1. Terminal Permulaan / Akhir Program

2. Garis alir Menunjukkan arah proses

3. Persiapan Pemberian nilai awal

4. Proses Proses perhitungan atau pengolahan data

Simbol-Simbol Flow Chart


No. Simbol Nama Fungsi

5. Input / OutputProses memasukkan atau menampilkan data atau informasi

6. KeputusanPerbandingan pernyataan atau penyeleksian kondisi untuk menentukan langkah berikutnya

7. On-page connector

Penghubung bagian-bagian flow-chart pada halaman yang sama

8. Off-page connector

Penghubung bagian-bagian flow-chart pada halaman yang berbeda

9. Predefined Process

Permulaan sub-proram


Aturan dalam Membuat Flow Chart

1. Arah aliran proses biasanya dari atas ke bawah atau dari kiri ke kanan.

2. Hanya satu garis alir (panah) yang keluar dari simbol Proses.

3. Hanya satu garis alir yang masuk ke simbol Decision, tetapi dapat dua atau tiga yang keluar darinya.

4. Hanya satu garis alir yang digunakan dalam simbol Terminal.

5. Pastikan FC memiliki awal dan akhir.

6. Uji validitas FC dengan memasukkan contoh data sederhana.

Begin

End


Contoh Flow Chart (1)

FC memperbaiki lampu yang rusak


Contoh Flow Chart (2) FC menentukan bilangan genap atau ganjil


Bahasa Pemrograman: Penghubung bahasa manusia dengan

komputer Sesuai dengan kebutuhan


Programming

LanguageMachine Language

(1st Generation)Low Level

Language(2nd Generation)

exp: asemblyHigh Level Language

(3rd Generation)exp: Pascal, fortran, Delphi, C, Visual Basic

Aturan tatabahasa untuk

menginstruksikan komputer

melaksanakan tugas tertentu.


Metode Numerik:Teknik atau cara merumuskan masalah matematika sehingga dapat dipecahkan dengan operasi matematika (Perhitungan menggunakan angka)


Metode Numerik:Teknik atau cara merumuskan masalah matematika/ fisika sehingga dapat dipecahkan dengan operasi matematika (perhitungan menggunakan angka penambahan, perkalian, pembagian, pengurangan)


Metode Numerik ?Lebih menekankan pada

implementasi algoritma

Analisis Numerik ?Lebih menekankan teori matematis

yang mendasari


Fisika Komputasi:Kajian dan penerapan algoritma numerik untuk memecahkan masalah fisika

Komputasi saat ini adalah bagian yang penting dalam riset modern dalam semua bidang, sepertifisika partikel, astrofisika, mekanika fluida, fisika zat padat, nuklir, dll.


• Sistem adalah campuran keseluruhan dari beberapa bagian atau anggota.

• Sistem adalah kumpulan dari elemen atau komponen dan hubungannya.

• Sistem adalah sekumpulan peraturan yang mengatur struktur dan atau prilaku.

Defenisi Sistem

Sistem Fisis


Sudut Pandang Kelompok

Hubungan dengan lingkungan Terisolasi Terbuka

Tingkat Kepastian Deterministik Probabilistik

Dinamika Statis Dinamis

Kekontinuan Kontinu Diskrit

Kerumitan Linier Non Linier

Fisis Abstrak

Alami Buatan

Pengelompokan Sistem

Afdal, Phy Andalas

• Sistem fisis (system) adalah sekumpulan benda yang menjadi perhatian.

• Lingkungan (surrounding / environment) adalah segala sesuatu di luar sistem.

• System + Surroundings = Universe (sistem + lingkungan = semesta)

Sistem dalam ilmu fisika

Sistem Fisis

Afdal, Phy Andalas


Untuk dapat mensimulasikan sesuatu, terlebih dulu harus dibuat sebuah model. Model ini menyatakan karakteristik atau prilaku dari sistem atau proses fisis atau abstrak. Model mewakili sistem itu sendiri, sedangkan simulasi menyatakan operasi atau cara kerja sistem terhadap waktu.

Pemodelan Sistem

• Untuk menjelaskan sekumpulan fakta karena belum ada teorinya• Untuk menjelaskan teori atau mencari konfirmasi.• Alat pengambilan keputusan• Alat pembelajaran• Alat komunikasi

Tujuan Pemodelan

Afdal, Phy Andalas

Model adalah suatu bangun teoritis yang menggambarkan proses fisis, biologis, atau sosial, dengan sekelompok variabel dan sekelompok logika dan hubungan kuantitatif antara variabel-variabel atau logika-logika tersebut.Pemodelan Ilmiah adalah proses menghasilkan model. Beberapa teori umum tentang pemodelan ilmiah ditawarkan oleh filsafat sains, sistem teori dan beberapa bidang baru seperti pengetahuan visualisasi.


• Dapat melakukan percobaan untuk situasi yang kompleks atau ekstrim.

• Hemat biaya• Hemat waktu• Fokus pada karaktersitik tertentu yang diperlukan saja

Keuntungan Menggunakan Model

Afdal, Phy Andalas

Kelompok Model

Jenis Model

Fungsi • Deskriptif• Prediktif• Normatif

Struktur • Iconic (sama dengan sistem nyata, skala berbeda)• Analog (fisik berbeda, prilaku sama)• Simbolik

Dimensi • Satu dimensi/variabel• Multi dimensi

Waktu • Statik• Dinamik

• Deterministik• Probabilistik

Afdal, Phy Andalas

Kelompok Model

Jenis Model

Generalisasi • Khusus• Umum

• Terisolasi• Tertutup


Simulasi

Simulasi adalah suatu tiruan (imitasi) dari cara kerja dari sistem atau proses nyata terhadap waktu .

Simulasi berusaha untuk menampilkan bagian-bagian tertentu dari prilaku sistem fisis atau abstrak dengan prilaku sistem yang lain.

Simulasi digunakan dalam banyak konteks, termasuk pemodelan sistem alam dan manusia untuk memperoleh pemahaman tentang cara kerja sistem-sistem tersebut.






Afdal, Phy Andalas

Simulasi Gelombang Air

Untuk menjelaskan bahwa medium gelombang tidak ikut merambat (hanya energinya saja yang merambat) dapat digunakan gambar diam.

Dengan simulasi, proses ini akan lebih mudah dipahami.

Afdal, Phy Andalas

Simulasi Gempa Bumi

Disini gempabumi (suatu sistem alam) disimulasikan dengan program komputer (sistem lain).

Afdal, Phy Andalas

Simulasi Tsunami

Simulasi Tsunami akibat gempa Sumatera 2004Tsunami (sebagai sistem alam) disimulasikan dengan program komputer (sistem lain).Dengan simulasi ini, proses yang terjadi dapat dipahami dengan lebih baik. Selain itu, simulasi dapat juga digunakan untuk keperluan prediksi.

Afdal, Phy Andalas

Pengolahan & Analisis Data

Tipe-tipe Data Numerik (Angka) Gambar Suara Dll

Afdal, Phy Andalas

Contoh Kasus Eksplorasi Seismik

Tujuan survei/eksplorasi geofisika untuk mengetahui struktur bawah permukaan, yaitu mengetahui jenis material, volume dan posisinya.

Afdal, Phy Andalas

2D Seismic Data

3D Seismic Data

Data seismik seperti citra sinar-X dari Bumi

Afdal, Phy Andalas

Survey seismic Menghasilkan data yang sangat banyak

(200.000.000.000 byte data)

If you put all the data created by a small 3D seismicsurvey on 3-1/2” diskettes, and you stacked the diskettes

in one single pile, the pile would be higher than theWorld Trade Center in New York City!!

WorldTradeCenter(1350 Feet)

Stack of133,000

Diskettes(1385 Feet)

Afdal, Phy Andalas

Tidak mungkin dilakukan secara manual

----> Perlu bantuan komputer

Afdal, Phy Andalas

Eksploitasi

Afdal, Phy Andalas

Contoh Kasus Eksplorasi Geolistrik

Software Res2DInv

Documents

Komputasi Dan Simulasi Sistem Fisis