Komputasi Dan Simulasi Sistem Fisis
-
Upload
chairah-fosforisensi-shaddeeb -
Category
Documents
-
view
171 -
download
26
Transcript of Komputasi Dan Simulasi Sistem Fisis
Afdal, Phy Andalas 1
Fisika Komputasi ?Fisika adalah ilmu
yang mempelajari
(berusaha untuk
menjelaskan) aspek
fisis dari fenomena
alam.
Afdal, Phy Andalas 2
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
Afdal, Phy Andalas 3
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
Afdal, Phy Andalas 4
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.
Afdal, Phy Andalas 5
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:
Afdal, Phy Andalas 6
Afdal, Phy Andalas 7
Simulasi
Pemodelan
Pengolahan Data
Analisis Data
Aspek yang terlibat dalam komputasi
Afdal, Phy Andalas 8
Pemodelan dan Simulasi
Pengelompokan
Empirik vs Teoritik
Data Driven vs Equation Driven
Kegunaan:Pengujian dan Prediksi Teori atau alat baru
Afdal, Phy Andalas 9
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:
Afdal, Phy Andalas 10
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.
Afdal, Phy Andalas 11
Algoritma: Memahami cara komputer berpikir Menggunakan model matematika
Afdal, Phy Andalas 12
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
Afdal, Phy Andalas 13
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)
Afdal, Phy Andalas 14
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:
Afdal, Phy Andalas 15
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.
Afdal, Phy Andalas 16
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
Afdal, Phy Andalas 17
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
Afdal, Phy Andalas 18
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
Afdal, Phy Andalas 19
Contoh Flow Chart (1)
FC memperbaiki lampu yang rusak
Afdal, Phy Andalas 20
Contoh Flow Chart (2) FC menentukan bilangan genap atau ganjil
Afdal, Phy Andalas 21
Bahasa Pemrograman: Penghubung bahasa manusia dengan
komputer Sesuai dengan kebutuhan
Afdal, Phy Andalas 22
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.
Afdal, Phy Andalas 23
Metode Numerik:Teknik atau cara merumuskan masalah matematika sehingga dapat dipecahkan dengan operasi matematika (Perhitungan menggunakan angka)
Afdal, Phy Andalas 24
Metode Numerik:Teknik atau cara merumuskan masalah matematika/ fisika sehingga dapat dipecahkan dengan operasi matematika (perhitungan menggunakan angka penambahan, perkalian, pembagian, pengurangan)
Afdal, Phy Andalas 25
Metode Numerik ?Lebih menekankan pada
implementasi algoritma
Analisis Numerik ?Lebih menekankan teori matematis
yang mendasari
Afdal, Phy Andalas 26
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.
Afdal, Phy Andalas 27
• 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
Afdal, Phy Andalas 28
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
Afdal, Phy Andalas 31
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.
Afdal, Phy Andalas 33
• 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
Afdal, Phy Andalas 36
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 37
Afdal, Phy Andalas 38
Afdal, Phy Andalas 39
Afdal, Phy Andalas 40
Afdal, Phy Andalas 41
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