Conceitos básicos de computação científica: fundamentos da simulação de sistemas físicos

Resumo

Simulações de dinâmica clássica são ferramentas úteis para estudar fenômenos com bases mecânicas bem estabelecidas, tendo como únicos pré-requisitos o entendimento das soluções físicas do sistema e a descrição clara dessas soluções e seus passos para um computador por meio de uma linguagem de programação. Neste trabalho, aprendemos e exploramos uma linguagem de programação chamada Julia - desenvolvida recentemente para computação científica - por meio de uma série de exercícios nos quais resolvemos computacionalmente problemas simples de física do ensino médio. Em seguida, aplicamos os conhecimentos adquiridos para desenvolver um programa de computador baseado em dinâmica gravitacional para computar a trajetória dos planetas do sistema solar e do cometa Halley. As trajetórias resultantes exibiram tamanho, formato e período compatíveis com os dados astronômicos conhecidos, e mantiveram sua estabilidade mesmo após 70 anos de simulação. O único corpo que não apresentou o comportamento esperado foi o cometa Halley, porque a simulação não descrevia alguns fenômenos importantes para sua trajetória, como a variação de massa e interação com outros planetas.