京都工芸繊維大学 Webシラバス / Web Syllabus KYOTO INSTITUTE OF TECHNOLOGY シラバス詳細

科目詳細情報 / Course Syllabus

科目分類1 / Subject Categories
学部等 / Faculty	工芸科学部 / School of Science and Technology	今年度開講 / Availability	有 / Available
学域等 / Field	物質・材料科学域 / Academic Field of Materials Science	年次 / Year	３年次 / 3rd Year
課程等 / Program	応用化学課程・課程専門科目 / Specialized Subjects for Undergraduate Program of Applid Chemistry	学期 / Semester	前学期 / First term
分類 / Category	- / -	曜日時限 / Day & Period	木3 / Thu 3rd
科目分類2 / Subject Categories
学部等 / Faculty	工芸科学部 / School of Science and Technology	今年度開講 / Availability	有 / Available
学域等 / Field	生命物質科学域 / Academic Field of Materials and Life Science	年次 / Year	３年次 / 3rd Year
課程等 / Program	高分子機能工学課程・課程専門科目 / Specialized Subjects for Undergraduate Program of Macromolecular Science and Engineering	学期 / Semester	前学期 / First term
分類 / Category	- / -	曜日時限 / Day & Period	木3 / Thu 3rd

科目情報 / Course Information
時間割番号 / Timetable Number	11414301
科目番号 / Course Number	11460019
単位数 / Credits	2
授業形態 / Course Type	講義 / Lecture
クラス / Class	- / -
授業科目名 / Course Title	シミュレーション物理学 / Simulational Physics
担当教員名 Instructor(s)	藤原　進
担当教員名 Instructor(s)	FUJIWARA Susumu
その他 / Other	インターンシップ実施科目 Internship	国際科学技術コース提供科目 IGP	PBL実施科目 Project Based Learning	実務経験のある教員による科目 Practical Teacher
	-	-	-	-
	DX活用科目 ICT Usage in Learning	-	-	-
	○	-	-	-
科目ナンバリング / Numbering Code	B_AP3210

授業の目的・概要 Objectives and Outline of the Course
コンピュータ・シミュレーションは、解析的手法では扱うことのできない複雑な系の性質を研究する手段として、科学の多くの分野で用いられるようになってきた。コンピュータ・シミュレーションの方法には、大きく分けて決定論的方法と確率論的方法の二つの方法がある。本講義では、決定論的方法である分子動力学シミュレーション手法について、その数学的・物理学的基礎および基本原理の解説を行う。
Computer simulation has been utilized in many fields of science as a means to study the properties of the complex systems which cannot be treated by analytical methods. Computer simulation methods are mainly classified into two categories: deterministic methods and stochastic methods. The object of this lecture is to explain the mathematical and physical bases and the fundamental principles of a molecular dynamics simulation method which is one of the deterministic methods.

授業の目的・概要
Objectives and Outline of the Course

コンピュータ・シミュレーションは、解析的手法では扱うことのできない複雑な系の性質を研究する手段として、科学の多くの分野で用いられるようになってきた。コンピュータ・シミュレーションの方法には、大きく分けて決定論的方法と確率論的方法の二つの方法がある。本講義では、決定論的方法である分子動力学シミュレーション手法について、その数学的・物理学的基礎および基本原理の解説を行う。

Computer simulation has been utilized in many fields of science as a means to study the properties of the complex systems which cannot be treated by analytical methods. Computer simulation methods are mainly classified into two categories: deterministic methods and stochastic methods. The object of this lecture is to explain the mathematical and physical bases and the fundamental principles of a molecular dynamics simulation method which is one of the deterministic methods.

学習の到達目標 Learning Objectives
1．分子動力学シミュレーションの概要を理解する。 2．分子間ポテンシャルの概要を理解する。 3．静的・動的性質を表す物理量の概要を理解する。
1．To understand the overview of molecular dynamics simulation. 2．To understand the overview of the intermolecular potentials. 3．To understand the overview of physical quantities representing static and dynamic properties.

授業計画項目 / Course Plan
No.	項目 Topics	内容 Content	オンライン授業 online class
1.	コンピュータ・シミュレーションとは何か（１）	コンピュータ・シミュレーションの役割
1.	What is computer simulation? (1)	The role of computer simulation.
2.	コンピュータ・シミュレーションとは何か（２）	簡単な例：１次元調和振動子、コンピュータのなかの物質系
2.	What is computer simulation? (2)	The simple examples: The one-dimensional harmonic oscillator and the substance systems in silico.
3.	コンピュータ・シミュレーションとは何か（３）	分子動力学シミュレーション研究の進め方（１）：基本的な手順
3.	What is computer simulation? (3)	How to proceed with the molecular dynamics simulation study (1): Fundamental procedures.
4.	コンピュータ・シミュレーションとは何か（４）	分子動力学シミュレーション研究の進め方（２）：初期条件（１）
4.	What is computer simulation? (4)	How to proceed with the molecular dynamics simulation study (2): Initial conditions (1).
5.	コンピュータ・シミュレーションとは何か（５）	分子動力学シミュレーション研究の進め方（３）：初期条件（２）
5.	What is computer simulation? (5)	How to proceed with the molecular dynamics simulation study (3): Initial conditions (2).
6.	コンピュータ・シミュレーションとは何か（６）	分子動力学シミュレーション研究の進め方（４）：境界条件、無次元化
6.	What is computer simulation? (6)	How to proceed with the molecular dynamics simulation study (4): Boundary conditions. Nondimensionalization.
7.	分子間ポテンシャル	力の起源、多体相互作用の二体相互作用への還元、相互作用モデルとポテンシャル関数、汎用ポテンシャル
7.	Intermolecular potentials	The origin of forces. The reduction of a many-body interaction to a two-body interaction. The interaction model and the potential functions. The general-purpose potentials.
8.	前半のまとめ	前半のまとめと演習（授業項目１～６）の実施
8.	Summary of the first half	Summary of the first half and conduct of exercises (Topics 1-6).
9.	数値計算の解法	差分近似法
9.	Numerical calculation method	The general-purpose potentials.
10.	コンピュータを用いた実習	１次元調和振動子系の数値計算、単原子分子系の分子動力学シミュレーション
10.	Computer-based practice	Numerical calculation of the one-dimensional harmonic oscillator system. Molecular dynamics simulation of monatomic systems.
11.	静的性質を表す物理量（１）	MD計算における"平均"の意味、熱力学量
11.	Physical quantities representing static properties (1)	The meaning of "average" in the molecular dynamics calculation. Thermodynamic quantities.
12.	静的性質を表す物理量（２）	動径分布関数
12.	Physical quantities representing static properties (2)	The radial distribution function.
13.	静的性質を表す物理量（３）	静的構造因子
13.	Physical quantities representing static properties (3)	The static structure factor.
14.	静的性質を表す物理量（４）	エネルギー・圧力の補正
14.	Physical quantities representing static properties (4)	The correction of the energy and pressure.
15.	動的性質を表す物理量	自己拡散係数、速度自己相関関数、グリーン・久保形式
15.	Physical quantities representing dynamic properties	The self-diffusion coefficient. The velocity autocorrelation function. Green-Kubo formula.

履修条件 Prerequisite(s)
この科目を履修するには、基礎解析Ⅰ、基礎解析Ⅱ、線形代数Ⅰ、線形代数Ⅱのうちから、１科目以上の単位を取得していることが必要である。
This class requires the acquisition of units for at least one subject out of "Basic Calculus I", "Basic Calculus II", "Linear Algebra I" and "Linear Algebra II".

授業時間外学習（予習・復習等） Required study time, Preparation and review
物理学の基礎知識（力学、電磁気学、統計力学）を修得していることを前提として講義する。各授業に対し、講義内容に関する予習を1時間、復習を2時間、合わせて3時間の予習・復習に加え、演習や小テスト、定期試験に備えるための学習時間を要する。本学では1単位当たりの学修時間を45時間としています。毎回の授業にあわせて事前学修・事後学修を行ってください。
This class requires the understanding of mechanics, electromagnetics and statistical mechanics. This class requires not only one hour to prepare for the individual classes and two hours for review (three hours in total) but also further learning hours to prepare for exercise, short test and regular examination. Please note that KIT requires 45 hours of study from students to award one credit, including both in-class instructions as well as study outside classes. Students are required to prepare for each class and complete the review after each class.

授業時間外学習（予習・復習等）
Required study time, Preparation and review

物理学の基礎知識（力学、電磁気学、統計力学）を修得していることを前提として講義する。各授業に対し、講義内容に関する予習を1時間、復習を2時間、合わせて3時間の予習・復習に加え、演習や小テスト、定期試験に備えるための学習時間を要する。
本学では1単位当たりの学修時間を45時間としています。毎回の授業にあわせて事前学修・事後学修を行ってください。

This class requires the understanding of mechanics, electromagnetics and statistical mechanics. This class requires not only one hour to prepare for the individual classes and two hours for review (three hours in total) but also further learning hours to prepare for exercise, short test and regular examination.
Please note that KIT requires 45 hours of study from students to award one credit, including both in-class instructions as well as study outside classes. Students are required to prepare for each class and complete the review after each class.

教科書／参考書 Textbooks/Reference Books
・参考書「分子シミュレーション」（上田顯著、裳華房）
For a reference: A. Ueda, "Molecular Simulation (in Japanese)", (SHOKABO Co., Ltd.).

成績評価の方法及び基準 Grading Policy
原則として期末試験のみで評価するが、授業中に課す演習等を勘案して、それらの成績を全体の10%以内において成績評価に含めることがある。
Evaluation is conducted based on the results of the term-end exam only. Evaluation of the results of exercise is taken into account at most up to 10% of the full score.

留意事項等 Point to consider
講義は原則対面式で行うが、必要に応じて、一部の授業回を非同期オンライン（オンデマンド）授業で実施する。
In principle, lectures will be conducted face-to-face, but some class sessions will be conducted asynchronously online (on-demand) when necessary.