An introduction to computational methods in physics from the radioactive decay problem

Uma introdução aos métodos computacionais em física a partir do problema do decaimento radioativo

Autores: 

  • M.J.B. Ferreira – UEM
  • B.F. de Oliveira* – UEM
  • A.M. Gonçalves* – UEM

* Pesquisadores do NAPI EZC

  • Received: 11 Nov 2023

  • Accepted: 20 Nov 2023

  • Published: 05 Jan 2024

  • DOI: https://doi.org/10.1590/1806-9126-RBEF-2023-0347

Abstract

This article brings up an introduction to computational physics and scientific programming through an application, the radioactive decay problem. This problem is solved computationally through two different approaches: numerical integration and stochastic simulation. The numerical integration is realised via the Runge-Kutta method, used to obtain numerical solutions of the ordinary differential equation describing the model dynamics, while the stochastic simulations are implemented via Monte Carlo simulations, where random numbers are used to guide decision making. A comparicion of the advantages of each method and its convenience is made and some examples of implementation of the algorithms presented in this work are also exhibited in different programming languages.

Resumo

Neste artigo apresentamos uma introdução à física computacional e à programação científica a partir da aplicação em um problema de decaimento radioativo. Esse problema é resolvido computacionalmente a partir de duas abordagens distintas: integração numérica e simulação estocástica. A integração numérica é feita utilizando-se o método de Runge-Kutta, para a obtenção das soluções numéricas das equações diferenciais que regem a dinâmica do modelo, enquanto as simulações estocásticas são implementadas com o uso de simulações de Monte Carlo, em que números aleatórios são utilizados para tomadas de decisão. Uma comparação entre as vantagens e desvantagens de cada método e da conveniência de cada um deles é feita e alguns exemplos de implementação dos algoritmos aqui discutidos são também apresentados em diferentes linguagens de programação.

Essa pesquisa
contribui para as seguintes ODS:

CANAIS DE CONTATO DO NAPI

Envie sua mensagem, dúvidas ou sugestões para o e-mail:

napi_ezc@iaraucaria.pr.gov.br | (44) 3011-5914