Fisika Komputasi

Fisika Komputasi adalah ilmu yang mempelajari dan mengimplementasikan algoritma numerikal untuk menyelesaikan masalah fisika dengan bantuan komputer. Bidang lain yang termasuk kedalam pembahasan fisika komputasi adalah simulasi dari teori fisika. Fsika komputasi juga sering disebut sebagai cabang ketiga dari fisika(fisika teori, fisika eksperimental, dan fisika komputasi).

Evaluasi dan visualisasi dari kumpulan data yang sangat besar yang didapat dari simulasi numerical ataupun data eksperimen(contoh nya peta di geofisika) juga merupakan bagian dari fisika komputasi.
Seringkali materi fisika dianggap sebagai suatu hal yang susah dipahami. Dalam hal ini seorang pengajar harus mampu menjelaskan materi dengan baik dan tidak membosankan sehingga mampu menarik untuk dipelajari dan dipahami. Berbagai macam media yang dapat digunakan untuk berkomunikasi dengan pengguna (user). Pengajar sebagai sumber utama harus memberikan stimulus atau respon kepada user agar mampu memahami dengan baik.

Akan tetapi disamping pengajar, masih ada lagi berbagai macam media lainnya seperti benda-benda, demonstrasi, model, gambar-gambar, film, televisi, komputer dan sebagainya. Kemajuan teknologi dewasa ini telah berpengaruh besar terhadap pengembangan proses pembelajaran terutama terhadap perkembangan media pembelajaran berbasis komputer.

Pemanfaatan kemajuan teknologi dalam pembelajaran fisika adalah hal yang harus dilakukan oleh para pendidik. Komputer sebagai salah satu media elektronik yang dapat dimanfaatkan untuk pembelajaran fisika di kelas dan di manapun berada. Programprogram (software) yang dijalankan oleh komputer dapat digunakan untuk kegiatan proses belajar mengajar. Salah satu program yang mudah namun sangat membantu dalam proses pengajaran adalah program matlab.

Matlab adalah suatu bahasa pemrograman dengan kemampuan tinggi untuk komputasi teknis yang menggabungkan antara komputasi, visualisasi (logika visual), dan pemrograman dalam satu kesatuan. Bahasa matlab mudah digunakan dalam berbagai masalah dan penyelesaiannya diekspresikan melalui notasi numerik yang sudah dikenal. Aplikasi matlab meliputi matematika dan komputasi, pengembangan algoritma, akuisisi data, pemodelan, simulasi dan prototype, grafik saintifik dan engineering, dan perluasan pemakaian seperti graphical user interface (GUI).

Oleh karena itu, akan dirancang suatu bahasa pemrograman sebagai aplikasi matlab untuk memvisualisasikan konsep danpermasalahan fisika yang ada. Salah satu tujuan mempelajari bahasa pemrograman ini adalah mampu memvisualisasikan bahasa pemrograman visual basic dalam bentuk numerik dan string dan menampilkan aplikasi simulasi (visualisasi) berdasarkan konsep permasalahan fisika sesuai kebutuhan user.

Dalam pengantar ini, penulis merancang satu bagian topik dalam pengajaran fisika komputasi berbasis pemrograman. Pemahaman fisika pada teori, eksperimen dan komputasi haruslah sebanding, agar dihasilkan solusi numerik dan visualizasi atau pemodelan yang tepat untuk memahami masalah fisika.

Menurut pakar ahli fisika komputasi dari Universitas Sumatera Utara oleh Muhammad Zarlis menyatakan bahwa disiplin ilmu fisika komputasi yang menggabungkan ilmu fisika, analisis numerik dan pemrogaman komputer, telah memudahkan dalam mengolah data-data eksperimen yang besar dan tidak linier. Pakar ini lebih menekankan lagi bahwa dalam fisika komputasi eksperimen simulasi, model matematis yang non-linear, dan nonsimetri dapat diselesaikan melalui bantuan metode numerik dalam bentuk program komputer.

Dengan demikian, keberadaan fisika eksperimen, fisika teori dan fisika komputasi adalah saling mendukung dalam penelitian dan pengembangan bidang ilmu fisika. Fisika komputasi merupakan satu bagian integral dari perkembangan masalah atau gejala-gejala fisika dan berkemampuan untuk mengantisipasinya dengan menggunakan perangkat komputer.

Penerapan komputer dalam bidang ilmu fisika banyak terlihat pada pemecahan masalah-masalah analitik yang kompleks dan pekerjaan-pekerjaan numerikal untuk menyelesaikan secara interaktif. Lebih jauh dijelaskan bahwa komputer adalah hasil produk teknologi tinggi yang akhir-akhir ini telah banyak dijumpai, dipakai, dan dimanfaatkan pada berbagai bidang kegiatan di laboratorium fisika baik di perguruan tinggi negeri maupun swasta. Pemakaian komputer ini lebih meningkat lagi setelah diproduksinya berbagai jenis komputer yang harganya relatif lebih murah. Pengalaman di lapangan menunjukkan bahwa pemakaian komputer di laboratorium-laboratorium masih terbatas untuk pengetikan atau pengolahan data tertentu, dengan kata lain pemakaian komputer sebagai alat yang serbaguna belum maksimal. Bila dilihat dari tenaga akademis, masih banyak dijumpai tenaga pengajar yang masih enggan dalam menggunakan komputer, sedangkan komputer adalah sebagai alat bantu utama pengembangan fisika komputasi yang harus diikuti basis perkembangannya serta teknologinya.

Bahasa pemrograman sebagai media untuk berinteraksi antara manusia dengan komputer dewasa ini dibuat agar semakin mudah dan cepat. Sebagai contoh, dapat dilihat dari perkembangan bahasa pemrograman Pascal, yang telah memunculkan varian baru hingga akhir menjadi Delphi, demikian pula dengan Basic dengan visual Basic-nya serta C dengan C++Buildernya. Pada akhirnya semua bahasa pemrograman akan semakin memanjakan pemakainya dengan penambahan fungsi-fungsi baru yang sangat mudah digunakan bahkan oleh pemakai tingkat pemula sekalipun.

Dalam metode fisika komputasi yang digunakan bahasa pemrograman adalah pemrograman matlab (Matriks Laboratory). Pemrograman ini muncul di dunia yang cenderung digunakan oleh bahasa yang telah mapan. Logikanya, sebagai pemain baru tentu saja matlab akan sukar mendapat hati dari pemakai (programmer). Namun matlab hadir tidak dengan fungsi dan karakteristik yang ditawarkan bahasa pemrograman lain (yang biasanya hampir seragam).

Matlab dikembangkan sebagai bahasa pemrograman sekaligus alat pemrograman, yang menawarkan banyak kemampuan untuk menyelesaikan berbagai kasus yang berhubungan langsung dengan disiplin keilmuan sains, seperti bidang fisika, rekayasa teknik, statistika, komputasi dan modeling. Kehadiran matlab memberikan jawaban sekaligus tantangan, yang menyediakan beberapa pilihan untuk dipelajari, mempelajari metode visualisasi saja, pemrograman saja atau kedua-duanya.

Kemudahan yang ditawarkan sama sekali bukan tandingan bahasa pemrograman yang lain, karena bahasa pemrograman yang lain memang tidak menawarkan kemudahan serupa. Matlab memang dihadirkan bagi orang-orang yang tidak ingin disibukkan dengan rumitnya sintak dan alur logika pemrograman, sementara pada saat yang sama membutuhkan hasil komputasi dan visualisasi yang maksimal untuk mendukung pekerjaannya. Selain itu, matlab juga memberikan keuntungan bagi pemrogramer-developer program yaitu untuk menjadi program pembanding yang sangat handal, hal tersebut dapat dilakukan karena kekayaannya akan fungsi matematika, fisika, statistik dan visualisasi.

Rangkuman

Berdasarkan uraian pemaparan materi yang telah dijelaskan di atas, maka dapat dirumuskan beberapa kesimpulan antara lain:

1. Komputasi adalah suatu proses perhitungan, pemrosesan informasi atau pemecahan masalah dengan menggunakan algoritma.

2. Implementasi komputasi pada ilmu-ilmu di berbagai bidang antara lain computational physics, numerical analysis, bioinformatics, computational chemistry, computational economics, sosiology, komputasi yang diterapkan pada GIS (Geographic Information System), sistem komputer digunakan untuk menganalisa bahan-bahan mineral dan barang tambang yang terdapat di dalam tanah dan sebagainya.

3. Fisika komputasi adalah suatu gabungan antara fisika, komputer sains dan matematika terapan untuk memberikan solusi pada “kejadian dan masalah yang kompleks pada dunia nyata” baik dengan menggunakan simulasi juga penggunaan algoritma yang tepat.

4. Dalam ilmu fisika komputasi melibatkan beberapa aspek dasar yaitu kemampuan grafis, pemodelan, simulasi dan visualisasi data pemrograman. Aspek tersebut merupakan pelengkap untuk memahami ilmu komputer dan terapannya khususnya bidang komputasi sains dan teknologi.

5. Metode fisika komputasi lebih ditekankan dalam bahasa pemrograman misalnya pemrograman matlab, Pascal, Phyton, Mapple, Visual Basic, Qbasic, Borland C++ Delphi dan lain sebagainya.

 

Referensi

BUKU DARAS FISIKA KOMPUTASI PENGANTAR FISIKA KOMPUTASI DAN BAHASA PEMROGRAMAN MATLAB