Prace licencjackie zrealizowane na Wydziale Fizyki

W ofercie Wydziału Fizyki znajdą coś dla siebie zarówno miłośnicy empirycznego borykania się z rzeczywistością, jak również ci, którzy wolą przeprowadzać doświadczenia w głowie. Nie zabraknie też miejsca dla tych, którzy zechcą robić eksperymenty lub ich symulacje za pomocą komputera i nauczyć się informatyki bezpośrednio stosując ją w praktyce. Aby nie pozostać gołosłownym, przedstawiamy niżej wybrane prace licencjackie z pogranicza fizyki i informatyki, które zostały napisane przez naszych studentów. Tak, to nie żart, te prace powstały po trzech latach studiów na fizyce. Wszyscy, którzy do tej pory myśleli, że fizyka to tylko niezrozumiałe równania wypisywane przez belfra na tablicy, teraz może się przekonają, że przy odrobinie chęci i wysiłku, już za trzy lata będą mogli wykorzystać fizykę i informatykę w praktyce.

Krótki film prezentujący główny efekt pracy licencjackiej – robot pająk.

Temat pracy:	Projektowanie, drukowanie i programowanie robota wydostającego się z labiryntu
Autorka	Przemysław Pytel
Promotor	dr Krzysztof Gawryluk
Specjalność:	Fizyka gier komputerowych i robotów

Praca dotyczy budowy oraz oprogramowania robota, którego celem jest wydostanie się z labiryntu. Labirynt jest budowany na białej kartce papieru, na której droga jest obrazowana przy użyciu czarnej taśmy. Do rozwiązania takiego problemu stworzono konstrukcję podobną do robotów typu line follower. Do stworzenia konstrukcji została wykorzystana technologia druku 3D. W projekcie zastosowana została popularna płytka Arduino Nano, która odpowiadała za realizację algorytmu przechodzącego labirynt.

Krótki film prezentujący główny efekt pracy licencjackiej – robot wydostający się z labiryntu.

 

Temat pracy:	Interaktywny Układ Słoneczny – modelowanie 3D oraz wizualiazacja w programach Blender i Godot
Autorka	Seweryn Stulgiński
Promotor	dr hab Marek Nikołajuk, prof UwB, dr Krzysztof Gawryluk
Specjalność:	Fizyka gier komputerowych i robotów

Praca skupia się na tworzeniu prototypu gry komputerowej dotyczącej podróży pomiędzy planetami Układu Słonecznego. W grze nawigujemy rakietą, staramy się znaleźć planety i ich księżyce w jak najmniejszej liczbie ruchów, uwzględniając przy tym ruch planet wokół Słońca. W ten sposób poznajemy kosmos interaktywnie, z elementami rywalizacji. Świat obserwujemy z perspektywy pierwszej osoby (FPS), ale gra nie posiada elementów „strzelankowych” – nacisk został postawiony na nawigację i nawiązuje do gry w golfa. Gracz ma też możliwość „poczucia” odległości pomiędzy poszczególnymi ciałami niebieskimi – podróż na Marsa trwa około 4 miesiące, ale już na Neptun – prawie 20 lat! Wykorzystano programy Blender (do modelowania) oraz silnik gier GODOT (do tworzenia prototypu gry) – oba narzędzia są otwartoźródłowe i nie wymagają opłat za ich używanie, a także w celach zarobkowych. Przygotowano modele rakiety, Międzynarodowej Stacji Kosmicznej oraz łazika marsjańskiego. Tekstury planet zostały pobrane z oficjalnych źródeł. 

Prezentacja prototypu gry przez zrzuty ekranów.

 

Rozwój metod diagnostycznych i terapeutycznych wykorzystujących promieniowanie jonizujące spowodował konieczność rejestracji powstającego promieniowania. Celem niniejszej pracy było przedstawienie najważniejszych detektorów luminescencyjnych i zakresu ich stosowalności w medycynie. Przedstawiono liczniki scyntylacyjne, detektory termoluminescencyjne oraz detektory działające w oparciu o zjawisko optycznie stymulowanej luminescencji. Dla porównania zaprezentowano aktualnie stosowane detektory półprzewodnikowe. Jak pokazano, detektory luminescencyjne znalazły szerokie zastosowanie, przede wszystkim w diagnostyce obrazowej: w tomografii komputerowej, scyntygrafii, radiografii i mammografii, a także pozytonowej tomografii emisyjnej oraz tomografii emisyjnej pojedynczego fotonu. Ponadto detektory termoluminescencyjne wykorzystuje się w ochronie radiologicznej i dozymetrii.

Zestaw umożliwiający pomiar dawki promieniowania zaabsorbowanego w organizmie pacjenta z wykorzystaniem optycznie stymulowanej luminescencji. [34]

Celem pracy było stworzenie programu komputerowego obrazującego powstawanie solitonów na wodzie z wykorzystaniem grafiki trójwymiarowej. Symulacja numeryczna miała odtwarzać eksperyment J. Scotta Russella z roku 1834, który jako pierwszy zaobserwował powstanie fal na wodzie o zaskakujących cechach – propagacji fal w wąskim kanale bez zmiany kształtu i o stałej prędkości. W pracy wykorzystano przybliżenie „płytkiej wody” w celu symulacji pełnych równań Naviera-Stokesa.
Programy komputerowe napisano w języku C/C++ z wykorzystaniem biblioteki OpenGL oraz GLUT.

Celem pracy było przedstawienie wpływu pola magnetycznego na zwierzęta. W pierwszym rozdziale opisano pole magnetyczne, jego źródła oraz pole geomagnetyczne. W drugim rozdziale przedstawiono wybrane informacje o wpływie pola magnetycznego na zwierzęta migrujące. Opisany jest eksperyment pokazujący w jaki sposób jest widziane pole magnetyczne przez ptaki migrujące. Przedstawione zostały również przykłady zwierząt morskich korzystających ze zmysłu magnetycznego. W pracy wspomniany został wpływ pola magnetycznego na człowieka. Na koniec zostały opisane konsekwencje jakie powstają w organizmie zwierzęcym po ekspozycji na stałe pole magnetyczne o niskiej i wysokiej częstotliwości.

Praca ma na celu przedstawienie wybranych metod kryminalistyki, które wykorzystują fizykę. Praca składa się ze wstępu, trzech rozdziałów i zakończenia. Rozdział pierwszy na samym początku zarysowuje pojęcie kryminalistyki i przedstawia kilka jej definicji. Prócz tego zawiera on również krótką historię dziejów kryminalistyki połączonej z początkami medycyny sądowej gdyż właśnie z niej wyłoniła się kryminalistyka. Ostatnim ważnym zagadnieniem przedstawionym w tym dziale są ogólne metody pracy kryminalistyki. W rozdziale drugim zdefiniowane jest pojęcie przestępstwa i scharakteryzowane są w nim, podzielone na grupy, różne rodzaje przestępstw. Główny rozdział pracy czyli rozdział trzeci dotyczy zastosowania fizyki w działaniach kryminalistycznych. W pierwszej kolejności omówione są ślady cieplne i metody ich wykrywania, czym one są i jakie mają znaczenie w kryminalistyce. Prócz tego szczegółowo opisane są urządzenia oraz ich sposoby działania pomagające wykryć ślady cieplne – termograf i termowizor. Kolejny rozdział dotyczy zastosowania fotografii w promieniach podczerwonych, ultrafioletowych i RTG. Ważną rolę w badaniach kryminalistycznych odgrywają spektroskopia i spektrometria, którym poświęcony jest kolejny fragment pracy. Opisane w tym fragmencie są m. in: spektroskopia VIS-UV, spektroskopia IR, spektroskopia masowa oraz rezonansowa spektroskopia Ramanna. Na końcu rozdziału trzeciego wyjaśnione jest pojęcie mikrośladów oraz ich znaczenie w kryminalistyce. Opisane są tam również rodzaje mikroskopów i mikroskopii wykorzystywane w trakcie policyjnych śledztw.

Praca dotyczy zjawisk fizycznych odpowiedzialnych za odbiór dźwięku, począwszy od jego poznania, poprzez metody wzbudzania fali dźwiękowej w różnych grupach instrumentów i analizy częstotliwościowej w muzyce, aż po zjawiska rezonansu i dudnienia wykorzystywanych powszechnie w grze na instrumencie.

Celem pracy było opisanie wpływu stanu nieważkości na organizm człowieka. Praca składa się ze wstępu, czterech rozdziałów i zakończenia. W pierwszym rozdziale opisana została historia podróży kosmicznych, w trzecim – życie codzienne na stacji kosmicznej. W czwartym, najobszerniejszym wpływ nieważkości na organizm człowieka.

Najbardziej przemawiającym do wyobraźni sposobem prezentowania informacji i otrzymanych wyników jest interpretacja graficzna. Grafika w dzisiejszych czasach jest popularnym środkiem dydaktycznym. Łatwiej jest zrozumieć i zapamiętać rysunki, niż „suchy tekst”. Najgorzej jest natomiast ze wzorami – te są niekiedy czytelne dla wąskiej grupy osób, które przeszły zaawansowany kurs matematyki bądź fizyki. Mechanika kwantowa jest natomiast „usłana” wzorami bardzo gęsto. Dlatego postawiłem sobie za cel przetworzenie ich na „zrozumiały język”, czyli grafikę.
Celem pracy było stworzenie aplikacji komputerowej, która rysuje gęstość prawdopodobieństwa występowania elektronu w atomie wodoru. Powstała aplikacja może dzięki temu posłużyć jako narzędzie dydaktyczne i pomoc w nauce kwantowej budowy atomu.
Programowano grafikę z wykorzystaniem biblioteki graficznej OpenGL w języku Java (środowisko NetBeans).

Celem pracy było stworzenie fizycznego modelu jazdy samochodem w dwóch i w trzech wymiarach. Samochód był modelowany przez bryłę sztywną (prostokąt w 2D, sześcian w 3D), połączoną z kołami (w postaci punktów materialnych) za pomocą sprężyn (oscylatory harmoniczne). Do znalezienia równań ruchu posłużono się tzw. formalizmem Lagrange’a. Tak znalezione równania uzupełniono o człony odpowiedzialne za rozpraszanie energii poprzez tarcie. W oparciu o ten model stworzono aplikację pozwalającą na dowolną zmianę prawie wszystkich parametrów symulacji. Wszytko zostało przedstawione w postaci bardzo atrakcyjnej grafiki wyświetlanej w czasie rzeczywistym. Wykorzystano bibliotekę graficzną OpenGL (to ta sama biblioteka, dzięki której mogliśmy się bawić w Quake, Quake2 i Quake3 Arena). Do dyspozycji jest kilka scenerii i rodzajów nawierzchni. Efekty działania aplikacji można zobaczyć na obrazkach.

Oddziaływania odgrywają kluczową rolę w przyrodzie. W pracy rozważano jedno z podstawowych oddziaływań – oddziaływanie kontaktowe (czyli popularnie nazywając ,,zderzenia ciał”) – i postarano się modelować je w komputerze. Przyjęto szereg uproszczeń – jak np. ciała to kule poruszające się po dwuwymiarowej płaszczyźnie, których jednak nie traktujemy jako bryły sztywne (dla prostoty całkowicie zaniedbujemy ruch obrotowy). Aby cała praca nabrała przyjaznej dla oka formy postanowiono wykorzystać grafikę komputerową (biblioteka OpenGL). W ten oto sposób powstała prawdziwa gra komputerowa – BILARD – która w sposób atrakcyjny demonstruje zderzenia wielu kul.