Las 15 mejores herramientas de física para el sistema Linux para enseñar física

Cada partícula del universo obedece las reglas de la física. Esta es la razón por la cual la física se llama la rama más fundamental de la ciencia. Si la física se considera la teoría, entonces cualquier otra rama de la ciencia es su aplicación. Si queremos entender nuestro universo y, lo que es más importante, a nosotros mismos, debemos aprender física. El conocimiento de la física es muy práctico. Entonces, si vamos a entender la física desde lo más profundo, debemos descubrirla experimentando y analizando los datos registrados. Y ese es el momento en el que necesitamos utilizar algunos programas informáticos. Hay muchas herramientas de física de código abierto disponibles en Internet. Casi todos ellos son compatibles con Linux. Entonces, si estaba buscando las mejores herramientas de física para Linux, está en el lugar correcto.

Las mejores herramientas de física para Linux

Existen diferentes tipos de aplicaciones del software de física de Linux en el estudio y la investigación de la física teórica y aplicada. Por lo tanto, es muy difícil llamar a una sola pieza de software la mejor. Aquí hemos incluido una colección de las 15 mejores herramientas de Física para Linux.

Algunos de ellos son para analizar datos, otros para aplicaciones numéricas, otros para simulación e incluso algunos te ayudarán a programar la solución de diferentes problemas relacionados con la física. Estamos seguros de que no importa cuál sea su requerimiento, le encantará esta colección seleccionada de software de física de Linux.

1. RAÍZ

El centro de investigación de fama mundial CERN lo desarrolla. Es una biblioteca de programación que funciona en base al método orientado a objetos. Se utiliza para resolver muchos problemas de física de altas energías. ROOT se desarrolló inicialmente para analizar los datos de la física de partículas. Pero después del proceso de desarrollo gradual, ahora se usa para resolver algunos problemas astronómicos y minería de datos.

Características clave de ROOT

• Proporciona histogramas y gráficos para visualizar diferentes funciones.
• ROOT puede representar varias formas geométricas 2D y 3D para visualizar datos.
• Análisis de regresión o ajuste de curvas y herramienta de minimización de funciones.
• Sistema de cálculo de cuatro vectores para uso en física de alta energía.
• Opción de redes neuronales avanzadas para análisis de datos multivariados.
• Los usuarios pueden utilizar la función de computación distribuida para tener la oportunidad de realizar análisis de datos en paralelo.
• Interfaz de programación Python y Ruby integrada en dos direcciones.

2. ESPUMA ABIERTA

OpenFOAM es una herramienta de física muy popular para Linux. Es una biblioteca C++ y un motor de simulación. Las ecuaciones diferenciales parciales se pueden resolver sin problemas. Tiene numerosas clases de C++ integradas para volumen finito, elementos finitos y seguimiento de partículas de Lagrange. Utiliza el código de nivel superior que le brinda la representación directa de la ecuación que se está resolviendo.

Características clave de OpenFOAM

• Tiene programas de resolución integrados como combustión, transferencia de calor, electromagnético, dinámica de sólidos, etc.
• Tiene la opción de personalizar los programas preinstalados e incluso crear nuevos programas.
• La GUI integrada de C++ llamada FoamX se puede usar para administrar archivos de casos.
• Compatibilidad con diferentes tipos de modelado, incluido el modelado lagrangiano, el modelado termofísico, el modelado multifásico, etc.
• Esta herramienta puede generar mallas y convertirlas o manipularlas en consecuencia.
• OpenFOAM tiene un gran conjunto de bibliotecas que obtendrá para usar directamente de la caja.

3. McStas

Es un software de simulación de trazado de rayos de neutrones para Linux. Esta herramienta de código abierto se utiliza en diferentes experimentos relacionados con la dispersión de neutrones. Esta herramienta admite lenguaje de alto nivel, por lo que es muy fácil de usar. Tiene un compilador incorporado que traducirá tus instrucciones al lenguaje ANSI-C.

Características clave de McStas

• Funciona rápido y sin problemas en cualquier tipo de dispositivo.
• McStas admite funciones de triple eje e instrumentos de tiempo de vuelo.
• Cuenta con una enorme biblioteca de componentes, incluidas fuentes de pulsos y de estado estacionario, monocromadores/analizadores, guías, colimadores, etc., para la dispersión de neutrones.
• Genera histogramas fáciles de leer en diferentes formatos.

4. pulpo

Octopus es una herramienta de física muy popular para Linux. Se utiliza especialmente para las simulaciones de la dinámica de iones de electrones. Los campos electromagnéticos utilizados para ello son totalmente dependientes del tiempo. Con esta herramienta se pueden obtener muchas propiedades estáticas. También puede usar las unidades de procesamiento gráfico (GPU) de una computadora a través de OpenCL y CUDA.

Características clave de Octopus

• Funciona en modo 1D, 2D y 3D.
• Admite condiciones de contorno periódicas en 1, 2 o 3 direcciones.
• Octopus admite diferentes tipos de respuestas lineales y no lineales, incluidas, a través de la propagación en el tiempo, la formulación de Marc Casida, el formalismo de respuesta lineal de Sterheimer, etc.
• Esta herramienta funciona con precisión simple y doble.

5. Elmer

Esta es una herramienta de simulación gratuita utilizada en el campo de la Física. Fue creado por una organización finlandesa. Elmer se utiliza para simular la mecánica de fluidos, la mecánica de estructuras sólidas, el transporte de calor, etc. Cuenta con una GUI moderna que se puede programar según las necesidades de cada uno.

Características clave de Elmer

• Este paquete de software contiene una gran colección de solucionadores de problemas para diferentes problemas relacionados con la física.
• Tiene una gran colección de métodos numéricos modernos.
• Tiene esquemas de integración temporal para las ecuaciones de primer y segundo orden.
• Elmer presenta métodos de solución para problemas de valores propios.
• Esta herramienta proporciona solucionadores BEM sin aceleración multipolar.

6. Geant4

Geant4 originalmente significa GEometría Y Seguimiento. Este software de física de Linux se utiliza para la simulación del paso de partículas a través de la materia. CERN ayudó en el proceso de desarrollo de esta serie de software. Implementa la programación orientada a objetos para resolver los problemas de la física. Aparte de la física teórica, esta herramienta se utiliza principalmente en ciencias médicas y espaciales.

Características clave de Geant4

• Tiene la facilidad para manejar bien la geometría de los objetos.
• La respuesta del detector se registra cuando las partículas lo atraviesan.
• Incluso se aproxima a cómo respondería un detector real en tales casos.
• Utiliza la potencia de la GPU de la computadora para la visualización de datos usando OpenGL.
• Geant4 tiene un poderoso generador de números aleatorios para diferentes propósitos.

7. CP2K

Es una herramienta de física de estado sólido gratuita y de código abierto para Linux. Incluso es popular para la investigación en el campo de la química y la biología. Puede realizar simulaciones complejas de los diferentes estados de la materia. Esta herramienta puede ejecutar cálculos gaussianos o de onda plana pura. CP2K es un simulador ab-initio de dinámica molecular.

Características clave de CP2K

• La escala lineal de los sistemas moleculares utiliza un método de onda llamado ALMO-SCF, que es un método muy conveniente.
• Tiene funciones XC híbridas y doble híbridas integradas. Incluso puede cargar funciones XC adicionales a través de la biblioteca LibXC.
• Esta herramienta admite fuerzas y energías HF, MP2 y DFT para resolver problemas complejos.

8. Paso

“Step” es un software de física basado en un simulador interactivo para Linux. Te ayudará a sentir la esencia de la física. Puede crear una escena de muestra con diferentes objetos en este programa. Luego puede simular los efectos de diferentes fuerzas, como la gravedad o la carga del resorte, sobre esos objetos. Incluso puede introducir cambios en tiempo real mientras simula los efectos.

Características clave de Step

• Soporte para simulaciones bidimensionales de fenómenos mecánicos.
• Diferentes tipos de generadores de fuerza, incluyendo gravedad, carga de resorte, partículas y fuerzas de culombio.
• Tiene una función avanzada de detección de colisiones integrada en el simulador.
• Step puede convertir automáticamente entre unidades y puede realizar cálculos de expresión.
• Admite la resolución de ecuaciones hasta el octavo orden, ya sea de forma explícita o implícita.
• Esta herramienta puede visualizar los resultados a través de un gráfico, un medidor o un marcador.

9. PITIA

Es una herramienta de física de código abierto para computadoras basadas en Linux. PYTHIA se utiliza para crear algunos eventos de alta energía con fines de investigación. Tiene una biblioteca incorporada de teorías y modelos para varios aspectos de la física. Puede simular las consecuencias experimentales de los modelos teóricos. También se puede utilizar para el desarrollo de estrategias de búsqueda e interpretación de datos experimentales.

Características clave de PYTHIA

• Puede simular diferentes fenómenos, incluyendo fragmentación, interacciones multiparton, distribuciones de Parton, etc.
• Aunque toma prestadas muchas fórmulas, se basa en gran medida en investigaciones originales.
• Esta herramienta también es compatible con programas informáticos de terceros a través de interfaces integradas.
• Puede usar partículas elementales para mostrar las colisiones de alta energía entre ellas.

10. ASL- Biblioteca de Simulación Avanzada

Esta herramienta de física de código abierto es una plataforma de simulación multifísica. También es capaz de calcular ecuaciones diferenciales, especialmente PDE complejas. Aunque el motor computacional de este software de física de Linux está escrito en OpenCL, los usuarios no necesitan tener conocimientos previos de OpenCL. Debido a que está muy bien escondido bajo algunas clases de C++, permite que cualquier persona pase directamente del diseño asistido por computadora a la simulación, lo que reduce los esfuerzos de preprocesamiento.

Características clave de ASL

• Se puede utilizar para analizar sensores virtuales, cirugía guiada por imágenes, diseños de exploración espacial, etc.
• ASL es compatible con diferentes tipos de métodos numéricos, entre ellos, Diferencia finita, Lattice Boltzmann, Límite sumergido.
• Puede importar y exportar archivos en varios formatos y es compatible con diferentes programas informáticos populares.
• Tiene un enfoque de límite inmerso sin malla que admite la importación directa de archivos CAD.

11. FastJet

FastJet es una herramienta de física de código abierto basada en C++ para Linux. Proporciona una amplia gama de herramientas para encontrar y analizar los chorros. Tiene diferentes tipos de algoritmos de chorro incorporados. Aparte de eso, puede cargar algoritmos jet de terceros adicionales a través de su mecanismo de complemento. Proporciona herramientas adicionales para determinar las áreas de los chorros y controlar el nivel de ruido de los chorros.

Características clave de FastJet

• FastJet tiene algunos algoritmos de chorro integrados, incluidos "Algoritmo de chorro de Cambridge/Aachen", "K_t invariante longitudinalmente Jet Algorithm”, y mucho más.
• Tiene un administrador de complementos avanzado para instalar algoritmos de terceros.
• Tiene MassDropTagger, CASubJetTagger, etc., para fines de etiquetado.
• Compatibilidad con la estimación y sustracción de fondo mediante JetMedianBackgroundEstimator y GridMedianBackgroundEstimator.

12. Rastreador

Esta es una herramienta de modelado y analizador de video construida con el lenguaje de programación Java. Aunque está diseñado para los estudiantes universitarios de Física, es muy popular entre los profesionales. Funciona como un software de edición de video, pero puede usarse de manera efectiva en el campo de la física. Porque en varios experimentos, debe analizar los archivos de video para obtener el resultado deseado.

Características clave de Tracker

• Esta herramienta puede reducir el ruido en un video y puede agregar efectos especiales o mejoras.
• Los usuarios pueden analizar los colores rojo, verde y azul en el espectro y obtener perfiles de línea.
• Si trabaja con partículas de alta energía, las vistas de marcos de referencia múltiples de colisiones y otros movimientos lo ayudarán a obtener la simulación exacta.
• Admite varios formatos, incluidos mov, avi, Flv, mp4, WMV, etc.
• Tracker puede copiar e imprimir imágenes de cualquier cuadro del video desde cualquier ángulo para usar en laboratorios y otros documentos.

13. CompHEP

CompHEP es una herramienta de física de alta energía para computadoras Linux. Este paquete de software se utiliza para cálculos automáticos, que consisten en programas simbólicos y numéricos. Los usuarios pueden crear nuevos modelos físicos usando una herramienta llamada LanHEP. Aparte de eso, los procesos computados por CompHEP se pueden interconectar con PYTHIA y HERWIG como nuevos procesos externos.

Características clave de CompHEP

• Este programa puede generar diagramas de Feynman y mostrarlos.
•  Tiene una calculadora simbólica incorporada que se puede usar para calcular expresiones basadas en la matriz cuadrada.
• CompHEP puede generar códigos C optimizados para realizar más cálculos numéricos.
• Esta herramienta puede identificar partículas salientes o entrantes y puede seleccionar el proceso en consecuencia.

14. LHAPDF

Es un popular software de física de Linux para evaluar archivos PDF a partir de archivos de datos discretizados. Los usuarios pueden acceder a esta biblioteca escribiendo código en C++. También es compatible con los lenguajes Python y Fortran hasta cierto punto. La última versión, LHAPDF6, ha superado algunas limitaciones de su predecesor. Ahora no tiene restricciones en la cantidad de archivos PDF simultáneos. También admite la opción de cargar un solo archivo en lugar de un conjunto completo.

Características clave de LHAPDF

• Soporte para importar archivos de datos comprimidos.
• Permite contenidos de Parton a través del esquema de códigos PDG ID, lo que lo convierte en un proceso más eficiente.
• Esta herramienta utiliza un sistema de metadatos flexible que corrige muchos errores fundamentales de metadatos.
• Puede usar sus códigos existentes en esta herramienta de física de código abierto que es compatible con la versión anterior.

15. Solucionador de flujo de Gerris

Esta herramienta es un simulador que se utiliza para simular el estado de flujo de una materia. Incluso puede manejar automáticamente límites sólidos arbitrariamente complejos. Este software de física de Linux está respaldado por el Instituto Nacional de Investigación del Agua y la Atmósfera y el Instituto Jean le Rond d'Alembert. Gerris utiliza una técnica avanzada de "límite incrustado" para resolver problemas de flujo.

Características clave de Gerris Flow Solver

• La función de refinamiento de malla adaptable ayuda a adaptar la resolución dinámicamente a las características del flujo.
• Admite un número ilimitado de trazadores pasivos difusos.
• Tiene una especificación flexible orientada a objetos de las condiciones de contorno.
• Gerris Flow Solver puede resolver ecuaciones de Euler, Stokes o Navier-Stokes de densidad variable incompresibles dependientes del tiempo.

Reflexiones finales

Sin la ayuda de los programas informáticos, la física moderna no habría llegado tan lejos. Las herramientas anteriores son muy útiles en el campo de la física moderna. Estas herramientas de física para su sistema Linux son muy capaces de lidiar con fenómenos físicos de alta energía. En última instancia, es el usuario quien puede hacer el mejor uso de una herramienta. Por lo tanto, elija sabiamente el software que desee probando y probando diferentes opciones. Si tiene alguna herramienta de física de código abierto favorita en particular, puede comentar a continuación para que los demás lo sepan.