МГТУ им. Н.Э. Баумана. Физика. 2024.

Пособие предназначено для самостоятельного изучения студентами материалов четвертого модуля курса «Физика». Рассмотрены теоретические основы следующих разделов физики: уравнения Максвелла, электромагнитные волны и основные положения волновой оптики. После каждого раздела приведены решения тематических задач и задания для самоконтроля.

Учебно-методическое пособие относится к практической части учебного процесса по дисциплине «Физика» (модуль 2 «Молекулярная физика и термодинамика»), входящей в учебную программу курса физики для всех технических специальностей МФ МГТУ им. Н.Э. Баумана. На основе предложенных задач формируются тестовые задания по проверке остаточных знаний. Для каждого студента компьютерная программа методом случайной выборки составляет вариант для тестирования, содержащий 15 тестов по 15 разделам.

Пособие содержит описание и методику выполнения домашнего задания по курсу «Динамический анализ трансмиссий современных колесных машин» и позволяет студентам получить практические навыки для определения собственных частот и форм колебаний динамических систем трансмиссий колесных машин, что является необходимым условием для определения и оценки опасности возможных резонансных режимов в трансмиссии.

Рассмотрен способ определения удельного заряда электрона методом магнетрона. Приведены принципы работы магнетрона. Дано описание устройства магнетрона начиная от испускания электронов из катода под действием термоэлектронной эмиссии. Рассмотрены виды траекторий электронов при различных значениях электрических и магнитных полей и их параметры. Описаны силы, действующие на заряд при его движении в скрещенных электрическом и магнитном полях.

Представлен теоретический материал для изучения явления вязкости в несжимаемых ньютоновских жидкостях. Изложена методика измерения вязкости по методу Стокса по наблюдению за движением шарика в вязкой среде. Дано описание экспериментальной установки. Даны указания по выполнению лабораторной работы МКТ-1 по курсу «Физика» и обработке результатов.

Изложены методы исследования акустических колебаний в биологии и медицине. Особое внимание уделено экспериментальным методам исследования механизмов воздействия ультразвука на биологические ткани. Рассмотрены различные типы ультразвукового терапевтического и хирургического оборудования для выполнения практических заданий по курсу «Основы медицинской акустики». Содержатся пять лабораторных работ, демонстрирующих возможности ультразвукового воздействия на водные растворы и модельные клеточные структуры.

Пособие предназначено для самостоятельной проработки студентами темы «Лазеры. Взаимодействие электромагнитного излучения с веществом» по дисциплинам «Физика» и «Общая физика». Рассмотрены физические принципы и устройство лазеров, свойства и основные преимущества лазерного излучения. Приведены требования к изделиям конструкционной оптики. Представлены технологии лазерного скрайбирования, абляции и лазерного управляемого термораскалывания с одновременным притуплением кромок торцов.

Содержит три раздела, структурированных в соответствии с четырьмя задачами домашних заданий по первому и второму модулям дисциплины «Физика и естествознание» (разделы «Механика», «Термодинамика»). Все задачи имеют многовариантные условия. Даны примеры решения типовых задач.

Приведены основные сведения об электропроводности твердых тел, описана лабораторная установка, изложена методика измерения сопротивления металлов и полупроводников в зависимости от температуры.

Учебное пособие дополняет курсы лекций по дисциплинам «Теоретическая механика», «Аналитическая механика», которые изучаются в рамках основной образовательной программы подготовки бакалавров, специалистов и соответствуют новым образовательным стандартам МГТУ им. Н.Э. Баумана. Рассмотрены движение материальной точки и пушечного ядра (без угловой скорости), плоское движение классического артиллерийского снаряда и спускаемого аппарата (баллистической капсулы и аппаратов скользящего спуска). Большое внимание уделено переходу между системами координат и математическому аппарату описания движения вокруг центра масс с использованием параметров Родрига — Гамильтона.

Приведено описание лабораторной работы по курсу «Теоретическая механика». Показана работа лабораторного комплекса, предназначенного для исследования с применением ПЭВМ свободных колебаний физического маятника при наличии сухого трения и в широком диапазоне изменения его инерционных и жесткостных характеристик. Комплекс позволяет в реальном времени измерять отклонения маятника от положения равновесия, отображать их на экране виртуального прибора, а также сопоставлять полученные экспериментальные данные с результатами теоретических расчетов. Приведены результаты теоретического анализа процесса колебаний, дано описание методики и порядка выполнения лабораторной работы.

Предназначено для самостоятельной проработки студентами дисциплины «Физико-химические основы нанотехнологий». Приведено описание методов и средств поиска литературных источников, рассмотрены принципы и структура составления реферата и оформления презентации. Указаны основные требования к оформлению и представлению реферата, а также к защите и оценке работы на мини-конференциях.

Пособие предназначено для самостоятельного изучения студентами модуля 1 дисциплины «Физика». Рассмотрены теоретические основы следующих разделов физики: кинематика, динамика, колебания, волны, элементы специальной теории относительности. Приведены базовые понятия и определения. В каждом разделе даны примеры решения тематических задач и задачи для самостоятельного решения.

Пособие является методическим руководством для самостоятельной подготовки студентов к защите модуля«Физико-химические методы анализа» курса «Аналитическая химия». Включает разделы «Кондуктометрия. Кондуктометрическое титрование», «Электрогравиметрия», «Потенциометрия. Потенциометрическое титрование». Изложены теоретические представления, рассмотрены классификация методов, их аналитические возможности и области применения. Приведены расчетные формулы, экспериментальные зависимости и примеры решения типовых задач.

Пособие служит руководством для самостоятельной подготовки студентов к защите модуля «Физико-химические методы анализа» дисциплины «Аналитическая химия». Включает разделы «Оптические методы анализа», «Хроматография», «Экстракция». Изложены теоретические представления, рассмотрены классификация, аналитические возможности и области применения методов, дана характеристика используемой аппаратуры. Приведены расчетные формулы и примеры решения типовых задач.

Приводятся основные физические законы и соотношения и даются общие указания по методике решения задач, составленных в соответствии с опытом вступительных испытаний в МГТУ им. Н.Э. Баумана. Типовые задачи и задачи повышенной сложности сопровождаются оригинальными методиками решений. Для проверки усвоения материала по каждой теме предлагаются контрольные работы. Подробное решение представленных в пособии контрольных работ и другие учебные материалы можно получить, зарегистрировавшись на учебном портале МГТУ им. Н.Э. Баумана (http://www.cem.bmstu.ru/dot.htm).

Изложены вопросы, связанные с малыми колебаниями однородной балки под действием сосредоточенной силы без учета и с учетом внутреннего линейно-вязкого сопротивления. Рассмотрены приближенные методы определения форм и частот собственных колебаний на примере продольных колебаний неоднородных стержней. Приведены контрольные вопросы.

Приведены краткие теоретические сведения о термодинамических процессах в газах. Рассмотрены методики измерения теплоемкости на натурной и виртуальной установках.

Кратко рассмотрены явления поверхностного натяжения. Изложена методика экспериментального определения коэффициента поверхностного натяжения жидкости методом отрыва кольца. Представлено описание лабораторной установки. Даны указания по выполнению лабораторной работы и обработке результатов измерений.

Изложены основные теоретические сведения о динамике вращательного движения твердого тела и колебаниях физического маятника. Описана лабораторная установка, даны указания к проведению измерений и обработке их результатов.

Представлены материалы по применению метода крутильных колебаний при определении момента инерции тел, для которых аналитический способ вычисления этой динамической характеристики сложен или невозможен. При выполнении работы можно наглядно увидеть причину систематической погрешности и оценить ее значение. Эксперимент выполняется на современном оборудовании фирмы Phywe.

В издании компактно изложены все темы первого раздела общего курса физики — механики: кинематика точки и твердого тела, динамика поступательного и вращательного движения, работа и энергия, механические колебания и волны, а также специальная теория относительности. Теоретический материал дополнен примерами с решениями. Содержание пособия соответствует курсу лекций, читаемому авторами в МГТУ им. Н.Э. Баумана.

Приведены формулировки стационарных и нестационарных задач теплопроводности. Рассмотрены основные особенности построения численного решения этих задач в рамках конечно-элементной технологии.

Сборник содержит 200 количественных и качественных заданий разной сложности по 20 разделам курса общей физики «Механика. Механические колебания и волны». На основе предложенных задач сформированы тестовые задания по проверке остаточных знаний. Для каждого студента компьютерная программа методом случайной выборки составляет вариант для тестирования, содержащий 20 тестов по 20 разделам.

Изложены основные теоретические и практические сведения об интерференции света от двух когерентных источников и интерференции на тонкой воздушной прослойке между выпуклой поверхностью плоско-выпуклой линзы и плоской стеклянной пластинкой. Приведены необходимые рекомендации к выполнению лабораторной работы. Описана лабораторная установка, даны указания по выполнению измерений и обработке их результатов.

На основе системного анализа выявлены основные закономерности кластерных распадов атомных ядер, позволяющие сделать вывод о возможности существования гораздо большего числа f-активных ядер, чем известно. В области средних ядер кластерный распад возможен для нейтронно-дефицитных нуклидов. Кластерная радиоактивность характерна для α-активных ядер, обладающих повышенной устойчивостью. Тяжелый кластер f-распада трансактинидов делится спонтанно.

Подробно изложен теоретический и экспериментальный материал, лежащий в основе квантовой физики. Большое внимание уделено физическому содержанию основных квантовых понятий и математическому аппарату, используемому для описания движения микрочастиц. Решение большого количества задач не только иллюстрирует излагаемый материал, но в ряде случаев развивает и дополняет его. Рассмотрены наиболее актуальные и перспективные приложения квантовых эффектов в науке и технике. Содержание учебного пособия соответствует курсу лекций, который авторы читают в МГТУ им. Н.Э. Баумана.

Кратко рассмотрены свободные затухающие и вынужденные колебания. Изложена методика измерения характеристик колебаний на примере крутильного маятника. Представлено описание лабораторной установки. Даны указания по выполнению лабораторной работы М-108 по курсу общей физики и обработке результатов измерений.

Рассмотрены системы, позволяющие создавать в пространстве однородные магнитные поля. Представлены расчетные схемы и выводы зависимостей для магнитных полей кругового тока и катушек Гельмгольца. Описаны лабораторный комплекс и электрические схемы изучаемых процессов. Приведены задания, предназначенные для развития методики анализа и обработки результатов измерений.

Изложены основные теоретические сведения о статическом электрическом поле в свободном пространстве и внутри диэлектриков. Приведено описание лабораторной установки, даны указания по проведению измерений и обработке их результатов.

Издание предназначено для самостоятельного выполнения студентами двух домашних заданий по учебной дисциплине «Прикладная оптика». В домашнем задании № 1 требуется построить ход лучей через линзу и двухкомпонентную оптическую систему, заданную кардинальными элементами, в задании № 2 — выполнить аналитический расчет положения и диаметров диафрагм в двухкомпонентном телеобъективе. Приведены краткие теоретические сведения, исходные данные, последовательность выполнения домашних заданий, требования к оформлению.

Рассмотрены применение скалярных полей в космологии и методы построения моделей ранней Вселенной на основе их динамики. Выполнен анализ динамики Вселенной на различных стадиях ее эволюции. Проведен расчет параметров космологических возмущений. Представлены методы верификации инфляционных моделей и новые методы детектирования гравитационных волн.

Рассмотрена общая процедура расчета балок и рам методом сил, описана работа в комплексе Mathcad. Дано решение ряда статически неопределимых задач курса «Сопротивление материалов» с использованием метода сил в классической постановке и привлечением современных вычислительных средств. В приложениях приведены листинги расчетов в комплексе Mathcad для рассмотренных примеров.

Даны краткие сведения о законах электромагнитного поля. Рассмотрена методика наблюдения газового разряда в вихревом и потенциальном электрических полях. Дано описание лабораторной установки, приведен порядок выполнения лабораторной работы и обработки результатов измерений.

Приведены краткие сведения о законах электрического поля. Рассмотрена методика экспериментальной проверки основных положений теории потенциального электрического поля. Дано описание лабораторной установки, приведен порядок выполнения лабораторной работы и обработки результатов измерений.

Изложены краткие сведения о волновых процессах и интерференции волн. Рассмотрена интерференция световых волн с различной длиной когерентности. Дано описание лабораторной установки. Приведен порядок выполнения лабораторной работы и обработки результатов измерений.

Изложены краткие теоретические сведения о свободных и вынужденных колебаниях. Рассмотрены характеристики резонанса. Дано описание лабораторной установки, приведен порядок выполнения лабораторной работы и обработки результатов измерений.

Представлены краткие сведения о методах определения основных кинематических характеристик движения точки в зависимости от способов задания ее движения. Разобраны примеры решения задач по кинематике точки. Даны определения простейших движений твердого тела. Указаны способы задания этих движений. Приведены примеры решений всех типов задач курсового задания по рассматриваемым разделам кинематики.

Рассмотрены следующие темы: радиоактивность, взаимодействие нейтрона с веществом, расчет критического и нестационарного реакторов, выгорание топлива. Приведены основные понятия, определения и расчетные соотношения, необходимые для решения задач. Показаны методы и приемы решения задач.

Дан краткий обзор теории изучаемого явления, приведены методика выполнения экспериментов, порядок обработки полученных результатов, контрольные вопросы и список литературы.

В конспективной форме изложены основные законы и понятия разделов физики «Квантовые свойства излучения» и «Квантовая оптика». Приведены задачи и решения к ним по указанным разделам. Это поможет учащимся при подготовке к ЕГЭ, олимпиадам, практическим занятиям и лабораторным работам.

Представлены системы с зазорами и системы с упругими элементами, имеющими начальные напряжения. Подробно рассмотрено построение кусочно-линейной силовой характеристики таких систем. Даны методы получения зависимости частоты колебаний от амплитуды на основе как точного решения по методу припасовывания, так и приближенного решения с помощью прямой линеаризации силовой характеристики упругой системы. Сравнение точного и приближенного решений позволяет оценить возможности широко применяемых на практике методов линеаризации нелинейных систем.

Рассмотрены особенности аналитического и численного анализа устойчивости положений равновесия механических систем на основе изучения бифуркаций Пуанкаре - Андронова - Хопфа при различных параметрах нагрузки.

Приведены задачи по физике для учащихся десятых классов, которые предлагались на физико-математических олимпиадах МГТУ им. Н.Э. Баумана и олимпиадах «Шаг в будущее» в 2005–2012 гг.

Изложены краткие теоретические сведения о волновых процессах и интерференции волн. Предложена методика решения задач по этой теме. Приведены примеры решения задач, расположенные по мере их усложнения. Даны задачи для самостоятельной работы студентов.

Кратко изложена теория электромагнитного излучения. Рассмотрена методика выполнения экспериментов, приведен алгоритм обработки полученных результатов.

Изложены основные теоретические положения, описывающие движение жидких и газообразных сред. Приведены конкретные решения типовых задач раздела «Гидродинамика». Рассмотрены режимы движения жидкости, истечение через отверстия и насадки. Приведена методика расчета местных сопротивлений, простых и сложных трубопроводов. Содержание учебного пособия соответствует программам дисциплин, преподаваемых в МГТУ им. Н. Э. Баумана.

Даны краткие сведения о законах теплового излучения. Рассмотрена методика измерения температуры тел с помощью оптического термометра. Приведены описание лабораторной установки, порядок выполнения лабораторной работы и обработки результатов измерений.

Рассмотрены основные законы магнитного поля и электромагнитной индукции. Изложены методики измерения энергии магнитного поля с помощью калориметра. Дано описание лабораторной установки. Приведен порядок выполнения работы.

Рассмотрены основные законы магнетизма, используемые при расчете магнитного поля в вакууме и в веществе. Приведена схема расчета магнитной цепи. Даны описание лабораторной установки и порядок выполнения работы.