ФИЗИКА

Настоящие методические указания с рекомендациями к выполнению курсовой работы предназначены для студентов дневной формы обучения по специальности 200700 Фотоника и оптоинформатика. В методической разработке содержатся рекомендации к выполнению курсовой работы по курсу «Физические основы нанотехнологий, фотоники и оптоинформатики».

Методическая разработка по учебной дисциплине «Электроакустика и звуковое вещание» предназначена для специальности 210405 «Радиосвязь, радиовещание и телевидение», бакалавриата 210700 «Инфокоммуникационные технологии и системы связи», 210400 «Радиотехника».

Методическая разработка содержит 7 лабораторных работ по теме «Колебания».

Методическая разработка по учебной дисциплине «Электроакустика и звуковое вещание» предназначена для специальности 210405 «Радиосвязь, радиовещание и телевидение», бакалавриата 210700 «Инфокоммуникационные технологии и системы связи», 210400 «Радиотехника».

Методическая разработка по учебной дисциплине «Электроакустика и звуковое вещание» предназначена для специальности 210405 «Радиосвязь, радиовещание и телевидение», бакалавриата 210700 «Инфокоммуникационные технологии и системы связи», 210400 «Радиотехника».

Методическая разработка предназначена для для магистрантов 1 года обучения по направлению подготовки 200700 «Фотоника и оптоинформатика».

Методическая разработка предназначена для для магистрантов 1 года обучения по направлению подготовки 200700 «Фотоника и оптоинформатика».

Перечислены основные математические методы, используемые при описании межатомарных взаимодействий: квантово-механические методы, методы молекулярной динамики на основе эмпирических потенциалов и молекулярно динамические методы на основе аппроксимации сильных связей. Приведены их достоинства и недостатки. Рассмотрен математический аппарат для приближенного расчета волнового уравнения атома на основе гамильтониана и теории сильных связей. Для моделирования перемещений взаимодействующих атомов использован корректирующий алгоритм расчета кинематических характеристик. Представлены два методологических этапа: расчетный, на котором задают начальные условия и определяют уровни энергетических барьеров возможных химических реакций, и модельный, на котором выполняют оценку сил межатомарного взаимодействия. Особенностью моделирования является комбинация методов молекулярной динамики и аппроксимации сильной связи. Преимущество такого подхода — существенное увеличение размеров системы без значительной потери точности при расчетах. Методология продемонстрирована на примере образования химических связей при адсорбции.

В монографии представлены теоретические основы построения методической системы подготовки учителя физики в рамках посдипломного образования выпускников технических вузов. Дан анализ современной теории и практики подготовки специалистов в постдипломный период с учетом особенностей обучения взрослых и опорой на компетентностный подход. Описана структурная модель содержания учебной деятельности специалистов, определены принципы отбора содержания курса «Теория и методика обучения физике» в соответствии с требованиями к уровню подготовки современного учителя физики. Автор также предлагает систему заданий для педагогов в соответствии с требованиями Федерального государственного общеобразовательного стандарта нового поколения, конкретные примеры реализации идеи использования методической системы подготовки учителя в период постдипломного образования.

В монографии изложены математические основы нового подхода в современной теории гравитационного поля, основанного на систематическом использовании геометрически обобщенных постримановых пространств, а также на необходимом существовании в природе скалярного поля Дезера-Дирака, имеющего такой же фундаментальный статус, как и метрика.

Пособие разработано в соответствии с Федеральным государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования и включает методические материалы для выполнения лабораторных работ по физике, включая вопросы для самостоятельной контролируемой работы. Предназначено для студентов 1–2 курса, обучающихся по специальности 060601.65 – Медицинская биохимия.

Описан вариант лекционного изложения темы «Законы Максвелла распределения молекул газа по скоростям хаотического движения» в рамках курса общей физики технических ВУЗов. В основе изложения лежит последовательное использование условий постановки задачи и свойств функций распределения, что позволяет упростить процесс понимания и запоминания студентами смысла каждого сомножителя, входящего в функции распределения, обеспечивая безошибочное практическое применение различных функций распределения Максвелла применительно к поставленным задачам.

Авторами разработана методика формирования исследовательских компетенций студентовфизиков в рамках лабораторного практикума. Методика предполагает, что, кроме предусмотренных программой лабораторных работ, студенты выполняют задания творческого характера, формулировка которых составлена в трех уровнях сложности. Методика формирования исследовательских компетенций студентов физиков раскрыта на примере выполнения творческого задания исследовать свойства наноматериала – магнитной жидкости. Приведены результаты эксперимента, подтверждающего эффективность применения данной методики проведения лабораторного практикума в вузе.

Изложены сведения об основных свойствах цвета, о цветовом круге, смешении цветов и красок, факторах, изменяющих собственный цвет, контрасте, светотени, изменении цветов на расстоянии, теории цветовой выразительности, искусстве цвета, дизайне интерьера и цвета в интерьере.

Рассмотрены основные методы исследования структуры материалов, параметры микроструктуры и способы ее визуализации. Особое внимание уделено методам микроскопии, применяемым в материаловедении, таким как оптическая, электронная и зондовая. Приведены сведения о дополнительных и специальных микроскопических методах.

Представлены материалы Международной научной конференции «Плазменные технологии исследования, модификации и получения материалов различной физической природы» и Международной научной школы молодых ученых и специалистов «Плазменные технологии в исследовании и получении новых материалов», где отражены новые направления работ по плазменным технологиям.

Обсуждаются ретроспективы возникновения и формирования трех древнейших научных дисциплин — механики, астрономии и математики, — и выявляется роль различных культур и цивилизаций, а также отдельных исторических личностей в этом процессе. Отмечаются основные стимулы и этапы развития научного мышления, а также оцениваются его взаимосвязи с эволюцией общественного сознания в периоды Античности, Возрождения и Нового Времени. Подчеркивается нарастающее давление научных истин и нового мышления на ход исторического процесса в Европе и на возникновение глобальных научно-технических революций.

В основу книги положены материалы лекций по математической биогидродинамике, прочитанных автором на конференции Национального научного фонда (16–29 июля 1973 года) в Политехническом институте Ренсселлера (Трой, Нью-Йорк). Значительная часть материала была опубликована в таких ведущих журналах, как Annual review of Fluid Mechanics и Journal of Fluid Mechanics. В книге представлены методы и стиль исследований автора, который внес значительный вклад в развитие этого направления в динамике в ХХ веке: проанализированы различные механизмы достижения высоких скоростей и маневренности (использование энергии волн, снижение сопротивления жидкости и оптимальные режимы движения), а также вопросы внутренней биогидродинамики, связанные с распространением волновых возмущений, ролью вихревых процессов и эластичности стенок сосудов.

Математика — признанная царица наук — вовлечена практически во все исследования, известные человечеству. Ее применение будет обязательным повсюду, где требуется установить взаимосвязь между пространством, временем и мыслью. Не стала исключением из этого правила и музыка, представляющая собой вполне строгую шкалу высотных отношений, но в то же время обладающая чем-то неуловимым и недосягаемым для строгой абстрактной логики. Как и явления природы, музыка — результат взаимодействия принципов физики и математики, поэтому с незапамятных времен эти науки идут «рука об руку» и подчас связаны друг с другом совершенно удивительным образом. В этом Вы убедитесь, прочитав данный сборник: здесь представлены наиболее интересные работы и статьи зарубежных ученых, посвященные исследованию взаимосвязей между музыкой и математикой.

Книга посвящена современным асимптотическим методам, широко используемым в нелинейной динамике и механике деформируемого твердого тела. Авторы обобщили свой многолетний опыт в этой области, нашедший отражение в большом количестве статей и монографий, а также учли достижения коллег. Изложение основано на примерах, при этом авторы старались избегать сложных формальных выкладок и обоснований, отдавая предпочтение описанию основных идей и алгоритмов. Значительное внимание уделено методам суммирования, неразрывно связанным с современными асимптотическими подходами. Основной посыл авторов заключается в утверждении: современная компьютерная революция, бурное развитие численных методов и массированное применение пакетов программ не только не обесценили асимптотические методы, но даже сделали их более значимыми. Именно в разумном сочетании численных и асимптотических подходов заключены истоки прогресса в области нелинейной динамики и механики деформируемого твердого тела.

Книга представляет собой сборник работ, посвященных анализу различных конструкций, разработке математических моделей динамики, алгоритмов планирования траектории, моделированию и экспериментальным исследованиям роботов шаров, роботов колес и неголономных манипуляторов.

В монографии излагаются современные математические методы качественного анализа динамических систем применительно к классической задаче о вращении твердого тела с неподвижной точкой. Рассмотренные задачи группируются вокруг трех связанных друг с другом проблем: существование однозначных аналитических интегралов, периодические решения, малые знаменатели. Эти проблемы занимают одно из центральных мест в классической механике. Первое издание вышло в 1980 г. и давно стало библиографической редкостью. В новое издание вошла работа В.В. Козлова, посвященная исследованию уравнений Дуффинга.

В настоящей книге авторы попытались расширить традиционные границы применимости магнитной гидродинамики, показать новые направления ее развития. Особое внимание уделено таким проблемам, как МГД в реакторах на быстрых нейтронах, МГД при производстве алюминия в современных электролизерах, а также вопросам, связанным с созданием озонаторов с турбулентным потоком рабочей среды. В некоторой степени данную книгу можно рассматривать как программу исследовательских работ. Ее цель - заинтересовать этой областью науки возможно большее число опытных ученых и молодых исследователей.

Магнитно-резонансная силовая микроскопия (МРСМ) - быстро развивающаяся область, которая зародилась в 1990-е годы и не так давно достигла зрелости, объявив о первой регистрации спина единичного электрона, находящегося внутри непрозрачного твердого вещества. Дальнейшее развитие методов МРСМ окажет огромное влияние на многие отрасли науки и техники, включающие физику, химию, биологию и даже медицину. Целью данной книги является описание основных принципов современной теории МРСМ и ее приложений. Особое внимание в книге уделяется методам экспериментального обнаружения спина единичного электрона с помощью адиабатических обращений, вызываемых осциллирующим кантилевером (метод OSCAR). Книга также содержит ценные экспериментальные данные, которые, несомненно, пригодятся ученым, работающим в области квантовой физики или магнитного резонанса. Даже если читатель не знаком с квантовой механикой и явлением магнитного резонанса, он сможет понять и по достоинству оценить основные принципы МРСМ.

Информация и творчество - основа математики интеграционной механики. Подробно рассмотрены типовые приемы творчества, специальные системные операторы для сжатия математической информации при самостоятельном изучении прикладной математики. На основе классических уравнений Кирхгофа-Клебша изложены приемы творчества в комплексной методике решения взаимосвязанных нелинейных задач механики на примере тонкого винтового бруса (пространственные нелинейные колебания, виды потери устойчивости, нелинейная статика, удар). Эффективность методов творчества повышается при единстве математики, физики, прикладной философии на основе комплексного метода преодоления противоречий, который применен для решения нелинейных задач в пружинных механизмах.

Представлены и решены задачи, относящиеся к гидродинамике, теплообмену и горению в паровых котлах. Обсуждаются математические постановки задач, этапы их решения и алгоритмы. В большинстве случаев результаты получены с использованием ЭВМ. Применены современные методы вычислений, приведены необходимые сведения из соответствующих разделов математики.

Данная книга основана на курсе лекций по механике жидкости, который читался на кафедре математики Калифорнийского университета в Беркли. Ее цель - представить основные идеи механики жидкости в математически привлекательной форме, а также рассмотреть физические основы некоторых построений используемых в настоящее время для аналитического и численного решения уравнений Навье-Стокса и гиперболических систем уравнений. Книга написана живым и доступным языком, что позволяет заинтересовать студентов этим довольно сложным предметом. Книга разделена на три главы. В первой главе вводится концепция завихренности. Во второй главе обсуждается потенциальное течение, вихревое движение и пограничные слои. Третья глава содержит анализ одномерного течения газа. Рассматриваются задача о распаде разрыва, схема Глимма и волны горения.

Небольшая книга знаменитого немецкого математика Ф. Клейна посвящена некоторым математическим аспектам теории движения волчка, связанных с введением кватернионов (т. н. параметров Кэли – Клейна) и явному интегрированию с их помощью уравнений движения в случаях Эйлера и Лагранжа. Излагаются основы теории эллиптических и автоморфных функций.

Книга написана на основе курса лекций, прочитанных автором в Российском Государственном Университете нефти и газа им. И. М. Губкина. В пособии рассмотрены математические модели фильтрации и их использование для моделирования разработки месторождений нефти и газа.

Книга Зоммерфельда является хорошим введением в механику как отдел теоретической физики. Написанная с большим педагогическим мастерством, она, несмотря на небольшой объем, отличается богатством содержания. Много внимания автор уделяет выяснению физического смысла законов и понятий механики, чему способствует большое количество оригинальных физических примеров и задач.

Книга представляет собой наиболее полное руководство по методам нелинейной динамики. В ней обсуждаются вопросы структурной устойчивости, теория бифуркаций, инвариантные торы и теоремы о центральном многообразии. Наряду с классическими результатами в ней обсуждаются новые методы, в основном созданные нижегородской школой нелинейной динамики.

Книга представляет собой полное руководство по качественным методам теории динамических систем и теории бифуркаций в нелинейной динамике. В ней обсуждаются вопросы структурной устойчивости, теория локальных и гoмоклинических бифуркаций, инвариантные торы и теоремы о центральном многообразии, а также рассмотрены многочисленные примеры. Наряду с общеизвестными классическими результатами в книге представлены новые результаты и методы, полученные и разработанные Нижегородской школой профессора Л.П. Шильникова.

Учебное пособие посвящено одной из наиболее сложных задач в разделе математической теории пластичности - неодномерной упруговязкопластической задаче. Сложность ее состоит в том, что граница между областью, которая перешла в пластическое состояние, и областью, деформирующейся упруго, заранее неизвестна, и ее нужно определять в ходе решения задачи. Уравнения в упругой пластической областях принадлежат к разным типам.

Представлена новая математическая модель теплопереноса в кремниевом автоэмиссионном острийном катоде малого размера, которая позволяет учитывать возможное его частичное проплавление. Приведенная математическая модель основана на системе фазового поля – современного обобщения задачи типа Стефана. Используемый авторами подход является не чисто математическим, а основан на понимании структуры решения (построении и изучении асимптотических решений) и компьютерных вычислениях. В книге приведен алгоритм численного решения уравнений полученной математической модели, в том числе его параллельная реализация. В заключение приведены результаты численного моделирования.

Учебное пособие содержит краткое изложение материала лекций, сводку основных физических соотношений, необходимых для решения задач, и подробно разобранные примеры решения задач. Самостоятельное использование студентами данного учебного пособия позволит улучшить уровень их подготовки по данным разделам курса «Физика».

В учебно-методическом пособии рассмотрены основные математические модели динамики наносистем. Представлены методы математического описания динамики взаимодействующих частиц. Описаны модели кластерных систем. Обсуждаются модели транспортно-диффузионного переноса.

В диссертационной работе разработаны метод и компьютерная программа для расчета несущей способности стержневых конструкций, усиливаемых в напряженном состоянии, способом увеличения размеров поперечных сечений элементов.

Кратко рассмотрен учебный материал о поступательном и вращательном движении твердого тела. Дано описание четырех лабораторных работ по данной тематике: «Изучение законов динамики и кинематики на машине Атвуда», «Изучение вращательного движения», «Определение момента инерции тел методом колебаний», «Определение момента инерции твердого тела методом крутильных колебаний».

Кратко рассмотрен учебный материал о законах сохранения импульса и энергии. Дано описание трех лабораторных работ по данной тематике: “Измерение скорости полета пули при помощи баллистического маятника”, “Определение коэффициента восстановления и времени соударения упругих шаров”, “Изучение движения маятника Максвелла”.

Целью данного исследования является создание математической модели течения упруговязкой жидкости Олдройда (Oldroyd-B) и Фан-Тьен-Таннера (PTT) в канале вискозиметра с падающим грузом.

В диссертационной работе рассмотрены вопросы разработки и проверки методик для расчета процесса фильтрации и показателей разработки с использованием модифицированных относительных фазовых проницаемостей при ремасштабировании геолого-гидродинамических моделей пластовых систем.

Рассмотрены задачи подземной гидродинамики в пористых средах. Приведены результаты исследований численных расчетов на различных моделях двухфазной фильтрации в слоистых пластах при изотермической и неизотермической фильтрации, а также при закачке в пласт водных растворов поверхностно-активных веществ. При моделировании фильтрации в слоистых пластах широко используются упрощающие приемы, состоящие во введении модифицированных проницаемостей и позволяющие удовлетворительно описывать двух- и трехмерные течения на базе одно- и двумерных осредненных моделей соответственно, особенно при объединении пропластков в пачку на тех или иных участках слоистого месторождения. Предлагается методика построения модифицированных фазовых проницаемостей слоистого пласта с учетом вида лабораторных зависимостей от водонасыщенности относительных фазовых проницаемостей для двухфазного, а также трехфазного течений. Приведены результаты исследования погрешности расчетов по одномерным моделям по сравнению с результатами расчетов двумерного профильного течения, а также при сравнении двумерных осредненных решений с квазитрехмерным решением при площадном заводнении. Даны рекомендации по практическому использованию предложенной методики.

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.

Рассмотрена теория механических колебаний и изложены методы решения задач. Для школьников физико-математических классов, абитуриентов и преподавателей физики.

Рассмотрены основные законы магнитного поля и электромагнитной индукции. Дано описание лабораторной установки. Изложена методика измерения магнитного поля двумя способами: путем измерения силы Ампера и с помощью баллистического гальванометра.

Приведены условия, а также решения и ответы десяти задач по сопротивлению материалов, предложенных участникам первого тура 40-й Московской городской олимпиады (МГТУ им. Н.Э. Баумана, март 2010 г.).

В методических указаниях даны условия, а также решения и ответы десяти задач по сопротивлению материалов, предложенных участникам отборочного тура Всероссийской олимпиады (МГТУ им. Н.Э. Баумана, март 2008 г.).

Предназначены для студентов 5–6-го курсов направления подготовки «Техническая физика», выполняющих выпускную квалификационную работу магистра (диссертацию). Содержат рекомендации по подготовке, выполнению и защите выпускной квалификационной работы магистра.

Изложены требования к содержанию, объему и оформлению выпускных квалификационных работ студентов. Даны рекомендации, призванные помочь студенту правильно организовать работу над выпускной квалификационной работой, подготовиться к ее защите.

В методических указаниях рассмотрены решения задач, предложенных участникам отборочного тура Всероссийской олимпиады по сопротивлению материалов, прошедшей в МГТУ им. Н.Э. Баумана в марте 2009 г.