Физика. Астрономия

В статье описаны актуальные вопросы и тематика докладов Международной конференции «Физика в системе современного образования», прошедшей с 1 по 4 июня 2015 г. в Санкт"Петербурге. Обозначены приоритетные направления развития физического образования в России.

Изложены положения по проектированию, моделированию и исследованию аппаратов магнитной обработки воды. Рассмотрены способы водоподготовки в котельных, конструкции аппаратов. Приведены методы расчета магнитных полей.

В методических указаниях на примере простых гидравлических систем представлена методология математического моделирования статических и динамических режимов теплоэнергетического оборудования. Приведен способ выбора оптимальных алгоритмов расчета, базирующийся на использовании стандартных вычислительных методов. Методология математического моделирования проиллюстрирована на примере конкретной гидравлической системы. По дисциплине «Моделирование гидрогазодинамических процессов» предполагается реализация динамической модели системы.

За 40 лет своей работы в Лос-Аламосской Национальной лаборатории математик Станислав Улам написал большое число лабораторных отчетов, обычно в соавторстве с коллегами. Некоторые из них остаются засекреченными по сей день. Остальные, будучи собранными в настоящий сборник, теперь впервые становятся доступными для математиков, физиков и историков науки. Замечательна актуальность этих работ. Они содержат основополагающие идеи в таких областях, как нелинейные стохастические процессы, параллельные вычисления, клеточные автоматы, математическая биология. Собрание этих работ представляет также исторический интерес. В период второй мировой войны и после нее сложность задач на передних рубежах науки далеко превосходила возможности существовавшей тогда техники. Еще предстояло создать электронные вычислительные машины и разработать новые методы расчета на основе наиболее абстрактных идей фундаментальной математики и теоретической физики. В решение этих и других задач физики, астрономии и биологии Улам сумел привнести как общие представления, так и конкретные концептуальные предложения. Его плодотворные идеи далеко опередили свое время и охватили многие области науки. Его математическая многосторонность может служить иллюстрацией к высказыванию его друга и наставника великого польского математика Стефана Банаха о том, что наиболее выдающиеся математики «умеют видеть аналогии между аналогиями». Отчеты Лос-Аламосской лаборатории, подготовленные к печати А.Р. Беднареком и Фр. Улам, представляют собой уникальную возможность познакомиться поближе с одним из выдающихся умов и пионеров науки двадцатого века.

Альберт Эйнштейн (1879-1955) является одним из величайших ученых истории человечества, внесшим своими открытиями решающий вклад в основы современной физики. Он был не только центральной фигурой в развитии физики XX столетия. Выступления Эйнштейна в защиту прав человека, демократии и мира сделали его символом современного и социально активного ученого. Кроме того, Эйнштейн боролся за права евреев, что вызывало не только восхищение и уважение, но также недоброжелательность и нападки как по отношению к личности, так и его работам.

В рамках теории ансамблей Гиббса развивается последовательная неравновесная статистическая механика. В ее основе лежит идея слабых пределов решений уравнения Лиувилля при неограниченном возрастании времени. С ее помощью естественным образом решается задача о переходе к макроописанию, когда основное внимание сосредоточено на изучении эволюции средних значений (математических ожиданий) динамических величин. Этот подход отличается от традиционных подходов к проблеме необратимости, поскольку равновесные состояния динамических систем в прошлом и будущем совпадают. Результаты общего характера применяются к решению конкретных задач классической статистической механики.

Первый том монографии является математическим введением в методы решения современных научных задач физики, механики сплошной среды, техники. В доступной форме излагаются наиболее востребованные разделы математики: элементы теории аналитических функций комплексного переменного, некоторые аспекты математической физики, основы функционального анализа, теория регулярных интегральных, сингулярных и гиперсингулярных уравнений, а также некоторые их приложения к решению целого круга задач.

В трех известных очерках обсуждаются наиболее важные этапы жизни великого французского математика Анри Пуанкаре. В очерке Сажере, который вышел отдельной книгой в Казанском университете в 1913 г., жизнь ученого охвачена с позиции современника, который пытался оценить вклад Пуанкаре в мировую науку практически сразу после его смерти.

Книга представляет собой обзор основных достижений гидро- и аэромеханики, написанный крупнейшим механиком Т. фон Карманом. Книга написана в живой и увлекательной форме, содержит множество исторических подробностей. Вместе с тем по ней можно получить основные сведения почти о всех разделах механики жидкости и газа.

Книга Бриджмена является первой удачной попыткой упорядочить метод размерностей для представления его в такой форме, которая была бы доступна не только искушенному и опытному исследователю, но и начинающему научному работнику. Достоинство книги — в ее простоте, конкретности и увлекательности. Помимо оригинального, критического изложения теоретических основ метода, читателю предлагается большое число искусно подобранных несложных примеров. В новое издание вошла также нобелевская лекция П. Бриджмена, посвященная физике высоких энергий.

Методические указания предназначены для выполнения курсовой работы по дисциплинам «Механика жидкости и газа» и «Гидрогазодинамика». Данные методические указания могут быть использованы и при изучении других дисциплин, содержащих раздел «Газодинамика». В методические указания входят следующие темы: – «Адиабатическое движение с трением сжимаемого газа в цилиндрической трубе», – «Адиабатическое движение сверхзвукового потока газа в цилиндрической трубе со скачком уплотнения». Для выполнения заданий приведены варианты исходных данных и методика расчета.

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.

Дано описание лабораторного комплекса ТМл-05М, предназначенного для исследования с применением ПЭВМ закона сохранения кинетического момента механической системы. Приведены результаты теоретического анализа и экспериментального исследования работы лабораторной установки, дано описание методики и порядка выполнения лабораторной работы.

Дано описание лабораторного комплекса, предназначенного для демонстрации и исследования с применением ПЭВМ колебательного движения механической системы с двумя степенями свободы – двойного маятника. Проведены теоретический анализ и экспериментальное исследование функционирования лабораторной установки, рассмотрены методика и порядок выполнения лабораторной работы.

Приведено описание лабораторного комплекса, предназначенного для исследования с применением ПЭВМ колебаний механической системы с инерционным возмущением. Проведен теоретический анализ и экспериментальное исследование работы лабораторной установки, дано описание методики и порядка выполнения лабораторной работы.

Приведено описание лабораторного комплекса,предназначенного для демонстрации и исследования с применением ПЭВМ реакций подшипников в динамически несбалансированной механической системе. Даны теоретический анализ и экспериментальное исследование работы лабораторной установки, описана методика и порядок выполнения лабораторной работы.

Дано описание лабораторного комплекса, предназначенного для исследования с применением ПЭВМ гироскопических давлений на горизонтальную платформу, создаваемых «бегунами» (связкой двух «бегунов») при их вращении с заданной угловой скоростью вокруг вертикальной оси. Проведены теоретический анализ и экспериментальное исследование работы лабораторной установки, описаны методика и порядок выполнения лабораторной работы.

Методические указания содержат теоретические сведения, описание схемы лабораторного комплекса, описание эксперимента и обработки полученных данных. Для студентов всех специальностей.

Изложены физические основы атомно-силовой микроскопии. Рассмотрены режимы работы атомно-силового микроскопа. Дано описание отдельных узлов атомно-силового микроскопа. Проанализированы технические возможности, особенности конструкции и требования к образцам зондовых микроскопов СММ-2000 и «НаноСкан».

Представленная диссертационная работа посвящена выработке рекомендаций по выбору модели турбулентности и обеспечению необходимых требований к сетке для расчета коэффициента истечения стандартной диафрагмы в широком диапазоне чисел Рейнольдса.

Пособие включает варианты графического представления и фотографий дефектов сварных соединений, микроструктуры дефектов основного металла оборудования опасных производственных объектов. Приведена информация о причинах образования дефектов, путях их предотвращения и способах устранения. Данная работа развивает разделы «Дефекты сварных соединений», «Дефекты поверхности основного металла» Инструкции по визуальному и измерительному контролю РД 03-606-03.

В статье обсуждаются возможности использования аппроксимационных подходов в исследовательской экспериментальной работе. Применение аппроксимационных моделей наблюдений и построение первичных гипотез на ранних этапах исследования помогает уточнить постановку задачи и выбрать правильное направление поиска. Аппроксимационные технологии проиллюстрированы на двух классах задач: в области медицины, где количество наблюдений мало и они обычно разбросаны во времени, и при обработке редких экспериментов в области физики взрыва для подробного анализа единичных записей электромагнитного сигнала.

Представлены теория и результаты расчета больших деформаций полиуретанового амортизатора сжатия новой конструкции. Расчеты выполнены методом конечных элементов в смешанной форме с независимо варьируемыми перемещениями и гидростатическим давлением. Приведена система линеаризованных уравнений метода последовательных нагружений, использованного для решения нелинейной задачи. Выбор упругого потенциала для полиуретана СКУ-ПФЛ-100 осуществлен на основе результатов испытаний образцов на растяжение и сжатие. В качестве результатов расчета приведены нагрузочные характеристики и характеристики энергоемкости амортизаторов с различными значениями геометрических параметров, исследовано напряженное состояние амортизаторов.

Работа посвящена исследованию эволюции температурного поля в растущем шаре. Определяется закон движения растущей поверхности, при котором решение начально-краевой задачи теплопроводности может быть представлено в замкнутом виде. Строится спектр линейного дифференциального оператора, порождаемого задачей.

Книга посвящена аэродинамическим аспектам расчета элементов и систем вентиляции. Рассмотрены законы формирования приточных и тепловых струй, течений вблизи всасывающих отверстий, движения воздушных масс в вентилируемых помещениях. Освещены проблемы расчета вентиляционных сетей, местных систем вентиляции, воздушных завес естественных систем вентиляции жилых зданий. Издание адресуется специалистам, проектирующим системы вентиляции, а также студентам, обучающимся по специальности «теплогазоснабжение и вентиляция», аспирантам и преподавателям.

Издается с 1994г. по инициативе ученых ВНИИЭФ и при участии ученых других центров и институтов Росатома. Основная тематика журнала: атомная энергетика, создание ракетно-ядерного оружия, многочисленные научно-технические достижения федеральных ядерных центров России, биографии выдающихся ученых и конструкторов, участвовавших в создании самого грозного оружия ХХ века и многое другое.

Принцип действия приборов наноэлектроники в основном базируется на поверхностных эффектах, что обуславливает интенсивное использование для их создания материалов с развитой поверхностью, к каким относится пористый оксид алюминия. Однако до сих пор отсутствует единая теория, объясняющая рост при различных условиях формирования упорядоченной оксидной структуры на алюминии, определяющей выходные параметры приборов наноэлектроники. Проанализированы основные модели формирования гексагонально-упорядоченной структуры оксида алюминия: физико-геометрическая, коллоидно-электрохимическая, плазменная и механических напряжений.

Изложены основы атомной и квантовой физики. Главное внимание уделено экспериментальным основам физики атомов и молекул, а также методам определения мировых констант в области атомной физики. Недогматически написанный двухтомный учебник содержит четыре главы — «Дискретность вещества», «Дискретность электрического заряда», «Дискретность электромагнитного излучения» (том 1) и «Дискретность динамических переменных классической физики» (том 2), а также четыре приложения, помещенных во втором томе. Материал, изложенный в учебнике, максимально облегчает необходимость принятия нерелятивистской квантовой механики в качестве теоретического описания явлений атомного и субатомного масштаба. Для контроля знаний в конце каждой из глав приведены задачи, рекомендуемые для решения.

Изложены основы атомной и квантовой физики. Главное внимание уделено экспериментальным основам физики атомов и молекул, а также методам определения мировых констант в области атомной физики. Недогматически написанный двухтомный учебник содержит четыре главы — «Дискретность вещества», «Дискретность электрического заряда», «Дискретность электромагнитного излучения» (том 1) и «Дискретность динамических переменных классической физики» (том 2), а также четыре приложения, помещенных во втором томе. Материал, изложенный в учебнике, максимально облегчает необходимость принятия нерелятивистской квантовой механики в качестве теоретического описания явлений атомного и субатомного масштаба. Для контроля знаний в конце каждой из глав приведены задачи, рекомендуемые для решения.

Влияние аксионов на скорость радиоактивного распада.

Британские ученые сделали тринзистор из аморфного углерода.

Биохимики расшифровали геном человека, но чтобы знать, как работает организм, придется разобраться во взаимодействии почти 300 тысяч белков. Чтобы это выполнить, ученые создали лазер на свободных электронах (ЛСЭ).

О получении холодных атомов антиводорода.

Световая волна пересчитывает единичные атомы.

В данной монографии рассматриваются аналитические решения для упрощенных моделей гидрофизики. Описаны новые классы аналитических решений стационарного движения однородной и неоднородной жидкости. Рассматриваются постоянные и переменные коэффициенты вертикального турбулентного обмена. Во всех случаях (движение в вертикальной плоскости, трехмерное течение, двухслойное течение) проводится оценка области, в которой решения для таких моделей ведут себя как решения для более простой модели Экмана, что позволяет уточнить область применимости последней.

Рассмотрены вопросы техники безопасности и особенности выполнения лабораторных работ «Анализ методов измерения сопротивлений электрической цепи», «Анализ методов измерения мощности и электрической энергии». Основное внимание уделено оценке точности измерения сопротивлений, определению класса точности ваттметров и счетчиков электроэнергии.

Учебное пособие подготовлено на кафедре ядерной физики физического факультета Воронежского государственного университета в обеспечение лабораторных занятий по курсам «Ядерная физика» и «Приборы и методы ядерной физики».

Методические указания основаны на микромодульной технологии, включают в себя два основных аспекта, первый из которых связан с изучением особенностей культур других стран и сравнением их со своей культурой, а второй, профессиональный, затрагивает возможности обучения на физическом факультете в университетах Японии, Великобритании, Испании, Нидерландов, США и инновации в области физики.

Биобиблиографический указатель составлен к 65-летию со дня рождения А. И. Григорьева, доктора физико-математических наук, профессора, заведующего учебно-научной лабораторией математического моделирования физических процессов Ярославского государственного университета им. П. Г. Демидова. Публикации А. И. Григорьева даются в хронологическом порядке. Составители выражают благодарность всем лицам, помогавшим в подготовке указателя.

Методические указания содержат материал, способствующий развитию и совершенствованию у студентов навыков и умений чтения и перевода оригинальной литературы по специальности, а также развитие навыков устной речи. Тексты заимствованы из оригинальных источников (www.understandingnano.com). Они раскрывают современный уровень достижений в области нанотехнологий и перспективы их развития. Многообразие текстов, а также предлагаемые формы работы моделируют условия реальной информационно-поисковой деятельности специалиста.

В монографии в рамках аналитического асимптотического подхода исследуются линейные и нелинейные осцилляции и устойчивость заряженной капли как идеальной, так и вязкой жидкости. Рассмотрены осцилляции и устойчивость вращающейся заряженной капли. Рассматриваются возможности применения в аналитических расчетах осцилляции конечной амплитуды заряженной капли вязкой жидкости теории пограничного слоя, связанного с периодическим движением заряженной свободной поверхности капли.

На сегодняшний день одним из интенсивно развивающихся направлений микроэлектронной отрасли являются микроэлектромеханические системы (МЭМС). Важным классом МЭМС-устройств являются приборы с электростатическим управлением: микроманипуляторы, резонаторы, переключатели, СВЧ-варакторы, виброгироскопы, преобразователи энергии и т. п. Параметры этих устройств часто ограничиваются эффектом схлопывания электродов (pull-in effect). В настоящее время ведутся интенсивные поиски путей построения МЭМС, обеспечивающих улучшение их параметров в условиях проявления эффекта схлопывания. Одним из таких путей является создание трехэлектродных систем. В данной работе разработана математическая модель, описывающая поведение трехэлектродной МЭМС в предположении, что при подаче управляющих напряжений на подвижный электрод действуют только электрические и упругие силы. Проведен анализ особенностей функционирования трехэлектродных МЭМС с учетом взаимного влияния электрических и упругих сил. Показано, что в трехэлектродных системах критическими состояниями может ограничиваться не только максимальное значение управляющего напряжения, но и минимальное. Получены аналитические выражения, позволяющие определить значения параметров системы, при которых она находится в критическом равновесном состоянии. Определены диапазоны контролируемых перемещений подвижного электрода и величины настройки емкости симметричной и несимметричной конструкций МЭМС при изменении одного и двух управляющих напряжений. Проведено сравнение параметров трехэлектродных систем с параметрами двухэлектродных.

Анализируются результаты структурно-химических и структурно- динамических исследований процессов структурообразования в модельных олигомерсодержащих композициях методами ЯМР. Показано, что связь процессов разветвления олигомерных макромолекул с последующим сеткообразованием не только топологическая, но и структурно-динамическая. При этом эволюция молекулярной и топологической структуры сетчатых полимеров гетероцепной (блок)сополимерной природы не всегда подчиняется нормальным статистическим закономерностям, а в ходе золь-гель перехода в первую очередь закрепляются динамически устойчивые изменения в конфигурационной и(или) конформационной структуре олигомерных цепей. По результатам исследования предложена методика, позволяющая по значению единственного характеристического параметра (γ) оценивать степень дискретности полимерных цепей и на этой основе проводить экспресс-анализ строения макромолекулярных ансамблей во всём диапазоне изменения их молекулярной структуры и топологии (от множества исключительно линейных до совокупности полностью сшитых (замкнутых) молекулярных образований). Использование меры дискретности вместо меры связности особенно удобно в тех случаях, когда для решения поставленных задач можно ограничиться упрощенной топологической характеристикой макромолекулярной системы (γ).

Рассмотрены некоторые физикохимические аспекты структурообразования в многокомпонентных мономер- и(или) олигомерсодержащих системах, содержащих функциональные группы, способные к дальнейшим превращениям по механизмам различной природы. С помощью литературных источников и экспериментальных данных, полученных преимущественно методами ЯМР, автор акцентирует внимание читателей на особенностях взаимодействия химических и физических факторов гелеобразования, возникающих в высоковязкой гетероцепной, в особенности протоноактивной (содержащей компоненты с подвижными атомами водорода) высокомолекулярной среде. Для описания специфики макромолекулярных реакций, протекающих в области золь-гель переходов, рассмотрена модель необратимого межцепного обмена (НМО).

Рассмотрены технология, аппаратно-программное и методическое обеспечение автоматизированного лабораторного практикума по экспериментальному исследованию электрических цепей с удаленным многопользовательским доступом к объектам исследования и средствам измерения и моделированию их на ПЭВМ с помощью системы автоматизированного проектирования Altium Designer 6. Практикум включает 13 лабораторных работ по исследованию цепей первого и второго порядка, избирательных (резонансных) цепей и различных электрических фильтров.

На базе вариационных принципов электростатики развит аппарат характеристических мультиполей кривых относительно точек, позволивший, в частности, построить конструктивное решение задачи многих тел электростатики проводников. Основы разработанного аппарата были заложены в предыдущих работах автора, обобщенных в монографии «Аналитическая электростатика на плоскости», изданной в 2008 г. Сибирским федеральным университетом.

Читатель этой книги должен уподобить себя археологу — ведь последнего интересуют не сами черепки разбитой посуды на древнем пепелище, не остатки строений и все такое прочее. Он вовсе не собирается использовать все это в собственном хозяйстве — для него это свидетельства прошлого, знаки (символы); это скорее «тексты», чем «вещи», поскольку они способны рассказать тому, кто понимает их язык, о прошлой культуре, и тем самым и о нас самих, поскольку мы суть наше прошлое, мы выросли из прошлого, даже когда этого не сознаем — разумеется, если остаемся людьми, если к нам еще применим тезис, что человек есть субъект культуры, а история — специфический способ человеческого бытия. Казалось бы, это азбучные истины, но как часто о них забывают…

В сборнике представлены статьи по различным направлениям физики, написанные молодыми учеными, аспирантами и студентами физического факультета Ярославского государственного университета им. П.Г. Демидова.

Методические указания посвящены основным физическим принципам определения углового местоположения источников электромагнитного излучения. Приводятся общие положения амплитудных и фазовых методов радиопеленгации. Рассмотрены их основные параметры и характеристики. Кратко представлены структурные схемы обработки сигналов в зависимости от выбранного метода анализа. Предназначено для студентов, обучающихся по специальности 013800 Радиофизика и электроника и направлению подготовки 550400 Телекоммуникации (курс "Физика волновых процессов" и "Электромагнитные поля и волны", блоки ОПД, ДС), очной и заочной форм обучения в качестве руководства при выполнении лабораторной работы.

В сборнике представлены статьи по различным направлениям физики, написанные молодыми учеными, аспирантами и студентами физического факультета Ярославского государственного университета им. П.Г. Демидова.