ФИЗИКА

Интеграционная механика представляет новое направление в интеграции знания как единство математики, физики и прикладной философии для решения взаимосвязанных нелинейных задач механики. В данной книге дано наиболее полное изложение интеграционной механики: этапы создания интеграционной механики; комплексная методика решения взаимосвязанных нелинейных задач механики на примере тонкого винтового бруса; физико-математический полигон для проверки численных методов; экспериментальный полигон интеграционной механики. В качестве ступеньки обучения методам интеграционной механики предложена классическая механика, где показана эффективность специальных информационных операторов для сжатия аксиом, теорем и законов механики. Специальные информационные операторы являются едиными не только для технических и фундаментальных дисциплин, но и для творчества в области искусства и культуры. Специальная глава посвящена новому направлению интеграционной механики – созданию качественной структуры единства живой и неживой природы на основе единой физики винтового деформированного движения.

Сборник посвящен 60-летию крупного российского математика и механика Валерия Васильевича Козлова. Здесь представлены его основные работы по разным областям динамических систем, написанные им в разные годы. Подборка статей подготовлена представляет собой введение в различные разделы механики и математической физики. Несомненным достоинством сборника является то, что автором представлен обзор открытых проблем в математике и механике, решение которых может опираться на публикуемые здесь работы. Кроме того, в сборнике будут представлены переводы статей В.В. Козлова, публиковавшихся только в англоязычных журналах и поэтому труднодоступных для российского читателя.

В книге представлены достижения и судьбы ученых XIX-XX веков, внесших крупный вклад в развитие теории теплообмена и гидродинамики, работы которых в значительной мере определили лицо этих наук. Их именами названы числа подобия (Fo, Re, Pr, Nu и др.). Суммированы их важнейшие научные результаты и достижения в теплофизике, приведена библиография основных публикаций каждого классика науки. Дана сводка нескольких десятков чисел подобия, используемых в механике и теплофизике с указанием их физического смысла. Настоящее 2-е издание расширено по сравнению с предыдущим.

Математическая теория рассеяния — одна из центральных областей математической физики и математического анализа, активно развивавшаяся во второй половине XX века. Наиболее заметный вклад в ее развитие был внесен М.Ш. Бирманом, Т. Като (США) и Л.Д. Фаддеевым. Предлагаемое издание включает в себя все основные работы М.Ш. Бирмана на эту тему, написанные им как индивидуально, так и в соавторстве. Работы по теории рассеяния тесно связаны с другим важным объектом спектральной теории возмущений — функцией спектрального сдвига. Поэтому в предлагаемое издание включены также работы М. Ш. Бирмана с соавторами, посвященные функции спектрального сдвига. Статьи, включенные в книгу, сохранили научную актуальность. Публикация их в одном издании может облегчить вхождение научной молодежи в эту важную и непростую область математической физики.

В книге даны три уровня физико-математического полигона для проверки численных методов, основанных на численных расчетах и экспериментальной проверке частотного спектра пространственных колебаний, продольной и местных видов потери устойчивости, нелинейной статики тонкого винтового бруса. Первый уровень позволяет дать оценку численным методам для низших частот продольных, крутильных и поперечных юлебаний, второй и третий уровни предназначены для оценки численных методов, позволяющих анализировать задачи с несамосопряженными операторами и задачи с плохо обусловленным решением. Расчетные параметры полигона сопоставлены с экспериментальными результатами.

В книге изложены основные положения интеграционной механики. Интеграционная механика занимается сложными нелинейными задачами, где имеет место синтез задач с различной физикой явлений. Единство математики, физики, прикладной философии позволяет качественнее анализировать нелинейные эффекты, а применение аналитико-конструкторского алгоритма повышает эффективность поиска новых синтезированных решений. На основе классических нелинейных уравнений Кирхгофа–Клебша рассмотрены пространственные нелинейные колебания для тонкого винтового бруса, различные виды упругой потери устойчивости, нелинейная статика. Разработан метод реализации новых физических явлений при проектировании пружинных механизмов, работающих с инерционным соударением витков.

Продолжение фундаментального сочинения выдающегося английского математика и механика, сосредоточенное на развитии науки об электричестве и магнетизме в 1900–1926 гг. Автор, как и в предыдущем томе, рассказывает историю физики по мере ее создания, останавливаясь как на достижениях всемирно известных ученых, так и на вкладах, сделанных в науку менее известными, но не менее интересными и талантливыми людьми.

Фундаментальное сочинение выдающегося английского математика и механика направлено на своего рода ревизию стройного здания науки об электричестве и магнетизме. Однако эта ревизия принадлежит перу крупного мастера, а его соображения по поводу фундаментальных физических принципов и понятий - поле, сила, энергия - представляют большой интерес для современной науки. Первый том трактата Уиттекера на английском языке появился в 1910 г., второй - в 1959. Оба они ранее не переводились на русский язык.

Проблемы, связанные с интерпретацией результатов гидродинамических исследований скважин принадлежат к классу обратных задач подземной гидромеханики. Отличительной чертой этих задач является то, что дополнительная информация определяется возможностями промыслового эксперимента. Другим фактором, который необходимо учитывать при их решении, является наличие погрешностей в экспериментальных данных. В монографии предлагается новый подход к интерпретации результатов гидродинамических исследований вертикальных и горизонтальных скважин на основе методов регуляризации. На фактическом материале показаны порядок проведения исследований, обработка данных промысловых наблюдений и их практическое использование.

В данный сборник вошли наиболее известные работы профессора Утрехтского университета, лауреата Нобелевской премии 1999 года по физике Г. 'т Хоофта. Рассматривается широкий спектр вопросов, касающихся теории относительности, которая традиционно применяется в таких областях, как шварцшильдовская метрика, смещение перигелия и отклонение света. Приводятся работы, посвященные квантовой теории поля и открытию стандартной модели элементарных частиц. Большое внимание уделено той области, которая может стать весьма актуальной в ближайшем будущем — гравитационному излучению.

На ключевых примерах от механики до физической оптики представлена методика обработки результатов учебных физических экспериментов при помощи опций линейной и нелинейной регрессии продукта Statistica. Использование его экономит временной ресурс лабораторной работы и качественно изменяет ее планирование, а также процесс обработки и осмысления полученных результатов. У студентов младших курсов при экспериментальном изучении физических законов формируются умения мыслить и действовать, руководствуясь понятиями математического моделирования. Одновременно формируется и развивается критическое мышление, умение уверенно, с помощью цифр аргументировать выводы и заключения, ясно и убедительно их представлять с использованием всего арсенала средств, что немаловажно для развития компетенции презентации и самопрезентации. Ключевые слова: физическая модель, обработка

Центральное взаимодействие является одновременно одним из базовых вопросов курса общей физики и одним из самых трудных для изучения. Поэтому поиск новых подходов к изучению этого вопроса продолжает вызывать интерес у преподавателей. В данной работе рассмотрено развитие методики преподавания вопросов центрального взаимодействия с использованием современных возможностей моделирования физических процессов на компьютере.

Учебно-методическое пособие подготовлено на кафедре физики твердого тела и наноструктур физического факультета Воронежского государственного университета.

Приведено описание выполнения четырех лабораторных работ с системой связанных баков: моделирование нелинейного объекта управления, идентификация параметров нелинейной модели, моделирование линеаризованного объекта управления, модальный синтез регулятора для верхнего бака. Работы выполняются с использованием пакета MATLAB.

Учебное пособие «Избранные главы курса физики: электромагнетизм» предназначено для студентов УрФУ, обучающихся на физических и инженерно-физических направлениях подготовки, изучающих курс общей физики в соответствии с рабочей программой курса «Общая физика» и образовательными стандартами. Учебное пособие содержит изложение материала лекций, обсуждение основных физических законов и соотношений. Изложение материала сопровождается подробным анализом и решением большого числа задач и примеров. Использование студентами данного учебного пособия позволит улучшить уровень их подготовки по данному разделу курса «Физика».

В учебном пособии изложены теоретические основы равновесной термодинамики, рассмотрены основные физические законы и соотношения, относящиеся к данному разделу физики. Изложение материала сопровождается подробным анализом и решением большого числа задач и примеров.

Приведены краткие сведения по теории фазоконтрастной микроскопии применительно к исследованию биологических микрообъектов. Изложен принцип работы поляризационно-интерференционного микроскопа (ПИМ). Подчеркиваются его преимущества c точки зрения возможностей количественного анализа характеристик биологических микрообъектов и реализации разрешения далеко за пределами критерия Рэлея. С учетом сложности конструкции ПИМ значительное место уделено процедурам настройки и калибровки как необходимым операциям при подготовке микроскопа к работе. Представлено оборудование для передачи микроизображения через видеокамеру в компьютер для последующей детальной обработки.

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 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.

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

Изложены основные теоретические сведения о дифракции Фраунгофера на щели, на круглом отверстии и на дифракционной решетке. Дано описание лабораторной установки, приведены указания к выполнению измерений и обработке их результатов.

Методические указания посвящены изучению нового объекта оптики - фотонных кристаллов из искусственного опала. Фотонные кристаллы открывают новые возможности для решения различных задач в видимой области спектра и являются перспективным оптическим материалом. Исследуемые кристаллы являются объектами новой области оптоэлектроники - нанофотоники, так как их элементарная ячейка имеет поперечный размер порядка 100 нм. В ходе лабораторной работы студенты знакомятся с важными общефизическими понятиями: зона Бриллюэна, фотонная запрещенная зона (или стоп-зона), закон дисперсии, брэгговское отражение. Студенты измеряют постоянную кристаллической решетки фотонного кристалла, параметры зонной структуры.

Рассмотрены законы Ома и Джоуля — Ленца в интегральной и дифференциальной (локальной) формах. Изложена методика измерения тепловой мощности электрического нагревателя с помощью калориметра, указан порядок выполнения работы.

Кратко изложены основные теоретические сведения о механических волнах, необходимые для выполнения лабораторной работы. Дано описание лабораторной установки, даны указания по проведению измерений и обработке их результатов.

В теоретической части методических указаний рассмотрены вопросы взаимодействия света с веществом, подробно изложен материал по нормальной дисперсии света. В экспериментальной части предложена методика определения характеристик преломляющей призмы, необходимых для построения дисперсионной кривой.

В работе приведены основные положения квантовой теории электропроводности полупроводников и выпрямляющих свойств р-n-перехода. Описаны экспериментальные методы определения характерных параметров полупроводниковых диодов.

Методические указания содержат краткие сведения из теории изучаемого явления, методику выполнения экспериментов, а также порядок обработки полученных результатов.

Методические указания содержат краткие сведения из теории изучаемого явления, методику выполнения экспериментов, а также порядок обработки полученных результатов.

В работе рассмотрен один из видов взаимодействия электронов с кристаллической решеткой металлов – волновое взаимодействие. Приведены условия, при которых наблюдается дифракция электронной волны на системе из двух атомных плоскостей. Получены уравнения, описывающие дифракцию электронной волны на пространственно-периодической структуре. Описана экспериментальная установка для наблюдения дифракционной картины по методу Дебая – Шерера. Приведены расчетные формулы, позволяющие по дифракционной картине определить расстояние между атомными плоскостями.

Изложены основные теоретические положения гидроаэромеханики, а также необходимые сведения, касающиеся потенциального электрического поля, возникающего в проводящей среде при протекании в ней постоянного тока. Рассмотрены вопросы, касающиеся физического и математического моделирования при изучении различных физических полей. Описаны экспериментальные методы получения спектров установившихся плоских потенциальных течений путем проведения электрических измерений в плоской проводящей среде. Рассмотрена схема экспериментальной установки, объяснены принципы ее действия. Приведены алгоритм и рабочая программа для построения семейства линий напряженности и эквипотенциальных линий по результатам непосредственных измерений в поле проводящего листа.

Методические указания предназначены для студентов, выполняющих курсовое задание по теме «Избранные принципы аналитической механики. Уравнения Лагранжа второго рода». В этой работе при решении задач механики требуется применение основных дифференциальных принципов аналитической механики: принципа Даламбера, принципа возможных перемещений, общего уравнения динамики и уравнений Лагранжа второго рода. В методических указаниях содержатся краткие сведения из теории, условия 36 вариантов курсового задания и пример его выполнения.

Приведено описание электронных лабораторных работ по курсу «Теория тепломассообмена», даны указания к их выполнению. В большом объеме рассмотрены основные теоретические положения.

Рассмотрены основные области применения, конструктивные особенности и эксплуатационные характеристики импульсных ксеноновых ламп, инженерные методы расчета параметров электротехнического контура ламп, термодинамических, переносных и оптических свойств низкотемпературной неидеальной ксеноновой плазмы и спектрально-яркостных характеристик. Даны рекомендации по выбору оптимальных режимов работы импульсных трубчатых ламп и примеры расчета параметров плазмы и рабочих характеристик ламп, применяемых для решения практических задач.

В работе приведены основные положения квантовой теории электропроводности полупроводников и выпрямляющих свойств р-n-перехода. Описаны экспериментальные методы определения характерных параметров полупроводниковых диодов.

Дан краткий обзор основных понятий и соотношений зонной теории электропроводности твердых тел. Изложена методика измерений вольт-амперных характеристик образцов из полупроводниковых материалов, а также методика расчета значений ширины их запрещенной зоны.

Рассмотрены принцип действия, устройство и параметры работы шестеренного насоса. Приведены описание экспериментального стенда для получения рабочей характеристики шестеренного насоса, порядок проведения испытаний и обработки результатов измерений.

Приведено описание электронных лабораторных работ по курсу «Теория тепломассообмена», даны указания к их выполнению. В большом объеме рассмотрены основные теоретические положения.

Описаны основные положения теории конвективного теплообмена и методы интенсификации теплоотдачи. Сформулированы требования к выполнению экспериментальных исследований и оформлению курсовой научно-исследовательской работы.

Описывается оригинальная методика обучения физике с использованием показа загадочного физического эксперимента и предложения объяснить его. Для решения задачи необходимо провести миниатюрное научное исследование, повторить эксперимент, предложить теоретическую модель явления и понятно изложить результат исследования на бумаге. Экспериментальные задачи используются более 30 лет в потоковом курсе лекций для физического факультета НГУ «Введение в технику физического эксперимента».

Явление интерференции света занимает особое место в физической науке и обучении физике. Образовательное значение этого явления исследовано недостаточно. Для формирования базовых компетенций по оптике необходимо обсудить не только физические условия воспроизведения различных явлений интерференции, но интерференцию света, как учебную задачу оптики.

В статье рассматривается методика измерения температуры умеренно нагретых тел с помощью оптического пирометра. Выведены формулы для введения поправок в результаты измерений. Дано описание экспериментальной установки для проверки предлагаемой методики. Представлен анализ результатов измерений температуры различных тел, полученных с помощью пирометра и термопары.

Рассматривается теория магнитной цепи, состоящей из железного магнитопровода с двумя воздушными зазорами. Приведены описание лабораторной установки, результаты выполнения лабораторного опыта и их обсуждение.

Приведена лабораторная работа по компенсационным методам измерений электродвижущей силы.

Представленная диссертационная работа посвящена вопросам интенсификации реакций этерификации и полиэтерификации дикарбоновых кислот одно- и двухатомными спиртами под действием микроволнового излучения.

Рассмотрены теоретические аспекты сложения электрических гармонических колебаний и образования фигур Лиссажу. Описана методика исследования процессов сложения электрических колебаний и наблюдения фигур Лиссажу при различных соотношениях частот и сдвигов фаз складываемых колебаний с помощью электронного осциллографа. Рассмотрены основные принципы измерения частоты колебаний путем сравнения с частотой эталонного генератора методом фигур Лиссажу.

Соответствуют действующей программе по дисциплине ЕН Ф.03 «Физика», раздел «Электричество и магнетизм». Содержат теоретический материал по теме «Магнитные свойства вещества». Предназначены для выполнения лабораторной работы на автоматизированном радиоспектрометре РЭ-1306, освоения основных принципов ЭПР, понятий констант сверхтонкого взаимодействия и g-фактора.

Соответствуют действующей программе по дисциплине ЕН Ф.03 «Физика», раздел «Электричество и магнетизм» и содержат теоретический материал по теме «Магнитные свойства вещества». Предназначены для выполнения лабораторной работы на измерителе магнитной индукции Ш1-1, для определения поля, создаваемого электромагнитом действующего радиоспектрометра РЭ-1306.

Изложены теоретические основы процесса теплопередачи, описание лабораторной установки, порядок проведения работы, методика обработки опытных данных, в том числе на компьютере, подход к анализу полученных результатов.