Физика

Изложены основы квантовой теории излучения и взаимодействия излучения со средой. На основе квантовой теории излучения, предложенной Эйнштейном, и закона Бугера в дифференциальной форме рассмотрено взаимодействие излучения со средой (в том числе и с отрицательным коэффициентом поглощения).

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.

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.

Изложены основные законы и понятия разделов физики «Квантовые свойства излучения», «Физика атома» и «Физика атомного ядра». Приведены задачи для самостоятельного решения и примеры решения типовых задач по указанным разделам.

Даны краткие сведения из отдельных разделов физики и смежных наук, составляющих физические основы микро- и нанотехнологий. Рассмотрены основные законы, понятия и определения физических явлений, процессов и сред, являющихся основой этих технологий. Приведены методы преобразования фундаментальных физических законов в прикладные технологические зависимости, расчеты физических закономерностей, определяющих параметры процессов микро- и нанотехнологий.

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 от амплитуды колебаний 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 задачи обтекания тел различной геометрической формы при различных скоростях набегающего потока (дозвуковых и сверхзвуковых) в плоском и осесимметричном случаях во всем диапазоне проницаемости: от непротекания до свободного течения. Приведены описания программ по расчету трехмерных нестационарных задач с учетом гравитационного поля (задач неустойчивости Рэлея — Тейлора) с помощью разностной схемы метода крупных частиц на треугольной, шестиугольной и ортогональной расчетных сетках. К учебному пособию прилагается компакт-диск, содержащий тексты 20 рабочих программ на алгоритмическом языке ФОРТРАН, предназначенных для решения задач аэрогидродинамики с помощью ППП «КРУЧА-2».

Пособие посвящено рассмотрению основных видов теплопереноса, их математическому описанию, количественным характеристикам и методам расчета. Приведен необходимый минимум теоретических сведений. Существенное внимание уделено практической стороне вопроса: в пособии содержатся задачи для самостоятельного решения.

Рассмотрены основные понятия механики: центр масс, количество движения, кинетический момент механической системы. Даны способы вычисления работы различных сил (постоянных и переменных). Приведены прямые, обратные и смешанные задачи для систем с одной и двумя степенями свободы. Показаны решения задач.

Рассмотрены вопросы получения основных интегралов дифференциальных уравнений невозмущенного движения космических аппаратов, проведен анализ уравнения Кеплера для различных типов орбит космических аппаратов, даны описания численных методов решения уравнения Кеплера и их сравнительный анализ.

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

Рассмотрены трехмерные дискретные системы, состоящие из набора точечных масс, соединенных упругими и диссипативными связями (пружинами и демпферами). Основное внимание уделено численным методам решения задач о свободных и вынужденных колебаниях, а также алгоритмам интегрирования уравнений движения. Материал изложен в соответствии с методом конечных элементов. Использованы принципы Д’Аламбера и возможных перемещений, при записи основных соотношений — векторно-матричная символика. Приведены тексты программ на языке MATLAB и примеры расчета.

Рассмотрено практическое применение программы OSS на примерах синтеза оптических систем различного назначения. Представлены примеры синтеза пятигруппового панкратического объектива и панкратического объектива типа PIN HOLE, светосильного объектива для ИК-области спектра и светосильного объектива типа объектива Петцваля, а также пример синтеза миниатюрного широкоугольного объектива с вынесенным входным зрачком. Показаны примеры задания характеристик объективов в программе OSS, формирования оптимизационной модели. Рассмотрены вопросы параметрического синтеза тонких компонентов и создания рабочего каталога стекол для синтеза.

Изложены теоретические основы синтеза оптических систем. Даны описание основных блоков программы OSS и порядок работы с программой.

Рассмотрены устройство, принцип работы и основные характеристики магнетронных распылительных систем (МРС). Изложены физические процессы и особенности работы МРС. Перечислены основные типы и конструктивные схемы МРС. Дан пример конструкции МРС с электромагнитной системой.

Пособие посвящено одному из важнейших вопросов конструирования, отработки и эксплуатации плазменных установок различного назначения - управлению процессами в высокотемпературной рабочей среде и стабилизации параметров плазмы для обеспечения требуемых эксплуатационных характеристик. Рассмотрены особенности плазмы как объекта управления. Изложены принципы сопряжения плазменных установок с ЭВМ, даны перечень и характеристики используемых для этого устройств. Проанализированы особенности организации каналов измерения и управления при использовании различных устройств сопряжения. Приведены описания систем управления и регулирования параметров для крупных плазменных установок. Даны принципы системы управления международным экспериментальным термоядерным реактором ИТЭР. Приведено описание лабораторных практикумов с использованием средств сетевой автоматизации каналов измерения и управления. Рассмотрены перечень практикумов, список регулируемых параметров и порядок выполнения лабораторных работ в режиме удаленного доступа. Пособие основано на материалах научно-исследовательских работ, лекций, семинарских и лабораторных занятий по управлению процессами в плазменных установках, проводимых автором в течение ряда лет в МГТУ им. Н. Э. Баумана.

В учебном пособии по спецкурсу «Современные проблемы оптотехники» для магистрантов,обучающихся по направлению 200400.68 «Оптотехника», представлены результаты научных исследований,проведенных магистрантами кафедры РЛ-2, по различным направлениям оптотехники. Материал изложен в виде лекций, подготовленных и прочитанных студентами перед коллегами-магистрантами в рамках указанного курса. Основное содержание каждой лекции посвящено результатам анализа конкретной проблемы оптотехники в виде обзора научной литературы по теме, выбора направлений поисковых исследований, обоснования современных подходов к описанию ее различных аспектов, сравнительной оценки технических и схемных решений. Цель пособия - ознакомить будущих разработчиков и исследователей с наиболее актуальными проблемами оптоэлектроники и лазерной техники, а также дать определенные педагогические навыки,приобретаемые в процессе подготовки лекционного выступления.

Рассмотрены особенности проектирования автоматических систем идентификации голограмм, методика кодирования оптических сигналов с помощью алгоритмов векторно-матричного умножения. Представлен анализ преобразования оптического сигнала в системе контроля подлинности защитной голограммы от получения защитного элемента до восстановления и декодирования скрытого изображения на матричном фотоприемнике в устройстве контроля подлинности.

Рассмотрены вопросы проектирования прецизионных систем наведения радиотехнических и оптических комплексов на основе двухканальных систем в режимах автосопровождения. Приведены основные варианты функционального и структурного построения двухканальных систем, представлены уравнения динамики двухканальных систем с разделенной нагрузкой с учетом всех основных помех и возмущений, изложена методика синтеза высокоточных систем с компенсирующими связями между каналами.

Рассмотрены оптические системы интерферометров для контроля формы выпуклых асферических поверхностей, в том числе высокоапертурных. В измерительных ветвях этих интерферометров не используются оптические элементы, диаметры которых существенно больше диаметров контролируемых поверхностей. Дано представление о методе оптической компенсации и нетрадиционной реализации метода анаберрационных точек. Много внимания уделено конструктивным особенностям, параметрам и характеристикам элементов измерительных ветвей этих интерферометров. Материалы, предлагаемые в данном учебном пособии, ранее в учебной литературе не освещались.

Рассмотрены вопросы тепловых испытаний стержневых космических конструкций. Дано теоретическое обоснование условий испытаний. Для студентов вузов, обучающихся по направлению подготовки специалистов «Проектирование, производство и эксплуатация ракет и ракетно-космических комплексов» и направлениям подготовки магистров «Материаловедение и технология материалов», «Ракетные комплексы и космонавтика».

Подробно рассмотрены особенности моделирования раскрытия крупногабаритных солнечных батарей (СБ) космических аппаратов и экспериментальной отработки их раскрытия. Приведены однофазные и многофазные схемы раскрытия СБ и модель установки элементов конструкции СБ на упоры и фиксаторы. Дан пример расчета трех кинематических схем раскрытия СБ.

Приведены математические модели механики деформирования оболочек - тонкостенных элементов аэрокосмических систем, на основании которых исследуется концентрация напряжений. Рассмотрены научные основы методов анализа математических моделей и обоснован выбор тех, которые соответствуют задаче исследования напряжений в местах концентрации с контролируемой погрешностью. Даны формулы решения дифференциальных уравнений математических моделей, эффективные алгоритмы методов исследования напряжений в тонкостенных элементах аэрокосмических систем, в местах их концентрации: краевые задачи приведены к начальным, напряжения определены решением задачи Коши мультипликативным методом по рекуррентным соотношениям.

Рассмотрены вопросы теоретических исследований динамики системы «оружие — установка», приведены основные уравнения движения с учетом амортизации корпуса оружия и упругости лафета, представлены типичные диаграммы действующих на установку внешних силовых факторов. Предложенный теоретический анализ проведен на основе теории нелинейных механических колебаний систем с несколькими степенями свободы, внутренней и промежуточной баллистики.

Рассмотрены основные технологические процессы производства элементов микросистемной техники с точки зрения физических явлений. Обобщены результаты, полученные при выращивании монокристаллов, а также в процессах диффузии, имплантации, литографии и др.

Рассмотрены вопросы формирования исходных и расчетных динамических систем колесных машин, точные и приближенные методы определения собственных частот и форм свободных колебаний консервативных и неконсервативных динамических систем с конечным и бесконечным числом степеней свободы, условия резонанса в системах с конечным числом степеней свободы при гармоническом воздействии и меры борьбы с резонансными явлениями, энергетический способ оценки амплитуд колебаний в трансмиссии при полигармоническом воздействии со стороны двигателя и расчет колебаний подрессоренных и неподрессоренных масс, а также узлов и деталей трансмиссии при пространственном нагружении со стороны дороги.

Рассмотрены источники возмущающих воздействий на колесную машину, теоретические и экспериментальные способы определения инерционных, упругих и диссипативных параметров динамических систем колесных машин, свободные и вынужденные колебания в системах с различными нелинейными видами трения, при линейной и нелинейной восстанавливающей силе, а также параметрические колебания в динамических системах колесных машин и фрикционные автоколебания.

Изложены физические основы пневматических систем, широко применяемых в производственных процессах разных отраслей промышленности. Рассмотрены термодинамические процессы изменения состояния сжатого воздуха, являющегося рабочим телом пневматических устройств систем автоматики. Подробно описаны процессы истечения сжатого воздуха через отверстия и насадки, а также процессы заполнения и опорожнения пневматических емкостей постоянного и переменного объемов применительно к работе ресиверов и линейного пневматического привода. Приведены примеры расчета динамических характеристик пневматического привода, в том числе следящего.

Изложены основные положения метода перемещений, подробно рассмотрено применение этого метода к расчету плоских рам, приведены примеры расчета рам. Для студентов машиностроительных специальностей, изучающих дисциплины «Сопротивление материалов», «Строительная механика машин».

Пособие посвящено рассмотрению методики расчета возмущающих моментов в гиростабилизаторах, предназначенных для маневренных объектов (т. е. объектов, имеющих угловые скорости до сотен градусов в секунду и угловые ускорения до сотен градусов в секунду в квадрате) при значительных угловых эволюциях объекта. Рассмотрены теоретические основы и методика расчета инерционных моментов в двухосных и трехосных гиростабилизаторах при вращении и угловых колебаниях подвижных объектов. Приведены основные формулы для расчета моментов трения шарикоподшипниковых опор карданова подвеса, моментов от остаточной несбалансированности и неравножесткости подвеса, а также моментов тяжения токоподводов и возмущающих моментов со стороны привода стабилизации. Дан пример расчета возмущающих моментов в двухосном гиростабилизаторе для системы ориентации маневренного объекта согласно требованиям технического задания. Приведены формулы для расчета жесткости рамы карданова подвеса и жесткости шарикоподшипниковых опор.

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

Приведены формулировки квазистационарных краевых задач теории упругости. Рассмотрены основные особенности построения численного решения этих задач с помощью метода конечных элементов.

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».

Рассмотрены физическая модель, математическая постановка, алгоритм и экспериментально-теоретические инженерные методики решения на персональном компьютере задачи проникания недеформируемых тел в грунты и горные породы и задачи проникания деформируемых срабатывающихся ударников в металлические преграды.

Микросистемная техника – активно развивающееся направление, создающее функционально законченные нано- и микроразмерные устройства, характеристики которых кардинальным образом отличаются от характеристик устройств аналогичного назначения, созданных по традиционным технологиям. Учебное пособие содержит сведения о физических принципах функционирования электромеханических систем и об основных технологиях их производства. Приведены примеры использования микроэлектромеханических систем в различной аппаратуре как бытового, так и специального назначения.

Учебное пособие написано в соответствии с программой дисциплины «Основы проектирования машин». Экономичность машины является одним из важнейших её качеств, которое закладывается при проектировании и зависит от управления машины в ходе эксплуатации. Оценка экономичности расхода энергии осуществляется на базе расчёта циклового КПД на установившихся и переходных режимах с учётом потерь энергии на трение и потерь энергии при торможении машин. В пособии даны примеры современных машин с гибридным приводом и управлением от ЭВМ. Содержание учебного пособия соответствует программе и курсу лекций, читаемых авторами в МГТУ им. Н.Э. Баумана.

В пособии рассмотрены способы, используемые для оценки твердости нанопокрытий. Для студентов специальности «Материаловедение в машиностроении», специализации «Наноматериалы» и слушателей Межотраслевого института повышения квалификации кадров по новым направлениям развития техники и технологии МГТУ им. Н.Э. Баумана, а также специалистов, занимающихся разработкой нанопокрытий и оценкой их свойств.

Рассмотрены положения науки о трении, износе и смазке машин, новые направления и проблемы износостойкости конструкционных материалов. Описаны характеристики экспериментальной базы для оценки трибологических свойств конструкционных и смазочных материалов. Представлены методы контроля микрогеометрии поверхности, оценки механических свойств поверхностных слоев, методология исследования структурного состояния зоны поверхностной пластической деформации при трении. Проанализированы критерии оценки триботехнических свойств. Дан пример экспериментального подхода к оценке макро- и микроскопических характеристик качества антифрикционных покрытий, полученных методом триботехнологии.

Изложены основы метода асимптотического осреднения (метода Бахвалова — Победри) для задач теории упругости, а также основы метода конечных элементов для решения локальных задач теории упругости на «ячейке периодичности» и расчета эффективных упругих характеристик композитов. Даны вариационные формулировки задач теории упругости и задач на «ячейке периодичности». Представлены оригинальные результаты относительно метода решения локальных задач. Приведены примеры численного решения локальных задач и результаты моделирования полей микронапряжений для различных типов композиционных материалов: однонаправленно-армированных, 3D ортогонально-армированных, армированных по диагоналям куба и тканевых. Представлены результаты численного расчета полей концентрации микронапряжений в компонентах композитов.

Изложены технологические задачи, часто встречающиеся в практике изготовления микромеханических приборов – гироскопов и акселерометров. Даны необходимые для решения задач теоретические сведения.

В учебном пособии дано математическое описание некоторых процессов, протекающих в дуге и сварочной ванне. Показано влияние параметров режима сварки на тепловые и силовые характеристики дуги и на электрическое поле в изделии и сварочной ванне.

Излагаются методики определения оптимальных планов измерений, используемых при решении прикладных измерительных задач двух типов: задач, связанных с экспериментальной оценкой постоянных и переменных величин, и задач по экспериментальной оценке соответствия объекта измерения требованиям нормативного документа.

Даны рекомендации по выбору матричных методов расчета частот и форм свободных колебаний консервативных и неконсервативных динамических моделей силовых передач колесных машин с конечным числом степеней свободы в зависимости от типа матриц и их размерности, объема решаемой задачи (расчета всех или части частот и, возможно, форм свободных колебаний) и т. д. Показано, что решение задачи нахождения частот и форм свободных колебаний математически эквивалентно решению задачи на собственные значения. Рассмотрены особенности расчета собственных значений и собственных векторов. Приведены сведения о программных средствах для решения спектральных задач. Включены примеры расчета частот и форм свободных колебаний динамических систем в среде MathCAD.

Дана общая постановка задачи моделирования тепловых полей, рассмотрены возможности применения аналитических и численных методов для исследования тепловых процессов, происходящих в материале, подвергшемуся воздействию концентрированных источников энергии. Особое внимание в пособии уделено численным методам, так как они позволяют учесть зависимость теплофизических свойств материалов от температуры, распределение плотности мощности источника в пятне нагрева, скрытую теплоту фазовых превращений и т. д. Приведены конкретные примеры их применения.

учебном пособии рассмотрены правила выполнения рабочих чертежей оптических деталей и узлов, требования к материалам и способам обработки деталей, выбор и расчет допусков на различные типы оптических деталей. Приведены примеры оформления чертежей деталей разнообразной конфигурации, изготовленных из всевозможных оптических материалов.

Монография посвящена обзору исследований влияния эффектов электронного беспорядка на электрон-фононное взаимодействие в металлах, сверхпроводниках, полупроводниках, а также в различных низкоразмерных структурах. Актуальность поднятых в монографии вопросов определяется интенсивным развитием нанотехнологий, созданием новых наноструктурированных материалов и уникальных наноэлементов для электроники и фотоники. Упругое электронное рассеяние на границах наноструктур качественно меняет взаимодействие электронов с фононами, что, безусловно, должно учитываться при проектировании соответствующей элементной базы. Прикладная часть работы посвящена контролируемой модификации электронных процессов для оптимизации новых наносенсоров на основе электронного разогрева в сверхпроводниковых и полупроводниковых структурах.

Учебное пособие, подготовленное преподавателями кафедры общей и экспериментальной физики факультета физики и информационных технологий МПГУ, содержит около 450 вопросов и задач, ответы к ним и рисунки. К наиболее сложным задачам даны развернутые ответы. Пособие соответствует программе по специальности 032200 «Физика».

Приведено описание лабораторных работ по определению показателя преломления стекла и жидкостей, по исследованию отражательных свойств поверхностей, по фотометрии. Кратко изложено основные теоретические положения по соответствующим разделам физики, описаны лабораторные установки, методики проведения опытов и обработки результатов.

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.

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