Физика. Астрономия

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.

Дана методика исследования опасности поражения человека током в трехфазной электрической сети. Для студентов всех специальностей МГТУ им. Н.Э. Баумана.

В методических указаниях содержится описание порядка проведения лабораторных работ. Даны необходимые сведения по теории надежности и методам расчета на усталостную долговечность деталей машин. В первой работе рассматривается методика построения модели внезапного отказа деталей автомобиля с использованием программного комплекса ANSYS. Вторая работа посвящена методам расчета деталей машины на усталостную долговечность и методам схематизации случайных процессов.

Приведены типовые задания и примеры решения ряда задач, представляющих практический интерес. Дана оценка экономичности расхода энергии на базе расчета циклового КПД машин на установившихся и на переходных режимах.

Кратко изложены цели и основное содержание домашних заданий, выполняемых студентами в рамках дисциплин, читаемых на кафедре СМ-4. Приведены исходные данные для различных вариантов заданий и требования к оформлению выполненных работ.

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.

Цель методических указаний — помочь студентам организовать самостоятельную работу при выполнении домашнего задания. Указания содержат необходимые теоретические сведения, рекомендации к порядку выполнения задания с примером, вопросы для самоконтроля при подготовке к защите, список рекомендуемой литературы.

Дано представление о круговых термодинамических процессах (циклах) и об обратимых и действительных (необратимых) циклах теплоэнергетических установок. Показано, в чем заключается недостаточность анализа эффективности циклов и установок, базирующегося только на 1-м законе термодинамики; описано, в чем состоит анализ эффективности установок, основанный на обоих - 1-м и 2-м - законах термодинамики (эксергетический анализ). Объяснены понятия эксергии и эксергетических потерь. Приведены примеры применения различных методов анализа эффективности: метода коэффициентов полезного действия при анализе теплосиловой установки, а также энтропийного и эксергетического методов во всех разобранных примерах.

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.

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

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.

Рассмотрены принцип действия, основные погрешности и конструкция микромеханического датчика угловой скорости на базе вибрационного гироскопа L-L-типа, приведены методика его испытаний, описание лабораторной установки. Работа рекомендована к публикации кафедрой «Приборы и системы ориентации, стабилизации и навигации» и методическим советом факультета «Информатика и системы управления».

Рассмотрено численное моделирование термопрочностного состояния диска газовой турбины в двумерной осесимметричной постановке с применением программного комплекса ANSYS.

Настоящее издание соответствует учебной программе курса «Специальные технологические методы в нанотехнологии». Рассматриваются методы выращивания 2D-наноструктур (нанослоев), 1D-наноструктур (нанонитей) и 0D-наноструктур (наночастиц) с помощью молекулярно-лучевой эпитаксии для их применения в наноприборах радиоэлектронных систем.

Рассмотрены вопросы надежности технических систем, связанные с методами повышения надежности путем восстановления и резервирования.

Даны рекомендации к выполнению лабораторной работы, посвященной изучению макрорельефа изломов и признаков очагов разрушения образцов и деталей. Описаны методы макроскопического исследования изломов на примере образцов, испытанных на растяжение, ударную вязкость и вязкость разрушения. Представлена специальная терминология, используемая для описания строения изломов.

Рассмотрены необходимые для решения задач механики сплошной среды приемы работы с программным комплексом ANSYS. Даны указания к выполнению четырех лабораторных работ по различным направлениям механики сплошной среды.

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

Описаны электромагнитные процессы в линейных электрических цепях. Теория и методы расчета, освоенные ранее в курсах ТОЭ, «Электротехника», «Основы электротехники» применяются для решения задачи формирования сложного сигнала управления на фоне высокочастотной помехи.

Методические указания содержат классификацию, описание принципа действия и особенностей термоанемометров, предназначенных для измерения скорости потока газа, и рекомендации по использованию термоанемометров ТТМ-2 для измерения скоростей газовых потоков в лабораторных работах по курсам «Механика жидкости и газа», «Газовая динамика лопаточных машин» и «Основы научных исследований».

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

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.

Изложены основные требования к преддипломной практике и дипломному проектированию студентов, порядок выполнения и защиты дипломного проекта (работы), содержание его отдельных частей. Рассмотрены правила выполнения курсовых проектов и работ по основным профилирующим дисциплинам специальности Средства поражения и боеприпасы и основные особенности выполнения курсовой научно-исследовательской работы студентов. Даны примерные темы проектов (работ) по основным направлениям (специализациям) специальности Средства поражения и боеприпасы и списки рекомендуемой открытой литературы.

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.

Описаны физические явления, используемые в работе сканирующего туннельного микроскопа и атомного силового микроскопа. Рассмотрены физико-химические законы наиболее разработанных зондовых нанотехнологий.

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.

В методических указаниях содержатся описания четырех лабораторных работ, посвященных выбору и созданию моделей тепловых процессов лазерной обработки с применением аналитических методов расчета, установлению показателя технологической прочности сплавов при фазовых и структурных превращениях.

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».

В настоящей статье представлены две компьютерные программы: одна (OscillSum.exe) иллюстрирует в движении сложение двух гармонических колебаний одинаковых направлений методом векторных диаграмм, другая (Difraction.exe) иллюстрирует графиками и связанными с ними векторными диаграммами дифракцию Фраунгофера на щели и решётке.

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».

С помощью анализа размерностей показано, что магнитное взаимодействие не может быть представлено в форме, аналогичной гравитационному и электрическому взаимодействиям, описываемыми, соответственно, законом гравитации Ньютона и законом Кулона.

В статье рассматривается историконаучная концепция происхождения корпускулярноволнового дуализма материи Луи де Бройля. В предложенной схеме генезиса идеи де Бройля выделены разные по своему значению факторы: гипотеза Эйнштейна о квантах света, теория относительности, исследования природы рентгеновского излучения в экспериментальной лаборатории брата М. де Бройля, оптикомеханическая аналогия, а также личностный аспект, связанный с происхождением, образованием и развитием французских научных и научно философских традиций.

Приводится описание и реализация лабораторной работы по измерению коэффициента диффузии паров воды в воздухе. Измерение проводится путем сравнения точного решения уравнения одномерной диффузии с экспериментальными зависимостями, полученными с помощью датчика локальной влажности.

Экспериментально и теоретически исследуются отклонения от закона Ома в лампе накаливания с вольфрамовой нитью. Показано, что эти отклонения связаны с нагревом нити до определенной температуры, которая лимитируется различными механизмами теплообмена с окружающей средой: при относительно малых напряжениях преобладает конвективный механизм теплообмена, при больших – лучистый теплообмен. Построены вольтамперные характеристики.

Структурные образования в виде вихрей являются предметом изучения студентами в рамках курса «Аэрогидродинамика». Экспериментально получены распределения температур в конвективном вихре при инверсии радиального градиента температуры вблизи подстилающей поверхности. Обнаружено, что при определенном режиме нагрева подстилающей поверхности вихревая структура ослабляется. Указанный эффект может быть использован для управляющего воздействия на вихревую систему.

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.

Исходя из динамического уравнения, учитывающего закон сохранения момента импульса, рассмотрен известный демонстрационный эксперимент. Это позволило выявить внутренние силы, действием которых обусловлен наблюдаемый феномен. Установлено, что главным движущим посредником в опыте с вращающейся скамьей является сила Кориолиса.

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

Вычислен магнитный вклад в энергию поля вращающегося заряженного металлического эллипсоида вращения (сфероида). Метод расчёта не использует операций объёмного интегрирования плотности энергии либо поверхностного интегрирования скалярного произведения векторов плотности тока и вектор! потенциала сфероида и может быть интересен студентам старших курсов физических факультетов университетов, изучающим классическую электродинамику.

В работе представлен обзор исследований по френелевской дифракции волн на двумерных периодических структурах. Отмечены возможности синтеза тальбот# изображений двумерной решетки – синтеза подрешеток, – позволяющего получать новый тип изображений, отсутствующий в оригинале. Рассмотрен эффект Тальбота для периодического массива микролинз, обсуждаются возможности его использования для создания массивов осветителей. Обращено внимание на контроль волновых фронтов лазеров методом тальбот#интерферометрии, дан анализ исследования с его помощью турбулентных потоков газов. Подчеркнута настоятельная необходимость изучения дифракции Френеля на периодических структурах в курсе общей физики технических университетов.

Предложена учебная лабораторная работа для практикума по общей физике. С помощью дифракционного монохроматора МУМ в работе исследуется спектр излучения светодиодов и полупроводникового лазера. Измеряется зависимость интенсивности лазера от величины тока, протекающего через pn#переход; определяется пороговая величина тока, соответствующая переходу от режима светоизлучающего диода к режиму лазерной генерации.

Представлены отдельные ключевые вопросы, являющиеся базовыми для дисциплины «Теоретическая механика». Приведены теоретический материал в кратком изложении, примеры решения типовых задач и задачи для самостоятельного решения.

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.

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.