Механические колебания. Акустика

Учебное пособие соответствует второй части рабочей программы по физике для студентов факультета прикладной математики и информатики НГТУ НЭТИ, обучающихся по направлениям: 01.03.02 ‒ Прикладная математика и информатика, 02.03.03 ‒ Математическое обеспечение и администрирование информационных систем. Пособие состоит из двух частей. В первой части приведены сведения из раздела физики «Колебания и волны». Во второй части представлены описания компьютерных виртуальных работ практикума по разделу физики «Колебания и волны» и инструкции для выполнения виртуальных экспериментов на компьютере. Компьютерные виртуальные работы объединены в два программно-методических комплекса, выставляемых на сайте кафедры общей физики НГТУ НЭТИ.

В учебном пособии рассмотрены теоретические и экспериментальные исследования физики колебательных и волновых явлений в механике и электромагнетизме, изучаемые в общем курсе физики технических университетов.

Содержит три раздела, структурированных в соответствии с четырьмя задачами домашних заданий по первому и второму модулям дисциплины «Физика и естествознание» (разделы «Механика», «Термодинамика»). Все задачи имеют многовариантные условия. Даны примеры решения типовых задач.

Сборник содержит 200 количественных и качественных заданий разной сложности по 20 разделам курса общей физики «Механика. Механические колебания и волны». На основе предложенных задач сформированы тестовые задания по проверке остаточных знаний. Для каждого студента компьютерная программа методом случайной выборки составляет вариант для тестирования, содержащий 20 тестов по 20 разделам.

Рассмотрены вопросы, связанные с малыми свободными колебаниями консервативных систем и систем с вязким сопротивлением и конечным числом степеней свободы. Приведены контрольные вопросы и задания.

В пособии даны определения различных типов тестовых заданий, проиллюстрированные конкретными примерами. Для удобства тестирующихся студентов приводится справочная информация по соответствующим темам курса физики, полезными могут оказаться и рекомендации составителям тестов. Представлен также раздел с тестом, задания которого содержат подробные ответы-решения. Последний раздел пособия содержит два варианта тестовых заданий для самоподготовки, снабженных ключами из ответов.

Предназначено для студентов, обучающихся по направлениям подготовки «Радиотехника» и «Инфокоммуникационные технологии и системы связи», а также для преподавателей, ведущих лабораторные и практические занятия по курсам «Теория колебаний» и «Введение в исследование колебательных систем».

Изложены основы теории колебаний и волн различной физической природы в механических, электронных, биологических, химических системах и планетарного вида. Анализируются линейные, нелинейные, параметрические, случайные и хаотические колебания в разнообразных объектах. Исследуется прохождение электромагнитных волн в структурах распределенного типа и их распространение в свободном пространстве. Анализируются поверхностные, внутренние, уединенные, акустические и ударные волны в сплошных средах – жидкостях и газах. Рассматриваются волны природного характера, связанные с землетрясениями, цунами и циклонами. Приведено 76 программ на основе универсального математического пакета программ «MathCAD» по большинству разделов дисциплины, позволяющие с помощью компьютера анализировать и рассчитывать колебательные и волновые процессы в различных системах и средах, в том числе с использованием вейвлет-анализа.

Учебное пособие содержит описания к ряду работ по компьютерному моделированию физических процессов, в которых используются компьютерные модели из курса «Открытая физика», разработанного компанией «Физикон».

Получено общее решение задачи кинетических явлений в полупроводниках с учетом неравновесности электронной и фононной подсистем в поле ультразвуковой волны. Теоретический подход основан на самосогласованном рассмотрении поведения взаимодействующих подсистем: электрическое поле, ультразвуковая волна, электронная подсистема и подсистема тепловых фононов. В основе модели взаимодействия тепловых и звуковых фононов лежит метод Вудрафа и Эренрайха.

В пособии рассмотрены свойства материи, связанные с наличием в природе электрических зарядов, которые определяют возникновение электромагнитных полей. Даны разъяснения основных законов, явлений и понятий электромагнетизма. Рассмотрены законы, связанные с механическими и электромагнитными колебаниями и распространением волн. Раскрыты принципы теоретических и экспериментальных исследований электромагнитных волн и связь между оптическими и электромагнитными явлениями. Цель пособия - помочь студентам освоить материал программы, научить активно применять теоретические основы физики как рабочий аппарат, позволяющий решать конкретные задачи, связанные с повышением ресурсоэффективности. Пособие ориентировано на организацию самостоятельной работы студентов. В нем анализируется решение многих физических задач, приводятся задачи для самостоятельного решения и ответы к ним.

В учебном пособии представлена теория по разделу физики колебаний и волн, рассмотрены типичные задачи по теме, подобраны задачи для самостоятельного решения.