Физика. Астрономия

Данное издание вводит читателя в удивительный мир нанотехнологий - многопрофильную и междисциплинарную область научных знаний и технологий, составляющую основную современную тенденцию в развитии науки и производства. Целью издания является ознакомление будущих учителей с сущностными элементами нанотехнологий и, с учетом биологической направленности обучаемых, со спецификой нанобио- и бионанотехнологий, основанных на использовании живых организмов (фагов, вирусов) и биомолекул, их составляющих (белков, липидов, нуклеиновых кислот и т.п.), в качестве объектов нанотехнологических разработок, а также с проявлениями, открытиями и внедрениями нанобиотехнологических процессов в разнообразные отрасли науки и производства, медицины, фармакологии, мониторинга, безопасности, социальной сферы и т.п.

В монографии представлены теоретические основы построения методической системы подготовки учителя физики в рамках посдипломного образования выпускников технических вузов. Дан анализ современной теории и практики подготовки специалистов в постдипломный период с учетом особенностей обучения взрослых и опорой на компетентностный подход. Описана структурная модель содержания учебной деятельности специалистов, определены принципы отбора содержания курса «Теория и методика обучения физике» в соответствии с требованиями к уровню подготовки современного учителя физики. Автор также предлагает систему заданий для педагогов в соответствии с требованиями Федерального государственного общеобразовательного стандарта нового поколения, конкретные примеры реализации идеи использования методической системы подготовки учителя в период постдипломного образования.

В монографии изложены математические основы нового подхода в современной теории гравитационного поля, основанного на систематическом использовании геометрически обобщенных постримановых пространств, а также на необходимом существовании в природе скалярного поля Дезера-Дирака, имеющего такой же фундаментальный статус, как и метрика.

Что такое наука? Когда и где она появилась? Какую роль она играет в жизни человека и общества? Почему под наукой в первую очередь подразумевается естествознание? Как происходит научное познание? Есть ли у науки границы? Что представляют собой научные революции и научные картины мира? Что такое макромир, микромир и мегамир? Каковы основные научные представления современного человека о происхождении и устройстве вселенной? Что такое глобальные проблемы современного мира? Обо всем этом вы узнаете, прочитав книгу, которую держите в руках. Автор – доктор философских наук, профессор кафедры философии Московского педагогического государственного университета, много лет преподающий курс концепций современного естествознания, постарался сделать предлагаемый вашему вниманию материал простым и ясным, а по возможности – интересным и увлекательным. Материалы книги с неизменным успехом используются автором в многолетней преподавательской практике.

Предлагаемое пособие «Классическая астрономия» представляет собой первую часть курса по общей астрономии. Пособие содержит все основные сведения из классических разделов астрономии, а также элементы теории запуска искусственных небесных тел. В книге изложены основы астрометрии и небесной механики, показаны принципы современных практических и теоретических методов изучения видимого положения и пространственного движения небесных тел и их систем.

Монография посвящена исследованию полосы преобразования терагерцовых смесителей на эффекте электронного разогрева в NbZr, NbN и в одиночном гетеропереходе AlGaAs/GaAs. Дан обзор современных приёмников миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов волн, а также обзор работ, посвященных исследованию явления электронного разогрева. Приведено описание HEB-смесителей на основе тонких пленок NbN, NbZr и на основе 2DEG гетероструктуры AlGaAs/GaAs. Рассматривается методический аспект проведенных экспериментов с описанием используемых экспериментальных установок. Представлены результаты исследований частотных характеристик HEB смесителей на основе плёнок NbN и микромостиков NbZr, нанесенных на подложки из сапфира.

В учебном пособии содержится около сорока задач, в которых рассматривается движение заряженных частиц в различных электрических и магнитных полях. Во многих задачах наряду с нерелятивистским обсуждается и релятивистское движение.

Целью работы явилось исследование характеристик однофотонных сверхпроводниковых детекторов, созданных на базе тонких пленок NbN, увеличение быстродействия детектора и исследование возможностей практического применения однофотонных сверхпроводниковых детекторов вместо традиционно используемых полупроводниковых однофотонных детекторов. Практическим результатом работы явилось создание быстродействующего детектора одиночных фотонов на основе эффекта однофотонного детектирования оптического и ИК излучений тонкопленочными сверхпроводящими наноструктурами. Детектор обладает рекордными характеристиками по быстродействию и чувствительности в широком спектральном диапазоне от УФ до ИК. Показана перспективность применения детекторов в корелляционной инфракрасной микроскопии живых биологических образцов с высоким временным разрешением.

В работе даны методические указания и задания для контрольных работ по всем разделам курса общей физики.

Предлагаемое пособие является руководством к выполнению лабораторных работ по общей физике для студентов первого курса физического отделения факультета математики, физики и информационных технологий Калмыцкого государственного университета и содержит необходимые для усвоения программного материала теоретические сведения, описания экспериментальных установок, порядок проведения измерений и перечень заданий для студентов. В каждом описании лабораторной работы - контрольные вопросы для самопроверки.

В работе приведены тезисы лекций по разделу «Механика» университетского курса общей физики, представлен справочный материал по изучаемым темам.

В статье дана методика преподавания курса общей физики по разделу «Механика», для студентов-первокурсников направлений «Физика», «Химия, физика и механика материалов».

Представлена прикладная расчетная методика нелинейного анализа конструктивных соединений в виде пересекающихся оболочек с применением метода конечных элементов, теории оболочек, теории пластичности в варианте теории течения с изотропным деформационным упрочнением и геометрически нелинейной теории оболочек в квадратичном приближении. Описан четырехугольный оболочечный конечный элемент на основе смешанного вариационного принципа для нелинейного анализа оболочек. Для определения предельных пластических нагрузок, характеризующих значительный рост пластических деформаций, используется разработанный критерий максимума скорости возрастания относительной пластической работы. Представлены разработанное специализированное программное обеспечение (вычислительная программа SAIS и ее приложение − программный модуль LOAD_PL) для реализации прикладной методики и процедуры определения предельных пластических нагрузок. На примерах моделей сосуда давления с эллиптическим днищем и патрубком рассмотрены вопросы определения предельных пластических нагрузок в случаях действия внутреннего давления, изгибающего момента на патрубок и комбинированного нагружения для различных вариантов расположения патрубка на днище. Приведены полученные обобщенные кривые предельных пластических нагрузок для случая простого комбинированного нагружения. Показано, что нецентральное положение патрубка приводит к повышению предельных нагрузок. DOI: 10.17238/issn1815-1051.2015.1.22

Установлено влияние СВЧ-излучения на процессы активной деформации и релаксации механических напряжений в нагруженных образцах нержавеющей стали при действии импульсов тока и ориентациях вектора напряженности электрического поля СВЧ-излучения в продольном и поперечном направлениях деформируемого образца. При продольной ориентации вектора СВЧ-излучения и действии тока эффект разупрочнения металла возрастал с 22% до 30%. Анализ микроструктуры образцов показал существенное влияние внешних энергетических воздействий на деформацию зерен стали. DOI: 10.17238/issn1815-1051.2015.2. 27

Рассматривается проблема локализации деформаций в плоских растягиваемых образцах. Представлены результаты проведенных экспериментальных исследований ползучести плоских стандартных образцов из алюминиевого сплава при температуре 400°С. Образцы испытывались в условиях ползучести при различных начальных растягивающих напряжениях. Использование разработанной бесконтактной системы измерения позволило получить зависимости изменения формы образцов, перемещения поверхностных точек, истинного напряжения в образце от времени и др. Исследована зависимость ширины и толщины образца в месте разрушения от начального напряжения. Определен относительный интервал времени деформирования, при котором образец растягивается равномерно и время образования локализации деформаций. Введены понятия «быстрая» и «долгая» локализации. Проведено сравнение полученных результатов с данными аналогичных испытаний цилиндрических образцов. DOI: 10.17238/issn1815-1051.2015.2.40

Разработана математическая модель микромеханического гироскопа с резонатором в виде четырех упругих стержней. Методом двух масштабов построено решение нелинейных уравнений движения чувствительного элемента микромеханического гироскопа на вибрирующем основании. Исследована устойчивость по Ляпунову стационарных решений и в пространстве параметров системы указаны области устойчивости стационарных режимов колебаний. DOI: 10.17238/issn1815-1051.2015.2.15

Рассмотрена задача о вынужденных колебаниях материальной точки на плоскости. Точка закреплена с помощью шести невесомых линейных пружин. Возбуждение колебаний создается гармонической силой, направление которой совпадает с одной из координатных осей. Взаимодействие между точкой и плоскостью учитывается по модели сухого трения. Решение получено методом усреднения. Обнаружено несколько устойчивых режимов колебаний. Выявлены некоторые особенности решений, характерные для модели сухого трения. DOI: 10.17238/issn1815-1051.2015.2.9

Представлена прикладная расчетная методика нелинейного анализа конструктивных соединений в виде пересекающихся оболочек с применением метода конечных элементов, теории оболочек, теории пластичности в варианте теории течения с изотропным деформационным упрочнением и геометрически нелинейной теории оболочек в квадратичном приближении. Описан четырехугольный оболочечный конечный элемент на основе смешанного вариационного принципа для нелинейного анализа оболочек. Для определения предельных пластических нагрузок, характеризующих значительный рост пластических деформаций, используется разработанный критерий максимума скорости возрастания относительной пластической работы. Представлены разработанное специализированное программное обеспечение (вычислительная программа SAIS и ее приложение − программный модуль LOAD_PL) для реализации прикладной методики и процедуры определения предельных пластических нагрузок. На примерах моделей сосуда давления с эллиптическим днищем и патрубком рассмотрены вопросы определения предельных пластических нагрузок в случаях действия внутреннего давления, изгибающего момента на патрубок и комбинированного нагружения для различных вариантов расположения патрубка на днище. Приведены полученные обобщенные кривые предельных пластических нагрузок для случая простого комбинированного нагружения. Показано, что нецентральное положение патрубка приводит к повышению предельных нагрузок.

Введение: многие системы передачи информации, основанные на явлении хаотической синхронизации, имеют низкую устойчивость к шумам и искажениям сигнала в канале связи, ограничивающую их практическое применение. Цель: разработка и исследование схемы передачи информации с переключением хаотических режимов, обладающей высокой устойчивостью к шумам и амплитудным искажениям сигнала в канале связи. Результаты: предложена мо- дификация классической схемы связи с переключением хаотических режимов, существенно увеличивающая помехо- устойчивость системы. Передатчик и приемник схемы построены на основе систем с запаздывающей обратной свя- зью, демонстрирующих хаотическую динамику высокой размерности. Проведены численные исследования предло- женной системы передачи информации. Построены зависимости вероятности ошибки на бит при передаче бинарного информационного сигнала от отношения сигнал/шум, затухания сигнала в канале связи и длины интервала времени, в течение которого передается один бит. Показано, что предложенная система связи демонстрирует значительно более высокую устойчивость к шумам и амплитудным искажениям сигнала в канале связи, чем большинство других систем передачи информации, использующих хаотическую синхронизацию для передачи информационного сигнала через ана- логовый канал связи. Практическая значимость: предложенная система связи позволяет повысить устойчивость схем с переключением хаотических режимов к шумам и затуханию сигнала в канале связи, что открывает возможность их практического использования.

Изложены основы материаловедения для диэлектрических, проводниковых, полупроводниковых и магнитных материалов электроустановок систем электроснабжения сельскохозяйственных объектов. Приведены электрические, тепловые,механические и другие характеристики проводников, диэлектриков, полупроводников и магнитов, даны области применения материалов в электроустановках различного назначения.

Рассмотрены общие вопросы электромагнитной обстановки на объектах электроэнергетики, источники и каналы передачи помех, методы и технические средства борьбы с радиопомехами, помехоустойчивость, а также методы испытаний и сертификации элементов вторичных цепей на помехоустойчивость, нормы по допустимым напряженностям электрических и магнитных полей промышленной частоты для персонала и населения.

Рассмотрены основные термины, определения, механизмы поражения человека электрическим током и электромагнитным полем, факторы, определяющие степень опасности этих воздействий, влияние параметров электрического тока и электромагнитного поля на исход поражения человека при выполнении работ в электроустановках напряжением до и выше 1кВ. Представлены практические занятия, вопросы для самопроверки и ответы на экзаменационные вопросы.

Пособие рассматривает важнейшие вопросы радиоэкологической практики. Предназначено для студентов, обучающихся по специальности: "Ветеринария", "Зоотехния" и изучающих дисциплины: "Основы сельскохозяйственной радиоэкологии", "Радиоэкология", "Ветеринарная радиобиология", "Сельскохозяйственная радиобиология".

Приведены основные определения и понятия надежности, изложена методика статистической обработки информации по износам деталей, включены справочные данные для определения теоретического закона распределения износов. Представлена методика определения полного ресурса соединения и допустимых без ремонта размеров сопрягаемых деталей в местах их наибольшего износа.

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

Пособие содержит лекционный материал, направленный на изучение дисциплины "Теоретическая механика": изучение основных методов теоретического описания, расчета, качественного и количественного анализа динамических систем, общих для любых физических систем, формирование фундаментальных знаний об основных способах описания динамических систем, определение основных механических характеристик материалов и факторов, влияющих на прочность, жесткость, устойчивость и долговечность конструкций и систем, изучение законов механического движения, анализ напряженного и деформированного состояния тел. Предназначено для студентов, обучающихся по направлению 21.03.02 - Землеустройство и кадастры.

Практикум направлен на овладение формами и методами познания, которые используются в теоретической механике, содержит практические задания по расчетам механической системы на основе пакета математического моделирования Mathcad. Предназначен для студентов, обучающихся по направлению 21.03.02 - Землеустройство и кадастры.

Пособие разработано в соответствии с Федеральным государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования и включает методические материалы для выполнения лабораторных работ по физике, включая вопросы для самостоятельной контролируемой работы. Предназначено для студентов 1–2 курса, обучающихся по специальности 060601.65 – Медицинская биохимия.

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

Спецкурс «Введение в тектонофизику» направлен, в первую очередь, на ознакомление студентов направления 020700 – Геология с важнейшими методиками современного структурного анализа при изучении геодинамики территорий.

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

В статье рассмотрена методика проведения лабораторных занятий с элементами учебно$ исследовательской работы студентов в процессе изучения физики в техническом университете. Приведен пример применения разработанной методики на лабораторной работе по оптике «Дифракция Фраунгофера».

Рассмотрена возможность обучения технологии и развития культуры физического эксперимента на примере фотоэлектрических исследований ZnO c адсорбированным красителем. Обсуждаются все основные этапы исследования от постановки эксперимента до интерпретации полученных результатов.

Рассмотрены вопросы преподавания основ голографии в курсе общей физики. Приведены принципы построения спецкурса «Голография и ее применение». Даны примеры выпускных квалификационных работ голографической тематики.

Показано, что принципиальная неизмеримость иррациональных чисел, встречающихся в теоретических моделях математической физики, делает проблематичной экспериментальную верификацию этих моделей и должна приниматься во внимание при обсуждении границ применимости теоретических конструкций, в частности, концепции детерминизма Лапласа. В экспериментальной физике использование дискретных вещественных чисел в качестве численных оценок значений физических величин, строго говоря, не имеет смысла. Такой оценкой является только доверительный интервал, в котором с определенной вероятностью прогнозируется нахождение измеренных значений. Это, в частности, приводит к необходимости критического обсуждения физического смысла понятий равенства и неравенства измеренных значений физических величин.

Показано, что один из основных вопросов классической термодинамики, а именно, оценка верхнего предела эффективности реальной тепловой машины, является не окончательно решенным и может быть предметом дальнейших уточнений. Дело связано с тем, что от идеальных условий, предполагаемых в исследовании Карно, а именно, квазистатичности термодинамических процессов в цикле Карно, возможны различные отклонения, прежде всего конечность времени цикла. Естественно, что значения реальной эффективности всегда заведомо меньше оценки, полученной Карно, однако уточненное значение сохраняет свойство универсальности (в смысле независимости от свойств рабочего тела).

Описан вариант лекционного изложения темы «Законы Максвелла распределения молекул газа по скоростям хаотического движения» в рамках курса общей физики технических ВУЗов. В основе изложения лежит последовательное использование условий постановки задачи и свойств функций распределения, что позволяет упростить процесс понимания и запоминания студентами смысла каждого сомножителя, входящего в функции распределения, обеспечивая безошибочное практическое применение различных функций распределения Максвелла применительно к поставленным задачам.

В статье представлена теория магнитного поля многослойного соленоида конечной длины с произвольным числом витков. Описана методика экспериментального и теоретического изучения распределения магнитного поля соленоида при проведении лабораторного практикума в курсе физики для студентов инженерно$технических специальностей. Приведены результаты измерений, а также результаты теоретического расчета индукции магнитного поля внутри соленоида по специально разработанной программе.

В данной методической заметке предложены простые способы вывода выражения для плотности силы Абрагама, действующей со стороны электромагнитного поля на вещество. Эти способы полезны для начального ознакомления в лекционных курсах.

Подробно рассмотрены задачи по квантовой физике, предлагаемые на семинарских занятиях и в домашних заданиях студентам МГТУ им. Н.Э. Баумана в рамках курса общей физики. Тематика этих задач включает в себя волновые свойства микрочастиц, соотношения неопределенностей, стационарные задачи квантовой механики, измерение физических величин и принцип суперпозиции. Задачи сформулированы с учетом наиболее интересных квантовых явлений – туннельного эффекта, эффекта Рамзауэра, опыта Хофштадтера и т.д. Отмечена важность изучения студентами технических вузов квантовой физики как инженерной науки. Показано, что решения стандартных задач квантовой механики можно наглядно иллюстрировать результатами экспериментальных исследований, выполненными с помощью современных нанотехнологий.

В 2009 году исполнилось сто лет с выхода в свет первого руководства к выполнению лабораторных работ по физике профессора Московского университета А.П. Соколова [1]. С тех пор и в московском университете, в других вузах нашей страны, а также за рубежом было разработано множество лабораторных работ, посвященных изучению различных физических явлений и физических законов самыми разнообразными методами. По материалам учебных пособий различных вузов, посвященных физическому практикуму, по материалам публикаций в различных журналах, в том числе в реферативном журнале «Физика», на физическом факультете МГУ написаны книги [2–4], в которых собрана информация о лабораторных работах по механике, молекулярной физике, электричеству и магнетизму, опубликованных за прошедшие сто лет. В настоящей статье представляется книга [5], в которой описаны опубликованные за эти годы лабораторные работы по оптике.

Авторами разработана методика формирования исследовательских компетенций студентовфизиков в рамках лабораторного практикума. Методика предполагает, что, кроме предусмотренных программой лабораторных работ, студенты выполняют задания творческого характера, формулировка которых составлена в трех уровнях сложности. Методика формирования исследовательских компетенций студентов физиков раскрыта на примере выполнения творческого задания исследовать свойства наноматериала – магнитной жидкости. Приведены результаты эксперимента, подтверждающего эффективность применения данной методики проведения лабораторного практикума в вузе.

Учебно-методическое пособие подготовлено на кафедре экспериментальной физики физического факультета Воронежского государственного университета.

Журнал является профильным периодическим научным изданием. Выделен в самостоятельное периодическое издание из общенаучного журнала «Вестник Томского государственного университета» в 2014 г. «Вестник Томского государственного университета. Химия» – первый профильный журнал по химии в г. Томске и нацелен на повышение публикационной активности научных сотрудников университетов Томской области и не только. Основные разделы журнала: Синтез и свойства веществ и материалов Физико-химические закономерности процессов, структура и свойства соединений Теоретические и прикладные вопросы аналитической химии Химическая технология Биохимические свойства неорганических и органических соединений

В монографии рассмотрены вопросы философии, проектирования устройств различного назначения. Показаны пути получения и преобразования энергии. Приведены технические решения многочисленных проблем в строительстве, санации трубопроводов, энергетике, сельском хозяйстве, машиностроении и т.д. Рассмотрены решения разнообразных задач на базе торовых технологий. Адресована аспирантам, соискателям, преподавателям вузов, специалистам, работающим в области технических наук, а также может быть полезной студентам технических специальностей.

В пособии рассматриваются законы и методы преобразования теплоты в другие виды энергии, свойства рабочих тел, участвующих в процессе преобразования, законы переноса теплоты и методики расчета процессов тепломассообмена. Предназначено для студентов, обучающихся по направлению подготовки 270800.62 – Строительство

Пособие разработано в соответствии с ФГОС ВПО. Содержит учебно-методические материалы для выполнения лабораторных работ, краткое описание математических методов обработки экспериментальных данных контрольные вопросы, образцы отчетной документации, правила техники безопасности, литературу. Предназначено для студентов 1–2 курсов специальности 060601.65 (30.05.01) – Медицинская биохимия.

В лабораторном практике приводятся теоретические сведения и методика проведения лабораторных работ, индивидуальные задания для выполнения этих работ по темам: защитные меры в электроустановках, основы электробезопасности, действие электрического тока на организм человека. Предназначен для бакалавров, обучающихся по направлению подготовки 140400.62 – Электроэнергетика и электротехника, профилям подготовки: «Электроснабжение», «Электроэнергетические системы и сети», «Релейная защита и автоматизация электроэнергетических систем», «Менеджмент в электроэнергетике и электротехнике».

В монографии представлено исследование метода определения моментов инерции и сил сопротивлений в силовом агрегате и ходовой системе транспортного средства на инерционном стенде с беговыми барабанами с использованием технологии автоматической идентификации информационных параметров на режиме «разгон – выбег». Адресована магистрантам, аспирантам и преподавателям технических вузов, а также специалистам производственных и сервисных предприятий, специализирующимся в области «Техника и технологии наземного транспорта».

Целью данного курса является изучение основных методов теоретического описания, расчета, качественного и количественного анализа динамических систем, общих для любых физических систем, формирование фундаментальных знаний об основных способах описания динамических систем на основе канонических методов и вариационных принципов, используемых во всех разделах теоретической физики. Данная учебная дисциплина входит в базовую часть цикла профессиональных дисциплин по направлению подготовки 011200.62 – Физика.