Физика. Астрономия

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.

В учебном пособии представлены типовые задачи и решения некоторых из них по дисциплине «Теория механизмов и машин», охватывающие основные разделы по структуре, кинематическому синтезу и анализу механизмов, определению закона движения механизма, кинетостатике, а также по синтезу и анализу зубчатых, планетарных и кулачковых механизмов.

Дан краткий обзор основных понятий и соотношений теории, необходимых для решения задач по разделу «Принцип суперпозиции в квантовой механике». Изложена методика решения типовых задач. Приведены задачи для самостоятельного решения.

Приведен краткий обзор основных понятий и соотношений теории, необходимых для решения задач по разделу «Процессы переноса». Изложена методика решения типовых задач.

Приведено описание лабораторного комплекса,предназначенного для демонстрации и исследования с применением ПЭВМ реакций подшипников в динамически несбалансированной механической системе. Даны теоретический анализ и экспериментальное исследование работы лабораторной установки, описана методика и порядок выполнения лабораторной работы.

Изложены приемы использования пакета программ Mathcad в операционной системе Microsoft Windows применительно к расчетам на прочность и жесткость стержневых систем постоянной и переменной жесткости при изгибе для произвольной нагрузки. В приложении приведен текст рабочих страниц Mathcad для рассмотренных примеров.

Содержат краткие теоретические сведения по изучаемому явлению, методику выполнения экспериментов, а также порядок обработки полученных результатов.

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.

Рассмотрены виды самопроизвольных распадов ядер, свойства образующихся при этом излучений, законы прохождения их через вещество. Изложена методика измерения некоторых параметров, характеризующих α- и β-излучения.

В методических указаниях приведены краткие теоретические сведения о законах фотоэффекта и квантовой природе света; методика экспериментальной проверки формулы Эйнштейна для фотоэффекта и определения постоянной Планка; описания лабораторной установки, порядка выполнения работы и анализа результатов измерений.

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.

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.

Дан краткий обзор основных теоретических понятий и соотношений, необходимых для решения задач по разделу «Механические волны». Приведены примеры решения типовых задач. Предложены задачи для самостоятельного решения.

Изложены основы теории дифракции света в параллельных лучах, рассмотрены основные характеристики отражательной дифракционной решетки как спектрального прибора.

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».

Даны краткие теоретические сведения о радиоактивных превращениях. Рассмотрены методики измерения абсолютной активности препарата и постоянной радиоактивного распада естественного изотопа калия. Приведены описание лабораторной установки и порядок выполнения работы.

Рассмотрены физические процессы в p–n-переходе и элементарная теория перехода, описана методика экспериментальной проверки формулы Шокли для вольт-амперной характеристики перехода и определения ширины запрещенной зоны германия.

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.

Дан краткий обзор основных понятий и соотношений теории, необходимых для решения задач по разделу «Статистическая физика». Изложена методика решения типовых задач.

Представлены 40 вариантов задач курсовой работы по курсу теоретической механики на тему «Кинематика сложного движения точки», четыре примера решения типовых вариантов.

Дано описание лабораторного комплекса, предназначенного для исследования с применением ПЭВМ гироскопических давлений на горизонтальную платформу, создаваемых «бегунами» (связкой двух «бегунов») при их вращении с заданной угловой скоростью вокруг вертикальной оси. Проведены теоретический анализ и экспериментальное исследование работы лабораторной установки, описаны методика и порядок выполнения лабораторной работы.

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.

Даны краткие сведения о законах теплового излучения и квантовой природе света. Рассмотрена методика экспериментальной проверки закона Стефана–Больцмана. Приведено описание лабораторной установки, порядка выполнения работы и анализа результатов измерений.

Рассмотрены явления, возникающие при падении электромагнитной волны на границу раздела однородных изотропных сред. Проанализированы два наиболее важных с практической позиции случая границы раздела: диэлектрик – диэлектрик и диэлектрик – металл. Приведен вывод уравнений Френеля, амплитудных и энергетических коэффициентов отражения и пропускания. Особое внимание уделено поляризационным преобразованиям волны при отражении от границы раздела и прохождении через нее.

В учебном пособии рассматриваются электродинамические свойства и характеристики самых различных материальных сред: проводников и диэлектриков, плазмы и сверхпроводников, жидких кристаллов и магнетиков, перколяционных, киральных и биологических систем. Основное внимание уделяется таким характеристикам сред, как удельная проводимость, диэлектрическая и магнитная проницаемости, их дисперсионным свойствам.

Содержится краткий обзор основных понятий и соотношений, необходимых для решения задач по разделу «Термодинамика». Изложена методика решения типовых задач. Даны условия задач, приведены примеры их 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.

Методические указания содержат теоретические сведения, описание схемы лабораторного комплекса, описание эксперимента и обработки полученных данных. Для студентов всех специальностей.

Рассмотрен один из численных методов расчета параметров газа на поверхности заостренных тел вращения при малых углах атаки и небольших сверхзвуковых скоростях. С его помощью получена система алгебраических уравнений, позволяющих найти функции распределения источников и диполей вдоль оси обтекаемого тела при выполнении условий непротекания на поверхности тела. Изложение материала ориентировано на применение вычислительной техники.

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.

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.

Рассмотрены вопросы применения функций чувствительности к различным задачам, возникающим в инженерной практике при проектировании технических систем, описываемых уравнениями в частных производных.

Даны рекомендации к выполнению лабораторной работы, посвященной изучению микрорельефа изломов и механизмов разрушения материалов. Описаны методы микроскопического исследования изломов на примере образцов, испытанных на растяжение, ударную вязкость и вязкость разрушения. Представлена специальная терминология, используемая для описания строения изломов и результатов их анализа.

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.

Рассмотрено волновое уравнение и некоторые его частные решения в виде плоской, сферической и цилиндрической монохроматических волн. Приведены решения уравнений Лапласа и Пуассона в классе обобщенных функций с использованием функции Грина – функции источника.

Пособие посвящено одному из важнейших этапов конструирования плазменных установок различного назначения – математическому моделированию комплекса процессов, протекающих как в самой высокотемпературной среде – плазме, так и в элементах конструкции, обеспечивающих работоспособность технических устройств. Рассмотрены методы аналитического и численного решения систем уравнений различных типов, приведены решения ряда практически важных задач, которые встречаются студентам при выполнении домашних заданий по основным дисциплинам специальностей 140403 и 140505, курсовом и дипломном проектировании. Пособие основано на материалах лекций, семинарских и лабораторных занятий по методам математического моделирования процессов в плазменных установках, проводимых автором в течение ряда лет в МГТУ им. Н.Э. Баумана

Описана волновая аберрация оптической системы аппроксимациями по степенному и ортогональному (в виде полиномов Цернике) базисам. Рассмотрены свойства этих аппроксимаций, а также примеры применения разложения волновой аберрации по ортогональным полиномам Цернике для обоснования выбора прототипа из базы оптических систем и для автоматизированной дискретизации областей зрачка и предмета в процессе оптимизации оптической системы.

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

Рассмотрены устройство и программирование однокристальных микроконтроллеров на примере широко распространенного восьмиразрядного микроконтроллера семейства MCS-51. Предполагаетcя знание первой части учебного пособия «Функции, структура и элементная база систем автоматического управления», в которой заложены основы единого подхода к проектированию механических, электронных и программных компонентов технологического оборудования, и умение постановки четких технических заданий и технических предложений на начальных этапах проектирования.

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.

Рассмотрено численное моделирование течения воздуха в лабиринте в плоской двумерной постановке с применением программного комплекса Star-CD.

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.

Рассмотрен принцип действия, основные погрешности и конструкция динамически настраиваемого гироскопа, приведены методика его испытаний, описание лабораторной установки и пользовательского интерфейса программы обработки результатов экспериментов, а также контрольные вопросы.

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.

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

Приведены краткие теоретические сведения и указания по выполнению домашнего задания по курсу «Электротехника». Для студентов приборостроительных специальностей, выполняющих домашнее задание по курсам «Теоретические основы электротехники» и «Теория электрических цепей».

Рассмотрены типы волн и направляющих структур дискретного и непрерывного типов, в которых волны могут существовать. Показана связь телеграфных уравнений с уравнениями Максвелла. Подробно изучены распределения комплексных амплитуд тока и напряжения внутри непрерывной одномерной направляющей структуры (длинной линии) и ее частотные характеристики.