"мис-рт"-200. Сборник №22 Резонанс в физике, химии и биологии




Скачать 94.15 Kb.
Название"мис-рт"-200. Сборник №22 Резонанс в физике, химии и биологии
Дата публикации09.08.2013
Размер94.15 Kb.
ТипРеферат
vbibl.ru > Физика > Реферат
[Enter Post Title Here]


"МИС-РТ"-200. Сборник №22

Резонанс в физике, химии и биологии

http://www.ikar.udm.ru/pic/f-svg.jpg

Широносов Валентин Георгиевич svg@uni.udm.ru;
Ижевск. Издательский дом "Удмуртский университет", 2000/01. 92c.
http://www.ikar.udm.ru/pic/doc.gifzip/sb22.zip - 856 Кб, http://www.ikar.udm.ru/pic/pdf_doc.gifpdf/sb22.pdf - 1.7 Мб

----Рассмотрены резонансные задачи в различных областях физики, химии и биологии с единой точки зрения – экстремальности резонансных состояний движения в природе. Анализируются задачи динамики движения и удержания атомарных, макроскопических частиц, микро- организмов в неоднородных полях, вне и в условиях резонанса; вопросы динамической устойчивости неустойчивых состояний, бифуркации, хаоса, дискретности, эволюции нелинейных динамических систем, не содержащих в явном виде малый параметр. Изложены основы резонансной теории динамических систем. Отмечены нерешенные проблемы и намечены пути их решения, в частности: шаровой молнии, активированной воды, резонансного воздействия сверхслабых полей на биологические системы, в том числе корреляции между периодами Солнечной активности и процессами, происходящими в это время на Земле.

----На кого рассчитана эта книга? На широкий круг читателей, желающих увидеть лес из-за деревьев. Ее прочтут старшеклассники, студенты, специалисты с высшим образованием и без – все, кто не равнодушен к загадкам окружающей нас удивительной Природы и кто еще не потерял желание и терпение разобраться в них.

----Содержание:

1. Введение.
2. Резонанс в линейных системах. Ловушки для частиц.
2.1. О динамической устойчивости неустойчивых состояний.
2.2. Атомарные ловушки.
2.3. Задачи удержания неточечных магнитных частиц.
2.4. "Проблема 1/R3 " в системе двух диполей.
2.5. Клетки в "атомарных" ловушках.
2.6. Пондеромоторное действие волн на "резонаторы".
^ 3. Резонанс в нелинейных системах.
3.1. Простой метод расчета для нелинейных динамических систем.
3.2. О маятнике П.Л. Капицы вне и в зоне параметрического резонанса.
3.3. Динамическая устойчивость седловых точек в автономных системах.
3.4. Об устойчивости неустойчивых состояний, бифуркации, хаосе нелинейных динамических систем.
3.5. Дискретность, хаос и эволюция в нелинейных динамических системах.
^ 4. Резонансные ловушки.
4.1. Пондеромоторное действие волн на образцы в условиях магнитного резонанса.
4.2. Резонансное удержание тел и частиц с собственным магнитным моментом.
4.3. Задача двух магнитных диполей с учетом уравнений движений их cпинов.
^ 5. Вместо заключения - нерешенные проблемы.
5.1. О природе шаровой молнии.
5.2. Аномальные свойства активированной воды.
5.3. Резонансное воздействие полей на биологические системы.
5.4. Солнце, излучение и жизнь.
Список литературы.
Приложение: Отдельные штрихи история вопроса.

1. Введение.

"Нельзя объять необъятное…"
(Козьма Прутков)
"…но можно по частям и вместе"
(НИЦ "ИКАР", г. Ижевск, http://www.ikar.udm.ru
)

-----Резонансом принято называть явление резкого усиления отклика динамической системы x на внешнее воздействие f=f0coswt, когда частота внешнего воздействия w сравнима с собственной частотой w0 системы, либо с совокупностью частот собственных колебаний системы (nw=∑niw0i, где n, ni целые числа). При этом вынужденные колебания x возникают и поддерживаются в системе за счет внешних аддитивных, либо параметрических воздействий (входящих в уравнения движения аддитивно, либо меняющих параметры системы). В последнем случае колебания, обусловленные внешним воздействием, называются параметрическими.
-----Колебания переменной x происходят с запаздыванием: при малых w<<w0 ~ в фазе с колебаниями внешнего воздействия f (x~ f0coswt/w20); больших w>>w0 в противофазе (-П ) с f (x~ -f0coswt/w2); w=w0 сдвиг фаз между колебаниями x и внешним воздействием -П /2, а амплитуда колебаний x имеет наибольшую величину fQ/ w20, где Q= w0/ ξr - добротность системы при резонансе, а Er - ее диссипация.
-----Заметим, что если динамическая система неавтономна, т.е. в уравнениях движения присутствует явная зависимость от времени, то такую систему можно рассматривать как автономную, введя время в качестве одной из координат фазового пространства. При таком подходе систему, описываемую дифференциальным уравнением второго порядка с внешним воздействием, можно рассматривать как систему с полутора степенями свободы.
-----Интересно отметить, что история развития физики началась фактически с исследования нелинейных уравнений - знаменитой задачи Кеплера. Задача Кеплера содержит типичные атрибуты нелинейной колебательной системы с параметрическим резонансом: зависимость периода обращения планеты вокруг Солнца от параметров орбиты, большое число гармонических составляющих во временных характеристиках текущих координат планет.
-----Последующее развитие теоретической и экспериментальной физики пошло по пути построения линейных физических теорий: теория упругости, электромагнетизм, задачи удержания тел и частиц вне зон параметрического резонанса, квантовая механика и квантовая теория поля. Понадобилось достаточно много времени (с XVII по XX век) [1 146], чтобы стало понятным: идеи линеаризации [1, 2, 4, 6, 13] абсолютно неприменимы для решения многих проблем, с которыми физика постоянно сталкивалась. И в этом смысле сегодня наблюдается возврат к классике.
-----Исторически одними из первых были рассмотрены задачи для линейных динамических систем. Линеарилизация задач привела к "выплескиванию ребенка вместе с водой" - к отсутствию устойчивых состояний движения в зонах резонанса [4 7, 21 27].
-----Позднее были рассмотрены задачи параметрического резонанса с w0= w0f{ ξixk, Sm, t)}, где xk, Sm - трансляционные и вращательные степени свободы, k,m = 1,2, 3N, N - количество степеней свободы [74, 84, 95 97, 112 114, 122, 129, 146].
-----Задачи по изучению движения и удержанию различных частиц, клеток, тел с размерами от микро- до макро- с учетом их характеристик (зарядов, механических, электрических, магнитных моментов, массы) в неоднородных полях имеют почтенную историю и относятся к типичным задачам параметрического резонанса. Это обусловлено тем, что данная проблема периодически возникала при решении различных прикладных задач в различных областях механики, физики, биологии и медицины.
-----Отметим лишь некоторые из них:
а) роботизация пространственное бесконтактное ориентирование, удержание и управление микродеталями при сборке различных устройств, изделий и приборов;
б) селективная сепарация различных порошков (магнитных, ферромагнитных и т.д., в частности для магнитных носителей информации магнитные диски, ленты);
в) сверхчувствительные датчики полей (электромагнитных, акустических, гидродинамических, гравитационных) на основе подвесов;
г) взвешивание, удержание и перемещение различных тел (роторов двигателей, гироскопов, игрушек, транспорта на магнитном подвесе);
д) создание ловушек частиц различного типа с размерами от элементарных до макро- и изучение свойств, динамики отдельных частиц в таких ловушках, включая клетки, электроны, ионы, атомы, молекулы (с дальнейшей их упаковкой на плате - молекулярная технология), электродинамическое удержание плазмы;
e) получение автономных, устойчивых, осциллирующих систем, в частности самоустойчивой плазмы, активированной воды.
Решение подобного класса задач даже в первом приближении наталкивается на серьезные математические и физические проблемы.
-----Основная физическая проблема состояла в том, что в области взвешивания частиц при отсутствии источников поля (электрического, магнитного, гравитационного) могут существовать единственно особые точки седловые. Соответственно для седловых точек в одном направлении частица будет втягиваться в область взвешивания, а в другом выталкиваться. Данная проблема рассматривалась еще Гильбертом (1600) и Ирншоу (1842). Ими был установлен факт неустойчивости равновесия (статической магнитной конфигурации). В статике устойчивое удержание частицы согласно теореме Ирншоу просто невозможно [1].
-----Вывод о нестабильности равновесия уточнил Браунбек [2]. Он показал, что нестабильное равновесие в статике может стать устойчивым в динамике при наличии в системе диамагнитного тела. Однако в связи со слабым проявлением диамагнетизма у обычных веществ (за исключением сверхпроводников) результаты Браунбека не получили широкого практического распространения.
-----Но то, что запрещено в статике, может оказаться разрешенным в динамике (в переменных полях, либо при движении самих частиц в неоднородных полях).
-----В динамике же решение задач в свою очередь наталкивается на многочисленные математические проблемы. Основная проблема состоит в отсутствии общей теории колебаний сильно нелинейных систем при отсутствии малого параметра и в появлении "странных" особенностей даже при рассмотрении достаточно простых модельных систем, таких как аттрактор, хаос [3].
Как правило, в качестве "простой" модельной системы вынужденных колебаний с аддитивным и параметрическим воздействием рассматривается маятник с вибрирующей точкой подвеса. Это обусловлено тем, что соответствующее уравнение:

----------------------------------------------------x '' + ξrx ' + (ξ0 + ξ1cos )sin x - ξ-1cos(τ+φ) cos x = 0, ---------------------------------------------(1)
довольно часто встречается в различных областях физики: механике, электродинамике, физике плазмы и т.д. [3-18]. В частности, для маятника .... (рис.1a). Для частицы с собственным магнитным моментом (рис.1б), ... (подробней... http://www.ikar.udm.ru/pic/doc.gifsb22.zip - 856 Кб, http://www.ikar.udm.ru/pic/pdf_doc.gif1,7 Мб).

 

http://www.ikar.udm.ru/pic/sb22-1.gif

Рис. 1. а) - маятник, б) - диполь в осциллирующих полях.

 

Добавить документ в свой блог или на сайт

Похожие:

\"мис-рт\"-200. Сборник №22 Резонанс в физике, химии и биологии iconПлан работы мбоу сош №2 за март месяц 2013 года Месячник химии, биологии, географии
Организованное начало и проведение месячника химии,биологии,географии. Посещение уроков и мероприятий

\"мис-рт\"-200. Сборник №22 Резонанс в физике, химии и биологии iconСуществует две версии лабораторий
Новое поколение естественно научных лабораторий по физике, биологии, химии и экологии. Комплекс оборудование для проведения широкого...

\"мис-рт\"-200. Сборник №22 Резонанс в физике, химии и биологии iconАнализ работы школьного методического объединения учителей биологии...
Данная тема является актуальной, так как она предусматривает развитие всесторонне развитой и образованной личности, хорошо ориентирующейся...

\"мис-рт\"-200. Сборник №22 Резонанс в физике, химии и биологии iconС. Красносельское
Российской Федерации от 02. 12. 2009 г. №695 в период с 15 октября по 29 октября 2012 года были проведены олимпиады по математике,...

\"мис-рт\"-200. Сборник №22 Резонанс в физике, химии и биологии iconМетодическое объединение учителей биологии, химии, географии мбоу...
Методическое объединение учителей биологии, химии, географии мбоу «Гимназии №37» г. Махачкалы. Опыт и инновации

\"мис-рт\"-200. Сборник №22 Резонанс в физике, химии и биологии iconРабочая программа по физике пояснительная записка
Рабочая программа по физике для 11 класса составлена на основе образовательного стандарта основного общего образования по физике...

\"мис-рт\"-200. Сборник №22 Резонанс в физике, химии и биологии iconДополнительной специальностью биология, имеет высшую квалификацию...
Николаевна 1967 года рождения закончила в 1989 году Тульский государственный педагогический институт им. Л. Н. Толстого по специальности...

\"мис-рт\"-200. Сборник №22 Резонанс в физике, химии и биологии iconЗаседания
Овладение методикой преподавания химии и биологии по учебникам профильного уровня в 11- а классе

\"мис-рт\"-200. Сборник №22 Резонанс в физике, химии и биологии iconКонкурса учителей физики, математики, химии и биологии
От станции метро «Бабушкинская» до пансионата «Клязьма» будут организованы автобусы

\"мис-рт\"-200. Сборник №22 Резонанс в физике, химии и биологии iconТекст задач взять из сборника Аквилева О. В., Толстенева А. А. Сборник...
Текст задач взять из сборника Аквилева О. В., Толстенева А. А. Сборник задач по физике. Электромагнетизм Учебное пособие Н. Н.: Вгипу,...

Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2013
контакты
vbibl.ru
Главная страница