Области применения физики: Применение законов физики в энергетике и строительстве обсудили на форуме в ИРНИТУ

Содержание

Молин Ю.Н. О роли физики в химических исследованиях (1981)

 

В наше время интеграции научных дисциплин вопрос о плодотворности взаимного проникновения соседних наук давно перестал быть дискуссионным. Признанный лидер естествознания XX в. – физика – породил такие пограничные области, как физическая химия, биофизика, астрофизика, геофизика, где совершались и совершаются важнейшие научные события. Глядя на это многообразие пограничных дисциплин, невольно задаешься вопросом, являемся ли мы свидетелями многочисленных плодотворных союзов четко очерченных основных наук или на наших глазах рождаются новые области, которые грозят вырасти до размеров наук, их породивших, и привести к пересмотру существующей классификации системы наук.

Я далек от того, чтобы пытаться дать ответ на этот вопрос. Моя цель – на примере физической химии проследить некоторые тенденции развития этой пограничной области.

В иерархии основных наук, данной Ф.

Энгельсом, химия непосредственно соседствует с физикой[1]. Это соседство и обеспечило ту быстроту и глубину, с которой многие разделы физики плодотворно вклиниваются в химию. Может быть, более точно было бы даже говорить не о соседстве, а о том, что химия окружена физикой со всех сторон. Действительно, предмет химии – вещество и его превращение, или, имея в виду структурный уровень организации, – молекулы и их превращения. Химия граничит, с одной стороны, с макроскопической физикой – термодинамикой, физикой сплошных сред, а с другой – с микрофизикой – статистической физикой, квантовой механикой.

Общеизвестно, сколь плодотворными эти контакты оказались для химии. Термодинамика породила химическую термодинамику – учение о химических равновесиях. Статистическая физика легла в основу химической кинетики – учения о скоростях химических превращений. Квантовая механика вскрыла сущность периодического закона Менделеева. Современная теория химического строения и реакционной способности – это квантовая химия, т.

е. приложение принципов квантовой механики к исследованию молекул и их превращений.

Было бы неправильным утверждать, что применение физики к химическим проблемам всегда и немедленно приводило к плодотворным результатам. Известно, например, что различные попытки применить физические подходы к объяснению сущности гетерогенного катализа закончились в целом безрезультатно. Эти неудачи, на мой взгляд, указывают лишь на упрощенный характер применявшихся подходов к такой сложной проблеме, как катализ. Не вызывает, однако, сомнений, что в будущем физика элементарного каталитического акта станет важнейшим звеном в создании картины катализа.

Еще одним свидетельством плодотворности влияния физики на химическую науку является все расширяющееся применение физических методов в химических исследованиях. Поразительный прогресс в этой области особенно отчетливо виден на примере спектроскопических методов. Еще совсем недавно из бесконечного диапазона электромагнитных излучений химики использовали лишь узкую область видимого и примыкающего к нему участков инфракрасного и ультрафиолетового диапазонов.

Открытие физиками явления магнитного резонансного поглощения привело к появлению спектроскопии ядерного магнитного резонанса, наиболее информативного современного аналитического метода и метода изучения электронного строения молекул, и спектроскопии электронного парамагнитного резонанса, уникального метода изучения нестабильных промежуточных частиц – свободных радикалов. В коротковолновой области электромагнитных излучений возникла рентгеновская и гамма-резонансная спектроскопия, обязанная своим появлением открытию Мессбауэра. Освоение синхротронного излучения открыло новые перспективы развития этого высокоэнергетического раздела спектроскопии.

Казалось бы, освоен весь электромагнитный диапазон, и в этой области трудно ждать дальнейшего прогресса. Однако появились лазеры – уникальные по своей спектральной интенсивности источники – и вместе с ними принципиально новые аналитические возможности. Среди них можно назвать лазерный магнитный резонанс – быстро развивающийся высокочувствительный метод регистрации радикалов в газе. Другая, поистине фантастическая возможность – это штучная регистрация атомов с помощью лазера – методика, основанная на селективном возбуждении, позволяющая зарегистрировать в кювете всего несколько атомов посторонней примеси. Поразительные возможности для изучения механизмов радикальных реакций дало открытие явления химической поляризации ядер.

Сейчас трудно назвать область современной физики, которая бы прямо или косвенно не оказывала влияние на химию. Взять, например, далекую от мира молекул, построенного из ядер и электронов, физику нестабильных элементарных частиц. Может показаться удивительным, что на специальных международных конференциях обсуждается химическое поведение атомов, имеющих в своем составе позитрон или мюон, которые в принципе не могут дать устойчивых соединений. Однако уникальная информация о сверхбыстрых реакциях, которую такие атомы позволяют получать, полностью оправдывает этот интерес.

Оглядываясь на историю взаимоотношений физики и химии, мы видим, что физика играла важную, подчас решающую роль в развитии теоретических концепций и методов исследования в химии. Степень признания этой роли можно оценить, просмотрев, например, список лауреатов Нобелевской премии по химии. Не менее трети в этом списке – авторы крупнейших достижений в области физической химии. Среди них – те, кто открыл радиоактивность и изотопы (Резерфорд, М.Кюри, Содди, Астон, Жолио-Кюри и др.), заложил основы квантовой химии (Полинг и Малликен) и современной химической кинетики (Хиншельвуд и Семенов), развил новые физические методы (Дебай, Гейеровский, Эйген, Норриш и Портер, Герцберг).

Другим критерием роли физики в современных химических исследованиях может служить объем работ, выполняемых в области физической химии. Известно, что в развитых капиталистических странах, например в США, этот объем весьма велик как в абсолютной величине, так и в относительной доле. Растут объемы и номенклатура журналов этого профиля.

В нашей стране из почти 30 институтов химического профиля Академии наук СССР и около 50 институтов АН союзных республик около 10 институтов можно отнести к институтам физико-химического профиля.

Кроме того, надо принять во внимание, что практически во всех химических институтах имеются крупные физико-химические отделы или отделы физических методов. Институт химической физики – лидер в этой области – крупнейший по численности химический институт в нашей стране.

В целом в мировой науке долю физической химии среди химических наук легко оценить, обратившись к реферативным журналам. Картина здесь получается такая. Физическая химия далеко опережает такие « основные» разделы химии, как неорганическая, аналитическая и даже органическая. Лишь биохимия, которая в последнее время резко вырвалась вперед, сравнивается сейчас с физической химией по числу публикаций. Этот приоритет физической химии в науке в развитых в техническом отношении странах еще выше.

Возникает вопрос, не следует ли рассматривать сложившиеся объемы как временную диспропорцию, например, дань моде? Можно отметить несколько обстоятельств, которые, на наш взгляд, в ближайшее время будут и дальше увеличивать относительную роль физики в химических исследованиях.

Одно из них связано с логикой развития самой химической науки. Если на ранних этапах развития химии центральными теоретическими вопросами были проблемы состава вещества и структуры химических соединений, то сейчас на первом месте – механизм химического превращения. Прогресс в этой области связан с изучением нестабильных промежуточных частиц и наименее пока доступного образования – переходного состояния. Задачи такого исследования не могут быть решены иначе, как подходами и методами физики. Ведущим теоретическим методом здесь будет метод квантовой химии, а методами экспериментального исследования – физические методы, в частности методы изучения сверхбыстрых процессов.

Второе обстоятельство связано со все большим развитием в последнее время физических методов стимулирования химических реакций. Здесь появились и быстро развиваются такие области, как радиационная химия, фотохимия, лазерная фотохимия, плазмохимия, химия ударных волн, химия сверхнизких температур и т.

д. Конечно, эти подходы не заменяют и не заменят в ближайшее время традиционные химические методы синтеза. Однако в ряде случаев они дают или готовы дать вполне конкурентоспособные процессы в технологии. Всем известно использование ионизирующих излучений для модификации полимеров или инициирования цепных процессов, применение плазмотронов в технологии неорганических материалов. На пути внедрения таких методов можно ждать появления новых подходов к решению проблемы повышения селективности – одной из центральных проблем химической технологии. Совсем недавно появилась лазерная фотохимия, и она уже открыла возможность разделять изотопы более эффективно, чем это делают известные методы. Технологическое применение лазерной фотохимии – дело времени. Не стоит забывать и о том, что наша промышленная химия основана па использовании высокоэнергетических, накопленных на Земле веществ. По мере истощения этого сырья исполъзование физической энергии, физических методов стимулирования может стать возможной альтернативой.

Наконец, следует иметь в виду и то решающее значение, которое начинает играть в развитии науки производительность труда ученого. Физические методы сыграли и продолжают играть в этом отношении в химии революционизирующую роль. Достаточно сравнить, например, время, которое затрачивал химик-органик на установление строения синтезированного соединения химическими средствами и которое он затрачивает теперь, владея арсеналом физических методов. Несомненно, что этот резерв применения достижений физики используется далеко не достаточно.

Подведем некоторые итоги. Мы видим, что физика во все большем масштабе и все более плодотворно вторгается в химию. Физика вскрывает сущность качественных химических закономерностей, снабжает химию совершенными инструментами исследования. Растет относительный объем физической химии, и не видно причин, которые могут замедлить этот рост. Все эти обстоятельства породили среди физиков крайнюю точку зрения, что химию и физику нельзя больше рассматривать как две раздельные пауки.

Вместе с тем столь же очевидно, что химия не утратила спой предмет исследования – молекулы и их превращения. Качественное своеобразие и сложность мира молекул подчеркивают отнюдь не только «чистые» химики. Н.Н.Семенов пишет: «Число химических соединений – ныне известных – и тех, которые еще будут открыты, практически безгранично. Было бы совершенно безнадежно, да и бессмысленно, пытаться понять строение каждой молекулы независимо, в отрыве от всех других. К счастью, многообразие свойств химических соединений поддается четкой классификации по гомологическим рядам и т.д.»[2] Сходные мысли высказывали Хиншельвуд, Фейнман и др.

Положение, которое сложилось сейчас в химии, как, впрочем, и в других науках, можно охарактеризовать следующим образом. Не вызывает сомнения, что каждая из основных наук имеет четко очерченный предмет исследования, связанный со степенью сложности уровня организации материи. Для химии – это молекулы и их превращения. Вместе с тем становится все более плодотворным взаимное обогащение пограничных областей теоретическими и методическими концепциями. Это – объективное отражение единства окружающего нас мира. В связи с этим неизбежно, что физикой будет пронизана вся химическая наука, или, если смотреть со стороны химии – химия максимально использует всю мощь современной физики. Эти же процессы успешно протекают сейчас в таких пограничных науках, как молекулярная биология, космическая химия, где достигнуты поразительные успехи. Однако физическая химия является все же наиболее ярким примером глубокого и всестороннего слияния наук.

Ю.Н.МОЛИН, член-кор. АН СССР


    [1] Маркс К., Энгельс Ф. Соч. 2-е изд., т.20.
    [2] Семенов Н.Н. Наука и общество, М., 1973.

Международная конференция «Достижения и применения физики плазмы» (Advances and Applications in Plasma Physics) AAPP 2019

Начало 18 Сентября 2019

Конец 20 Сентября 2019

Адрес:

Санкт-Петербург, ул. Политехническая, д. 29, Научно-исследовательский корпус

Плазма – так называемое четвертое агрегатное состояние вещества, в котором атомы ионизуются, образуя газ из заряженных частиц. Несмотря на достигнутый за последние десятилетия впечатляющий прогресс в понимании плазмы, физики по-прежнему сталкиваются с множеством интересных задач, особенно, когда речь идет о конструкторских разработках для ряда практических применений.

Цель конференции, проводимой Nature совместно с Санкт-Петербургским политехническим университетом Петра Великого, – обеспечить платформу для обсуждения новейших достижений между учеными, работающими в разных областях физики плазмы, а также способствовать новым открытиям, расширению фундаментальных знаний и поиску новых практических применений в этой захватывающей области исследований.

Конференция призвана объединить экспертов и молодых ученых из разных областей физики плазмы, включая термоядерный синтез, физику космической плазмы, использование плазмы в промышленности, пылевую плазму, взаимодействие лазерного излучения и плазмы. Мы надеемся, что общение в рамках конференции сблизит экспериментаторов и теоретиков, а также поможет созданию новых связей между различными научными сообществами в области физики плазмы.

Основные разделы

  • Термоядерный синтез
  • Низкотемпературная плазма
  • Астрофизическая плазма
  • Лазерная плазма

Важные даты

  • 1 апреля – закрытие ранней регистрации
  • 1 июня – решение по принятию доклада
  • 20 мая – закрытие подачи тезисов
  • 9 сентября – закрытие регистрации

Подача тезисов

Тезисы принимаются до 20 мая 2019

Участники конференции могут подать тезисы для рассмотрения. На их основании программный комитет осуществляет отбор устных и постерных докладов.

Внимание: Прежде чем подать тезисы, необходимо зарегистрироваться. Тезисы, поданные без регистрации, не рассматриваются.

Руководстов по оформлению тезисов.

Место проведения

Конфренция проходит в новом научно-исследовательском корпусе СПбПУ, оснащенном всем необходимым для проведения конференции. Он находится в центре университетского кампуса на севере города в пешей доступности от метро Политехническая.

Санкт-Петербург – один из красивейших городов России и Европы, его исторический центр включен в список всемирного наследия ЮНЕСКО.

Мы рекомендуем участникам конференции бронировать проживание в гостиницах в центре города, возле станций метро красной линии – это позволит вам насладиться красотами Санкт-Петербурга, при этом тратя на дорогу до места проведения конференции около 20 минут.

Координатор конференции

  • Александра Колгатина
  •  [email protected]
  •  +7 (812) 294-22-85
  •  Политехническая, 29, НИК, B 3.17, Санкт-Петербург, Россия
  •  10:00 – 18:00 МСК

Официальный сайт конференции.

Поделиться записью

Кафедра теоретической физики

БАКАЛАВРИАТ ПО НАПРАВЛЕНИЮ 03.03.02 ФИЗИКА

Кафедра осуществляет подготовку бакалавров по направлению 03.03.02 «Физика», профиль «Фундаментальная физика», «Возобновляемая энергия» (академический бакалавриат) и готовит к следующим видам профессиональной деятельности:

·         научно-исследовательская;

·         научно-инновационная;

·         организационно-управленческая;

·         педагогическая и просветительская.

Форма и срок обучения: очная – 4 года.

Вступительные испытания – результаты ЕГЭ по физике, математике, русскому языку.

Область профессиональной деятельности выпускников, освоивших программу бакалавриата включает все виды наблюдающихся в природе физических явлений, процессов и структур.

Объектами профессиональной деятельности выпускников, освоивших программу бакалавриата, являются:

·         физические системы различного масштаба и уровней организации, процессы их функционирования;

·         физические, инженерно-физические, биофизические, химико-физические, медико-физические, природоохранительные технологии;

·         физическая экспертиза и мониторинг.

Программа ориентирована на подготовку высококвалифицированных физиков, специализирующихся в области разработки, развития и применения современных аналитических и численных методов решения задач теоретической и математической физики, физики конденсированных сред, квантовой теории, космологии и физики высоких энергий, гидродинамики, способных ставить и решать сложные задачи теоретической физики.

 

МАГИСТРАТУРА ПО НАПРАВЛЕНИЮ 03.04.02 ФИЗИКА, профиль «Теоретическая и математическая физика»

Кафедра готовит магистров по направлению 03.04.02 «Физика», что является следующей ступенью в образовательном процессе после получения диплома бакалавра.

Форма и срок обучения: очная – 2 года.

Вступительные испытания: собеседование по профилю.

Краткая характеристика профиля: готовит высококвалифицированных физиков, специализирующихся в области разработки, развития и применения современных аналитических и численных методов решения задач теоретической и математической физики, физики конденсированных сред, квантовой теории, космологии и физики высоких энергий, гидродинамики, способных ставить и решать сложные задачи теоретической физики.

Возможное место работы и занимаемые должности: Государственные и частные научно-исследовательские и производственные организации, учреждения системы высшего и среднего профессионального образования, организации, занимающиеся инновационной деятельностью, IT –специализированные организации и др. Может занимать должности: физик, физик-теоретик, научный сотрудник, преподаватель физики, математики, информатики  в образовательной организации, лаборант, инженер, заведующий лабораторией, программист и др.

 

МАГИСТРАТУРА ПО НАПРАВЛЕНИЮ 03.04.02 ФИЗИКА, профиль «Современные материалы в энергетике и возобновляемая энергия»

Форма и срок обучения: очная – 2 года.

Вступительные испытания: собеседование по профилю.

Ключевые моменты:

•                 Первый год обучения на базе СВФУ

•                 Второй год обучения на базе Университета Сержи Понтуаз, Франция

•                 Получение двух дипломов магистра – Университета Сержи Понтуаз и СВФУ

•                 Образование по магистерской программе с двойным дипломированием расширяет шансы на трудоустройство в ведущих научных, образовательных, наукоемких и других учреждениях.

Магистратура является оптимальной формой подготовки в аспирантуру, поскольку обеспечивает академическую, методологическую и методическую готовность к самостоятельной научно-исследовательской работе.

Где и на каких должностях смогут быть трудоустроены выпускники программы

Государственные и частные научно-исследовательские и производственные организации России и европейских стран (лаборант, инженер, заведующий лабораторией, программист, научный сотрудник), связанные с решением физических проблем и создания новых материалов для инновационной энергетики ; учреждения системы высшего и среднего профессионального образования, среднего общего образования (лаборант, инженер, программист, научный сотрудник, заведующий лабораторией, заведующий кабинетом, преподаватель, руководящие должности). Магистры могут поступить в аспирантуру СВФУ, Университета Сержи Понтуаз, ЯНЦ СО РАН.

 

МАГИСТРАТУРА ПО НАПРАВЛЕНИЮ 03. 04.02 ФИЗИКА, профиль «Конвергенция: наукоемкие технологии:

Форма и срок обучения: очная – 2 года.

Вступительные испытания: собеседование по профилю.

Отличительная особенность программы

Обучение проводится на английском языке. Дисциплинарный пакет программы отличается адаптацией к вызовам изменяющихся условий деятельности в глобальном мире и сфокусирована на создание предпосылок для свободного владения английским языком, понимания национального и культурного контекста других стран и  специфику работы в соответствующих отраслях стран-партнеров, развития эстетического вкуса. Выпускники нацелены на создание междисциплинарных проектов, которые можно превратить в стартапы и создавать новые виды наукоемкого предпринимательства.

Преподаватели: из университета ИНХА, Южная Корея, Национального университета Ганнын-Вонджу, Южная Корея; ИЗФИР СВФУ (носители языка), ФТИ СВФУ

Где и на каких должностях смогут быть трудоустроены выпускники программы?

Государственные и частные производственные и научно-исследовательские организации, а также технологические компании РФ, Южной Кореи и других стран. Выпускники смогут занимать инженерные, исследовательские должности. С приобретением опыта они будут востребованы как руководители. Также выпускники смогут поступать в аспирантуры ведущих зарубежных университетов.

 

АСПИРАНТУРА ПО НАПРАВЛЕНИЮ 03.06.01 ФИЗИКА И АСТРОНОМИЯ

Кафедра имеет программу аспирантуры по направлению 03.06.01 «Физика и астрономия», направленность 01.04.02 «Теоретическая физика». Целью образовательной программы является подготовка научных и научно-педагогических кадров высшей квалификации по профилю.

Форма и срок обучения: очная – 4 года.

Вступительные испытания: собеседование по профилю.

Область профессиональной деятельности выпускников, освоивших программу аспирантуры, включает решение проблем, требующих применения фундаментальных знаний в области физики и астрономии.

Объектами профессиональной деятельности выпускников, освоивших программу аспирантуры, являются: физические системы различного масштаба и уровней организации, процессы их функционирования, физические, инженерно-физические, биофизические, физико-химические, физико-медицинские и природоохранительные технологии, физическая экспертиза и мониторинг.

Виды профессиональной деятельности, к которым готовятся выпускники, освоившие программу аспирантуры:

-научно-исследовательская деятельность в области физики и астрономии;

-преподавательская деятельность в области физики и астрономии. 

Главная страница

О КАФЕДРЕ

ИСТОРИЯ КАФЕДРЫ

Кафедра физики ускорителей высоких энергий физического факультета МГУ образована в 1987 году в результате разделения кафедры ядерных взаимодействий и ускорителей, которую возглавлял Андрей Александрович Коломенский, на две – кафедру общей ядерной физики и кафедру физики ускорителей высоких энергий. Заведующим кафедрой физики ускорителей высоких энергий был назначен профессор, лауреат Государственной премии СССР Адо Юрий Михайлович – один из ведущих специалистов в стране по созданию ускорителей высоких энергий. Заместителем заведующего кафедрой был назначен доцент Яров Алексей Сергеевич. Базовым центром подготовки студентов кафедры стал институт физики высоких энергий (ИФВЭ) в г. Протвино.
В 1996 году заместителем заведующего кафедрой был назначен выпускник кафедры ядерных взаимодействий и ускорителей, доцент кафедры общей ядерной физики Александр Петрович Черняев. В 2006 году, после ухода на пенсию Ю.М. Адо, заведующим кафедрой стал профессор А.П.Черняев. С 2011 года кафедра ФУВЭ была официально переименована в кафедру физики ускорителей и радиационной медицины.
Начиная с 1998 года кафедра ежегодно проводит летнюю практику в Объединенном Институте Ядерных Исследований (ОИЯИ, г. Дубна), для проведения которой приглашаются специалисты из ОИЯИ, МГУ и других ведущих научных центров России.
Лучшие студенты кафедры отправляются на стажировку в научные центры США и Европы. Студенты кафедры выполняют дипломные работы в Национальной Лаборатории им. Ферми, Брукхейвенской Национальной Лаборатории, в лабораториях Мичиганского Университета, ЦЕРНа, Национального Института Ядерной Физики Италии и др.
За последние 3 года студенты и аспиранты кафедры стали соавторами более 80 печатных работ, ими сделано более 50 докладов на различных конференциях и школах.
Лекционные курсы студентам кафедры читают преподаватели физического, биологического, химического факультетов, факультета фундаментальной медицины, ведущие ученые Института физики высоких энергий (ИФВЭ, г. Протвино), ИТЭФ, Первого МГМУ им. И.М. Сеченова, ГНЦ «Института биофизики», МНИОИ им. П.А. Герцена, РОНЦ им. Н.Н. Блохина РАМН. Профессорско-преподавательский состав включает 10 докторов наук и 7 кандидатов наук. Особое внимание уделяется практической подготовке студентов. Студенты выполняют лабораторные работы на базе комплекса протонно-лучевой терапии ИТЭФ (г. Москва), в МНИОИ им. П.А. Герцена, в ИФВЭ (г. Протвино).

Области применения нейтронного рассеяния

· Наноматериалы

Структурные исследования в рамках развития синтеза новых наноматериалов, свойства которых определяются особенностями сторения на наноуровне, являются одним из самых перспективных направлений применения нейтронного рассеяния. Особое значениепри этом играет возможность одновременного использования изотопного замещения водород/дейтерий в исследуемом веществе и магнитного рассеяния нейтронов для изучения магнитных систем.

Поведение комплексных наноматериалов часто определяется ключевыми компонентами, которые присутствуют в очень малых объемных долях. Детальныеисследования внутренней структуры необходимы для изучения поведения отдельного компонента в многокомпонентных формоструктурах, таких как моющие средства, пищевые добавки, косметика и многие другие.

 

· Полимеры и эластомеры

Одно из самых перспективных направлений в современной химии и физике полимеров – создание магнитных композиционных полимеров, способных заменить обычные металлические магнитные материлы. Преимущества использования магнитных композиционных материалов обусловлены рядом факторов, таких как легкость обработки, небольшой вес и низкая себестоимость.

 

· Кристаллические материалы со специальными свойствами

Важнейшим фактором развития всех отраслей промышленности, энергетики,  медицины, информационных технологий является синтез новых наносистем и материалов с уникальными, заранее заданными свойствами, способных изменять свои свойства и структуру в зависимости от условий окружающей среды и контролируемых внешних воздействий.

Недавно были синтезированы новые оксидные материалы, обладающие целым рядом уникальных свойств, среди которых высокотемпературная сверхпроводимость, эффект колоссального магнетосопротивления, сегнетоэлектричество; они открывают широкие перспективы для их разнообразного технологического применения в энергетике, электронике, компьютерных технологиях. Нейтронографические исследования являются самым прецизионным методом структурного анализа материалов, содержащих легкие атомы. С их помощью удалось выявить микроскопический базис физических свойств этих соединений, основанный на уникальных особенностях кристаллической и магнитной структуры.

 

· Композиционные и керамические материалы

В современных технологиях зачастую требуется применение материалов с уникальным набором свойств, которыми не обладают отдельно взятые химические соединения. Решение данной проблемы достигается изготовлением композиционных и керамических материалов, состоящих из компонентов, которые по отдельности обладают необходимым набором свойств. Механические и другие свойства таких материалов в значительной степени зависят от характера распределения внутренних напряжений, связанных с межфазными границами, микротрещинами, дислокациями, точечными дефектами.

В последнее время интенсивно развивается нейтронная дифрактометрия внутренних напряжений. В отличие от традиционных методов, нейтроны могут проникать в материал на глубину до 2 – 3 см для сталей и до 5 см для алюминия. В случае многофазного материала (композиты, армированные материалы, керамики, сплавы) нейтроны дают информацию о распределении напряжений для каждой фазы отдельно.

 

· Инженерная диагностика

Большая глубина проникновения нейтронного излучения в вещество по сравнению с другими типами излучений дает широкие возможности нейтронной дифрактометрии внутренних напряжений для неразрушающего контроля объемных инженерных изделий из конструкционных материалов.

В процессе эксплуатации объемных инженерных конструкций и изделий вследствие воздействия циклических нагрузок происходит накопление остаточных напряжений, что вызывает потенциальную опасность разрушения отдельных деталей конструкции.

Определение остаточных напряжений с помощью методов рассеяния нейтронов имеет огромное значение как для диагностики готовых инженерных изделий, так и для отработки технологии создания инженерных изделий с повышенной износостойкостью.

 

· Молекулярная биология и фармокология

В последнее время методы нейтронного рассеяния все больше используются для решения биомедицинских проблем, в частности, связанных с переносом лекарственных препаратов в биологических средах. Внедрение лекарства в живой организм через кожный покров с помощью различных кремов и косметики является амбициозным направлением развития современной фармацевтики. Для транспортировки лекарств через кожный покров крайне важна информация о строении липидной мембраны Stratum Corneum, самого верхнего слоя эпидермиса кожи человека. В отличие от большинства биологических мембран, состоящих из фосфолипидов, основой данной мембраны являются церамиды, которые затрудняют проникновение лекарственных препаратов в организм человека через кожный покров.

Дифракция нейтронов позволяет с высокой точностью определять структуру мембраны Stratum Corneum и отслеживать проникновение в нее различных веществ.

 

· Геофизика и науки о Земле

Относительно новой областью применения нейтронных методов является геофизика и науки о Земле. Для предсказания землетрясений и извержений вулканов, изучения изменений рельефа земной поверхности и океанического дна, решения прикладных задач, например, обоснования выбора мест для строительства глубинных хранилищ радиоактивных отходов, необходима информация о деформациях и напряженном состоянии горных пород. Для получения этой информации в настоящее время широко используется нейтронографический текстурный анализ, который позволяет с высокой точностью исследовать кристаллографические текстуры относительно больших крупнозернистых образцов горных пород, т.е. дает информацию о преимущественнойпространственной ориентировке кристаллических решеток зерен по всему минеральному ансамблю.

 

Взято из открытых источников.

Skoltech Центр перспективных исследований

Цель создания и деятельности Центра перспективных исследований Сколковского института науки и технологий заключается в развитии признанной во всем мире советской и российской школы математики и теоретической физики, в воспитании нового поколения ученых путем интеграции образования и исследовательской деятельности, в создании инновационной модели обучения, которая позволит включить ведущих российских и зарубежных ученых в образовательный процесс


МАТЕМАТИЧЕСКАЯ ФИЗИКА КАК ОБЛАСТЬ НАУКИ

Дать краткое и всеобъемлющее определение предмета исследований математической физики трудно, а в силу ее динамичности – практически невозможно. Развитие физики ― в первую очередь физики высоких энергий в конце прошлого века ― потребовало для решения стоящих задач использования аппарата таких нетрадиционных областей математики, как алгебраическая геометрия, симплектическая геометрия, топология и даже теория категорий ― одна из, казалось бы, наиболее абстрактных областей математики. При этом теоретическая физика не только “использовала” новейшие математические теории ― она привнесла во многие разделы чистой математики “физическую интуицию” и методы теоретической физики.

Такое взаимовыгодное сотрудничество привело к бурному прогрессу как в самой физике, так и в чистой математике. Поэтому с определенной долей условности можно сказать, что современная математическая физика — это наука, возникшая на стыке физики и математики, в которой происходит взаимопроникающий и взаимообогащающий синтез идей и вырабатываются новые методы исследований как физических, так и чисто математических теорий. Занятия математической физикой требуют удвоенных знаний и, что может быть более трудным, владения двумя языками — языком физики и языком математики, а это все-таки языки разные.

ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ПРОГРАММА

Хорошо известно, что легче всего новые языки усваивают дети, и чаще всего билингвы вырастают в семьях, в которых родители говорят на разных языках. Лет десять тому назад в Institute for Advanced Studies (Принстон) была предпринята попытка “научить математиков физике”: собрали ряд выдающихся математиков, которым ряд выдающихся физиков читали лекции, а затем заставляли их решать задачи. На мой взгляд, наибольшую пользу от этого эксперимента получили аспиранты и совсем молодые постдоки, которые тоже принимали в нем участие.

Наша магистерская программа по математической физике — это попытка создать среду, в которой студенты с самых первых шагов обучаются одновременно двум языкам. Насколько мне известно, за рубежом таких программ нет. В России есть такая программа — на факультете математики Высшей школы экономики. Но конкуренции между этими программами нет ― скорее, они дополняют друг друга. Организационно обе программы объединены соглашением между Сколтехом и ВШЭ в единую образовательную программу.

ПЕРСПЕКТИВЫ

Два года магистратуры — это слишком короткий срок, для того чтобы освоить тот широчайший спектр знаний, необходимых для занятий математической физикой, и полноценно включиться в исследовательскую работу. Поэтому наша магистерская программа строится как первая ступень того, что в западных университетах называется PhD-программой, второй ступенью которой является аспирантура. Не все захотят и смогут идти до конца, но в этом смысле Сколтех с его многодисциплинарностью является идеальным местом, в котором после окончания магистратуры каждый сможет найти область применения тех знаний, которые он получит. Успешные выпускники нашей магистерской программы могут рассчитывать не только на продолжение учебы в нашей аспирантуре, но и, мы надеемся, окажутся востребованными и в ведущих научных центрах за рубежом.

ОСОБЕННОСТИ ОБУЧЕНИЯ

Программа нацелена прежде всего на подготовку исследователей в области математики, а также дает глубокие познания в математической физике и предоставляет возможность детально изучить фундаментальные модели современной теоретической физики. Предполагается участие студентов в исследовательских проектах вместе с известными специалистами и преподавателями, а также с нашими приглашенными зарубежными коллегами. Планируется, что ряд ведущих зарубежных ученых будут не просто приезжать и читать циклы лекций, а станут полноценными участниками учебного процесса и будут руководить нашими студентами. Центром студенческой научной жизни являются обязательные научные семинары и обязательное участие в работе летних и зимних научных школ.

Дмитрий Ливанов: «Физика — это наука, формирующая мировоззрение»

14 октября 2019 года в НИТУ «МИСиС» при содействии Городского методического центра прошел семинар для московских учителей «Знакомьтесь: наш мир. Физика всего на свете». Спикерами выступили Дмитрий Ливанов, российский государственный деятель, доктор физико-математических наук, лауреат премии Правительства РФ в области образования и почетный работник общего образования РФ, обладатель диплома «Золотой фонд прессы», дважды лауреат конкурса «Грант Москвы» Сергей Волков.

Как увлечь современного школьника изучением физики? Как сделать уроки физики интересными? Как в простой и увлекательной форме рассказать о сложных физических явлениях? Как повысить мотивацию школьников к изучению физики и расширить научный интерес среди молодёжи? Эти и другие вопросы популяризации физических знаний обсуждались в формате открытого семинара, собравшего более двухсот московских преподавателей, учителей организаций общего и среднего профессионального образования, а также представителей пяти филиалов НИТУ «МИСиС».

Дмитрий Ливанов, профессор и физик-теоретик, в начале своего выступления процитировал знаменитого английского физика и космолога Стивена Хокинга «Школьная наука часто преподается в сухой и неинтересной форме. Дети учатся механически запоминать, чтобы сдать экзамен и не видят связи науки с окружающим миром». Вклад в решении этой проблемы профессор Ливанов внес, представив свою новую книгу «Знакомьтесь: наш мир. Физика всего на свете», научно-популярную работу, адресованную школьникам старших классов и студентам.

По словам Ливанова, в настоящее время всего 25% выпускников российских школ выбирают физику в качестве экзаменационного предмета ЕГЭ, однако потенциально эта цифра может быть гораздо выше. Формальное, оторванное от реальности и перегруженное формулами и математическим аппаратом изложение физики в современной школе — тому виной. Помимо этого, в общественном сознании силен стереотип о том, что гуманитарные предметы доступнее и проще для изучения, а в недавнем прошлом с профессиями, вытекающими из гуманитарных знаний, прочно был связан ярлык престижности.

«Особое значение физики для развития цивилизации в том, что, во-первых, — описывая и объясняя явления природы, она формирует научную картину мира современного человека, — подчеркнул Ливанов. — Во-вторых, именно физика определяет технологическое развитие человечества. Все, чем отличается современная цивилизация от обществ прошлых веков, появилось в результате применения на практике физических открытий: исследования в области электромагнетизма привели к появлению бытовых приборов, мобильных телефонов и интернета, механика и термодинамика позволили создать автомобили и поезда, развитие физики полупроводников привело к появлению компьютеров, а аэродинамики — самолетов».

Однако Дмитрий Ливанов обозначил, что гуманитарные науки при глубоком и профессиональном подходе не менее важны, поскольку, в отличие от физики с ее законами окружающего мира, изучают и описывают закономерности, по которым живет и развивается человеческое сообщество.

Сергей Волков, учитель русского языка и литературы, в течение многих лет преподающий у учащихся профильных физико-математических лицеев и школ с углубленным изучением этих дисциплин, отметил, что именно такие дети обладают особым чутьем и интересным, нестандартным взглядом на литературу. К примеру, в стихотворении М.Ю. Лермонтова «Выхожу один я на дорогу…» один из его учеников увидел не что иное, как зарождение пространства. «Я» здесь играло роль точки, дорога — луча, разговор с Богом — вертикальную ось системы координат, зарождение плоскости, а разговор звезд — третье измерение пространства.

«Физика — это уникальный школьный предмет, объясняющий чудеса, и сами физики смотрят на мир очень интересно, — подчеркнул Сергей Волков. — Общим принципом, объединяющим такие разные предметы как физика и литература, на мой взгляд, выступает драма. Драма людей — и драма идей. Поэт и физик оба изучают нашу Вселенную, просто с разных точек зрения, и обе дополняют друг друга».

В результате дискуссии участники семинара пришли к общим выводам, что извечный спор физиков и лириков не имеет смысла, поскольку для становления и развития гармоничной личности безусловно важно и то, и другое. Образный аппарат гуманитарных предметов в школах целесообразно использовать при изучении точных естественных наук, максимально приближать задачи к практическим ситуациям.

Применение физики в повседневной жизни – научный мир

Применения физики в повседневной жизни многочисленны. Мы используем физику в нашей повседневной деятельности, такой как прогулки, игры, просмотр, слушание, резка, приготовление пищи, а также открытие и закрытие вещей. Давайте посмотрим на основные области применения физики!

Приложения физики

Каковы приложения физики в повседневной жизни?

У физики есть множество приложений в повседневной жизни.Важность физики подчеркивается многочисленными приложениями физики в нашей повседневной жизни.

Физика – это отрасль науки, которая изучает материю, ее природу и свойства, а также занимается теплом, механикой, светом, электричеством, магнетизмом, формой атомов и звуком.

Физика – это наука, которая задает основные вопросы о жизни и находит ответы посредством наблюдений и экспериментов. Физики пытаются ответить на фундаментальные вопросы жизни с помощью чисто наблюдательных и исследовательских методов.В свою очередь, они придумывают открытия и изобретения, которые улучшают наш образ жизни благодаря их технической поддержке.

Сегодня мы находим приложения физики в таких изобретениях, как мобильные телефоны, компьютерные приложения, игровые консоли, DVD-плееры и другие электронные продукты.

Существуют различные разделы физики, которые должны знать все студенты, изучающие STEM. Физика внесла свой вклад в огромный технический прогресс и революцию в области знаний, которая позволила ученым найти более простой способ выполнять все повседневные действия.Например, медицинские инструменты, такие как рентгеновские лучи или лазерные операции, были бы невозможны без этой области науки. Он также присутствует в большинстве повседневных предметов, таких как телефоны, телевизоры и почти все электронные устройства.

Без физики самолеты не могут летать, машины не могут двигаться, а здания нельзя строить. Практически все так или иначе связано с физикой.

Основные области применения физики

Применения физики в повседневной жизни многочисленны.Основные области применения физики могут включать следующее:

В области транспорта и движения

Движение всех тел основано на наличии внешней силы, действующей на них, как указано в Законах Ньютона, которые описывают взаимосвязь. между движением тел и действующей на них внешней силой.

Есть много приложений, которые не могут быть ограничены законами движения, которые люди используют в своей повседневной жизни, например, автомобили, поезда и самолеты, но как эти устройства и приложения контролируются?

Двигатели в транспортных средствах, таких как автомобили, представляют собой внешнюю движущую силу, позволяя этим приложениям перемещаться и менять положение.И наоборот, тормоза и средства общественной безопасности, такие как ремень безопасности, представляют собой внешнюю силу, противоположную двигателям, чтобы останавливать движение объектов, тем самым препятствуя возникновению скольжения и аварий.

В области авиации и космических исследований

Изучение физики не ограничивается тем, что происходит на поверхности Земли. Ученые пытались изучить все, что происходит в космосе, поэтому они знали астрономические объекты, такие как звезды, планеты и черные дыры, и отслеживали их движение, радиацию, цвета и местоположения, а также разработали множество инструментов, которые помогли им узнать больше о том, что есть. происходит в космическом пространстве, например, в земные телескопы.

Ученые также проанализировали излучение, достигающее поверхности Земли, и линии спектра солнечного излучения, с помощью которых они смогли узнать слои атмосферы Земли и передачу энергии через нее, чтобы узнать условия климата в дополнение к газы в космическом пространстве.

Физика также играет ключевую роль в производстве самолетов и космических ракет в соответствии с законами движения Ньютона.

В области технологий и информатики

Физика – это экспериментальная наука, и иногда невозможно построить реальные эксперименты для некоторых теорий.Ученые удовлетворены построением математической модели для понимания физических явлений на основе математических и физических выражений, но этого недостаточно, чтобы доказать или опровергнуть теорию.

С развитием науки и техники для ученых появилась возможность найти среду, которая заменит экспериментальную физику, но без риска.

Физические проблемы – это не что иное, как набор последовательных алгоритмов. Если эти модели построены с использованием компьютера, появляется возможность проверить эти модели четко и без каких-либо потерь.

Однако, благодаря успеху многих экспериментов по моделированию для некоторых физических теорий, ученые сталкиваются с некоторыми препятствиями и проблемами при выполнении моделирования, такими как сложность перевода компьютерного алгоритма из-за сложности и сложности физической проблемы, или хаос некоторых физических систем, который затрудняет поиск логических и правильных решений.

В области энергии

Энергия существует в этом мире во многих формах и используется либо напрямую, либо путем преобразования ее в другие формы энергии.Существует солнечная энергия, кинетическая энергия, электрическая энергия и энергия ветра, и преобразование между этими различными формами энергии осуществляется с помощью определенных физических принципов.

Примеры включают:

Электричество:

Электричество – одно из важнейших прямых физических применений в жизни людей и главный источник энергии. Это непрерывный поток электрических зарядов, движущихся внутри проводника, образуя так называемый электрический ток.

Важность электричества можно понять из ситуации, в которой люди живут в те минуты, когда в домах отключают электричество.Все электроприборы перестают работать, гаснет свет, и жизнь становится затруднительной.

Солнечные элементы:

С появлением потребности в альтернативных источниках ископаемого топлива солнечные элементы стали важным источником электроэнергии, поскольку солнечная энергия преобразуется в электрическую или тепловую энергию с помощью солнечных элементов. Но в солнечных системах все еще есть некоторые проблемы, которые ограничивают широкое использование солнечной энергии, поскольку солнечные элементы все еще находятся в стадии разработки и исследований, чтобы соответствовать требованиям сегодняшней жизни по разумной и доступной цене.

Ветровые насосы:

Ветряные насосы – это устройство для перемещения воды с помощью энергии ветра. Он используется для перекачки воды в отдаленных и сельских районах, страдающих от дефицита источников воды и электроэнергии.

Хотя эти насосы неэффективны по сравнению с сегодняшними электронасосами, они могут считаться важным источником воды в этих областях.

В области медицины

Как и в других областях науки, медицина также извлекает выгоду из физики. Существует множество медицинских устройств и технологий, которые зависят от использования и принципов физики в своей работе, и наиболее важными из этих приложений являются:

Медицинское оборудование для визуализации:

Устройства для визуализации являются важными приложениями в медицинской физике, с помощью которых это можно сделать. можно диагностировать заболевания с помощью многих физических методов, таких как рентгеновские лучи, отображающие скелет, и ультразвук (ультразвук), который позволяет захватывать различные движущиеся изображения определенных частей тела, и аппараты магнитно-резонансной томографии (МРТ), которые снимают фотографии органов тела и мозга в частности.

Радиационная онкология:

Стало обычным использование радиации для лечения раковых опухолей всех видов, когда врач использует радиацию либо в качестве основного лечения для уничтожения раковых клеток или ограничения их распространения, либо в качестве адъювантной терапии в дополнение к хирургии и химиотерапии. или гормональная терапия.

Лазерная хирургия

В лазерной хирургии используются световые лучи. Лазер является альтернативой традиционным методам, таким как скальпели, в особых случаях, например, в мягких тканях, где процедуры лазерной коррекции зрения являются обычным явлением.

Существует множество вариантов лазерной хирургии, таких как литотрипсия, лазерная эндоскопия и косметические операции по удалению шрамов и ран.

В области связи и спутников

Спутники – одно из наиболее важных приложений астрофизики, поскольку они представляют собой созданные человеком устройства, которые вращаются вокруг Земли или других планет по определенным орбитам, подобным естественным спутникам. 4 октября 1957 года в СССР был успешно запущен первый искусственный спутник, получивший название Спутник-1.

Самое главное, что отличает спутники друг от друга, – это цель их запуска, так как цели различаются следующим образом:

  • Астрономические спутники для наблюдения далеких планет, галактик и других космических объектов.
  • Метеорологические спутники для наблюдения за погодой и климатом Земли.
  • Спутники военного назначения.
  • Спутники для телевизионного вещания и связи.

Заключение:

В физике есть разные разделы, такие как классическая механика, статистическая механика, релятивистская механика, квантовая механика, атомная физика, молекулярная физика, термодинамика, ядерная физика, электромагнетизм, фотоника, оптика, акустика и многие другие.Каждая область физики имеет свое значение в нашей жизни.

Размах физики поражает. У него есть приложения, начиная от явлений, изучающих субатомные частицы, и заканчивая важными аспектами астрофизики.

Читайте также:

1. Как математика используется в повседневной жизни?

2. Важность математики в нашей повседневной жизни

3. Важность компьютера в жизни человека

1.1 Физика: определения и приложения

Физика: прошлое и настоящее

Считается, что слово «физика» произошло от греческого слова phusis , означающего «природа». Позже изучение природы было названо натурфилософией . С древних времен до эпохи Возрождения натурфилософия охватывала множество областей, включая астрономию, биологию, химию, математику и медицину. За последние несколько столетий рост научного знания привел к постоянно растущей специализации и разветвлению натурфилософии на отдельные области, при этом физика сохранила самые основные аспекты.Физика в том виде, в котором она развивалась с эпохи Возрождения до конца 19, 90–147–90–148 века, называется классической физикой. Революционные открытия, произошедшие в начале 20–90–147–90–148 века, превратили физику из классической физики в современную физику.

Классическая физика не является точным описанием Вселенной, но это отличное приближение при следующих условиях: (1) материя должна двигаться со скоростью менее примерно 1 процента скорости света, (2) объекты, с которыми имеют дело должен быть достаточно большим, чтобы его можно было увидеть невооруженным глазом, и (3) может быть задействована только слабая гравитация, например, создаваемая Землей.Очень маленькие объекты, такие как атомы и молекулы, не могут быть адекватно объяснены классической физикой. Эти три условия применимы практически ко всему повседневному опыту. В результате большинство аспектов классической физики должны иметь смысл на интуитивном уровне.

Многие законы классической физики были изменены в течение 20, 90, 147, века, что привело к революционным изменениям в технологиях, обществе и нашем взгляде на Вселенную. В результате многие аспекты современной физики, выходящие за рамки нашего повседневного опыта, могут показаться странными или невероятными.Так почему же большая часть этого учебника посвящена классической физике? Есть две основные причины. Во-первых, знание классической физики необходимо для понимания современной физики. Вторая причина заключается в том, что классическая физика по-прежнему дает точное описание Вселенной в широком диапазоне повседневных обстоятельств.

Современная физика включает две революционные теории: относительность и квантовую механику. Эти теории имеют дело с очень быстрым и очень маленьким соответственно. Теория относительности была разработана Альбертом Эйнштейном в 1905 году.Изучая, как два наблюдателя, движущиеся относительно друг друга, будут видеть одни и те же явления, Эйнштейн разработал радикально новые идеи о времени и пространстве. Он пришел к поразительному выводу, что измеренная длина объекта, движущегося с высокой скоростью (более одного процента от скорости света), короче, чем длина того же объекта, измеренная в состоянии покоя. Возможно, еще более странным является представление о том, что время для одного и того же процесса различается в зависимости от движения наблюдателя. Время течет медленнее для объекта, движущегося с высокой скоростью.Путешествие к ближайшей звездной системе, Альфе Центавра, может занять у астронавта 4,5 земных года, если корабль движется со скоростью, близкой к скорости света. Однако из-за того, что время замедляется с большей скоростью, астронавт за время полета постареет всего на 0,5 года. Идеи относительности Эйнштейна были приняты после того, как они были подтверждены многочисленными экспериментами.

Гравитация, сила, удерживающая нас на Земле, также может влиять на время и пространство. Например, на поверхности Земли время течет медленнее, чем для объектов, находящихся дальше от поверхности, таких как спутник на орбите.Очень точные часы на спутниках глобального позиционирования должны это исправить. Они медленно опережают часы на поверхности Земли. Это называется замедлением времени и происходит потому, что гравитация, по сути, замедляет время.

Большие объекты, такие как Земля, обладают достаточно сильной гравитацией, чтобы искажать пространство. Чтобы визуализировать эту идею, представьте шар для боулинга, установленный на батуте. Шар для боулинга вдавливает или искривляет поверхность батута. Если вы катите шарик по батуту, он будет следовать за поверхностью батута, скатится в углубление, образованное шаром для боулинга, и ударит по мячу.Точно так же Земля изгибает пространство вокруг себя в форме воронки. Эти кривые в космосе из-за Земли заставляют объекты притягиваться к Земле (то есть гравитация).

Из-за того, как гравитация влияет на пространство и время, Эйнштейн заявил, что гравитация влияет на пространственно-временной континуум, как показано на рисунке 1.4. Вот почему время у поверхности Земли течет медленнее, чем на орбите. В черных дырах, гравитация которых в сотни раз больше земной, время течет так медленно, что далекому наблюдателю могло показаться, что оно остановилось!

Рисунок 1.4 Теория относительности Эйнштейна описывает пространство и время как переплетенную сетку. Большие объекты, такие как планета, искажают пространство, заставляя объекты падать на планету под действием силы тяжести. Крупные объекты также искажают время, заставляя время течь медленнее у поверхности Земли по сравнению с областью за пределами искаженной области пространства-времени.

Таким образом, теория относительности утверждает, что при описании Вселенной важно понимать, что время, пространство и скорость не абсолютны.Вместо этого они могут казаться разными для разных наблюдателей. Способность Эйнштейна обосновывать теорию относительности еще более удивительна, потому что мы не можем видеть эффекты относительности в нашей повседневной жизни.

Квантовая механика – вторая важная теория современной физики. Квантовая механика имеет дело с очень маленькими, а именно с субатомными частицами, из которых состоят атомы. Атомы (рис. 1.5) – это мельчайшие единицы элементов. Однако сами атомы состоят из еще более мелких субатомных частиц, таких как протоны, нейтроны и электроны.Квантовая механика стремится описать свойства и поведение этих и других субатомных частиц. Часто эти частицы ведут себя не так, как ожидает классическая физика. Одна из причин этого в том, что они достаточно малы, чтобы двигаться с огромной скоростью, близкой к скорости света.

Рис. 1.5. Используя сканирующий туннельный микроскоп (СТМ), ученые могут видеть отдельные атомы, составляющие этот лист золота. (Erwinrossen)

На коллайдерах частиц (рис. 1.6), таких как Большой адронный коллайдер на французско-швейцарской границе, физики элементарных частиц могут заставить субатомные частицы перемещаться с очень высокой скоростью в сверхпроводящем туннеле длиной 27 километров (17 миль).Затем они могут изучать свойства частиц на высоких скоростях, а также сталкивать их друг с другом, чтобы увидеть, как они обмениваются энергией. Это привело ко многим интригующим открытиям, таким как частица Хиггса-Бозона, которая придает материи свойство массы, и антивещество, которое вызывает огромное выделение энергии при контакте с веществом.

Рис. 1.6 Коллайдеры частиц, такие как Большой адронный коллайдер в Швейцарии или Фермилаб в США (на фото), имеют длинные туннели, которые позволяют субатомным частицам ускоряться до скорости, близкой к световой.(Andrius.v)

В настоящее время физики пытаются объединить две теории современной физики, теорию относительности и квантовую механику, в единую всеобъемлющую теорию, называемую релятивистской квантовой механикой. Связывание поведения субатомных частиц с гравитацией, временем и пространством позволит нам объяснить, как устроена Вселенная, в гораздо более полной мере.

10 примеров физики в повседневной жизни – StudiousGuy

На этой «живой планете», которую мы называем Землей, происходит множество интересных событий.Эти события происходят вокруг нас, которые мы видим, делаем или переживаем регулярно. В какой-то момент ваше любопытство подтолкнуло бы вас задавать вопросы о том, что происходит? Как это случилось? Что ж, не говоря уже о чудесах, ответ на все эти вопросы – «Физика». Фактически, физика так или иначе управляет нашей повседневной жизнью. Приведем десять примеров физики из повседневной жизни:

1. Будильник

Физика включается в вашу повседневную жизнь сразу после того, как вы просыпаетесь утром.Жужжащий звук будильника поможет вам проснуться утром в соответствии с вашим графиком. Звук – это то, что вы не видите, но слышите или ощущаете. Физика изучает происхождение, распространение и свойства звука. Он работает по концепции квантовой механики.

2. Паровой утюг

Сразу после того, как вы проснетесь утром и начнете готовиться к школе / офису, вам понадобится выглаженная ткань, и именно здесь в игру вступает физика. Паровой утюг – это такая машина, которая требует много физики, чтобы заставить его работать.Главный принцип физики, используемый в паровом утюге, – это «тепло». Тепло в термодинамике – это тип передачи энергии от более теплого вещества к более холодному. Глажка работает за счет нагреваемого металлического основания – подошвы.

3. Ходьба

Теперь, когда вы готовитесь к работе в офисе / школе, какой бы способ коммутации ни был, вам обязательно нужно пройти определенное расстояние. Вы можете легко гулять – это просто благодаря физике. Во время прогулки по парку или по асфальтированной дороге у вас хорошее сцепление с дорогой без скольжения из-за неровностей или сопротивления между подошвой вашей обуви и поверхностью дороги.Это сопротивление, отвечающее за сцепление, называется «трением» или «тягой». Однако, когда банановая кожура попадает вам под ногу, вы внезапно падаете. Итак, что заставляет вас упасть? Что ж, это связано с уменьшением трения между вашей обувью и поверхностью дороги из-за скользкой кожуры банана.

4. Шариковая ручка

На работе или в школе шариковая ручка – ваше оружие. Если бы не было физики, вы не смогли бы писать шариковой ручкой на бумаге.В этом случае в игру вступает понятие гравитации. Когда ваша ручка движется по бумаге, шарик поворачивается, и сила тяжести заставляет чернила опускаться на верхнюю часть шарика, где они переносятся на бумагу.

5. Наушники / наушники

Когда вы устали от работы или учебы, музыка вам пригодится. Вы когда-нибудь задумывались о том, как работают ваши наушники / наушники? Что ж, опять же из-за физики. Понятия магнетизма и звуковых волн используются в науке о ваших наушниках / наушниках.Когда вы подключаете наушники к источнику электроэнергии, магнит в наушниках создает электромагнитное поле, которое в конечном итоге приводит к возникновению звуковых волн.

6. Ремни безопасности автомобиля

Вы когда-нибудь замечали, по какому принципу работает ваш автомобильный ремень безопасности? Что ж, это снова физика. Когда вы затягиваете автомобильный ремень безопасности, он работает по концепции «инерции». Инерция – это нежелание или лень тела изменять состояние покоя или движения.В случае столкновения с автомобилем ремень безопасности предотвращает движение вашего тела вперед; поскольку ваше тело сопротивляется остановке из-за инерции движения.

7. Объектив камеры

Феномен «селфи» охватил людей всех возрастных групп. Развлекаешься, нажимая на фотографии. Объектив, используемый в фотоаппарате, работает по принципу оптики. Набор выпуклых линз обеспечивает камеру изображения вне камеры.

8.Сотовые телефоны

Мобильные телефоны стали похожи на кислородный газ в современной общественной жизни. Вряд ли кого-то не коснулось бы действие сотового телефона. Мобильные телефоны есть везде, будь то передача срочного сообщения или постоянные сплетни. Но знаете ли вы, как работает сотовый телефон? Он работает по принципу электричества и электромагнитного спектра, волнообразных моделей электричества и магнетизма.

9. Аккумуляторы

Батареи – в мобильных телефонах, автомобилях, факелах, игрушках или любом другом устройстве – действуют как спасатели электричества.Аккумуляторы работают по емкостному принципу. С конца 18 века конденсаторы использовались для хранения электрической энергии. Бенджамин Франклин первым применил фразу «батарея» для обозначения серии конденсаторов в приложении для накопления энергии.

10. Доплеровский радар

Для проверки превышающих скорость транспортных средств полиция часто использует доплеровские радары. Доплеровские радары работают по принципу эффекта Доплера. Эффект Доплера – это не что иное, как изменение высоты звука, когда источник звука перемещается относительно слушателя.Это связано с тем, что частота звуковой волны изменяется по мере того, как источник звука приближается к слушателю или дальше от него.

10 важных приложений физики в повседневной жизни

Раздел Физика имеет множество приложений в повседневной жизни . Некоторые медицинские инструменты, такие как, например, рентгеновские лучи или лазерные операции, были бы невозможны без него, равно как и более повседневные предметы, такие как телефоны, телевизоры и почти все электронные устройства.

С другой стороны, без физики также не могли летать самолеты, машины не могли катиться и не могли строить здания. Практически все так или иначе связано с физикой.

У физики много областей исследования, приложения которых находятся в повседневной жизни человека. Наиболее распространенными из них являются астрофизика, биофизика, молекулярная физика, электроника, физика элементарных частиц и теория относительности.

Физика – это естественная наука, которая включает изучение материи, ее движения и поведения в пространстве и времени.Он также изучает связанные понятия, такие как энергия и сила. Это одна из самых фундаментальных областей научных дисциплин; Величайшая цель физики – понять, как ведет себя Вселенная.

Может быть, вас заинтересует 30 самых известных физиков в истории.

10 необычных приложений физики

1- Электромагнетизм

Эта область физики изучает электромагнитную силу, тип физического взаимодействия, которое происходит между электрически заряженными частицами.Электромагнитная сила обычно проявляется в электромагнитных полях, таких как электрические поля, магнитные поля и свет. Это одно из четырех основных взаимодействий природы.

Электромагнитная сила играет большую роль в определении внутренних свойств большинства предметов, используемых в повседневной жизни.

Обычная материя принимает свою форму в результате межмолекулярных сил между отдельными атомами и молекулами в материи, являясь проявлением электромагнитной силы.Теоретические последствия электромагнетизма привели к развитию пространственной теории относительности Альбертом Эйнштейном в 1905 году.

Все электрическое оборудование, которое мы используем в повседневной жизни, связано с электромагнетизмом. От микроволновых печей, электрических вентиляторов и электрических звонков до будильников.

2- Атомная физика

Эта область изучает атомы как изолированную систему электронов и атомного ядра. В первую очередь это касается расположения или расположения электронов вокруг ядра и процесса, в котором это расположение изменяется.В него также входят нейтральные ионы и атомы.

Термин атомная физика может ассоциироваться с ядерной энергетикой и ядерным оружием, хотя ядерная физика имеет дело только с ядрами атомов. Обычно в научных областях рассматривается более широкий контекст между несколькими отраслями; Так специфичны только научные исследования.

Квантовая механика

Квантовая теория, пересмотренная в 1920 году, является теоретической основой современной физики, которая объясняет природу и поведение материи и энергии на атомном и субатомном уровнях.Эта область называется квантовой физикой или квантовой механикой.

Приложения квантовой теории включают квантовую химию, сверхпроводящие магниты, лазеры, микропроцессоры, магнитный резонанс и электронные микроскопы. Это также объясняет многие биологические и физические явления энергии.

Квантовая механика очень успешно объяснила многие характеристики Вселенной. Часто это единственный инструмент для выявления индивидуального поведения субатомных частиц, составляющих все формы материи.

Он также оказал влияние на теории струн, кандидатов на Теорию Целого. Многие аспекты технологии работают на уровнях, где значительны квантовые эффекты. Многие электронные устройства разработаны на основе квантовой механики; Лазеры, микрочипы, выключатели света, фломастеры, компьютеры и другое телекоммуникационное оборудование.

Новые достижения в этой области направлены на улучшение квантовой криптографии. Еще одна цель в этой области – разработка квантовых компьютеров; Ожидается, что они будут обрабатывать задачи намного быстрее, чем классические компьютеры.

4- Теория относительности

В своей теории относительности Эйнштейн определил, что законы физики одинаковы для всех наблюдателей. Он также определил, что скорость света одинакова, независимо от скорости, с которой движется наблюдатель.

Одним из следствий этой теории является то, что разные наблюдатели, движущиеся с разной скоростью, могут иметь разные точки зрения на одно и то же событие; Однако все наблюдения верны.

Эта теория применяется во многих аспектах повседневной жизни. Например, системы GPS полагаются на него в своей работе. Электромагниты также возможны благодаря теории относительности. Старые телевизоры или те, у которых нет плазменных экранов, также работали с механизмом, основанным на теории относительности.

5- Лазеры

Лазер – это устройство, которое излучает монохроматический свет посредством процесса оптического усиления, основанного на вынужденном излучении протонов. Принципы лазерных устройств основаны на квантовой механике.

Устройства с лазерами находят множество применений в области науки, военного дела, медицины, а также в коммерческой сфере.

Фотохимия, лазерные сканеры, термоядерный синтез, микроскопы, косметическая хирургия, глазная хирургия и стоматологические операции – это лишь некоторые области, в которых также используются лазеры. В коммерческой индустрии они используются для резки материалов, сверления и печати; Они также являются источником света для кинопроекторов.

Ядерная физика

Ядерная физика – это область физики, изучающая ядра атомов, их составные части и взаимодействия.Изучаются также другие формы ядерного материала. Ядерная физика – это не то же самое, что атомная физика, область, изучающая весь атом и его электроны.

Открытия в ядерной физике привели к его применению во многих областях. Эти области включают ядерную энергетику, ядерное оружие, ядерную медицину, промышленные изотопы и фермеров, ионные имплантаты в конструкционных материалах и радиоуглеродное датирование.

7- Аэродинамика

Этот раздел физики изучает поведение воздуха и его взаимоотношения, когда объект пересекает его.Без него невозможно было бы спроектировать самолеты, ракеты, автомобили или мосты, которые могли бы пережить ураганы. Обнаружение того, как быстро и эффективно перемещаться в жидкости – задача аэродинамики.

Воздух – это жидкость, и для того, чтобы быстро пройти через нее, это необходимо в длинном и тонком транспортном средстве. Таким образом вы сможете создать как можно меньшее сопротивление быстрому движению. Так же, как люди продвигаются в море быстрее, если они плавают горизонтально; По этой причине самолеты и поезда имеют форму трубы.

8- Молекулярная физика

Молекулярная физика – это изучение физических свойств молекул, химических связей между атомами и молекулярной динамики.

Его самые важные экспериментальные методы – это различные типы спектроскопии. Эта область тесно связана с атомной физикой и имеет много общего с теоретической химией, физической химией и химией.

Этот раздел физики измеряет свойства вращения и вибрации спектра молекул, расстояния между ядрами молекул и их свойства, среди прочего.

9- Астрофизика

Эта ветвь астрономии сочетает в себе принципы физики и химии, чтобы раскрыть природу небесных тел, а не их положения или движения в пространстве.

Среди объектов исследования – Солнце, другие звезды, галактики, внесолнечные планеты и межгалактический космический фон. Их излучение исследуется во всех частях электромагнитного спектра, и исследуемые свойства включают светимость, плотность, температуру и химический состав.

Астрофизика – очень широкая область, поэтому астрофизики обычно применяют многие дисциплины физики, такие как механика, электромагнетизм, термодинамика, квантовая механика, теория относительности, ядерная физика, физика элементарных частиц, атомная физика и физика.

На практике современные исследования включают в себя большую часть наблюдательной и теоретической физики. Некоторые области исследования, которые пытаются определить, включают свойства темной материи, черных дыр, возможность путешествовать во времени, могут ли образовываться червоточины, существует ли мультивселенная, а также происхождение и место назначения Вселенной.

Астрофизики также изучают образование и эволюцию Солнечной системы, образование галактик, космические лучи и физику астрономических частиц.

10- Термодинамика

Эта область физики имеет дело с теплом и температурой и их связью с энергией и работой. Поведение этих качеств подчиняется четырем законам термодинамики.

Термодинамика применяется во многих областях науки и техники, особенно в чистой химии, химической технологии и машиностроении.

Его области применения включают биологическую термодинамику, термодинамику черных дыр, психометрию, квантовую термодинамику и статистическую термодинамику.

Список литературы
  1. Как физика соотносится с повседневной жизнью? Ответы и вопросы. Получено с reference.com.
  2. Какие разделы физики? Ответы и вопросы. Получено с reference.com.
  3. Лекции Фейнмана по физике (1964). Атомная гипотеза.Эддисон-Уэсли. США Получено с feynmanlectures.caltech.edu.
  4. Как электромагнетизм изменил наш мир. Коммерческие приложения. Получено с сайта bright hub engineering.com.
  5. Общая теория относительности Эйнштейна: упрощенное объяснение. Получено с space.com
  6. 4 способа наблюдать относительность в повседневной жизни. Физика. Получено с iflscience.com
  7. Приложения квантовой механики. Получено с boundless.com.
  8. Настраиваемые лазерные приложения.(2009) 2-е издание. Бока-Ратон, США. Получено с crcpress.com.
  9. Аэродинамика: введение (2016) Объясните это. Получено с сайта exploainthatstuff.com.
  10. Важность астрофизических исследований и связь астрофизики с другими политическими науками (1987) Астрофизическое путешествие. Получено с adsabs.harvard.edu.
  11. Основные направления – Наука НАСА. Получено с nasa.gov.
  12. Квантовая теория. . Что такое. Восстановлено из whatis.techtarget.com.

Каковы применения физики в повседневной жизни? Узнайте ответ здесь

Физика является наиболее важной отраслью науки, поскольку она закладывает основу для других отраслей науки, включая химию, биологию, космологию и т. Д., Чтобы простыми словами определить физику как изучение энергии, движения, сил и их взаимодействий. . Все технологические достижения и прогресс, достигнутый в жизни человечества, которые вы видите, в значительной степени основаны на концепциях физики.

Многие из нас могут этого не осознавать, но без поддержки физики мир просто остановился бы. Это расширяет границы наших познаний о природе. У физики есть несколько приложений в нашей повседневной жизни, которые помогают сделать нашу жизнь более комфортной. Вы можете принять это как должное, но это правда.

Приложения физики в нашей повседневной жизни

Физика – это не только отрасль науки, но и неотъемлемая часть нашей жизни.Физика везде. Даже когда вы идете пешком или за рулем, физика работает. Все это может показаться захватывающим, но в этом сила и важность физики в нашей жизни. Как уже упоминалось ранее, у физики есть различные приложения в нашей повседневной жизни. Некоторые из основных приложений физики включают следующее.

Транспортной отрасли не чужды принципы и концепции физики. Каждая машина или мотоцикл, которые вы видите там, является прямым результатом физики. Когда дело доходит до транспортной отрасли, она следует закону движения Ньютона.Они манипулируют законом, чтобы разработать автомобили, которые вы используете в повседневной жизни.

Технологии – это еще одна отрасль, в значительной степени основанная на физике. Каждый гаджет, который вы используете, включая простые наушники, является результатом физики. Концепция магнетизма и звуковых волн используется при изготовлении наушников или наушников. Все остальные гаджеты разработаны на основе идей физики. Благодаря физике эта технология продвинулась настолько далеко, что сделала нашу жизнь намного комфортнее, чем когда-либо прежде.

Это не шутка, но даже в приготовлении пищи есть физика. Он включает раздел физики термодинамики, который, как известно, имеет дело с теплом и температурой. Тепло – это форма энергии, которая передается от более горячей поверхности к более холодной.

Физика используется везде, от самых простых до самых сложных. Без поддержки физическая жизнь была бы неполной.

Подробнее: Как лучше понять физику?

Применение физики в повседневной жизни


Независимо от того, изучаете ли вы физику самостоятельно или изучаете различные концепции с помощью всегда надежного обучения физике, вы можете изучить множество практических приложений этого предмета, которые имеют большое значение. роль в упрощении нашей повседневной жизни.Даже в самых простых действиях, таких как ходьба, бег, вождение автомобиля, использование телефона и т. Д., Задействована физика. Для повседневной жизни существует множество приложений, которые можно принять как должное.
Вот некоторые из повседневных приложений, которые используют принципы физики:
  • Работа простых механических устройств : Самый простой способ увидеть физику в действии – это ваша работа с простым рычагом – вы можете наблюдать это обычно в парк. Доступны три различных варианта рычагов, каждый из которых имеет различные точки опоры.Известно, что они увеличивают силу, сводя к минимуму усилие, необходимое для перемещения объекта от его исходного конца к противоположному концу. Простые качели в детском парке, как известно, состоят из рычага и опоры, расположенной посередине.
  • Транспортная промышленность : Изучая физику на уроках физики или посещая курс h3Physics, вы, должно быть, столкнулись с «законом движения Ньютона». Что касается применения закона движения, то список возглавляет транспортная отрасль.Поезда и автомобили используют этот закон для обеспечения плавного и плавного движения конечных пользователей. Авиационная отрасль, как известно, выводит Закон движения на новый уровень, поднимаясь вместе с движением вперед. Авиакомпания, как известно, манипулирует концепцией физики – точно так же, как летающая птица, позволяя самолету летать высоко и преодолевать силу гравитации.
  • Относительность и современные коммуникации : Физика имеет тенденцию быть относительной. Теория относительности Эйнштейна находит применение в современной индустрии связи.Теория относительности Эйнштейна внесла особый вклад в инновации GPS в современных смартфонах. Без помощи теории относительности Эйнштейна, GPS, который мы знаем сегодня, мог бы быть гораздо менее полезным и точным.
  • Физика и биология : Даже пока вы читаете это предложение, поймите тот факт, что физика работает. Глаза развивались в несколько этапов и, как известно, используют электромагнитный спектр. Ухо, через которое мы слышим звуки, использует передачу звуковых волн через воздух – еще одно интересное приложение физики.Кроме того, известно, что концепция химии, лежащая в основе большинства концепций биологии, зависит от физики молекул и энергии. Что касается повседневного применения, например, растения, как известно, поглощают солнечный свет, углекислый газ и воду, производя глюкозу и выделяя кислород в качестве жизненно важного побочного продукта. в современной жизни, о которой вы можете узнать в h3 Physics. Надеюсь на отличную карьеру, если вы выберете обучение физике, которое поможет вам получить высшее образование.

    TuitionPhysics

    Профиль LinkedIn

    Применение физики в медицине – видео и стенограмма урока

    Диагностическая радиология

    Диагностическая радиология по сути является формой медицинской визуализации. Все используемые нами методы медицинской визуализации, включая рентген, маммографию, компьютерную томографию, ультразвук и магнитно-резонансную томографию (МРТ), среди других технологий, требуют присутствия на месте или консультирующего физика.Эти технологии сложны и могут быть отремонтированы только теми, кто в них разбирается.

    Сканеры MRI используют принципы магнетизма для получения высококачественных изображений внутренней части человеческого тела, особенно мозга. В основном они работают, отслеживая ядерный спин и распределение молекул водорода. Поскольку люди примерно на 70% состоят из воды, у нас есть много молекул водорода, которые нужно наблюдать.

    Рентгеновские лучи – это способ получения изображений скелетной структуры тела.

    Ультразвук использует высокочастотные звуковые волны, которые люди могут терпеть, отражая их от внутренней части тела для создания изображений мягких тканей. Чаще всего они используются для создания изображений младенцев в утробе матери.

    Ядерная медицина

    Ядерная медицина – это часть медицины, которая использует радиацию как для лечения болезней, так и для получения изображений и информации о том, что происходит внутри человека. Радиацию можно использовать для уничтожения раковых клеток и лечения больных органов.Но есть некоторое совпадение между ядерной медициной и диагностической радиологией, потому что ядерная медицина также может использоваться для диагностики. Радиоактивные индикаторы можно использовать для создания изображений систем организма, заставляя пациентов глотать или вводить радиоактивные источники и создавая изображения того, куда они идут. Мы даже можем делать регулярные фотографии внутренней части тела с помощью излучения с помощью компьютерных сканеров аксиальной томографии (КТ) или позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ).

    Радиационная онкология

    Радиационная онкология очень похожа на то, о чем мы уже говорили в ядерной медицине. Радиационная онкология – лечение заболеваний, включая рак, с использованием ионизирующего излучения. Опять же, это во многом перекликается с ядерной медициной. Однако, поскольку лечение болезней с помощью радиации настолько сложно, есть много профессионалов, которые сосредоточены исключительно на этой части ядерной медицины.

    Краткое содержание урока

    Термин медицинская физика относится к использованию физических принципов в здравоохранении и медицине. Они могут включать теории, связанные с амплитудами, давлением жидкости, частотами и волнами.Применение этих принципов можно найти в диагностической радиологии, ядерной медицине и радиационной онкологии.

    Как форма медицинской визуализации, диагностическая радиология форма медицинской визуализации, включает маммограммы, МРТ, ультразвук и рентгеновские лучи. MRI Сканеры используют большие электромагниты для получения внутренних изображений человеческого тела, особенно мозга, в то время как ультразвук использует высокочастотные звуковые волны для создания изображений мягких тканей. Рентгеновские снимки изображают скелетную структуру тела.

    Ядерная медицина , которая частично совпадает с диагностической радиологией и радиационной онкологией, использует излучение как для получения изображений, так и для лечения заболеваний. КТ- и ПЭТ-сканеры, а также радиоактивные индикаторы, вводимые или проглатываемые, являются формами ядерной медицины.

Оставить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *