Практическая работа по физике как цельное научное исследование на основе открытых данных
Практическая работа по физике как цельное научное исследование на основе открытых данных
И. В. Кузнецова$^1$, М. Е. Прохоров$^2$
В статье описана новая модель практической работы по физике на основе современных научных данных, размещенных в открытом доступе. В ней проводится оценка частоты падения астероидов на Землю по подсчетам кратеров на Луне, и рассматриваются различные механизмы образования кратеров в зависимости от параметров. Данная работа имеет несколько существенных методических преимуществ перед традиционными лабораторными работами. Во-первых, эта работа на актуальную сегодня научную тему. Во-вторых, формирует представление о многообразных связях изучаемых объектов и о научной методологии, когда учитываются одни аспекты явления и отбрасываются другие. В третьих, работа обладает мультидисциплинарностью. В ней используются справочные данных из различных разделов физики, геологии и астрономии. Практическая работа имеет неоспоримую наглядность и возможность варьировать фактический материал, применяемый при ее выполнении. Предлагаемая лабораторная работа универсальна, не требует дорогого оборудования для ее проведения и может использоваться в дистанционном обучении.
Показать АннотациюЛинейная теория взаимодействия двух ленточных электронных потоков в продольном магнитном поле
Линейная теория взаимодействия двух ленточных электронных потоков в продольном магнитном поле
Г. М. Вдовина, А. В. Титов
Построена линейная теория взаимодействия двух бесконечно тонких ленточных электронных потоков в гидродинамическом приближении. Предполагается, что электронные потоки движутся в пространстве между двумя проводящими поверхностями. При анализе учитывается влияние пространственного заряда, а также влияние продольного фокусирующего магнитного поля конечной величины. Рассматриваемая модель позволяет описать неустойчивость к высокочастотным (ВЧ) возмущениям исследуемой системы. Для данной модели выведено дисперсионное уравнение восьмой степени. Так как не предоставляется возможным записать его решение в аналитическом виде, получено решение дисперсионного уравнения графически. С точки зрения теории связанных волн каждому из пучков можно поставить в соответствие по четыре волны – быструю и медленную волны пространственного заряда, а также быструю и медленную циклотронные волны с учетом поправки вносимой пространственным зарядом. На основе решения дисперсионного уравнения проведен анализ влияния конечного магнитного поля на процесс развития неустойчивости в системе двух взаимодействующих электронных потоков. Из анализа дисперсионных характеристик можно сделать вывод, что наличие постоянного продольного магнитного поля приводит к появлению новых областей неустойчивости, что обусловлено взаимодействием не только волн пространственного заряда, но циклотронных волн пучков.
Показать АннотациюРежимы развитого хаоса в гиротронах и гироусилителях с запаздывающей обратной связью
Режимы развитого хаоса в гиротронах и гироусилителях с запаздывающей обратной связью
Р. М. Розенталь$^1$, Н. С. Гинзбург$^1$, И. В. Зотова$^1$, О. Б. Исаева$^{2,3}$, А. Г. Рожнев$^{2,3}$, А. С. Сергеев$^1$
Рассмотрены характеристики излучения гироусилителей (гироклистрона и гиро-ЛБВ на основе винтового гофрированного волновода) с запаздывающей обратной связью и гиротрона, работающего в режиме большой надкритичности. Показано, что в миллиметровом диапазоне длин волн данные приборы могут генерировать хаотические колебания относящиеся к категории «гиперхаоса» с относительной шириной спектра достигающей 10%.
Показать АннотациюГенерация электромагнитного излучения в релятивистской СВЧ системе вследствие развития сдвиговой неустойчивости
Генерация электромагнитного излучения в релятивистской СВЧ системе вследствие развития сдвиговой неустойчивости
Н. С. Фролов$^{1,2}$, А. А. Короновский$^{1,2}$, А. Е. Храмов$^{1,2}$
В настоящей статье рассмотрены физические процессы, приводящие к генерации мощного электромагнитного излучения в виркаторной СВЧ системе, содержащей релятивистский электронный пучок, в случае одновременного развития неустойчивости Бурсиана и сдвиговой неустойчивости. В рамках трехмерной численной модели, основанной на методе крупных частиц, изучено влияние процессов в пучке на характеристики выходного излучения.
Показать АннотациюРасчет условий дестабилизации горизонтальной поверхности вязкой жидкости в вибрационном поле
Расчет условий дестабилизации горизонтальной поверхности вязкой жидкости в вибрационном поле
Д. Ф. Белоножко, А. В. Апарнева
Аналитически рассчитаны условия устойчивости горизонтальной поверхности маловязкой жидкости в вибрационном поле. Найдены и устранены недостатки методики расчета, допущенные предыдущими исследователями.
Показать АннотациюВлияние магнитного поля на двумерные световые пули в неоднородной среде углеродных нанотрубок
Влияние магнитного поля на двумерные световые пули в неоднородной среде углеродных нанотрубок
И. С. Двужилов$^1$, Ю. В. Двужилова$^1$, М. Б. Белоненко$^2$
В настоящей работе проведено теоретическое исследование динамики распространения двумерных предельно коротких оптических импульсов (двумерных световых пуль) в неоднородной среде углеродных нанотрубок с пространственно модулированным показателем преломления в присутствии внешнего постоянного магнитного поля, направленного параллельно оси углеродных нанотрубок. Электромагнитное поле импульса описывается классическим способом, на основе уравнений Максвелла. Закон дисперсии записан в приближении сильной связи в рамках анализа динамики -электронов, которые взаимодействуют с электромагнитным полем предельно короткого импульса. Начальное условие для вектор-потенциала электрического поля предельно короткого оптического импульса выбиралось в гауссовой форме. Шаги по времени и координате определялись из стандартных условий устойчивости, и уменьшались до тех пор, пока решение не изменялось в восьмом значащем знаке. Как показали результаты численных расчетов, распространение двумерного предельно короткого оптического импульса в присутствии магнитного поля является устойчивым, а также удалось установить влияние периода неоднородности среды на скорость распространения предельно короткого оптического импульса, а именно при увеличении периода решетки предельно короткий оптический импульс распространяется наиболее быстро.
Показать АннотациюОсобенности температурной зависимости спектральной характеристики диодного лазера с удвоителем частоты генерации
Особенности температурной зависимости спектральной характеристики диодного лазера с удвоителем частоты генерации
В. В. Близнюк$^2$, О. И. Коваль$^2$, В. А. Паршин$^2$, А. Г. Ржанов$^1$, А. Е. Тарасов$^2$
Экспериментально обнаружено, что при изменении температуры окружающей среды от 260 К до 345 К пиковая длина волны спектральной характеристики лазерного диода с удвоителем частоты на кристалле КТР практически не смещается относительно положения, которое она занимала при комнатной температуре. Приводится обоснование этого явления.
Показать АннотациюО применимости приближения заданного профиля в динамике супергауссовых импульсов
О применимости приближения заданного профиля в динамике супергауссовых импульсов
А. Н. Бугай$^1$, В. А. Халяпин$^2$
Проведено аналитическое и численное исследование динамики параметров супергауссового импульса, спектр которого может лежать как в области нормальной, так и аномальной дисперсии групповой скорости. Найдено аналитическое решение для параметра, характеризующего эволюцию степени супергауссового импульса.
Показать АннотациюКолебания в однородной цепочке с сегнетоэлектрическими конденсаторами с отрицательной емкостью
Колебания в однородной цепочке с сегнетоэлектрическими конденсаторами с отрицательной емкостью
О. С. Костромина$^1$, А. А. Потапов$^2$, И. В. Ракуть$^3$, А. Э. Рассадин$^4$
В статье рассмотрено интегрированное сегнетоэлектрическое устройство нового типа: однородная цепочка с сегнетоэлектрическими конденсаторами с отрицательной ёмкостью. При большом числе таких конденсаторов в цепочке с помощью теории Уизема описано распространение нелинейных модулированных волн в этой системе.
Показать АннотациюО локальном определении скоростей рекомбинации неравновесных носителей заряда в объеме и на тыльной стороне пластин кремни с p-n переходами бесконтактным методом
О локальном определении скоростей рекомбинации неравновесных носителей заряда в объеме и на тыльной стороне пластин кремни с p-n переходами бесконтактным методом
О. Г. Кошелев, Н. Г. Васильев
Рассмотрен бесконтактный метод определения рекомбинационных параметров ло-кальных участков p(n) слоя кремниевых структур n+-p(n)-p+ типа. Метод основан на локаль-ном освещении исследуемой структуры двумя различно поглощаемыми лучами света. Оба луча освещают одновременно сначала одну сторону локальной области этой структуры, а затем противоположную. Интенсивности лучей света модулируются так, что суммарная пе-ременная фотоэдс обращается в 0. При этих условиях измеряют отношения амплитуд моду-ляций интенсивностей лучей. На основании таких величин нами были вычислены номограммы для раздельного определения времени жизни неравновесных носителей заряда в освещаемой части p(n) области и скорости их поверхностной рекомбинации на тыльной стороне. Номограммы вычислялись для длин волн 1064 и 808 нм при толщинах p(n) слоя 0.4 и 0.2 мм
Показать Аннотацию