Студконференция 2014

Працістудентськоїнауковоїконференціїфізико-технічногофакультетуДонНУ, 2014

27 (23)

LogNormal Fit of 2

26

24

22

20

18

16

14

12

10

8

6

10

12

14

16

18

20

22

24

26

28

30

32

34

36

38

40

42

44

46

d

Рисунок 4. Нормальное логарифмическое распределение для ZrO2 +3%

Cr2O3

	60
	50				sigma
					m
	40
sigma	30
	20
	10
	0
	0,0	0,2	0,4	0,6	0,8	1,0
				c

11

Працістудентськоїнауковоїконференціїфізико-технічногофакультетуДонНУ, 2014

УДК 535.421

CASCADE PROCESS OF NONLINEAR OPTICAL DIFFRACTION

BY STANDING ACOUSTIC WAVES

A.O. Yermakov, Yu.S.Dadoenkova, I.L. Lyubchanskii

The phenomenon of second-harmonic nonlinear optical diffraction is characterized by the diffraction at frequency 2ω of an incident electromagnetic wave (EMW) with frequency ω. It can take place on periodically distributed inhomogeneities resulting in a modulation of the quadratic polarisation of a medium, provided the period of modulation is comparable with the wavelength of the second harmonic radiation [1]. We recently showed [2] that if that modulation is induced by a standing acoustic wave in a crystal, nonlinear acousto-optic diffraction (NAOD) can be expected to arise at frequencies 2ω±Ω, where Ω is the frequency of the acoustic wave. In Ref. [2] we analyzed in detail the polarisation dependence of NAOD for both longitudinal and transversal standing acoustic waves in cubic crystals.

In the present communication we theoretically investigate cascading effects which can also lead to the observation NOAD for both longitudinal and transversal standing acoustic waves in a cubic crystal.

1.Freund I. Nonlinear diffraction/ I. Freund// Physical Review Letters. – 1968 21. P. 1404 – 1406.

2.Shevchenko N.A Nonlinear optical diffraction by standing waves in a GaAs film / N.A. Shevcenko, N.N. Dadoenkova, I.L. Lyubchanskii [et al.] // Photonics and Nanostructures – Fundamentals and Applications.- 2012.- №10.- P. 400-408.

12

Працістудентськоїнауковоїконференціїфізико-технічногофакультетуДонНУ, 2014

КЕРАМИКА НА ОСНОВЕ НАНОПОРОШКОВ КАРБИДА КРЕМНИЯ: ОСОБЕННОСТИ ПОЛУЧЕНИЯ, СТРУКТУРА И ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

И.М. Фетисова, А.С. Дорошкевич

Научный руководитель: С.В. Чертопалов

Изучение особенностей формирования структуры твердых тел на низкоразмерном масштабном уровне и выявление закономерностей типа «структура - свойства» является одной из важнейших материаловедческих задач нанофизики. Избыточная в сравнении с микродисперсными аналогами поверхностная энергия существенно влияет на процессы формирования из них консолидированных материалов. В частности, открываются перспективы получения керамик тугоплавких неоксидных материалов, таких как карбид кремния (SiC) в менее жестких термодинамических условиях.

В данной работе исследован процесс спекания нанопорошков SiC в экспериментальной индукционной печи типа ВЧИ-25 в рамках керамической технологии [1]. «Зеленые» образцы – компакты в виде цилиндров диаметром D = 47 мм и толщиной h = 2,5 мм получали из нанопорошков SiC (размер частиц d ≈ 30 нм) с использованием изостатического давления Р = 40 МПа. Спекание проводили в индукционной печи при температуре = 2080°С в атмосфере азота.

Были получены керамические объекты размером Ø39 х 2 мм с плотностью порядка ρ = 2,9 г/см3. Величина усадки оставляла 17%. Удельное сопротивление образцов R = 10 кОм/см. Дифрактограммы снимались с двух сторон пластины прибором ДРОН-4. Дифрактограммы снимались со скростью 2 °/мин в диапазоне углов 2θ от 20° до 80°. Было установлено, что кристаллическая решетка полученных образцов SiC-керамики относится к пространственной группе P63mc, т.е. образцы имеют гексагональную кристаллическую структуру, и политип 4H.

Таким образом, высокий уровень свободной энергии на поверхности наночастиц позволил исключить высокое давление, традиционно применяемое в качестве обязательного термодинамического фактора в процессе спекания высокоплотной SiCкерамики. Использование атмосферы азота вместо инертного газа привело к легированию материала и многократному снижению его сопротивления. В совокупности, использованные технологические приемы дают возможность получения функциональной SiC – керамики для электроники.

[1] G. Volkova, O. Doroshkevych, A. Shylo, T. Zelenyak, V. And al. Structural Evolution of Silicon Carbide Nanopowders during the Sintering Process // Journal of Ceramics, Vol. 2014, P. 1-5, 2014.

13

Працістудентськоїнауковоїконференціїфізико-технічногофакультетуДонНУ, 2014

УДК 531.5

О РОЛИ НАЧАЛЬНЫХ УСЛОВИЙ ПРИ ПАРАДОКСАЛЬНОМ ДВИЖЕНИИ ДЛИННОЙ ЦЕПОЧКИ

В.С. Уваров

Научный руководитель: к. ф.-м. н., Н.Г. Малюк

Особое значение для развития у школьников интереса к физике имеют опыты и демонстрации, создающие проблемные ситуации. То есть, когда наблюдаемые явления как бы противоречат ранее усвоенным знаниям. Копилка опытов подобного сорта постоянно пополняется. Так в конце прошлого года в интернете появилась запись экспери-

мента [https://www.youtube.com/watch?v=6ukMId5fIi0], в котором длинная цепочка, находящаяся в стакане, при свешивании конца цепочки через край стакана начинает вести себя парадоксально. Она не “перетекает”, как ожидалось, через край стакана под действием силы тяжести, а фонтанирует из стакана вверх и, достигнув некоторой высоты, опускается вниз, не касаясь края стакана. Опыт активно обсуждал-

ся на различных форумах [http://www.vesti.ru/doc.html?id=1197110], но до сих пор не предложено убедительного объяснения такого поведения цепочки.

В данной работе проведены дополнительные исследования этого феномена с целью выяснения физической сути явления. Установлено, что высота “выброса” цепочки растет с увеличением расстояния стакана от пола, что подтверждает выдвинутую нами гипотезу о механизме воздействия силы тяжести на характер движения цепочки.

На наш взгляд движение цепочки обусловлено действием силы тяжести и начальными условиями движения ее элементов, лежащих в стакане. В следствие нерастяжимости цепочки каждый ее элемент (звено) начинает двигаться со скоростью равной по модулю скорости падения элементов цепочки на пол и направленной вверх под небольшим углом к вертикали. Поэтому форма движущейся цепочки напоминает траекторию тела, брошенного в поле силы тяжести под углом к горизонту.

Разгадка этого парадокса мотивирует учеников к изучению физики, а при обсуждении результатов опыта можно наглядно продемонстрировать не только влияние начальных условий на характер движения тел, но и проявление закона сохранения механической энергии.

14

Працістудентськоїнауковоїконференціїфізико-технічногофакультетуДонНУ, 2014

УДК (075.3)

ЕЛЕКТРОННИЙ ПОСІБНИК З ФІЗИКИ

О.М.Панченко

Науковий керівник: к. ф.-м. н.,доц. М.Г. Малюк

У даній роботі представлений електронний підручник з фізики за темою "МЕХАНІКА". Головною метою створення підручника є допомога вчителю фізики при проведенні уроків. Залежно від масштабів застосування інформаційних технологій і бажання вчителя можливе повне або часткове вивчення теми "МЕХАНІКА" за допомогою даного підручника. Електронний підручник є закінченим, структурованим HTML - документом, який при необхідності можна розмістити в мережі Інтернет. Робота містить як теоретичний матеріал, так і практичну частину. Теоретична частина включає матеріал для вивчення нових тем, з використанням великої кількості графічних матеріалів для повного розуміння фізичних процесів та явищ. Практична частина включає приклади розв’язку задач і завдання для самостійного розв’язку. В кінці кожної теми надається тест для самоконтролю.

Для створення підручника застосовувалася мова розмітки гіпертексту HTML 5.0 і мова підготовки сценаріїв JavaScript 1.5.

Використання електронного підручника дозволяє поліпшення знань учнів, вони із задоволенням читають текст і розглядають ілюстрації. На такому уроці цікаво, тому що немає монотонності викладу матеріалу, чорно-білого оформлення, все дається в інтерактивній формі, барвисто, яскраво, доступно і привабливо. Все це активізує розумові процеси і пам'ять учнів, розвиває творчу уяву і підвищує інтерес до предмета. Повною мірою використаний принцип наочності. Також в учнів закріплюються навички роботи на комп'ютері, вони добре і швидко орієнтуються в електронних підручниках, з цікавістю відповідають на тестові питання, це формує здатність учнів до самонавчання, самоосвіти, самоорганізації і самореалізації.

15

Працістудентськоїнауковоїконференціїфізико-технічногофакультетуДонНУ, 2014

УДК 37.022:681.3(075.8)

РОЗРОБКА МУЛЬТИМЕДІЙНОГО ПОСІБНИКА ДЛЯ НАВЧАННЯ АЛГОРИТМІЗАЦІЇ І ПРОГРАМУВАННЮ

О.О. Болховський

Науковий керівник: В.В. Коломенська

Навчання інформатики передбачає застосування різних прикладних програм, систем програмування та ін. В той же час навчальний матеріал з інформатики, як правило, надається в паперовому вигляді, що не дозволяє застосовувати переваги комп’ютерних технологій представлення інформації в навчальному процесі. Метою даної роботи є створення мультимедійного посібника з навчання алгоритмізації і програмуванню.

До подібних засобів пред'являються наступні вимоги:

наявність традиційних структурних елементів: основний текст, допоміжні тексти та позатекстові компоненти (апарат організації засвоєння, ілюстративний матеріал);

ієрархічна структура посібника, яка забезпечується елементами переходу в позатекстові структури.

Аналіз моделі комп’ютерного підручника дозволяє виділити його основні особливості:

миттєвий доступ і зручне просування по навчальному матеріалу підручника;

можливість використання як традиційних видів навчальної діяльності, так і нових – опрацювання теоретичного матеріалу на динамічних моделях, проведення комп’ютерного експерименту, розв’язування дослідницьких задач в інтерактивному режимі тощо.

забезпечення взаємодії учня із середовищем комп'ютерного підручника і наявності автоматичної системи діагностики знань;

поєднання різних навчальних ресурсів, в тому числі і ресурсів мережі Internet.

Вказані вимоги і особливості були застосовані при розробці мультимедійного посібника з алгоритмізації і програмування для шкільного курсу інформатики. На теперішній момент проаналізовані програмні вимоги з вказаних розділів, розроблена структура посібника, способи представлення навчального матеріалу, методи діагностики знань. Виконане наповнення посібника навчальним матеріалом з деяких тем. При розробці інтерфейсу посібника застосовувалися ілюстративні та графічні засоби наочності, інтерактивні фрагменти, сучасні мультимедіа елементи.

16

Працістудентськоїнауковоїконференціїфізико-технічногофакультетуДонНУ, 2014

УДК 53:64.06

ВИВЧЕННЯ ПРИНЦИПІВ ДІЇ ПОБУТОВИХ ПРИЛАДІВ НА УРОКАХ ФІЗИКИ

А.І. Каплун

Науковий керівник: І.М. Пустинникова

Побутова техніка не тільки допомагає в домашньому господарстві, але й може слугувати хорошим прикладом застосування законів фізики. У кожному домі можна зустріти кондиціонер, мікрохвильову піч, витяжку, ультразвукову пральну машину, пилосос, холодильник, праску, соковижималку, пароварку тощо. Зв'язок фізики з будовою та принципами дії побутових приладів може відігравати особливу роль під час викладання курсу фізики в школі. Вчителю, для більшої зацікавленості учнів, на своїх уроках можна пояснювати як та де застосовуються закони фізики в побутовій техніці. Так учням буде легше зрозуміти те, про що йде мова на уроці й розібратись у матеріалі, що вивчається.

Архімед не тільки відкрив закон, який вивчають в 8 класі, а й зробив ще багато відкриттів. Один з них – це гвинт Архімеда. Що ж він собою являє і де зустрічається в побутових приладах? Спіраль, поміщена в циліндр, – ось що це таке. З початку архімедову спіраль застосовували для підйому води при зрошенні територій і для осушення шахт, трюмів кораблів, низин і заболочених місцин. Зазори між краями спіралі і стінками циліндра дозволяли вільно обертатися валу. При обертанні спіраль захоплювала рідину за собою, піднімала її на гору і врешті-решт вода виливалася через верхній відкритий кінець циліндра. Таким чином, якщо помістити один кінець циліндра в воду, а другий розташувати вище нього під кутом і обертати вал, то можна піднімати рідину наверх. Обертати можна було як сам вал зі спіраллю всередині циліндра, так і циліндр разом з валом. Зараз гвинт Архімеда застосовують в різноманітних приладах: від звичайної м'ясорубки до двигунів транспорту.

Людство здавна прало білизну. Це було, є і буде невід'ємною частиною гігієни людини. Спочатку це робили руками з використанням калатал, пральних ребристих дощок. Перша пральна машина з’явилась в 1851 р. Основною деталлю цього агрегату був дерев'яний або залізний барабан зі специфічно вигнутими лопатями. Останні десятиліття минулого століття, коли наука пішла ще далі, у пральних машинках стали використовувати ультразвук (кавітацію).

Таким чином, використовуючи таку інформацію на уроках фізики, можна зацікавити учнів та підвищити їх успішність.

17

Працістудентськоїнауковоїконференціїфізико-технічногофакультетуДонНУ, 2014

УДК 378.147:53+57

УЛЬТРАЗВУК В ЖИВІЙ ПРИРОДІ

Т.В.Ставська

Науковий керівник: І.М. Пустинникова

Вивчаючи тему "Інфрата ультразвук", можна запитати у дев’ятикласників: що може бути спільного між фізикою і кажаном? Летюча миша – унікальний об'єкт для вчених-біоакустиків. В Гарвардському університеті професор Пірс сконструював прилад для перетворення високочастотних звуків в коливання більш низької частоти, чутні людським вухом. Дізнавшись про існування такого приладу, студент-біолог приніс до лабораторії Пірса клітку з летючими мишами. Коли мікрофон детектора направили на клітку, з гучномовця на вчених обрушився оглушливий потік тріскучих звуків. Стало цілком ясно, що кажани видають сигнали в діапазоні частот, що лежать вище порога чутності людини. Миша, маючи поганий зір, на льоту виявляє і ловить маленьких комах, і допомагають їй у цьому ультразвуки, які виникають в її гортані. За своїм устроєм гортань миші нагадує звичайний свисток: повітря, що видихається з легенів, вихором проноситься через неї – виникає «свист» дуже високої частоти (людина його не чує) [1; 2].

У гортані кажана збуджуються короткочасні високочастотні звукові коливання – ультразвукові імпульси. За секунду їх від 5 до 60, а у деяких видів навіть від 10 до 200 імпульсів. Кожен імпульс, «вибух», триває всього 2-5 тисячних часток секунди (у підковоносів 5-10 сотих секунди). Короткість звукового сигналу – дуже важливий фізичний фактор. Лише завдяки цьому фактору можлива точна ехолокація, тобто орієнтування за допомогою ультразвуку.

З ультразвуками, часом самі того не помічаючи, ми зустрічаємося на кожному кроці. Крім кажанів, в природі ультразвуки використовують дельфіни, морські свині, кити тощо. А людина використовує ультразвуки для вирішення багатьох технічних проблем в машинобудуванні, металургії, хімічній та харчовій промисловості. Важливу роль ультразвук відіграє зараз в медицині. Ось так маленька летюча мишка допомогла вченим-фізикам зробити багато важливих та необхідних відкриттів.

1.Морозов В. П. Занимательная биоакустика / В. П. Морозов. – Изд. 2-е, доп., перераб. − М.: Знание, 1987. − С. 30-36.

2.Мосияш С. С. Летающие ночью / С.С. Мосияш. − М.: Знание, 1985.– 160 с.

18

Працістудентськоїнауковоїконференціїфізико-технічногофакультетуДонНУ, 2014

УДК 378.147:53+82

ВИКОРИСТАННЯ ХУДОЖНІХ ТВОРІВ НА УРОКАХ ФІЗИКИ

К.Ю. Яковлєва

Науковий керівник: І.М. Пустинникова

Використання художніх творів активізує пізнавальну діяльність і емоційну сферу учня в процесі навчання фізики. Емоційний потенціал і широкі можливості цих творів щодо здійснення міжпредметних зв'язків з гуманітарними дисциплінами розширюють спектр та різноманітність мислення школярів. Крім того, вони є незамінними при навчанні фізики у класах з гуманітарним напрямком. Застосування уривків з творів дозволить вчителю повною мірою реалізувати спонукаючу, пізнавальну, виховну і розвиваючу функції, досягти поставлених цілей у процесі навчання.

Особливо слід підкреслити, що такий вид діяльності служить засобом зв'язку не тільки між навчальними предметами, а й між двома такими сферами як наука і мистецтво. Емоційний образ міцно запам'ятовується учнямиі допомагаєїмзасвоїтинавчальнийматеріал.

Наприклад, якщо прочитати повість Аркадія і Бориса Стругацьких «Понеділок починається в суботу» [1], то виникає питання: яку ваду зору має щука, перебуваючи в повітрі: короткозорість або далекозорість?

На відміну від Гаррі Поттера, який, ставши невидимим, перетворився лише на пару зіниць, що ширяють у двох метрах над землею [2], людина-невидимка [3] Герберта Уеллса ніколи не зможе стати володарем світу, а, навпаки, приречена на загибель.

Широкі можливості застосування літератури для розвитку образного мислення обумовлені наявністю надлишку інформації, який є необхідною умовою для організації акту розуміння, надає образу емоційне забарвлення, робить його яскравим, наочним і незабутнім.

Таким чином, використання художніх творів на уроках дозволить учням глибше дізнатися і ще більше полюбити таку чарівну науку як фізика.

1.Стругацкий А. Понедельник начинается в субботу / А. Стругацкий, Б. Стругацкий. – М.: Эксмо, 2007. – С. 5-216.

2.Роулинг Дж. К. Гарри Поттер и Тайная комната / Дж. К. Роу-

линг. – М.: Росмэн, 2001. − 478 c.

3.Уэллс Г. Человек-невидимка / Г. Уэллс. – М.: Худ. литерату-

ра, 1973. – С. 213-336.

19

Працістудентськоїнауковоїконференціїфізико-технічногофакультетуДонНУ, 2014

УДК 004.072

ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТОРНОЙ МОДЕЛИ ПАМЯТИ СИТУАЦИОННОГО УПРАВЛЕНИЯ НА ПРИМЕРЕ РОБОТА

ARDUINO

А.Н. Раев

Научный руководитель: профессор Каргин А.А.

Исследование и разработка новых методов управления техническими комплексами является важной задачей, направленной на улучшение существующих алгоритмов автоматического управления.

Целью данной работы является исследование нечеткого исполнительного механизма и его применимости к задаче управления роботом.

Каждому управляющему сигналу, который передается на приводы робота, ставится в соответствие элемент эффекторной памяти. Моделью элемента является нечеткий фактор уверенности, указывающий на необходимость применения соответствующего управляющего сигнала и актуальность этого управления.

Модель исполнительного механизма есть процедура перехода от нечетких параметров эффекторного элемента к конкретному управляющему воздействию, которое будет передано роботу (дефаззификация).

Цель работы – разработка приложения средствами C++ для проведения компьютерных экспериментов (компьютерного моделирования) эффекторной памяти и исполнительного механизма, а также для визуализации соответствующих моделей.

Вработе проводится анализ модели для решения задачи навигации робота в лабиринте с препятствиями; проведение экспериментов с различными задающими воздействиями и динамическими характеристиками модели.

Модель используется для управления роботом на базе аппарат- но-вычислительной платформы Arduino с установленной колесной платформой и набором датчиков, с помощью которых робот получает информацию об окружающей среде.

Врезультате работы реализована модель эффекторной памяти и исполнительного механизма, проведена серия компьютерных экспериментов модели, проведены эксперименты с реальным роботом.

20