Эта первая часть «Курса теоретической физики» посвящена, главным образом, «теории поля».
Обыкновенно теория поля излагается в курсах теоретической физики в связи с теорией притяжений, в гидродинамике или в электродинамике. В этом курсе я решил выделить теорию поля в особую часть по следующим причинам.
Во-первых, теория поля, по моему мнению, представляет собою в настоящее время главное зерно всей теоретической физики. Каждое физическое явление, происходящее в пространстве и во времени, уже образует поле.
Во-вторых, теория поля лежит на границе между физикой и геометрией, и те трудности, которые приходится преодолевать при изучении геометрии поля, сами по себе достаточно велики, и их не следовало бы примешивать к тем трудностям, которые присущи самой физической теории.
В-третьих, выделение теории поля, мы отчасти избегаем повторения выводов одних и тех же теорем в различных отделах теоретической физики.
Физика занимается такими явлениями неорганического мира, которые вполне или отчасти могут представляться, как совокупность известного рода движений. Как всё то, к чему мы относим название тела (материи), может быть представлено нами не иначе, как занимающим некоторое пространство, так точно явления в сущности не могут быть иначе мыслимы, как в соотношении к пространству, времени и материи, т. е. должны представляться, как движение материи. Всякое явление мы считаем для себя понятным и объяснённым, если умеем мысленно разглядеть в нём определённое движение.
Изучение явлений есть объяснение их с помощью других, более простых, из которых проще всего представляется нам движение. Поэтому основой всех физических исследований является разъяснение законов того или другого вида движения или сведение сложных движений к простым.
Механической системой называется совокупность конечного или бесконечного числа материальных точек, находящихся во взаимодействии, — движение и равновесие одной точки влияет на движение и равновесие остальных. Всякое тело в природе есть механическая система. Отличаются различные системы одна от другой лишь характером взаимодействия между их точками.
Силы, действующие на точки системы, делятся на 1) силы внутренние — взаимодействия между членами системы и 2) силы внешние — представляющие результат действия на систему тел, к ней не принадлежащих. Например, между массами солнца и земли, рассматриваемыми как одна система, существует взаимодействие внутреннее — ньютоновское притяжение; кроме того, их же массы подвержены влиянию внешнему — притяжению со стороны звезд и планет.
Среди работ С. А. Чаплыгина, посвящённых механике неизменяемых систем, особое место занимают его исследования по динамике неголономных систем, содержащие начала общей теории движения этих систем и решение ряда задач о качении твердых тел.
Все эти исследования помещены в первом томе Собрания сочинений С. А. Чаплыгина (Гостехиздат, Москва, 1948). Но, имея в виду малый тираж Собрания сочинений и желая в то же время как можно шире ознакомить с этими исследованиями учащуюся молодежь и вообще всех лиц, занимающихся теоретической и прикладной механикой, издательство сочло целесообразным выпустить указанные работы С.А. Чаплыгина отдельной книгой.
Все вошедшие в настоящий сборник работы были опубликованы С. А. Чаплыгиным и приводятся в редакции, принадлежащей автору. Слова, добавленные в отдельных случаях редакционной коллегией при подготовке к изданию Собрания сочинений С. А. Чаплыгина, заключены в квадратные скобки.
Любые три независимые величины q₁, q₂, q₃, однозначно определяющие положение точки в трехмерном пространстве, могут рассматриваться как координаты этой точки. При этом радиус-вектор точки является функцией этих координат, т.е. r̄ = r̄(q₁, q₂, q₃). При изменении одной из координат и фиксированных остальных конец радиуса-вектора r̄ вычерчивает линию, которую называют координатной линией. Координатные линии, вообще говоря, кривые, и поэтому координаты называют криволинейными.
В пособии приведены методы решения задач по
динамике твердого тела и краткие сведения из теории
На двух конкретных примерах рассмотрен общий подход в математическом моделировании тепловых процессов в контактных зонах тепловыделяющих элементов при разработке и оптимизации различных технологических процессов, систем и устройств. В первом примере рассмотрена математическая модель теплообмена в контактной зоне (металлогибридном термоинтерфейсе) между тепловыделяющим элементом и теплорассеивающим радиатором. Во втором случае рассмотрен и про-анализирован тепловой процесс при обработке материалов связанным алмазным ин-струментом в контактной зоне «алмазное зерно – связующий материал – обрабаты-ваемый материал». Общий подход в моделировании тепловых процессов в контактных зонах различных тепловыделяющих элементов позволяет оптимизировать параметры технологических режимов обработки и правильные условия эксплуатации изделий и систем.
Установлено, что сверхслабое свечение, наблюдающееся в режиме нано- и микротоков в синих GaN-светодиодах с множественными квантовыми ямами, обусловлено туннельно-рекомбинационными процессами с участием дефектных состояний и локальных потенциальных ям различной глубины, возникающих вследствие планарных флуктуаций индия в слоях InGaN активной области. Получены цифровые фотографии и проанализированы картины сверхслабого свечения поверхности кристаллов светодиодов. Показано, что картины свечения наряду с вольтамперной характеристикой демонстрируют значительные изменения после испытаний еще на начальных этапах деградации, что указывает на высокую чувствительность этих параметров к деградационным процессам и на возможность их использования в методах диагностики и неразрушающего контроля.
Разработан отечественный автоматизированный исследовательский измерительный комплекс, позволяющий определять значения токов, напряжений и мощности карбидо-кремниевых диодов Шоттки при подаче импульсов обратного напряжения с амплитудами от 400 до 1000 В. Исследовательский измерительный комплекс был протестирован на карбидокремниевых диодах Шоттки DDSH411A91 («ГРУППА КРЕМНЫЙ ЭЛ») и C3D1P7060Q (Cree/Wolfspeed) и позволил определить их максимальные значения скорости нарастания обратного напряжения dV/dt (877 В/нс и 683 В/нс). Также были определены максимальные значения скорости нарастания тока dI/dt для диодов DDSH411A91 (3,24 А/нс) и C3D1P7060Q (3,72 А/нс). Впервые установлено, что при подаче импульса обратного напряжения амплитудой 1000 В максимальные значения мгновенной полной мощности достигают 1419 ВА для диода DDSH411A91 и 1638 ВА для диода C3D1P7060Q.
Исследован оптоакустический метод, имеющий высокое пространственное разрешение, для измерения концентрации глюкозы в крови. Оптоакустический эффект заключается в возбуждении акустических колебаний в жидкой среде в результате поглощения оптического излучения и локального термического нагрева среды. Проведены экспериментальные измерения в свиной крови при различных концентрациях глюкозы с использованием насоса для моделирования кровотока.
В настоящее время доступны только два инвазивных метода для измерения глюкозы в крови: первый, самый обычный метод требует забора образца крови, который затем транспортируется и анализируется в клинической лаборатории, нанесение крови на тест полоски глюкометра. Забор крови, особенно у детей, бывает сложным, кроме того, клинические исследования требуют времени. Следовательно, неинвазивный,
непрерывный мониторинг глюкозы оптоакустическим методом является перспективным.