Загрузить - Кафедра общей и экспериментальной физики

Федеральное агентство по образованию
ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ (ТГУ)
Физический факультет
Направление 010700 - физика
Кафедра общей и экспериментальной физики
ДОПУСТИТЬ К ЗАЩИТЕ В ГАК
Зав. кафедрой общей и экспериментальной физики,
доктор ф.-м. наук, профессор
___________Демкин В.П.
"___"____________ 2007 г.
ДИПЛОМНАЯ РАБОТА
ПОСТАНОВКА ЛЕКЦИОННОЙ ДЕМОНСТРАЦИИ СОЛИТОНА
Загуляев Дмитрий Валерьевич
Научный руководитель
кандидат.ф - м. наук, доцент.
__________Сотириади Г.Н.
Автор работы
студент группы 526а
____________Загуляев Д.В.
2
Томск – 2007
Содержание
Введение
3
1
5
2
Солитон и история его открытия
1.1Волны на воде и Джон Скотт Рассел
5
1.2Волны и солитоны
7
1.3Способы экспериментального получения солитонов
15
Экспериментальная часть
19
2.1Получение и изучение «стационарных солитонов»
19
2.2Эксперимент по получению и изучению «солитона Рассела»
23
Заключение
29
Список используемой литературы
30
Приложение1 Примеры солитонов
31
Приложение2 Солитон Рассела
32
Приложение3 Экспериментальное получение «стационарного солитона» 33
Приложение4 Установка для получение «солитона Рассела»
34
3
Введение
В последние пятьдесят лет наблюдается необычно высокий всплеск
интереса к теории нелинейных явлений. Вызван он в первую очередь
крупными достижениями математической физики – обнаружением точной
интегрируемости большого числа нелинейных эволюционных уравнений и
выяснением удивительных свойств локализованных решений этих уравнений
– солитонов. Понятие солитона как пространственно локализованного
возмущения нелинейной физической системы, не деформирующегося при
движении, прочно вошло как в теоретическую, так и в экспериментальную
физику. Это в свою очередь вызвало появления ряда новых физических
понятий и даже концепций. Описание физических явлений в рамках
«солитонной науки» в ряде случаев является не только вполне естественным,
но подчас и единственно возможным.
Волны давно привлекли внимание ученых. В первую очередь это
произошло, потому что человек постоянно сталкивается с ними в своей
повседневной жизни, слушая радио или просто бросая камушки в реку, и
наблюдая, как расходятся круги. Но это уже давно изученные и хорошо
известные линейные явления. А в шестидесятые годы прошлого столетия
возрос интерес к нелинейным волнам, и в частности к солитонам. В первую
очередь это вызвано тем, что солитоны могут проходить большие
расстояния, не изменяя свою форму и скорость. Так же возник интерес к
этому явлению, потому что оно наблюдается не только в физике, но и в
других науках.
Например, считается, что нервный импульс это солитон, или всем
известное явление цунами[1]. Так же, существуют оптические солитоны, с
помощью которых становится возможным передавать информацию на
большие расстояния практически без потерь, магнитные солитоны и т.д. В
общем, у солитона очень обширная область использования и в настоящее
время в этом направлении ведется много исследований.
4
В настоящее время изучение солитонов включили в курс физики по
разделу «нелинейные уравнения математической физики» и для того чтобы
студенты лучше усваивали материал, желательно поставить лекционную
демонстрацию по этой теме, так как залогом лучшего усвоения и понимания
материала служит наглядность и экспериментальное подтверждение.
Настоящая работа посвящена решению этой задачи. Таким образом,
целью данной работы является постановка лекционной демонстрации на
тему “уединенные волны” или “солитоны”.
Для реализации этой цели необходимо решить следующие задачи:
1
Изучить солитоны и их свойства.
2
Рассмотреть некоторые эксперименты, связанные с получением
солитонов.
3
Создать экспериментальную установку для получения солитона.
4
При необходимости произвести расчет характеристик солитона.
5
Сравнить полученные результаты с результатами других авторов.
Заключение.
В настоящей работе была описана краткая история открытия солитона,
рассмотрены разные виды волн, приведены различные виды солитонов.
Обсуждены различия между волнами и солитонами. Рассмотрено несколько
экспериментов по получению солитонов. В результате этого была
сконструирована экспериментальная установка для получения солитона и
демонстрации его в учебной аудитории. По результатам измерений
параметров солитона, полученных да этой установке, были рассчитана его
длина волны, скоростные и амплитудные характеристики, которые очень
хорошо соответствуют результатам, полученным другими авторами и на
других устройствах. То есть можно утверждать, что поставленная задача
полностью выполнен
5
Литература.
1. Понявин И. Д. Волны цунами. Л.; 1965
2. Галерея: портреты известных солитонов. Режим доступа:
http://ir.on.ufanet.ru/soliton/, свободный.
3. Филиппов А. Г. Многоликий солитон. М.: Наука, 1986. (Б-чка "Квант";
Вып. 48).
4. Ландсберг Г.С. Элементарный учебник физики. М.: Наука, 1964. Т. 3.
5. Дж. Лем., Введение в теорию солитонов. М.: Мир; 1983
6. Губанков В.Н. Солитоны, новое в жизни, науке, технике. М.: Знание, 1983.
(Физика; Вып. 12).
7. А. Голубев Солитоны. Режим доступа http://inventors.ru/index.asp?
mode=001932 , свободный.
8. Кившарь Ю., Оптические солитоны. М.: Физматлит; 2005
9. Буллаф Р., Кодри Ф. Солитоны. М.: Мир; 1983
10. Незлин М., Солитоны Россби . УФН; 1986, Т. 150, № 1, 60 стр.
11. Лаборатория молекулярной физики НГУ (Молекулярный практикум).
Режим доступа: http://www.phys.nsu.ru/molecules/, свободный.
12. Режим доступа http://www.ma.hw.ac.uk/~chris/wave.jpg, свободный
6