Фото: wallpaperup.com
Физика в моей профессиональной деятельности используется преимущественно для решения прикладных задач из области полупроводниковой схемотехники, то есть поиск бозона Хиггса, обеспечение равномерности нейтронного поля в активной зоне ВВЭР или уточнение физических констант до «..надцатого» знака - это не про меня. Как следствие, штатного функционала «физических» расширений от MathWorks более чем достаточно:
- MATLAB - расчеты и визуализация всего;
- SimMechanics - моделирование физических систем;
- SimPowerSystems - моделирование электротехнических устройств;
- Signal Processing Blockset - моделирование поточных данных для радио- и гидролокации, телекоммуникации и др.;
- Partial Differentional Equation ToolBox - решение задач математической физики.
Законы механики
Момент сил, закон сохранения момента импульсов, уравнения движения центра масс, кинетическая+потенциальная энергия и т.д. используются для расчетов механической нагрузки изделий или их частей при эксплуатации. Например: проектируется печатная плата, которая будет установлена на подвижное основание - уравнения динамики твердого тела помогут оценить ускорения, прочность на изгиб/излом, максимальные ударные нагрузки и много всего прочего для соответствия условиям технического задания.
Электромагнетизм
Этот раздел, будучи фундаментом для электроники и теории автоматического управления, даже в облегчённом варианте является многоликим и выходит далеко за пределы закона Ома. При цифровой обработке сигналов на дискретных компонентах - это преимущественно постоянный/импульсный ток и правила Кирхгофа; силовая электроника - электромагнитная индукция, правило Ленца, намагниченность, векторы B и H; гетеродин и пьезоэлементы - переменный ток, формула Томсона, колебания, логарифмический декремент затухания, гармоники сигналов.
Самое «денежное» в этом разделе физики - всевозможные преобразователи физических величин в электрический сигнал, так как в этом случае приходится вспоминать электромагнетизм по-полной: сила Ампера, явление самоиндукции, сила Лоренца, теорема Гаусса, вынужденные электрические колебания, резонансные контуры и др. Опять же: электромагнитные волны интересны не столько с научной точки зрения, сколько с финансовой: устройства беспроводной передачи данных, расчет и реализация планарных антенн на печатных платах и др.
Волновые процессы
Их использую на практике довольно часто, причем как в прикладном виде (ИК пульты дистанционного управления, оптические приёмо-передатчики), так и в фундаментальном корпускулярно-волновом дуализме. Опять же, изобретать новые типы многомодового оптического волокна, или же проектировать лазер с ядерной накачкой - один мозг «не поднимет», но снабдить своё устройство электронно-оптическим преобразователем и подобрать волоконно-оптический кабель под требуемые длину волны и затухание - задача штатная. В более интересных практических задачах используется поляризация для оценки напряженности твердого тела, интерференция световых волн для определения кривизны (кольца Ньютона, бипризма Френеля), также не остаются в стороне дифракционная решетка, поглощение (закон Бугера) и рассеяние света (закон Рэлея).
Физика макросистем
Молекулярно-кинетическая теория с сопутствующими термодинамическими соотношениями в основном применяется для расчёта теплового баланса электронных компонентов. Типичная задача: герметичный корпус (например по IP68) находится во внешней среде переменной температуры и содержит внутри платы обработки данных и/или блоки питания - нагрев/охлаждение изнутри и снаружи. Нужно в динамике обеспечивать заданный в техническом задании тепловой профиль внутри блока. Да прибудет со мной силушка богатырская в виде второго начала термодинамики, явлений переноса, фазовых переходов и теплоёмкости твёрдого тела! В тоже время, теоретические знания о распределении Максвелла, Больцмана, Ферми-Дирака, Бозе-Эйнштейна, газе Ван-дер-Ваальса, энтропии и т.д. есть, но на практике применять нет возможности.
Квантовая физика
Включает в себя ядерную и атомную составляющие и является для моей специальности трамплином, так как одно из базовых направлений на родной кафедре в МИФИ были разработка и эксплуатация систем управления и защиты для атомных реакторов. Последующая трудовая деятельность в Росатоме позволила на практике увидеть процесс взаимодействия энергии с веществом, который нельзя не заметить при разработке зарядочувствительных предусилителей для ядерно-физических измерений с применением ФЭУ, нейтронных счетчиков, а также полупроводниковых детекторов Hamamatsu и Amptek.
Как следствие: приходит понимание активности изотопов α(альфа), β(бета), γ(гамма) излучения (Co60, PuBe, ОСГИ), чем от них можно защититься (расстояние, полиэтилен, Cd, Pb) и как всё это можно измерить (спектрометрический АЦП, дискриминатор по уровню, токовый и счётный режимы), Вообще-то, в повседневной жизни понимание законов физики нивелирует значительную часть техногенных «страшилок», а на профессиональном уровне позволяет преобразовать скромный входной бюджет во впечатляющий финансовый «выхлоп» исключительно с помощью подручных средств и небольшой электронной обвязки.
Литература
Здесь представлены книги, составляющие основу моего академического фундамента по общей физике. В список намеренно не включены прикладные труды (научно-популярные статьи, спецификации, журналы и др.), так как «Знание принципов легко возмещает незнание фактов»(C).
Книги представлены исключительно в ознакомительных целях - любое использование этой литературы кроме предварительного ознакомления запрещено. Если Вы являетесь правообладателем одной из них и считаете, что подобная реклама Ваших трудов не приемлема - прошу связаться со мной одним из вариантов.
- Иродов И.Е. Том 1. Механика. Основные законы;
- Иродов И.Е. Том 2. Физика макросистем. Основные законы;
- Иродов И.Е. Том 3. Электромагнетизм. Основные законы;
- Иродов И.Е. Том 4. Волновые процессы. Основные законы.
- Иродов И.Е. Том 5. Квантовая физика. Основные законы.
