1001 сайт в одном портале: я и мои друзья, журналисты, отвечаем за каждое своё слово.

Новости.
Важные. Очень важные.
И - разные!

Ученые СПбПУ обнаружили новый физический парадокс

15/07/2020

Ученые Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого (СПбПУ) обнаружили и теоретически объяснили новый физический эффект, суть которого заключается в возможности роста амплитуды механических колебаний объекта без внешнего воздействия. Кроме того, они предложили свой вариант устранения парадокса Ферми-Паста-Улама-Цингоу.

В СПбПУ это объяснили на простом примере: чтобы раскачать качели, их нужно постоянно подталкивать. Считалось, что без постоянного внешнего воздействия добиться колебательного резонанса невозможно.

Однако научная группа Высшей школы теоретической механики Института прикладной математики и механики СПбПУ обнаружила новое физическое явление – баллистический резонанс, при котором механические колебания могут возбуждаться исключительно за счет внутренних тепловых ресурсов системы.  

Ключом к пониманию стали экспериментальные работы научных групп по всему миру, показавшие, что в сверхчистых кристаллических материалах на нано- и микроуровне тепло распространяется с аномально высокой скоростью. Это явление назвали баллистической теплопроводностью.

Научная группа под руководством члена-корреспондента РАН Антона Кривцова вывела уравнения, описывающие это явление, и существенно продвинулась в понимании тепловых процессов на микромасштабах. В исследовании, опубликованном в научном журнале “Physical Review E”, ученые рассмотрели поведение систем при начальном периодическом распределении температуры в кристаллическом материале.

Обнаруженное явление заключается в том, что процесс выравнивания тепла приводит к возникновению механических колебаний с возрастающей со временем амплитудой. Эффект получил название баллистического резонанса.  

«Последние несколько лет наша научная группа занимается исследованием механизмов распространения тепла на микро- и наноуровне. В процессе работы мы обнаружили, что на этих уровнях тепло распространяется совсем не так, как мы ожидали – например, тепло может течь от холодного к горячему. Такое поведение наносистем приводит к новым физическим эффектам, таким как баллистический резонанс», – отметил доцент Высшей школы теоретической механики СПбПУ Виталий Кузькин. По его словам, в дальнейшем ученые хотят понять, как это можно использовать в таких перспективных материалах, как, например, графен.

Эти открытия также дают возможность разрешения парадокса Ферми-Паста-Улама-Цингу. В 1953 году научная группа, возглавляемая Энрико Ферми, провела ставший впоследствии знаменитым компьютерной эксперимент. Ученые рассмотрели простейшую модель колебаний цепочки частиц, соединенных пружинками. Предполагалось, что механическое движение постепенно затухнет, превратившись в хаотические тепловые колебания, однако результат оказался неожиданным: колебания в цепочке сначала практически затухли, но затем возродились и практически достигли начального уровня. Система пришла в начальное состояние, и цикл снова повторился. Причины появления механических колебаний из тепловых в рассмотренной системе уже на протяжении десятков лет являются предметом научных исследований и споров.

 

Амплитуда механических колебаний, вызванная баллистическим резонансом, не возрастает бесконечно, а достигает максимума, после чего начинает постепенно уменьшаться до нуля. Со временем механические колебания затухают полностью, а температура выравнивается вдоль всего кристалла. Этот процесс называется термализацией. Для механиков и физиков данный эксперимент важен по той причине, что цепочка частиц, соединенных пружинками, является хорошей моделью кристаллического материала.

Исследователи Высшей школы теоретической механики СПбПУ показали, что переход механической энергии в тепло происходит необратимо, если рассматривать процесс при конечной температуре.

«Обычно не учитывается, что в реальных материалах наряду с механическим присутствует тепловое движение, энергия которого на несколько порядков выше. Мы воссоздали эти условия в компьютерном эксперименте и показали, что именно тепловое движение гасит механическую волну и препятствует возрождению колебаний», – пояснил директор Высшей школы теоретической механики СПбПУ, член-корреспондент РАН Антон Кривцов.

По мнению экспертов, теоретический подход, предложенный учеными СПбПУ, позволяет по-новому взглянуть на то, что понимается под теплом и температурой, и может иметь основополагающее значение при разработке наноэлектронных устройств будущего.

Читайте также

В СПбПУ прошел мастер-класс по созданию научных постеров

05/11/2020

Нужно ли ученым уметь рисовать? Обязательно, если речь о научных постерах! Хорошо подготовленный стендовый доклад позволяет не только донести суть своего исследования до участников конференции, но и привлечь заинтересованных людей, а там и до новых открытий недалеко.

Международная научная конференция “Innovations in Digital Economy SPBPU“

05/11/2020

В Санкт-Петербургском политехническом университете Петра Великого состоялась Международная научная конференция “Innovations in Digital Economy: SPBPU IDE-2020”, организованная Высшей инженерно-экономической школой Института промышленного менеджмента, экономики и торговли СПбПУ в коллаборации с Инженерным факультетом Университета Индонезии и Центром устойчивого развития инфраструктуры Университета Индонезии.

Что готовит 2-я Российско-испанская неделя языка и культуры

05/11/2020

2-я Российско-испанская неделя языка и культуры стартует уже совсем скоро: 16 ноября пройдут первые мероприятия. Регистрация на большинство из них еще открыта, а мы расскажем, что именно готовят в этом году СПбПУ и Университет Кадиса (Испания).

Цифровая ярмарка вакансий «Время карьеры» пройдет в СПбПУ

03/11/2020

«Время карьеры» – один из проектов АНО «Россия – страна возможностей». Серия карьерных мероприятий пройдет в ноябре в более чем 35 городах России. Среди организаторов – Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого. Мероприятие представляет собой цифровую ярмарку вакансий от ведущих работодателей России с программой деловых активностей и цифровой стендовой сессией – все это пройдет в онлайн-формате.

Вышли новые правила приема в Петербургский Политех

03/11/2020

Правила приема – один из важнейших документов для абитуриентов. Именно в нем отражены календарь приема, список необходимых документов для поступления и перечень вступительных испытаний. Правила приема утверждаются каждый год Ученым советом СПбПУ, и в этом году утвержденный документ был опубликован 1 ноября: срок публикации (обычно, правила появлялись 1 октября) перенесли из-за обновления порядка приема абитуриентов, утвержденного Минобрнауки.

Алексей Боровков: пик пандемии COVID-19 придется на середину декабря

03/11/2020

Согласно текущему прогнозу главы группы по моделированию ситуации с коронавирусом в стране, руководителя Центра компетенций Национальной технологической инициативы (НТИ) «Новые производственные технологии» СПбПУ Алексея БОРОВКОВА, пик пандемии COVID-19 в Москве придется на 14 декабря.

Подписаться на эксклюзив

Подпишитесь на нашу рассылку и вы всегда будете в курсе событий еще до того, как это станет известно в СМИ

Подписаться