Физика — это не просто формулы и числа. Это про идеи, про понимание того как устроена Вселенная.
Карл Саган
Физика — фундаментальная наука, которая раскрывает законы природы, лежит в основе современных технологий. Ее изучение в высшей школе — это не только освоение теоретических основ, но и развитие критического мышления, исследовательских навыков и инженерного подхода к решению сложных задач. В стенах нашего университета она развивается благодаря уникальному сочетанию глубокой теоретической подготовки и прикладных исследований.
В условиях стремительного развития технологий особенно очевидна роль физического образования. Оно формирует научное мировоззрение, развивает способность анализировать сложные системы и процессы, дает инструменты для решения практических инженерных задач, воспитывает поколение исследователей и изобретателей.
Уникальность физики среди других естественнонаучных дисциплин состоит в том, что она имеет предметом своего изучения Вселенную в целом, позволяет с единых позиций подойти к исследованию различных систем, раскрыть единство в многообразном мире, окружающем человека. Являясь концептуальным ядром естественнонаучного мировоззрения, физика становится во главе познавательного процесса, вырабатывает конкретные рекомендации в своих многочисленных технических и гуманитарных приложениях. В современном постиндустриальном обществе перспективы дальнейшего развития не только технических, но и социальных и гуманитарных наук в значительной степени зависят от того, насколько им удается постичь методологические принципы физики.
Изучение физики — это тоже приключение. Вы найдете это сложным, иногда разочаровывающим, иногда болезненным, а часто и щедро вознаграждающим.
Хью Д. Молодой
Физика — ценностная основа приобретения специальных и профессиональных знаний, формирования технологической культуры личности. Методологические принципы физической науки (методы сравнения, классификации, систематизации, обобщений) позволяют устанавливать причинно-следственные связи между сторонами изучаемых процессов, проникать в сущность явлений и процессов природы, техники и общественной жизни, выявлять возникающие противоречия, предвидеть последствия принятия решений. Таким образом, успешное усвоение законов физики способствует развитию интегративного мышления при исследовании явлений, активной позиции по отношению к знаниям. Физика, как естественная наука, не только обеспечивает технологический прогресс, она также формирует менталитет людей, является основой социализации личности. Усвоение посредством физического образования представлений о научной картине мира как интегративной модели природы, взаимосвязанности явлений в нем, формирует систему знаний об окружающей действительности, о смысле бытия и целях собственной деятельности.
Физика давно перестала быть чисто теоретической наукой — сегодня она является мощным двигателем технологического прогресса, источником инновационных решений с основой для прорывных инженерных разработок.
Бекман, И. Н. Атомная и ядерная физика: радиоактивность и ионизирующие излучения : учебник для вузов / И. Н. Бекман. – 2-е изд., испр. и доп. – Москва : Юрайт, 2025.
В вводной части учебника дана краткая история открытия радиоактивности и ионизирующих излучений. Далее изложены некоторые базовые сведения о строении атома, его атомного ядра, элементарных частицах и ядерных процессах; описаны современные представления о явлении радиоактивности и статистике распада, приведены виды радиоактивного распада и типы сопровождающих их радиаций, законы кинетики радиоактивного распада и накопления (в том числе — в цепочках генетически связанных радионуклидов); рассмотрены виды ионизирующих излучений и их источники, особенности взаимодействия ионизирующих излучений с веществом, физические, химические и биологические последствия таких взаимодействий; приведены способы регистрации ионизирующей радиации, определения энергетического спектра излучения и методы радиометрии, а также статистические методы обработки результатов радиометрических измерений. Существенное внимание уделено ядерно-физическим характеристикам некоторых широкой используемых радиоактивных изотопов, ядерным реакциям, приводящим к синтезу радионуклидов, методам их наработки в ядерных реакторах и на ускорителях, способам их идентификации и характеристики. Заключительная часть учебника содержит сведения по биологическому действию ионизирующих излучений, методам дозиметрии, способам расчета поглощенной радиационной дозы и защиты от излучений, основам радиационной безопасности и правилам работы с радиоактивными веществами.
Бондарев, Б. В. Общая физика. Механика : учебник для вузов / Б. В. Бондарев, Н. П. Калашников, Г. Г. Спирин. – 2-е изд. – Москва : Юрайт, 2025.
По способу представления изучаемого материала предлагаемый курс физики можно назвать двухуровневым. Каждая достаточно сложная тема изложена здесь дважды: сначала самым простым образом, а затем более строго и широко. При помощи математического аппарата дано изложение основных понятий и законов механики. Приведено достаточное количество примеров и задач, разбор которых помогает усвоению теоретического материала и прививает навыки самостоятельного решения задач по общей физике.
Кузнецов, С. И. Физика: оптика. Элементы атомной и ядерной физики. Элементарные частицы : учебник для вузов / С. И. Кузнецов. – Москва : Юрайт, 2025.
Задача общей физики дать общее представление о физической картине мира, установить действующие в нем законы, изучить основные методы физических исследований и обозначить области применения этих законов и методов. Цель книги — помочь студентам освоить материал программы, научиться активно применять теоретические основы физики как рабочий аппарат, позволяющий решать конкретные задачи и приобрести уверенность в самостоятельной работе.
Учебное пособие представляет собой систематическое изложение четырех разделов, в которых рассматриваются законы геометрической и волновой оптики, обсуждаются квантовые свойства излучения, основы квантовой оптики, элементы квантовой механики, атомной и ядерной физики и физики элементарных частиц.
Никеров, В. А. Физика : учебник и практикум для вузов / В. А. Никеров. – 3-е изд., пер. и доп. – Москва : Юрайт, 2025.
Курс является компактным, но при этом дает цельное представление об основных законах и понятиях современной физики, их взаимосвязи и происхождении. Ключевые определения и термины выделены курсивом. В курсе последовательно изложены современные представления о механике и молекулярной физике, электродинамике и волновой оптике, квантовой физике. Акцент в изложении сделан на наиболее перспективные, бурно развивающиеся и финансируемые приложения, что делает курс востребованным и современным. Учебник предназначен для студентов широкого круга вузов с изучением общей физики в течение 1-4 семестров, а также для самоподготовки и повторения ранее изученного материала. Может быть использован также преподавателями для самообразования и подготовки к занятиям.
Физика: колебания и волны. Лабораторный практикум : учебник для вузов / В. В. Горлач, Н. А. Иванов, М. В. Пластинина, А. С. Рубан ; под редакцией В. В. Горлача. — 2-е изд., испр. и доп. — Москва : Юрайт, 2025.
В учебном пособии представлены лабораторные работы по темам: вынужденные колебания, колебания груза на пружине, волны в упругой среде, измерение длины звуковой волны и скорости звука, стоячие звуковые волны в трубе, электромагнитные волны, измерение показателя преломления, линзы, изучение поляризации электромагнитных волн, интерференция лазерного излучения на двойной щели, кольца Ньютона, измерение длины световой волны, законы синтеза цветов и другим. К каждой лабораторной работе даны рекомендуемая литература, краткое описание теории, контрольные вопросы. Подробно описаны теория колебательных и волновых процессов и методика эксперимента. Даны общие рекомендации по обработке результатов измерений.
Красота физики состоит в том, что она так проста в своих фундаментальных принципах и так сложна в своих проявлениях.
Ричард Фейнман
В условиях бурно развивающейся научно-технической революции роль физики чрезвычайно возрастает, и не только как технической науки, рождающей целые отрасли производства, но как фундаментальной мировоззренческой. Необходимость физических знаний для специалистов с высшим образованием в области естественных и технических наук — очевидна. Среди общеобразовательных предметов вузовский курс общей физики занимает важное место в подготовке специалистов, так как их квалификация определяется не только объемом полученных знаний, но и уровнем понимания общих законов развития науки и техники, навыками научного мышления, мировоззрением. Общефизическая подготовка студентов содержит благоприятные возможности для формирования мировоззрения и развития научного мышления будущих специалистов.
Физический факультет на протяжении многих лет остается лидером по инновационным научно-исследовательским разработкам в ЧелГУ и ведущим физическим факультетом на Южном Урале. Профессорско-преподавательский состав и аспиранты физического факультета активно занимаются научной деятельностью, проводит важные исследования, чем вносят вклад в развитие физической науки, создают учебники и учебные пособия, публикуют научные статьи. Данный раздел выставки представляет подборку учебных и практических изданий. Это не только демонстрация достижений, но и открытый диалог между преподавателями и студентами, между традицией и новаторством. Предлагаем ознакомиться с трудами, в которых теория сочетается с практикой:
Красников Василий Сергеевич — доцент кафедры общей и теоретической физики, старший научный сотрудник, кандидат физико-математических наук.
Яловец Александр Павлович — профессор кафедры общей и теоретической физики, доктор физико-математических наук.
Красников, В. С. Взаимодействие излучений с веществом : учебное пособие / В. С. Красников, А. П. Яловец. – Челябинск : Издательство Челябинского государственного университета, 2021.
Пособие состоит из двух частей. Первая часть посвящена описанию элементарных процессов взаимодействия различного вида излучений с атомами, методам расчета сечений взаимодействия. Вторая часть посвящена формулировке основных понятий теории переноса, выводу кинетического уравнения для излучений, описанию применяемых в теории переноса стандартных приближений, знакомству с методами решения уравнения переноса в однородной бесконечной среде, а также с основными принципами применения метода Монте-Карло к решению задач теории переноса. Предназначено для студентов и аспирантов, обучающихся по направлению физика.
Соколовский Владимир Владимирович — профессор кафедры физики конденсированного состояния, доктор физико-математических наук.
Загребин Михаил Александрович — декан, профессор кафедры радиофизики и электроники, доктор физико-математических наук.
Соколовский, В. В. Введение в первопринципные методы физики твердого тела : учебное пособие / В. В. Соколовский, М. А. Загребин. – Челябинск : Издательство Челябинского государственного университета, 2018.
Рассматриваются основы моделирования материалов в рамках первопринципных методов квантовой механики, а также передовые концепции и методы атомистического моделирования в материаловедении. Предназначено для обучающихся уровня подготовки бакалавриата, магистратуры и аспирантуры в рамках укрупненной группы специальностей 03.00.00 «Физика и астрономия» и занимающихся различными разделами физики конденсированного состояния. Может быть полезно для преподавателей и научных сотрудников, специализирующихся в области физики конденсированного состояния, компьютерного материаловедения, химии твердого тела.
Усачёв Владимир Константинович — доцент кафедры радиофизики и электроники, кандидат технических наук.
Бутаков Анатолий Владимирович — доцент кафедры радиофизики и электроники, кандидат физико-математических наук.
Усачёв, В. К. Физические основы функционирования элементов радиоэлектронных систем передачи информации : лабораторный практикум / В. К. Усачёв, А. В. Бутаков. – Челябинск : Издательство Челябинского государственного университета, 2024.
Практикум адресован студентам физического и математического факультетов, обучающихся по направлениям «Радиофизика и электроника», «Информационная безопасность», «Компьютерная безопасность». Описаны лабораторные работы по радиоэлектронным системам передачи информации. В работах изучаются методы передачи аналоговых и цифровых сигналов, исследуются спектры при образовании сигналов. Приведены варианты заданий для лабораторных работ и порядок их выполнения. В конце практикума есть контрольные вопросы и список рекомендуемой литературы.
Чернов Владимир Михайлович — профессор кафедры радиофизики и электроники, доктор физико-математических наук.
Чернов, В. М. Лабораторный практикум по ядерному магнитному резонансу / В. М. Чернов, А. В. Бутаков. – Челябинск : Издательство Челябинского государственного университета, 2024.
Практикум предназначен студентам физического факультета, обучающимся по направлениям «Физика», «Радиофизика». Описаны лабораторные работы по ядерному и магнитному резонансу. Работы посвящены исследованию структуры и молекулярных движений в веществах, находящихся в различных агрегатных состояниях; измерению времен ядерной спин-решеточной и спин-спиновой релаксации в жидкостях, полимерах и жидких кристаллах; вычислению моментов линии ядерного магнитного резонанса; способам разложения сложной линии на компоненты; установлению связи между импульсными и непрерывными методами наблюдения ядерного магнитного резонанса.
Представляем вашему вниманию некоторые из последних публикаций преподавателей и аспирантов физического факультета. Все выпуски «Челябинского физико-математического журнала» есть в наличии в читальном зале № 3 (корп. 1, ауд, 205) и в открытом доступе на сайте библиотеки.
Беленков, М. Е. Исследование адсорбции гидроксильных групп на слоях графена 5-7 и 3-12 / М. Е. Беленков, В. М. Чернов // Челябинский физико-математический журнал. – 2023. – № Т. 8, вып. 1. – С. 83-91.
Методом теории функционала плотности с использованием обобщённого градиентного приближения проведено теоретическое исследование электронных и физических свойств функционализированных гидроксильной (-OH) группой слоёв графена 5-7 типа Т1 (COH - L5-7-T 1) с типами присоединения -OH T1 и Т2 и слоя графена 3-12 (COH - L3-12) с единственным типом функционализации. В результате оптимизации слой на основе графена 3-12 с гексагональной минимальной элементарной ячейкой оказался неустойчивым. Два функционализированных слоя с моноклинной примитивной элементарной ячейкой на основе графена 5-7 структурного типа T1 являются устойчивыми с большими величинами длин углерод-углеродных связей и элементарных трансляций сравнительно с чистым графеновым слоем и слоем, функционализированным фтором. Из них тип присоединения -OH T1 обладает слоевой плотностью 1.61 мг/м2, а тип присоединения T2 1.67 мг/м2. В слоях 5-7 с адсорбированной -OH-группой тип T1 обладает энергией сублимации 18.20 эВ/(COH).
Грешняков В. А. Новые наноструктурированные углеродные соединения на основе графиновых слоев / В. А. Грешняков, В. В. Павлик // Челябинский физико-математический журнал. – 2025. – № Т. 10, вып. 1. – С. 147-157.
Выполнено полуэмпирическое и первопринципное исследование углеродных соединений, состоящих из взаимопроникающих графиновых слоёв, называемых автоинтеркалированными. В результате расчётов изучена возможность формирования одномерных автоинтеркалированных наноструктур и трёхмерных фаз с упорядоченной структурой на основе шести основных типов графиновых слоёв. Наиболее устойчивые автоинтеркалированные наноструктуры могут быть сформированы только из слоёв α-графина-1 и β1-графина-2, которые характеризуются параметрами трансляции 6.89 и 14.6 ˚A соответственно. Трёхмерные фазы из этих автоинтеркалированных слоёв должны обладать тетрагональной I4/mcm (№ 140) или ромбической Ibam (№ 72) симметрией, размерами каналов от 6.00 до 9.42 ˚A и плотностью от 0.69 до 1.26 г/см3. Молекулярно-динамические расчёты показали, что при температуре 400 К графиновые слои в структуре автоинтеркалированных фаз могут волнообразно деформироваться. Экспериментальную идентификацию новых трёхмерных автоинтеркалированных фаз можно выполнить с помощью расчётных рентгенограмм и абсорбционных рентгеновских спектров.
Магнитокалорический эффект в сплавах R[5]Si[4] (R = Tb, Dy, Ho) / М. В. Утарбекова, М. А. Оршулевич, Д. С. Батаев [и др.] // Челябинский физико-математический журнал. – 2024. – № Т. 9, вып. 4. – С. 670–681.
Проведены экспериментальные исследования структурных, магнитных и магнитокалорических свойств поликристаллических сплавов Tb5Si4, Dy5Si4, Ho5Si4 во внешних магнитных полях до 3 Тл, а также рассчитаны изменения магнитной части энтропии в более высоких полях 20 Тл, генерируемых сверхпроводящими магнитными системами. Магнитные измерения показали, что эти соединения обладают малой коэрцитивной силой и выходят на насыщение в малых полях. Установлено, что магнитокалорический эффект в исследованных соединениях наблюдается в широком температурном диапазоне, а для интерметаллидов Tb5Si4, Dy5Si4, Ho5Si4 имеет несколько областей существования, сопоставимых по величине эффекта. Наличие нескольких интервалов существования МКЭ обусловливается серией магнитных фазовых переходов в этих ферримагнитных соединениях.
Магнитокалорический эффект в сплавах R3Al2 (R = Gd, Tb, Dy, Ho) / М. В. Утарбекова, М. А. Оршулевич, Д. С. Батаев [и др.] // Челябинский физико-математический журнал. – 2024. – № Т. 9, вып. 3. – С. 501-513.
Проведены экспериментальные исследования магнитных и магнитокалорических свойств поликристаллических сплавов Gd3Al2, Tb3Al2, Dy3Al2, Ho3Al2 во внешних магнитных полях до 3 Тл, а также рассчитано изменение магнитной части энтропии в высоких магнитных полях, генерируемых сверхпроводящими магнитными системами. Магнитные измерения показали, что эти соединения обладают малой коэрцитивной силой и выходят на насыщение в малых полях. Установлено, что магнитокалорический эффект в исследованных соединениях наблюдается в широком температурном диапазоне, а для интерметаллидов Gd3Al2, Tb3Al2, Dy3Al2, Ho3Al2 имеет несколько областей существования, сопоставимых по величине эффекта. Наличие нескольких интервалов существования МКЭ обусловливается серией магнитных фазовых переходов в этих ферримагнитных соединениях.
Моделирование деформации пористых металлов методом SPH и построение определяющих уравнений с использованием искусственных нейронных сетей / Ф. Т. Латыпов, П. А. Безбородова, Е. С. Родионов, А. Е. Майер // Челябинский физико-математический журнал. – 2025. – № Т. 10, вып. 1. – С. 158–173.
Исследование направлено на разработку макроскопической континуальной модели динамической деформации пористых металлов на основе применения искусственных нейронных сетей. Для обучения ИНС используются наборы данных, полученные моделированием сжатия представительных объёмов пористой среды методом гидродинамики сглаженных частиц на основе ранее параметризованной для меди модели дислокационной пластичности. Такое моделирование применяется как для набора обучающих данных, так и для исследования физики деформации пористой меди с порами микрометрового и миллиметрового масштаба.
Отражение СВЧ-волн от слоя композита VO2-SiO2 в окрестности фазового перехода / Д. А. Кузьмин, М. О. Усик, И. В. Бычков [и др.] // Челябинский физико-математический журнал. – 2023. – № Т. 8, вып. 2. – С. 271-279.
Исследуется отражение СВЧ-волны от слоя композитного материала из диоксида ванадия и диоксида кремния в окрестности фазового перехода полупроводник-металл. Рассчитаны зависимости коэффициента отражения от температуры, объёмной доли диоксида ванадия в композите и толщины слоя композита в области фазового перехода.
Синтез и исследование кинетики ионного обмена в твердых растворах замещения Н+/Ме+ (Ме=Na+, K+) сурьмяной и фосфоросурьмяной кислот / Ю. Н. Гусакова, М. А. Корниенко, Л. Ю. Коваленко, В. А. Бурмистров // Челябинский физико-математический журнал. – 2024. – № Т. 9, вып. 3. – С. 490-500.
В настоящее время одной из актуальных задач материаловедения является создание композитных материалов для их использования в качестве ионообменных и ионопроводящих мембран [1]. Перспективным соединением с ионообменными и ионопроводящими свойствами является сурьмяная кислота (СК), в структуру которой входят протоны, обладающие высокой подвижностью [2–4] и способные в растворах замещаться на одно- и двухвалентные ионы [5]. Создание на основе СК новых ионообменных материалов и использование их в качестве допантов в полимерных мембранах, а также исследование кинетики ионного обмена в СК и её производных формах позволят синтезировать новые материалы и создать мембраны с улучшенными свойствами. Однако такие исследования в литературе немногочисленны. В связи с этим целью работы является исследование кинетики ионного обмена в твёрдых растворах замещения Н+/Ме+ (Ме=Na+, K+) сурьмяной и фосфоросурьмяной кислот, уточнение механизма замещения протонов на ионы одновалентных металлов (Ме=Na+, K+) и определение коэффициентов взаимодиффузии.
Погорелко, В. В. Рекурсивная нейронная сеть как эмулятор высокоскоростного соударения пластин / В. В. Погорелко, А. Е. Майер, Е. В. Федоров // Челябинский физико-математический журнал. – 2024. – № Т. 9, вып. 1. – С. 134-143.
На основе базы данных, полученной с помощью модели высокоскоростного соударения пластин, связывающей параметры удара и параметры модели материала с профилем скорости тыльной поверхности, проведено сравнение процесса обучения и точности искусственной нейронной сети прямого распространения и рекурсивной нейронной сети. Рекурсивная нейронная сеть обеспечивает большую точность и требует меньшего времени для обучения. Использование рекурсивной нейронной сети в качестве быстрого эмулятора модели и байесовская калибровка могут позволить решить обратную задачу определения параметров модели вещества по профилю скорости тыльной поверхности с большей точностью.
Погорелко, В. В. Эмуляция высокоскоростного соударения пластин с помощью искусственной нейронной сети / В. В. Погорелко, А. Е. Майер, Е. В. Фомин, Е. В. Федоров // Челябинский физико-математический журнал. – 2023. – № Т. 8, вып. 1. – С. 129-139.
На основе континуальной модели высокоскоростного соударения пластин построен набор обучающих данных, по которым искусственная нейронная сеть обучена определять профиль скорости тыльной поверхности пластины-мишени исходя из параметров удара и параметров модели материала. Обученная нейронная сеть была использована в качестве быстрого эмулятора процесса высокоскоростного соударения пластин. Применение байесовского подхода калибровки модели позволило решить обратную задачу определения параметров модели материала по профилю скорости тыльной поверхности.
Фомин, Е. В. Исследование температурной зависимости энергии симметричных границ зерен в плоскости (110) в алюминии / Е. В. Фомин // Челябинский физико-математический журнал. – 2023. – № Т. 8, вып. 3. – С. 421-435.
Данная работа посвящена исследованию энергии симметричных границ зёрен наклона и поворота в диапазоне углов разориентировки зёрен от 0 до 180◦ и температур от 100 до 700 K в чистом алюминии. Путём молекулярно-динамического моделирования несколько бикристаллических систем с различными углами наклона/поворота зёрен поддерживаются при постоянной температуре 100, 400 или 700 K и вычисляется энергия каждой границы зерна. Полученные результаты показывают, что минимальная энергия границ уменьшается при возрастании температуры от 100 до 400 K, а при дальнейшем нагреве до 700 K может уменьшаться, практически не меняться и даже увеличиваться. Средняя энергия, полученная усреднением энергий возникающих вариаций структуры границы зерна при постоянной температуре, увеличивается с ростом температуры от 100 до 700 K для случайных границ с изначально высокой энергий. В случае специальных границ зёрен с малым значением Σ средняя энергия практически не изменяется. Чтобы описать непрерывную зависимость энергии симметричных границ наклона и поворота от температуры предлагается аппроксимация искусственной нейронной сетью прямого распространения. Нейронная сеть обучается и тестируется на данных атомистического моделирования и показывает высокую предсказательную способность на тестовых данных и для описания энергии в диапазоне температур от 100 до 700 K.
Комментарии