CC BY
31
Заключение
Опыт ВФШ показывает, что школьники 9-11-х классов успешно осваивают основы теории гравитации, включая численные методы решения задач по данной теме. Выполненные по этой теме проектно-исследовательские работы докладывались на школьных конференциях, в том числе на Форуме молодых исследователей, проводимого в рамках Фестиваля науки МГУ.
СПИСОК ИСТОЧНИКОВ И ЛИТЕРАТУРЫ
1. Бутиков Е. И., Кондратьев А. С. Физика: учеб. пособие: в 3 кн. М.: Физматлит, 2004.
2. Фок В. А. Теория пространства, времени и тяготения. М.: Изд-во ЛКИ, 2007.
3. Логунов А. А. Теория гравитационного поля. М.: Наука, 2000.
4. Окунь Л. Б., Селиванов К. Г., Телегди В. Л. Гравитация, фотоны, часы // Успехи физических наук. 1999. Т. 169, № 10.С.1141-1147.
5. Optical clock and relativity / C. W. Chou, D. B. Hume, T. Rosenband, D. J. Wineland // Science. 2010. Vol. 329 (5999). P. 1630-1633.
6. Засов А. В., Постнов К. А. Общая астрофизика. Фрязино: Век 2, 2011.
7. Захаров А. Ф, Сажин М. В. Гравитационное ми-кролинзирование // Успехи физических наук. 1998.Т.168, № 10.С.1041-1082.
8. Рыжиков С. Б. Беседы и компьютерные расчеты, касающиеся нескольких занимательных задач механики: учебное пособие. М.: МГДД(Ю)Т, 2012.
9. Михайлов Е. А. Рыжиков С. Б. Проведение про-ектно-исследовательских работ со старшеклассниками на примере решения классической задачи гравитационного линзирования // Тр. Все-рос. съезда учителей физики в МГУ. М.: МГУ, 2011.С.241-243.
10. Захаров А. Ф. Поиски экзопланет с помощью гравитационного микролинзирования // Успехи физических наук. 2011. Т. 181, № 10. С. 11141122.
11. Захаров А. Ф. Оценка параметров сверхмассивных черных дыр: случай черной дыры в галактическом центре // Тез. XXIX конф. «Актуальные проблемы внегалактической астрономии». Пущино: Изд-во ФИАН, 2012. С. 23.
КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ АНАЛОГОВЫХ И ЦИФРОВЫХ УСТРОЙСТВ
COMPUTER MODELING OF ANALOG AND DIGITAL DEVICES
К. В. Гоголданова Д. Я. Тамарчак
Изложена методика исследования аналоговых и цифровых устройств с помощью современного лабораторного оборудования при подготовке бакалавров педагогического образования по специальности «Технология и информатика». Эксперименты проводятся на лабораторном комплексе NI ELVIS.
Ключевые слова: модель, имитационное и натурное моделирование, лабораторное оборудование.
Разработка и внедрение лабораторных стендов с использованием новых информационно-измерительных систем является важнейшим фактором повышения эффективности и качества проведения лабораторных работ при изучении электротехнических дисциплин. В Московском педагогическом государственном университете ведется разработка стендов для комплексного изучения аналоговых, а также цифровых устройств с помощью лабораторной установки NI ELVIS. Комплексное исследование начинается с разработки имитацион-
K. V. Gogoldanova D. Ya. Tamarchak
In this article the methods of research of analog and digital devices with the help of modern laboratory equipment are expounded. The experiments are carried out on laboratory complex NI ELVIS.
Keywords: model, simulated and real modulation, laboratory equipment.
ной модели, которая описывает основные законы поведения объекта с учетом воздействия условий среды. Только после тестирования и отладки имитационной модели приступают к созданию натурного (реального) устройства или системы.
В качестве примера моделирования аналогового устройства рассмотрим стенд для имитационного моделирования транзисторных усилителей.
Стенд (рис. 1) выполнен в окне программы Electronics Workbench (EWB) и предназначен для моделирования ра-
ее
боты двухкаскадного усилителя низкой частоты, охваченного положительной или отрицательной обратной связью.
Модель двухкаскадного усилителя собрана на транзисторах ВС559 АР, резисторах R1-R11 и конденсаторах С1-С5, взятых из библиотеки программы EWB. Усилитель запитывается источником постоянного напряжения 13 В. Установка режимов работы каждого из каскадов усилителя по постоянному току осуществляется переменными резисторами R1, R5 с помощью клавиш [S] и [R] клавиатуры ПК. Входной синусоидальный сигнал подается с функционального генератора, который подключается к схеме с помощью клавиши [Space] клавиатуры. Сигнал на выходе усилителя контролируется вольтметром V4. Рассматриваемый двухкаскадный усилитель характеризуется коэффициентом усиления К = 11вых / 11вх, где 11вых, ивх - напряжения на выходе и входе схемы.
Величина положительной обратной связи по току регулируется в схеме с клавиатуры ПК путем изменения номинальной величины переменного резистора R11 с помощью клавиши [G] либо величины емкости конденсатора С3 клавишей [H]. При С3 = 0 цепь положительной обратной связи по току отключается, так как сопротивление конденсатора становится равным бесконечности.
Положительная обратная связь по напряжению включается последовательной цепочкой, состоящей из переключателя Х, управляемого с клавиатуры ПК, и переменного резистора R12. Величина связи регулируется клавишей [С].
Отрицательная обратная связь в усилителе, включенная между выходом усилителя и эмиттерной цепью первого каскада, образована последовательным соединением резистора R9 и конденсатора С5, номинальная величина которого регулируется клавишей [К]. При емкости конденсатора С5, равной нулю, обратная связь отключается.
|-|l 3S.g4m у||—
Рис 2. Стенд для моделирования RS-триггера
Рис 1. Стенд для моделирования двухкаскадных усилителей с обратными связями, реализованный в окне программы Electronics Workbench
Стенд позволяет рассчитывать коэффициент усиления К, опираясь на показания вольтметров схемы V1,V4, при включении отрицательной, а затем положительной обратной связи; сравнивать АЧХ усилителя без обратных связей с АЧХ усилителя с обратными связями; анализировать поведение коэффициента усиления и полосы пропускания и т. д.
Рассмотрим методологию комплексного исследования цифровых устройств на примере триггеров различных типов.
Триггеры - это устройства, с помощью которых можно записывать, хранить и считывать информацию до тех пор, пока на них подается напряжение питания. Их широко используют в качестве запоминающих ячеек автоматических и вычислительных устройств. В основе любого триггера лежит схема из двух логических элементов (здесь «И-НЕ»), которые соединены обратными связями.
На рис. 2 представлена модель RS-триггера собранного на основе интегральной микросхемы 74LS00N, взятой из библиотеки компонентов программы Multisim 10, которая является новой версией EWB. Российским аналогом является микросхема К155ЛА3.
Соединением выводов (ножек) интегральной микросхемы 1-6, 3-4 обеспечивается связь между логическими элементами «И-НЕ». Ножки 2 и 5 являются входами S и R, к ним подключены ключи K1 и К2, с помощью которых будет задаваться уровень сигнала.
_ Ножки 3 и б являются выходами Q и Q, к ним подсоединены светодиоды.
На микросхему подается постоянное питание +5 В через ножку 14, ножка 7 подводится к «Земле».
Логический анализатор (Logic Analyzer) позволяет построить временную диаграмму работы триггера.
После разработки схемы в среде Multisim осуществляется сборка триггера на макетной плате NI ELVIS (рис. 3). При натурной реализации RS-триггера целесообразно использовать схему, ранее созданную в Multisim, в качестве монтажной.
Рис. 3. Натурная модель RS-триггера на плате NI ELVIS (общий вид и увеличенная схема)
При подготовке представленных работ в основу были положены методы автоматизированного физического экс-
перимента, в том числе интеграция физического эксперимента и математического моделирования. Базой проведения лабораторных работ является настольная рабочая станция NI ELVIS, представляющая собой настольную макетную плату и комплект программного обеспечения.
СПИСОК ИСТОЧНИКОВ И ЛИТЕРАТУРЫ
1. Карлащук В. И. Электронная лаборатория на IBM PC. Т. 1. Моделирование элементов аналоговых систем. 6-е изд. М.: СОЛОН-ПРЕСС, 2006. 672 с.
2. Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники. Т. 1. Изд. 3-е. М.: МИР, 1986. 598 с.
ФИЛОСОФСКИЙ СМЫСЛ КОНЦЕПЦИИ САМООРГАНИЗАЦИИ В АСТРОФИЗИКЕ
PHILOSOPHICAL SENSE OF THE CONCEPTION OF SELF-ORGANIZATION IN ASTROPHYSICS
О. А. Щетинина
Астросинергетика является современной парадигмой рождения и эволюции Вселенной. Астросинергетика объясняет эволюцию Вселенной в аспекте ее самоорганизации. Исследуется связь принципов единства мира и развития мира.
Ключевые слова: астросинергетика, самоорганизация, эволюция Вселенной, философия.
Вопросы возникновения и развития Вселенной всегда имели и имеют до сих пор приоритетное значение в астрофизике. Современная наука рассматривает эволюцию Вселенной с точки зрения процессов самоорганизации. Эти тенденции способствуют развитию астросинергетической концепции. Последняя представляет собой современную парадигму рождения и эволюции Вселенной, уходящую своими корнями в натурфилософские рассуждения Античности, прошедшую через «мрак» Средневековья, возродившуюся в эпоху Нового времени и сформировавшуюся в современном виде в XX в.
Действительно, многое из того, что мы находим в дошедших до нас источниках античной мысли, подчас удивительно коррелирует с современными космогоническими концепциями, хотя и весьма в приближенном варианте, требующем поправки на время. Так, Гераклит Эфесский полагал, что исходной точкой зарождения всего сущего послужил «вечно живой огонь». Будучи сторонником периодического космообразования, Гераклит утверждал: «Этот космос, тот же самый для всех, не создал никто ни из богов,
O. A. Shchetinina
Astrosynergetics is an up-to-date paradigm of the birth and the evolution of the Universe. Astrosynergetics explains the evolution of the Universe through its self-organization. Connection of the principles of world's unity and world's development is researched.
Keywords: astrosynergetics, self-organization, Universe evolution, philosophy.
ни из людей, но он всегда был, есть и будет вечно живым огнем, мерами разгорающимся и мерами погасающим» [1, с. 275]. Многообразие и изменчивость всего сущего, по Гераклиту, были обусловлены борьбой и сменой противоположностей, которые не исключали друг друга, а вели к некоему высшему совершенству - гармонии мира. Это положение можно считать сегодня одним из истоков астроси-нергетики. Учение Пифагора строится на представлении о числе как основе Вселенной. Первоосновой считалась огненная Единица, из которой впоследствии развился космос. Начиная с Пифагора Вселенная рассматривается как гармония чисел и их соотношений, что также находит свое отражение в современной науке, особенно при выявлении астросинергетической направленности в области точек бифуркации и выборе аттрактора, а также при осмыслении космологических совпадений, получивших название «Загадка больших чисел». Анаксагор развивал эволюционную космогонию, согласно которой «космос рождается однажды из некоего первичного состояния, а затем необратимо развивается в одном направлении» [2, с. 58]. Ныне эта идея
