Математическая физика

Монография посвящена последовательному изложению квантовой статистической теории конденсированных сред со спонтанно нарушенной симметрией. Основой предложенного микроскопического подхода является концепция квазисредних и метод сокращенного описания. Рассмотрены как простейшая сверхтекучая жидкость со скалярным параметром порядка, так и наиболее сложный квантовый объект – сверхтекучий. Дано обобщение теории ферми-жидкости Ландау–Силина на сверхтекучие ферми-системы и бозе-жидкости. Построена теория пространственно-периодического бозе-конденсата, рассматриваемая нами в качестве модели квантового кристалла. Изучены двухвременные функции Грина для сверхтекучих систем и найдены их низкочастотные асимптотики. Монография рассчитана на научных работников, аспирантов, студентов старших курсов, занимающихся проблемами теоретической и математической физики, физики низких температур.

Книга посвящена теории квазилинейных систем дифференциальных уравнений, описывающих законы сохранения различных физических процессов с учетом диссипации и без нее. В основе ее лежит специальный курс лекций «Обобщенные решения законов сохранения», читавшийся автором на протяжении ряда лет студентам специальности «Прикладная математика» в Обнинском государственном университете атомной энергетики. Книга вводит в курс современных математических методов исследования задач, имеющих обобщенные (разрывные) решения, моделями которых служат эволюционные задачи механики сплошных сред. В ней дано математическое обоснование широкого спектра этих задач: от частных задач, описывающих одномерные изэнтропические течения газа, до общих одномерных и пространственных задач, описывающих течение плазмы. Обсуждаются вопросы единственности автомодельных решений квазилинейных систем, связанные c теорией конгруэнций в римановом пространстве. Для научных работников, преподавателей, аспирантов и студентов, занимающихся дифференциальными уравнениями, математической физикой, математическими исследованиями в механике сплошной среды. Издание осуществлено при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований по проекту 05-01-14005д

Книга содержит избранные статьи академика Н.Н. Боголюбова по математике за период 1925–1990 гг. Эти работы в свое время открыли новые направления в вариационном исчислении, теории дифференциальных уравнений, теории вероятностей и сыграли решающую роль в становлении математических основ нелинейной механики, статистической механики и квантовой теории поля. Издание, содержащее работы, признанные ныне классическими, будет полезно научным работникам, аспирантам и студентам, специализирующимся в области математики, математической физики и истории математики. Издание осуществлено при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований по проекту 04-01-14118д

Рассмотрены основные положения теории капиллярности Гиббса и фундаментальные термодинамические уравнения, полученные методом слоя конечной толщины. Основное внимание уделено прикладным аспектам термодинамической теории поверхностных явлений. Подробно рассмотрен вопрос о методах вычисления адсорбции в многокомпонентных растворах. Впервые получены системы уравнений, позволяющие по концентрационной зависимости поверхностного натяжения проводить расчеты адсорбции в реальных многокомпонентных растворах, получены системы уравнений и разработаны методы вычисления термодинамических параметров поверхностного слоя многокомпонентных систем. Представлены экспериментальные данные по поверхностному натяжению и плотности двойных и многокомпонентных систем. Подробно описаны оригинальные приборы и методики. Анализ полученных результатов позволил разработать методы прогноза поверхностных свойств многокомпонентных систем по данным о свойствах боковых двойных расплавов. Монография рассчитана на широкий круг научных работников – физиков и химиков, инженеров и материаловедов, а также преподавателей вузов, аспирантов и студентов соответствующих специальностей.

Содержание пособия отвечает требованиям современных программ по математике для технических вузов, предусматривающих изучение методов математической физики. Пособие состоит из четырех частей. В первой части дается краткое изложение теории функций комплексной переменной, включающее в себя дифференциальное и интегральное исчисления, конформные отображения, ряды, вычеты и их приложение. Во второй части излагаются теоретические основы интегральных преобразований Лапласа, Фурье, Ханкеля и приемы решения с их помощью дифференциальных и интегральных уравнений. В третьей части на классических примерах изучаются методы решения задач основных дифференциальных уравнений математической физики. В четвертой части даются основы метода вариаций в задачах с неподвижными границами. Пособие рассчитано на студентов старших курсов технических специальностей, завершивших изучение линейной алгебры, аналитической геометрии, дифференциального и интегрального исчислений.

Книга является введением в современную оптику гауссовых пучков и затрагивает широкий круг вопросов, связанных с формированием и преобразованием параксиальных световых полей, обобщающих классические пучки Эрмита Гаусса и Лагерра-Гаусса. Впервые изложена теория структурно устойчивых световых полей, вращающихся при распространении. Рассмотрен ряд вопросов практического использования гауссовых пучков для задач лазерной фокусировки и манипуляций микрочастицами. Методы, применяемые в книге при решении оптических задач, могут оказаться полезными для решения других задач, где используются специальные функции математической физики. Книга рассчитана на специалистов в области когерентной оптики и лазерных технологий, а также студентов соответствующих. специальностей.

Описаны аналитические и численные методы исследования уравнений и систем в частных производных: гиперболических, параболических, эллиптических и смешанного типа, линейных и нелинейных. Список этих методов и приемов велик, и они должны дополнять друг друга: интегральные преобразования, вариационное исчисление, специальные функции, асимптотические методы, сплайны, рациональные аппроксимации. Книга адресована читателю, который использует и аналитические, и численные, компьютерные методы в своих исследованиях. Заметное место отведено подготовке исходной информации для решения задачи Коши и смешанной краевой задачи, где используются и вероятностные, и вариационные подходы. Необходимый элемент – исследование задач и алгоритмов на устойчивость к возмущениям малой амплитуды в начальных и краевых условиях – проверка корректности задачи. Первая часть книги ориентирована на студентов младших курсов и доступна даже продвинутым физматшкольникам. Вторая составляет углубленный курс и предназначена старшекурсникам, аспирантам и научным сотрудникам. Изложение сопровождается большим количеством задач, для решения которых иногда потребуется компьютер. Не решая задачи, овладеть излагаемыми приемами нельзя. Задачи различной трудности, некоторые могут служить темами курсовых работ. Чаще других в качестве примеров в книге используются метеорологические проблемы, однако эти методы и приемы, как правило, пригодны там, где применяется математика. Издание осуществлено при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований по проекту 05-05-78040

В книге дано достаточно полное и аккуратное обсуждение основных подходов к исследованию диссипативных структур, автоволновых процессов и диффузионного хаоса в большом классе различных нелинейных сред. Акцент сделан на классических результатах, полученных в ИПМ им. М. В. Келдыша РАН в научных школах академика А. А. Самарского и чл.-корр. РАН С. П. Курдюмова, – на теории режимов с обострением и на теории диффузионного хаоса. Специалистам по математической физике, прикладной математике и нелинейной динамике, а также преподавателям, аспирантам, студентам.

Монография посвящена теоретическим исследованиям в области моделирования внутренней структуры и процессов нелинейной фильтрации однородных жидкостей в насыщенной капиллярно–пористой среде. Излагаются сведения об основных феноменологических закономерностях процессов переноса массы, методах оценки эффективных показателей и эмпирических характеристиках пористой среды. Рассматриваются методы моделирования, связанные с формированием фрактальных пространственно–временных структур и процессов с хаотической динамикой в макроскопически изотропной пористой среде. Приводятся некоторые аналитические и численные методы и примеры решения краевых задач теории фильтрации в областях с различной конфигурацией. Для научных работников, аспирантов и студентов старших курсов, занимающихся исследованиями в области моделирования внутренней структуры, теории фильтрации и теплообмена в пористой среде.

Рассмотрены математические модели необратимых процессов поляризации и переполяризации сложных сегнетокерамических элементов. Предложены методы решения нелинейных и необратимых задач пластичности и поляризации поликристаллических сегнетоэлектрических материалов. Рассмотрены численные алгоритмы расчета остаточных полей поляризации и деформации. Решены некоторые задачи по определению физических характеристик неоднородно поляризованных пьезокерамических элементов. Для специалистов в области моделирования необратимых процессов в сегнетоэлектрических структурах, студентов, аспирантов и научных работников. Издание осуществлено при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований по проекту 09-01-07103

Обобщается опыт моделирования турбулентных струйных течений на основе подходов различной степени сложности: статистические модели, основанные на представлении о переносе квазичастицами комплексов газодинамических параметров в заданную точку пространства зоны турбулентного смешения струи с окружающей средой; модели, основанные на решении осредненных по Рейнольдсу уравнений Навье–Стокса; современные подходы к моделированию турбулентных течений, такие как моделирование крупных вихрей. Разработанные модели позволяют путем проведения вычислительного эксперимента оптимизировать процессы переноса и горения в турбулентных струях, синтезировать струйные течения, обладающие заданными свойствами, а также дать практические рекомендации по организации струйных течений в технических и технологических приложениях. Монография предназначена научным работникам, специализирующимся в области вычислительной газодинамики струйных течений, инженерно-техническим работникам, занимающимся проектированием устройств и процессов, ориентированных на струйные технологии, а также аспирантам и магистрантам соответствующих направлений подготовки.

Рассматриваются три класса задач о локализованных формах движения тонких оболочек: стационарные и квазистационарные задачи о собственных и параметрических колебаниях, а также нестационарные задачи о бегущих волновых пакетах. С использованием асимптотических методов строятся формы колебаний, локализованые в окрестности некоторых фиксированных либо подвижных линий или точек на поверхности оболочки. Исследуется зависимость форм колебаний, собственных частот, области параметрической неустойчивости, а также динамических характеристик бегущих волновых пакетов от геометрии оболочки, физических характеристик материала, способа закрепления краев, а также характера стационарного и нестационарного нагружения оболочки. Для специалистов в области теории оболочек, инженеров, аспирантов и студентов старших курсов. Издание осуществлено при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований по проекту 09-01-07017

Книга посвящена статистической теории и континуальному методу моделирования гидродинамики и теплообмена в дисперсных турбулентных течениях на основе кинетических уравнений для функции плотности вероятности скорости и температуры частиц дисперсной фазы. Основные теоретические проблемы, рассмотренные в книге, связаны с взаимодействием частиц с турбулентными вихрями несущей сплошной среды и столкновениями частиц друг с другом в турбулентных потоках. Особое внимание уделяется явлению аккумулирования (кластеризации) частиц в пристеночной и однородной турбулентности. В качестве примеров приложения представленных статистических моделей рассматривается поведение частиц в изотропной, однородной сдвиговой и пристеночной турбулентности. Книга предназначена научным работникам, а также аспирантам и студентам старших курсов, специализирующимся в области математического моделирования турбулентных течений, динамики многофазных сред и механики аэрозолей.

Излагаются основные идеи и методы анализа нелинейных моделей гидродинамического типа. Теория иллюстрируется примерами интенсивных акустических волн, роста поверхностей, распространения лазерных пучков, движения фронта пожара. Детально исследуются явления искажения волн, формирования ударных фронтов и возникновения «многопотоковости». Особое внимание уделено обобщенным решениям нелинейных уравнений в средах без дисперсии, их связи с законами сохранения и физической реализуемости. Подробно обсуждаются правило Максвелла построения разрывных решений, принцип абсолютного минимума Олейник–Лэкса и глобальный принцип Е–Рыкова–Синая. Значительное место занимают вопросы учета диссипации, описание свойств решений Кардара–Паризи–Цванга (КПЗ) и Бюргерса, в частности, особенностей поведения -волн, -волн и пилообразных волн, многомасштабных сигналов и шумовых полей. Анализируются модельные уравнения типа Бюргерса, учитывающие конкурентное действие нелинейности и поглощения. На примере двумерного уравнения КПЗ и трехмерного уравнения Бюргерса обсуждаются слабые и регуляризированные решения, описывающие поведение многомерных нелинейных недиспергирующих волн. Во второй части книги изложены задачи нелинейной акустики: эволюция волновых пучков, волны и пучки в кубично-нелинейной среде, нелинейные волны в системах со сложной частотно-зависимой диссипацией и внешними источниками, нелинейные волны в ограниченных системах и резонаторах. Монография предназначена студентам естественных факультетов университетов, академий и институтов, а также магистрам и аспирантам, изучающим теорию нелинейных волн разной физической природы. Монография может также служить полезным справочным пособием для инженеров и научных работников, сталкивающихся в своей практической деятельности с необходимостью учета нелинейных волновых эффектов. Издание осуществлено при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований по проекту 08-02-07041

Монография посвящена исследованию асимптотических свойств широкого класса стохастических моделей, возникающих в математической статистике, теории перколяции, статистической физике и теории надежности. В книге содержится множество разнообразных примеров упомянутых моделей, описываемых с помощью марковских процессов, случайных мер, устойчивых законов, ферромагнетиков Изинга, процессов с локальным взаимодействием, случайных графов. Устанавливаются основные предельные теоремы теории вероятностей, а также даются их различные применения. Монография представляет собой первое замкнутое и детальное изложение материала, накопленного в изучаемой области за весь период развития вплоть до настоящего времени. Часть текста основана на лекциях, читавшихся авторами в МГУ им. М. В. Ломоносова. Для научных работников, профессорско-преподавательского состава, аспирантов, студентов старших курсов математических специальностей университетов.

Пособие представляет собой сборник задач по физике, решение которых может быть выполнено с использованием персонального компьютера. Книга входит в учебно-методические комплект для школ с углубленным изучением физики (Е. И. Бутиков, А. С. Кондратьев, В. М. Уздин. Физика в 3-х т.; А. С. Кондратьев, В. М. Уздин. Сборник задач). В сборнике приведены задачи, от простых до достаточно сложных, решение которых представляет собой математическое моделирование рассматриваемых процессов или явлений. Приведен подробный разбор всех задач. На отдельной дискете приведены программы к задачам, выполненные в среде MatLab. Эти программы помещены на сайте издательства. Допущено УМО по направлениям педагогического образования в качестве учебного пособия для студентов вузов, обучающихся по направлению 540200 (050200) Физико-математическое образование, и учащихся школ с углубленным изучением физики.

Сборник содержит задачи на вывод уравнений и граничных условий. Большое внимание уделяется различным методам решения краевых задач математической физики. Наряду с ответами к задачам приводятся указания, а для многих задач – решения, иллюстрирующие применение основных методов. Третье издание – 1980 г. Для студентов университетов. Табл. 8. Ил. 59. Библиогр. 50 назв.

Монография посвящена методам решения осесимметричных статических смешанных задач теории упругости и термоупругости для функционально-градиентных сред. Излагаются аналитические методы решения новых неклассических задач механики контактных взаимодействий и концентраций напряжений для функционально-градиентных сред с учетом независимого изменения: как модуля сдвига, так и коэффициента Пуассона. Данные задачи являются ключевыми при использовании новых материалов с градиентными и уникальными физико-механическими свойствами в машиностроении, микроэлектронике, биомеханике, энергетике, в аэрокосмической и транспортной промышленности. Книга предназначена научным и инженерно-техническим работникам, а также преподавателям, аспирантам и студентам вузов, специализирующимся в области механики деформируемого твердого тела.

В книге применительно к электрическим машинам нового типа описаны результаты исследования фундаментальных свойств, структуры и динамики промежуточного и смешанного состояний низкотемпературных и высокотемпературных сверхпроводников I и II рода. Локальное изменение фазового состояния сверхпроводников рассматривается с позиции топологических превращений. Введено в научный оборот понятие фазового резистивно-сверхпроводящего коммутатора – базового элемента сверхпроводниковых топологических электрических машин и статических преобразователей. Изложена их аналитическая теория, приведены номинальные параметры, характеристики и указаны сферы применения. Для студентов и аспирантов физико-технических и электромеханических специальностей, инженеров и научных работников.

В учебнике рассматриваются методы теории функций комплексного переменного, которые часто применяются в прикладных задачах: операции с функциями комплексного переменного, разложения в ряды, конформные отображения, вычисление интегралов с помощью вычетов, основы операционного исчисления. В книге разобрано большое количество примеров, помогающих читателю глубже освоить теорию и приобрести навыки решения практических задач. Студентам физико-математических и инженерно-физических специальностей университетов и вузов с расширенной математической подготовкой.