Виртуальная лаборатория «Физика». Молекулярная физика и термодинамика

ЛОГОС Тепло применяется для моделирования распространения тепла или охлаждения конструкций, нахождения тепловых характеристик и оптимальных тепловых режимов оборудования.

Программный комплекс «Универсальный механизм» - основной продукт Лаборатории. Это специализированное многофункциональное расчетное приложение, предназначенное для решения задач кинематики и динамики механических систем. Комплекс ориентирован на инженеров-исследователей расчетных отделов и бюро. В силу особенностей предметной области требует от пользователя базовых знаний в области теоретической механики, теории машин и механизмов и математического моделирования. «Универсальный механизм» состоит из ядра (UM Base) и дополнительных опциональных модулей, которые расширяют его функциональность.

«Виртуальная лаборатория «Физика», раздел «Электродинамика» позволяет: Создавать электрические схемы и проводить школьные лабораторные работы и физические опыты с различным оборудованием по электродинамике. Математически корректно рассчитывать поведение электрического тока в проводниках и в электрических элементах. Для этого доступны трехмерное лабораторное оборудование и измерительные приборы без ограничения на количество одновременно используемых объектов в Виртуальной лаборатории (концепция «песочницы»). Использовать в работе источники питания постоянного и переменного тока, пассивные элементы (резистор, реостат, потенциометр и др.), активные элементы (лампа, светодиод), измерительное оборудование (осциллограф, омметр, вольтметр и амперметр), соединительные приспособления (клеммы, ключи, провода). Управлять элементами собранной схемы в процессе проведения опыта. Что нового появилось в Виртуальной лаборатории Элементов и лабораторного оборудование стало больше, они стали красивее и реалистичнее, появились подсказки и видеоинструкция. Все настройки физических свойств элементов задаются в конструкторе до перетаскивания их на стол, а доступные для изменения свойства регулируются интерактивно с помощью ручек, кнопок и других управляющих элементов. Добавились «реальные» аналоги элементов и лабораторного оборудования: например, у «реального источника напряжения» можно выбрать внутреннее сопротивление. Одним из самых долгожданных компонентов стал «чёрный ящик». Теперь можно удобно группировать объекты, прятать их вместе в «чёрном ящике» и создавать сложные задачи с анализом скрытого содержимого. В лаборатории стало удобнее работать с появлением временного сохранения. Не забывайте «сохраняться» – это поможет вам не начинать все с начала. Новые возможности в управлении моделированием электрического тока – можно точно контролировать скорость симуляции относительно реального времени, ставить на паузу и сбрасывать в начало. Моделирование теперь не зависит от нескольких источников электрического тока – их можно включать раздельно. Электрические элементы теперь могут выходить из строя, так что придется устранить причину поломки и запустить симуляцию заново. И маленькое, но не менее приятное нововведение – возможность создавать провода разного цвета. Теперь даже в куче проводов вы сможете собрать понятную для себя схему.

Возможности программы: • Расчет оптических систем в прямом ходе лучей и учет рассеяния методом обратной трассировки* на отражающих поверхностях путем задания индикатрис рассеяния. • Расчет пятна рассеяния методом трассировки прямых и диффузно отраженных лучей от оптических элементов и элементов конструкции. • Оценка уровня внеполевой засветки в виде угловой зависимости интенсивности освещенности фокальной плоскости излучением, приходящим под определенным углом, по отношению к освещенности от осевой засветки.

Mechanism WorkBench - принципиально новый программный продукт, дающий возможность использовать высокую точность детальных кинетических механизмов в массивных инженерных расчётах процессов в реагирующих средах. Используя Mechanism Workbench инженеры значительно повысят точность CFD-моделирования при сохранении времени расчёта.

«Виртуальная лаборатория «Физика», раздел «Оптика» позволяет: Математически корректно рассчитывать и свободно моделировать распространение света в различных средах и взаимодействие с веществами. Для этого доступно трехмерное лабораторное оборудование и измерительные приборы без ограничений на количество одновременно используемых объектов в Виртуальной лаборатории (концепция «песочницы»). Использовать трехмерное оптическое лабораторное оборудование: экран, собирающую линзу (со встроенным конструктором), источник направленного света, оптическую скамью, источник света, 2 стеклянные пластины в зажимах с жидкостью между ними, экран со щелью, лазеры с тремя видами излучения (когерентный, монохроматический, красный), дифракционную решётку, призму Дове, оптическую шайбу, оптические слайды (квадрат, треугольник, «F»). Использовать трехмерное оптическое лабораторное измерительное оборудование: прибор для определения длины световой волны, прозрачный планшет с маркером, ластиком и линейкой. Использовать специальное измерительное и контролирующее оборудование для фиксации изменений поведения лучей света.

Перечень виртуальных лабораторных работ: 1. Равноускоренное движение 2. Движение с равномерным ускорением 3. Законы соударения 4. Свободное падение 5. Тело брошенное под углом к горизонту 6. Изучение свойств гироскопа 7. Вращательное движение с равномерным ускорением 8. Момент инерции горизонтального стержня 9. Момент инерции различных тел 10. Маятник Максвелла Тип целевого вычислительного устройства и поддерживаемая платформа: IBM–совместимый персональный компьютер под управлением Microsoft Windows. Дополнительно в комплект поставки включена веб-версия виртуальной лаборатории (платформа HTML-5), предназначенная для загрузки на сервер образовательной организации с целью проведения дистанционных занятий со студентами. Графическая составляющая программного обеспечения использует компонентную базу OpenGL 2.0. Графический интерфейс пользователя программы реализован на русском и английском языках.

Программа предназначена для моделирования различных физических процессов и явлений в механике: движение связанных тел через блок, движение тела по наклонной плоскости, движение тела под действием внешней силы, направленной под углом при различных начальных условиях. Программа позволяет воспроизводить анимацию и вычислять различные физические величины, например, ускорение и силу. Также можно производить анализ различных графиков: зависимость скорости от времени или силы от угла ее приложения. Программа может использоваться в обучающих целях при объяснении соответствующих понятий и явлений в физике, поскольку наглядно демонстрирует происходящие процессы.

«Виртуальная лаборатория «Физика», раздел «Электромагнитное поле. Фарадей» позволяет: Создавать электрические схемы и проводить школьные лабораторные работы и физические опыты с различным оборудованием по электростатике, электромагнетизму и электромагнитному полю. Математически корректно рассчитывать поведение электростатического заряда на поверхности или в объёме диэлектриков, параметры электрического тока, направление и силу векторов напряженности магнитного поля в проводниках и в электрических элементах. Для этого доступны трехмерное лабораторное оборудование и измерительные приборы без ограничения на количество объектов, одновременно используемых в Виртуальной лаборатории (концепция «песочницы»). Использовать в работе оборудование из разделов «Электростатика» и «Магнетизм»: электрофорную машину, конденсатор дисковый, металлический прут, детектор магнитного поля (демонстрирующий направление векторов напряженности магнитного поля), магнит полосовой, магнит подковообразный, электродинамическую рамку, магнитную стрелку, катушку с сердечником, электромагнитный стенд, электромагнитный соленоид, электроскоп (демонстрационное устройство, предназначенное для индикации наличия электрического заряда у взаимодействующих с ним заряженных (наэлектризованных) предметов). Управлять элементами собранной схемы в процессе проведения опыта.

Схема работы программы такова: Сначала исследователь описывает механическую систему как систему тел, соединенных шарнирами и силовыми элементами. Далее программа автоматически строит уравнения движения системы и численно их решает либо во временной либо в частотной области. В процессе численного решения поддерживается непосредственная анимация движения модели. В процессе расчета для анализа доступны практически все необходимые величины: координаты, скорости, ускорения, силы реакций в шарнирах, усилия в пружинах и т.д. Поддерживается импорт данных из следующих CAD-программ: КОМПАС-3D, SolidWorks и Autodesk Inventor. Таким образом UM Lite можно рассматривать как недорогое приложение для анализа кинематики и динамики систем, спроектированных в упомянутых выше CAD-программах. Программа UM Lite предоставляет пользователю набор инструментов для создания динамического объекта - системы тел - и последующего анализа его динамических, кинематических и статических свойств.

Перечень виртуальных лабораторных работ: 1. Внутренняя энергия и механическая работа 2. Внутренняя энергия и работа электрического тока 3. Закон Бойля-Мариотта 4. Закон Гей-Люссака 5. Показатель адиабаты воздуха 6. Реальные газы и точка фазового перехода 7. Куб Лесли 8. Теплопроводность 9. Тепловое расширение твердых тел 10. Аномалия воды 11. Двигатель Стирлинга модели D 12. Двигатель Стирлинга модели G 13. Тепловые насосы Тип целевого вычислительного устройства и поддерживаемая платформа: IBM–совместимый персональный компьютер под управлением Microsoft Windows. Дополнительно в комплект поставки включена веб-версия виртуальной лаборатории (платформа HTML-5), предназначенная для загрузки на сервер образовательной организации с целью проведения дистанционных занятий со студентами. Графическая составляющая программного обеспечения использует компонентную базу OpenGL 2.0. Графический интерфейс пользователя программы реализован на русском и английском языках.

Пакет программ EXP-T предназначен для высокоточного моделирования электронной структуры молекул с помощью релятивистского метода мультиреференсных связанных кластеров в пространстве Фока (FS-RCC). EXP-T написан с нуля на языке программирования C99 и в настоящее время ориентирован на Unix-подобные системы. Модели электронной структуры, реализованные в EXP-T: одноточечные энергетические расчеты с любыми точечными группами и (почти) всеми гамильтонианами, реализованные в DIRAC (4c-DC, X2Cmmf, 2c-ECP, нерелятивистские); расчеты энергии основного состояния: CCSD, CCSD(T), CCSDT-n (n=1,2,3), модели CCSDT; Метод FS-MRCC (CCSD, CCSDT-1,2,3, CCSDT[3]) для возбужденных состояний реализован для секторов (0h1p), (1h0p), (1h1p), (0h2p), (2h0p), (0h3p) пространства Фока; (нерелаксированная) аналитическая матрица плотности и свойства для основного состояния CCSD и CCSD(T); сдвиги "динамических" знаменателей энергии как решение задачи о нарушенном состоянии; экстраполяция Паде к пределу нулевого сдвига; промежуточные гамильтонианы для неполных основных модельных пространств; расчеты моментов переходов в конечном поле; квазидиабатизация SO-связанных состояний и извлечение SO. На данный момент пакет EXP-T не содержит подпрограмм для решения (Дирак-) Хартри-Фоковских уравнений и последующего преобразования четырех индексов, поэтому молекулярные интегралы приходится импортировать из сторонних электронно-структурных пакетов через интерфейсы. В настоящее время EXP-T сопряжен с программным пакетом DIRAC, что позволяет получить доступ к широкому разнообразию гамильтонианов и операторов свойств, реализованных в нем.

Fluid WorkBench (FWB) — программный продукт для расчёта термодинамических свойств, тепло-массообменных транспортных коэффициентов, оптических свойств однородных газов и плазмы в широком диапазоне температур и давлений. Предназначен для инженеров, проводящих CFD моделирование химических процессов, горения, плазмы и микроэлектроники.

Виртуальная лаборатория «Физика», раздел «Архимед», позволяет: Проводить школьные лабораторные работы и физические опыты с различным оборудованием для изучения законов гидростатики и исследования взаимодействия тел и жидкостей. Математически корректно рассчитывать и свободно моделировать механику и гидростатику, а также взаимодействие с объектами. При этом доступны трехмерное лабораторное оборудование и измерительные приборы без ограничения на количество объектов, одновременно используемых в Виртуальной лаборатории (концепция «песочницы»). Взаимодействовать с различными объектами (шарики, воздушные шарики, грузы, подвижный блок, кораблик и др.) и приборами (разделительная стена, штатив, наклонная доска, рычаг-линейка, фиксированные и подвижные блоки и др.). Использовать измерительные приборы (секундомер, динамометр, рычажные весы, жидкостный манометр, засечки и др.). Управлять элементами собранной схемы в процессе проведения опыта.

Преимущества CADFlo: Полная интеграция CADFlo c CAD (SolidWorks, NX, Creo, SolidEdge); Не требуется упрощение геометрии или её конвертация; Привычный и понятный для конструктора интерфейс. Конструктор работает c CADFlo в привычной ему среде CAD; Быстрый и универсальный генератор расчётных сеток, всеядный к сложной криволинейной геометрии деталей и сборок любой сложности; Простота в освоении и эксплуатации продукта; Локализация на русском языке; CADFlo имеет единую структуру продукта – «всё в одном»: препроцессор, генератор сеток, решатель, постпроцессор, инженерная база данных; Уникальная автоматизация процесса постановки задачи, построения сетки, выполнения серий расчётов, оптимизации и обработки результатов; Продукт не требует специальных знаний и квалификации в вычислительной гидрогазодинамике, доступен для широкого круга конструкторов для решения повседневных задач проектирования; Наличие встроенного оптимизатора для проведения параметрического исследования; Особенно эффективен для проведения многовариантного анализа на ранних стадиях проектирования; Наличие устойчивого решателя полной системы уравнений в сочетании с инженерными компактными моделями пограничного слоя, течения в каналах, теплопроводности в тонких стенках, инженерных устройств (вентиляторы и др.) электронных компонентов; Встроенная библиотека свойств материалов, сред (включая данные NIST) и компонентов; Техническая поддержка от технических специалистов и команды разработчиков CADFlo.

Перечень виртуальных лабораторных работ: 1. Изучение погрешностей измерения ускорения свободного падения с помощью математического маятника 2. Определение коэффициента вязкости жидкости по методу Стокса 3. Изучение законов вращательного движения на маятнике Обербека 4. Определение коэффициента вязкости воздуха 5. Определение отношения теплоемкостей газа методом адиабатического расширения 6. Изучение закона Ома 7. Исследование электростатического поля 8. Определение горизонтальной составляющей индукции магнитного поля Земли 9. Изучение магнитных свойств ферромагнетиков 10. Определение удельного заряда электрона методом магнитной фокусировки 11. Пружинный маятник 12. Сложение взаимно-перпендикулярных колебаний 13. Определение скорости звука методом стоячих волн 14. Изучение затухающих электромагнитных колебаний 15. Интерференция света. Опыт Юнга 16. Изучение дифракции света на одиночной щели и дифракционной решетке 17. Изучение дифракционного спектра 18. Изучение законов теплового излучения с помощью яркостного пирометра 19. Фотоэффект 20. Изучение оптических спектров испускания. Градуировка спектроскопа 21. Определение энергии активации полупроводника 22. Снятие ВАХ полупроводникового диода Тип целевого вычислительного устройства и поддерживаемая платформа: IBM–совместимый персональный компьютер под управлением Microsoft Windows.