Моделируй физику

🔥 Сегодня стартовал юбилейный 10-й чемпионат Atomskills! 🔥

⏯Уже второй год подряд я отвечаю за юниорскую часть компетенции "Математическое моделирование". Сегодня мы решили последние организационные моменты, а участники уже ознакомились с конкурсными заданиями и задали свои вопросы. Затем мы вместе посетили церемонию открытия, которая была просто грандиозной!

✔️Честно признаюсь, подготовка и работа на площадке — это настоящее моральное испытание. Вопросы поступают один за другим и за всем этим нужно следить. Но сегодня я услышал очень приятный комментарий от своего знакомого: "Это действительно им важно — дать школьникам почувствовать себя настоящими инженерами. Только так они смогут понять, подходит ли им этот путь".

🔥В этом году я в третий раз выступаю в роли эксперта Atomskills в компетенции "Математическое моделирование"!

❓Что такое Atomskills?

Это чемпионат профессионального мастерства для сотрудников атомной отрасли и студентов ведущих вузов Росатома. Участники решают прикладные задачи, которые могут возникнуть в реальной работе.

❓А что такое математическое моделирование?

Это обширная область, связанная с численными инженерными расчетами. Иногда мы сталкиваемся с физическими задачами, которые сложно решить аналитически, и здесь на помощь приходят программирование и специальное ПО. На нашей компетенции участники будут работать с задачами по гидродинамике и прочности в программе Логос.

❗️В этом году моя роль — технический эксперт, и я буду работать с юниорами, школьниками, которые хотят окунуться в эту сферу. Программа обещает быть насыщенной, так что скучать не придется!

Сегодня я в Екатеринбурге, городе трудовой доблести, прямо у подножия Уральских гор. Есть идеи, зачем я здесь? Уверяю, эта неделя обещает быть по-настоящему жаркой! 🔥

🔥Стэнфорд выложил свои платные курсы в открытый доступ. Помню как ещё в 2016 году, когда я сам был студентом, Массачусетский технологический институт (MIT) сделал то же самое.

▶️Сравнивая свои впечатления тогда и сейчас, могу с уверенностью сказать, что они остались прежними — "вау-эффекта" не наблюдается. Если взглянуть на курсы с критической точки зрения, становится очевидно, что они явно урезаны, а практических задач слишком мало. Причём эти задачи зачастую сводятся к механическому решению.

⚫️Недавно я наткнулся на YouTube-канал, где человек делает обзоры экзаменационных заданий в наших вузах и за границей. У нас встречаются задачи на экзаменах, которые гораздо сложнее и требуют смекалки, а также более глубокого понимания предмета. Для закрепления темы или раздела будет полезно посмотреть лекцию, но и в русском сегменте интернета можно легко найти аналогичные видео.

✔️Однако есть один аспект, которому нам стоит поучиться. Как же они умеют так красиво оформлять свои материалы🙄 Не знаю, нанимают ли они дизайнеров для этой работы, но визуально пояснительные рисунки к тестам выглядят значительно лучше, чем в наших учебниках. Я не согласен с утверждением, что "излишняя визуализация убивает воображение обучающихся". Есть чему поучиться в плане представления учебного материала и структурирования курсов, но не более того.

🔥Сегодня выступил на "XI международной научной конференции Лаплаз-2025" с докладом на тему "Исследование возможности бескаскадного обогащения изотопных смесей с помощью гиперскоростных газовых центрифуг"😤

✔️Было приятно получить множество полезных замечаний и вопросов от коллег

Моделирование обтекания каскада уток...

Один вопрос - зачем?

🌊 Ламинарные и турбулентные потоки: в чем разница?

Сегодня поговорим о двух ключевых понятиях в гидродинамике — ламинарных и турбулентных потоках. Эти термины часто встречаются в науке и технике, и понимание их различий может помочь нам лучше осознать, как жидкости ведут себя в различных условиях.

🔷Ламинарный поток — это упорядоченное движение жидкости, при котором слои жидкости скользят друг мимо друга без смешивания. В таком потоке скорость жидкости в каждом слое остается постоянной, а линии течения параллельны. Ламинарный поток характерен для низких скоростей и вязких жидкостей. Примером может служить кровь, движущаяся по венам, или вода, медленно текущая через узкую трубу.

🔷Турбулентный поток — это хаотичное движение жидкости, при котором происходит активное смешивание слоев. В этом случае скорость жидкости варьируется, и возникают вихри и завихрения. Турбулентность обычно наблюдается при высоких скоростях и в менее вязких жидкостях. Примеры включают реки с быстрым течением или воздух, обтекающий самолеты во время полета.

Например, важно поддерживать ламинарный поток крови при её переливании для предотвращения тромбообразования, тогда как в инженерии необходимо учитывать турбулентные потоки для проектирования.

🌟 День рождения Игоря Курчатова 🌟

12 января 1903 года родился Игорь Васильевич Курчатов – выдающийся физик, организатор науки, научный руководитель советского атомного проекта и один из основателей кафедры "Молекулярной физики" МИФИ, которую я сам закончил и где сейчас работаю.

⚫️Не стану много говорить, но хотел бы подчеркнуть, что меня всегда восхищал и интересовал масштаб личностей людей той эпохи. Их пассионарность, бесстрашие и непоколебимая воля к достижению результатов впечатляют. Расскажу одну историю про Игоря Курчатова.

⚫️25 декабря 1946 года был запущен первый советский ядерный реактор Ф-1, известный как "ядерный котёл".

⚫️Для того чтобы инициировать реакцию, необходимо было вручную извлечь кадмиевые стержни из реактора, используя лебедку и двигаясь миллиметр за миллиметром. Наблюдать за этим процессом можно было лишь через перископ. Для обеспечения безопасности Курчатов держал рядом с собой топор: в случае необходимости он мог перерубить тросы, поднимающие стержни, и тем самым экстренно остановить реакцию. Однако промедление могло привести к тому, что цепную реакцию уже не удастся остановить, что чревато взрывом. Сложно представить себе чувства человека, который понимает, что его малейшей ошибка может привести к гибели.

В итоге топор так и не понадобился...

Уверен, что вы все хорошо отдохнули и готовы к новому рабочему году. Сегодня я хотел бы рассказать вам о популярном подходе для решения задач в математике и физике — методе Монте-Карло. 🎰

✔️Метод Монте-Карло — это численный метод, который используется для решения математических задач с помощью моделирования случайных величин. Его история начинается в 1949 году, когда была опубликована статья под названием «The Monte Carlo method». Создателями этого метода считаются американские математики Джон Нейман и Станислав Улам. Название «Монте-Карло» происходит от знаменитого казино в одноименном городе княжества Монако, так как одним из простейших механических приборов для генерации случайных величин является рулетка.

▶️Рассмотрим задачу вычисления площади произвольной плоской фигуры S , которая может иметь криволинейные границы и быть заданной графически или аналитически. Предположим, что эта фигура полностью расположена внутри единичного квадрата.

⚫️Для оценки площади фигуры выберем в квадрате N случайных (!) точек. Обозначим N' как количество точек, попавших внутрь фигуры S . Геометрически очевидно, что площадь S приблизительно равна отношению N'/N . Чем больше значение N , тем выше точность этой оценки. Например, на рисунке выбрано N = 40 точек, из которых N' = 12 оказались внутри фигуры S . Таким образом, отношение N'/N = 12/40 = 0.30 , в то время как истинная площадь S равна 0.35. Очевидно, что увеличивая кол-во рандомных точек, мы достигнем истинного значения.

➡️Метод Монте-Карло находит широкое применение в различных областях, включая физику, финансы и статистику, благодаря своей универсальности и простоте реализации. С помощью него можно считать определённые интегралы, моделировать взаимодействие частиц и даже посчитать число π. Я даже читал научные статьи где этим методом моделировали течения внутри газовой центрифуги...

Пока все погружены в сон или доедают оливье, мне пишет знакомая: "Саш, а в этих ваших программах, можно промоделировать всё что угодно?"

И вот вашему вниманию – поле скоростей ёлки! 🌲

Геометрия здесь довольно простая. Тупо каркас, внутри которого будет течь вода. И не стал особо заморачиваться с сеткой. Верхушка ёлки - это вход с расходом воды 0,5 кг/с, а основание служит выходом с фиксированной скоростью 2 м/с.

Откуда такие граничные условия? Не ко мне с этими вопросами. Я лишь задавал те параметры, что говорили😈 В итоге получилось то, что получилось. Сошлось до невязок в e-4.

Дорогие подписчики!

С Новым годом! 🎉✨

Пусть 2025 год станет для вас временем удачи и успеха! Желаю, чтобы ваши мечты сбывались со скоростью света, а каждый новый день приносил открытия, которые будут удивлять и вдохновлять!
Пусть в вашей жизни будет больше положительных зарядов, а трудности растворяются, как соли в воде. Желаю вам гармонии и баланса, как в первом начале термодинамики, и чтобы каждый момент был полон энергии и энтузиазма!🚀

▶️▶️Моделирование воды в компьютерных играх

◼️Моделирование движения жидкости — это сложная задача, требующая решения уравнений Навье-Стокса и уравнения неразрывности. Однако решение этих уравнений в трехмерном пространстве может потребовать значительных временных и вычислительных ресурсов. Именно поэтому в компьютерных играх часто применяется метод сглаженных частиц (Smoothed Particle Hydrodynamics, SPH). Этот метод, хотя и используется в научных исследованиях, например, для моделирования формирования звезд и галактик (как показано на первой гифке), оказался весьма эффективным и в тех случаях, когда необходима реалистичная визуализация без строгого соблюдения физики процесса.

⚫️Суть метода заключается в том, что жидкость моделируется в виде «частиц» (представленных на второй гифке), каждая из которых обладает собственной массой и скоростью. При движении эти частицы взаимодействуют в соответствии с законами сохранения импульса и энергии. Причём каждая частица оказывает влияние не только на своих «соседей», но и на окружающее пространство. Для этого используется функция сглаживания, которая позволяет учитывать воздействие близлежащих частиц на свойства каждой отдельной частицы. Это способствует созданию более плавного и непрерывного представления жидкости. В конечном итоге осуществляется интерполяция между частицами, что иллюстрируется на третьей гифке.

Не хотел углубляться в строгую математику и слишком подробно расписывать детали. Просто постарался объяснить основные моменты ☺️

К слову о работе с источниками и Википедии

Вот ведёшь ты занятия. Учишь так как тебя самого учили и не задумываешься о корректности некоторых исторических фактов.

⚫️Сади Карно ( тот самый который придумал цикл Карно) первым объединил законы Бойля–Мариотта и Шарля, получив уравнение состояния идеального газа. Однако идеи Карно, изложенные в его книге «Размышления о движущей силе огня и о машинах, способных развивать эту силу», изданной в 1824 году, стали известны благодаря только Бенуа Клапейрону в 1834.

⚫️Дальше интереснее. Генерал-майор и морской инженер Илья Павлович Алымов, у которого немало работ по теории кораблестроения, в 1865 году вывел универсальную газовую постоянную и опубликовал это в статье “Научные выводы относительно водяного пара”. К слову, Дмитрий Иванович Менделеев ввел её только в 1874 году.

⚫️В отечественной литературе до 1940-х годов уравнение называли уравнением Клапейрона, а после началась «борьба с низкопоклонством перед Западом», и появились названия с фамилией Менделеева.

К чему всё это?
❗️Работа преподавателем, и неважно в школе или ВУЗе, это постоянно учится самому. И по 10 раз всё перепроверять.