![]() |
|
сделать стартовой | добавить в избранное |
![]() |
Синхронизация как механизм самоорганизации системы связанных осцилляторов |
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ФИЗИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ КАФЕДРА ФИЗИКИ ПОЛУПРОВОДНИКОВ И МИКРОЭЛЕКТРОНИКИ КУРСОВАЯ РАБОТА Синхронизация как механизм самоорганизации в системе связанных осцилляторов Руководитель: доцент Хухрянский М.Ю. Исполнитель: студентка 3 курса Группы микроэлектроники Машкова А. С. Воронеж 2006 РЕФЕРАТ Курсовая работа: 23 страницы, 6 иллюстраций, 17 формул, 7 источников. Ключевые слова: синхронизация, самоорганизация, автоколебательная система, осциллятор. В данной работе дается объяснение таких понятий, как синхронизация, самоорганизация, автоколебательная система. Приводится классификация явлений синхронизации, а также рассматривается синхронизация в цепочке связанных осцилляторов и образование кластеров в дискретной цепочке осцилляторов и в непрерывной колебательной среде. Оглавление 1. Введение 2. Историческая справка 3. Синергетика, самоорганизация, синхронизация 4. Автоколебательная система 5. Характеристики ритма: период и частота 6. Подстройка ритмов: захват фаз и частот 7. Синхронизация: обзор различных случаев 7. 1. Синхронизация внешней силой 7. 2. Ансамбли осцилляторов и колебательные среды 7. 3. Фазовая и полная синхронизация хаотических осцилляторов 8. Цепочки осцилляторов 8. 1. Синхронизация связанных осцилляторов 8. 2. Пример: цепочка лазеров 9. Образование кластеров 9. 1. Кластеры в дискретной цепочке осцилляторов 9. 1. Кластеры в непрерывной колебательной среде 10. Заключение Литература 1. Введение Синхронизация автоколебаний – одно из фундаментальных нелинейных явлений природы. Его можно рассматривать как метод самоорганизации взаимодействующих систем. Под синхронизацией обычно понимают установление некоторых соотношений между основными характеристиками колебаний систем в результате их взаимодействия. Эффект синхронизации, открытый Гюйгенсом еще в XVII веке, привлек к себе особый интерес ученых в связи с развитием науки и техники. Постепенно стало ясно, что различные явления, на первый взгляд не имеющие ничего общего, подчиняются неким универсальным законам. В настоящее время детально разработана теория синхронизации периодических автоколебаний, рассмотрены случаи синхронизации квазипериодических колебаний и колебаний в присутствии шумов. Также различают вынужденную синхронизацию, т. е. синхронизацию автоколебаний внешним сигналом, и взаимную синхронизацию, наблюдающуюся при взаимодействии двух и более автоколебательных систем. В обоих случаях проявляются одни и те же эффекты синхронизации, связанные с двумя механизмами: захватом собственных частот (и, соответственно, фаз) колебаний или же подавлением одной из собственных частот взаимодействующих систем. 2. Историческая справка Голландский ученый Христиан Гюйгенс был, по всей видимости, первым исследователем, наблюдавшим и описавшим явление синхронизации еще в 17-том столетии. Он открыл, что двое маятниковых часов, висящих на общей опоре, синхронизируются, т. е. их колебания идеально совпадают, а маятники всегда движутся в противоположных направлениях. В своих дальнейших исследованиях Гюйгенс не только привел точное описание, но также дал качественное объяснение эффекта взаимной синхронизации.
Он правильно понял, что согласованность ритмов двух часов была вызвана недоступными восприятию движениями опоры. В современной терминологии это означает, что часы синхронизовались в противофазе за счет связи через балку. В середине девятнадцатого столетия Джон Вилльям Стретт, он же лорд Рэлей, не только наблюдал взаимную синхронизацию, когда различные, но схожие, органные трубы, начинают звучать в унисон, но также и эффект гашения (вымирания) колебаний, когда связь приводит к подавлению колебаний во взаимодействующих системах. Новый этап в исследовании синхронизации был связан с развитием электро- и радиотехники. 17 февраля 1920 года В. Экклес и Дж. Винсент подали заявку на британский патент, подтверждающий открытие ими свойства синхронизации триодного генератора. В своих экспериментах, Экклес и Винсент связали два генератора со слегка различными частотами и продемонстрировали, что связь вынуждает системы осциллировать на общей частоте. Синхронизация в живых системах также известна уже несколько столетий. Например, большая популяция светлячков может излучать вспышки света синхронно. Множество исследований, выполненных математиками, инженерами, физиками и специалистами из других областей, привели к пониманию того, что, скажем, согласованность звучания органных труб или же стрекотания сверчков не случайна, а может быть описана единой теорией . 3. Синергетика, самоорганизация, синхронизация В последние десятилетия развитию науки свойственны не только глубокая специализация в отдельных ее отраслях, но и мощная тенденция проникновения идей и методов из одной области в другие. И как следствие – появление новых наук, например таких, как биологическая физика, биохимия, астрофизика и т. п. В этом смысле молодая теория самоорганизации, которая охватывает многие отрасли знаний, также является синтетической теорией, позволяющей осмыслить многие явления в живой и неживой природе с единой точки зрения. В научной литературе теория самоорганизации носит название «синергетика». Этот термин ввел Х. Хакен . По Хакену, синергетика занимается изучением систем, состоящих из большого числа частей, компонент или подсистем, сложным образом взаимодействующих между собой. Слово &quo ;синергетика&quo ; и означает &quo ;совместное действие&quo ;, подчеркивая согласованность функционирования частей, отражающуюся в поведении системы как целого . Толкование термина синхронизация различается в зависимости от специализации и индивидуальных точек зрения. В данной работе авторами не предлагается какого-либо общего определения синхронизации, которое включало бы все эффекты во взаимодействующих колебательных системах. Мы понимаем синхронизацию как подстройку ритмов осциллирующих объектов за счет слабого взаимодействия между ними . Синхронизация может возникнуть в силу естественных свойств самой системы взаимодействующих объектов. В этом случае говорят о взаимной синхронизации. В других случаях для согласования поведения объектов необходимо привнесение в систему дополнительных связей или воздействий, что указывает на синхронизацию внешней силой . 4. Автоколебательная система Введем понятие динамической системы.
Под динамической системой понимают любой объект или процесс, для которого однозначно определено понятие состояния как совокупности некоторых величин в данный момент времени, и задан закон, который описывает изменение начального состояния с течением времени. Этот закон позволяет по начальному состоянию прогнозировать будущее состояние динамической системы, и его называют законом эволюции. Описание динамических систем может осуществляться с помощью дифференциальных уравнений . Синхронизация может возникнуть лишь в автоколебательных системах. Автоколебательной системой называют систему, преобразующую энергию постоянного источника в энергию колебаний. Error: Refere ce source o fou d Рис. 1. Общая схема автоколебательной системы. Необходимыми элементами всякой автоколебательной системы являются: собственно колебательная система; источник постоянной энергии; элемент, управляющий поступлением энергии в колебательную систему, который мы условно назовем клапаном; цепь обратной связи между колебательной системой и клапаном. В некоторых системах указанные элементы можно явно выделить, в других они бывают совмещены, так что их функции не сразу очевидны. Но в той или иной форме эти элементы присущи всякой автоколебательной системе . Выделим общие свойства автоколебательных систем: будучи изолированным, осциллятор продолжает генерировать один и тот же ритм, пока не иссякнет источник энергии ; форма автоколебаний определяется параметрами системы и независит от того, как система была «включена», т.е. от переходак стационарным колебаниям ; автоколебания устойчивы по отношению к возмущениям (по крайней мере малым): будучи возмущенными, колебания вскоре восстанавливают свою исходную форму ; являются нелинейными (т. е. описываются нелинейными дифференциальными уравнениями) и неконсервативными . Автоколебательные системы самой различной природы чрезвычайно распространены. Они играют очень большую и важную роль в различных областях науки и техники: механике, автоматике, физики, химии, биологии, радиотехнике, электроники и др. Наиболее известными примерами механических автоколебательных систем являются часы и паровая машина, а также ламповые генераторы или генераторы на полупроводниковых приборах, лазеры, различного рода генераторы звука и т. д. Автоколебательными системами является сердце человека и животных . 5. Характеристики ритма: период и частота Автоколебательные системы могут демонстрировать ритмы самой разной формы, от простых, близких к синусоиде, сигналов до последовательности коротких импульсов. Главной характеристикой таких систем является период Т, т. е. время одного колебания. Часто бывает удобно характеризовать ритм числом колебаний в единицу времени или же частотой колебаний f=. (1) При теоретическом анализе колебаний более удобной часто бывает угловая частота ω=2πf=2π/Т. 6. Подстройка ритмов: захват фаз и частот Два неидентичных осцилляторов, которые, взятые по отдельности, имеют различные периоды, при наличии связи подстраивают свои ритмы и начинают демонстрировать колебания с общим периодом. Это явление часто и называют в терминах совпадения частот их захватом.
Существует много запахов, характер которых меняется в зависимости от концентрации. Очень часто люди с одинаковой остротой обоняния по-разному воспринимают запах одного и того же вещества. Обонятельные ощущения наиболее остры в теплую влажную погоду, при хорошем освещении. Обонятельная чувствительность повышается в начале дня и к вечеру. Обоняние более тесно связано с эмоциональной сферой человека, чем другие чувства, так как почти всякое обонятельное ощущение обладает более или менее ярко выраженным характером приятного или неприятного. Для многих людей обоняние чувство, рождающее больше всего воспоминаний. Это объясняется тем, что механизм обоняния тесно связан с той частью мозга, которая управляет памятью и эмоциями. Обоняние, как считают специалисты,P самое мощное из пяти чувств, хотя его давно вытеснили с ведущих позиций. "На кончике нашего носа располагается целая невидимая вселенная. Запах, оказывается, может овладеть нами еще до рождения. Мы поддаемся его влиянию, еще находясь в чреве матери. Те запахи, которые мы вдыхаем до своего рождения, будут казаться нам привлекательными в дальнейшей жизни Обоняние непосредственно связано с лимбической системой головного мозга эволюционно одной из самых древних его частей
1. Дикость, варварство и цивилизация как ступень развития общества
2. Роль личности в развитии общества
3. Культура как детерминанта развития общества. Проблемы культуры и социума
4. Государственная дисциплина как фактор правопорядка и развития общества
5. Наука и религия о развитии общества
9. Новая методология познания – ключ к формированию новой динамической модели развития общества
10. Взаимосвязь социально-экономических условий развития общества с приоритетами природопользования
11. Влияние теоретических представлений о развитии общества на программы левых партий
13. Демократия и проблемы формирования правового государства на современном этапе развития общества
14. Место науки и религии в развитии общества
15. Религия и искусство как проявление духовной составляющей развития общества
16. Взгляд на потребности человека с точки зрения экономики. Экономическое развитие общества
17. Основные концепции современного развития общества
18. Роль политической системы в развитии общества
19. Циклический паттерн развития общества
25. Малый бизнес и его роль в экономическом развитии общества
26. Труд как основа развития общества
27. Концепции устойчивого развития как выражение взаимоотношений "общество- природа"
28. Социальная стратификация и перспектива развития гражданского общества России
29. Техника: сущность, закономерности развития и роль в жизни общества
30. Акционерные общества: Принципы создания и функционирования
31. Механизмы функционирования фондового рынка
32. Олигополистический рынок: сущность, особенности механизма функционирования
33. РАЗВИТИЕ И ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ РЕГИОНАЛЬНОГО ТУРИЗМА
34. Перспективы становления и развития гражданского общества в современной России
35. Социально-экономическое развитие Казахского общества в XVIII-XIX вв.
36. Механизм функционирования международного кредита
37. Российское образование и российское общество: развитие во взаимодействии
41. Концепция общества устойчивого развития: синергетическая интерпретация
42. Социальные проблемы развития российского общества
44. Наука и общество с позиций теории самоорганизации
45. Проблемы управляемого развития гражданского общества
46. Общество и общественное развитие словами древнегреческих философов
48. Рыночный механизм и элементы его функционирования
49. Конкуренция как источник развития рыночной экономики: механизм реализации
50. Новые экономические механизмы здравоохранения и перспективы их развития
51. Маркетинговый государственный механизм развития оффсетной деятельности
52. Механизмы функционирования ОБЖ в системе здоровьесберегающих технологий
53. Право как механизм функционирования правового государства
57. Реальное функционирование русского языка и пути его развития
58. Правовые механизмы функционирования различных видов банковских счетов
59. Рынок Forex, особенности его функционирования, проблемы и перспективы развития
60. Самоорганизация в природе и в обществе
61. История развития понятия "Гражданское общество"
62. Направления развития гражданского общества в Республике Казахстан на современном этапе
63. История развития и современное положение информационного общества
64. Роль информационного ресурса в развитии современного общества
65. Модель этнического развития "плавильный котел" в американском обществе
66. Особенности профессионального развития библиотекаря в информационном обществе
68. Функционирование PR: технологии и разновидности, взаимодействие с обществом и со СМИ
69. Дистрофия миокарда, перикардит, ревматизм: причины и механизмы развития
73. Стратегия развития, ее элементы и функционирование фирмы
74. Воспитание и развитие персонала на примере функционирования МУЗ "Городская больница №5"
75. Развитие толерантности в системе образования - как объективная потребность современного общества
76. Проблемы и пути развития гражданского общества в Украине
77. Тенденции развития гражданского общества в России
78. Выборы как фактор развития гражданского общества
80. Механизм ситуативного развития готовности учащегося к занятиям
81. Функционирование и развитие сенсорики и перцепции в учебной деятельности
82. Социо-культурное развитие российского общества
83. История развития физической культуры в рамках первобытного общества
84. Диалектика развития и самоорганизации систем
89. Роль социальной политики государства в развитии современного общества
90. Роль труда в развития человека и общества
91. Германия. Баухауз и его вклад в развитие мирового дизайна
92. Развитие авиации
93. Основные этапы развития и конструктивной эволюции техники в области самолетостроения
94. Происхождение и развитие солнечной системы
96. Развитие представлений о Вселенной
97. Третичный период развития жизни на земле
99. Влияние мяты на рост и развитие перца сладкого
100. Основные проблемы генетики и механизм воспроизводства жизни