№1 (14) 2014

Университеты страны

МИСиС и Кильский университет работают над мантией-невидимкой для городов

НИТУ «МИСиС» и группа исследователей-математиков из Кильского университета (Англия) под руководством приглашённого профессора Юлия Каплунова в рамках совместного проекта изучают перспективы создания специальных геоматериалов, способных в буквальном смысле делать невидимыми для землетрясений объекты, в основании которых они заложены. Учёными разработан уникальный математический аппарат, позволяющий эффективно исследовать выявленную профессором Каплуновым волну-первопричину разрушений на поверхности во время подземных толчков, а также описывающий методы борьбы с ней. Задача объединённых научных групп это определение наилучшего материала для успешной реализации проекта.

Юлий Каплунов

Юлий Каплунов

«Сама по себе идея создания мантии-невидимки для сооружений не нова: над этим работают научные группы в Манчестере (Англия), Марселе (Франция) и в ряде других университетов. Наши исследования показывают, что проблема требует более глубокой теоретической проработки. В настоящее время предпринимаются попытки найти универсальный подход, обеспечивающий защиту от всех видов волн, порождаемых активностью Земли, что осложняет поиск нужного материала», – прокомментировал Юлий Каплунов

«Наш подход примечателен тем, что мы изначально поставили перед собой цель ясного понимания всех первопричин разрушений, вызываемых землетрясениями, а также поиска эффективных методов борьбы с ними. Наше внимание привлекли работы английского учёного Джона Пендри (Имперский колледж Лондона), работающего над созданием оптической невидимости. Его группа достигла выдающихся результатов по достижению невидимости объектов с помощью нанесения на их поверхность покрытий из метаматериалов. А учёные из Сингапура смогли сделать невидимой рыбку из аквариума, правда, пока только под определённым углом наблюдения. И мы провели аналогию между поверхностными волнами, возбуждаемыми при землетрясениях, и световыми волнами и получили ряд интересных результатов. Мы установили, что из всех видов сейсмических волн, инициируемых подземными толчками, теоретические и экспериментальные усилия необходимо сосредоточить на изучении поверхностных волн Релея, которые и вызывают наибольшие разрушения на поверхности земной коры, пренебрегая влиянием других типов волн. Важное достижение нашей группы заключается в том, что мы смогли показать, что волна Релея описывается почти такими же соотношениями,
как и оптические волны. Явления, на первый взгляд, разные, но математическая модель у них одинаковая! Смысл в том, что, как и в оптике, при землетрясении мы имеем дело с волной, только при колебаниях земли это волна упругая, а при анализе невидимых тел мы имеем дело с волной света. Задача, которую нам предстоит решить с МИСиСом, это поиск подходящего метаматериала, который мог бы послужить основой для проектирования защитных конструкций. При взаимодействии с такой конструкцией волны Релея будут попросту изгибаться в стороны, не повреждая защищаемого сооружения аналогично тому, как это происходит в экспериментах учёного Пендри, а также сингапурских учёных. Такие метаматериалы в принципе уже существуют, например, на основе меди», — отметил учёный.

Волна РелеяРазработанный группой проф. Каплунова математический аппарат использует современные математические методы механики, включая метод возмущений и теорию дифференциальных уравнений в частных производных. По его словам, на разработку этого аппарата ушло около 10 лет, за это время по теме было опубликовано более 20 статей в ведущих журналах, в т.ч. в Докладах РАН, Трудах Лондонского математического общества и международном журнале «Волновое Движение». В МИСиС Юлий Каплунов планирует развивать сотрудничество c рядом подразделений, включая Горный институт.

Разработка подобных защитных конструкций будет особенно актуальна для регионов с сейсмической активностью, в т.ч. для ряда стран Европы, Дальнего Востока России, Японии, Китая, Южной Америки, Новой Зеландии и др.

О метаматериалах

Метаматериал — композиционный материал, свойства которого обусловлены не столько свойствами составляющих его элементов, сколько искусственно созданной периодической структурой. Они представляют собой искусственно сформированные и особым образом структурированные среды, обладающие электромагнитными или акустическими свойствами, сложно достижимыми технологически либо не встречающимися в природе. Под такими свойствами следует понимать особые значения физических параметров среды, например, отрицательные по величине значения как диэлектрической, так и магнитной проницаемостей, пространственную структуризацию (локализацию) распределения величин этих параметров (в частности, периодическое изменение коэффициента преломления как у фотонных кристаллов), наличие возможности управления параметрами среды в результате внешних воздействий (метаматериалы с электрически управляемой диэлектрической и магнитной проницаемостями) и т.д. В частности, метаматериалы могут иметь отрицательный показатель преломления, а это означает, что они преломляют свет совершенно иным образом.

Слой материала с отрицательным преломлением может действовать как суперлинза, которая может превзойти существующие линзы с положительным преломлением. Такая суперлинза может создавать изображения с деталями, более мелкими, чем допускает дифракционный предел разрешения, который ограничивает работу всех оптических элементов с положительным показателем преломления.

О волне Релея

Энергия землетрясений, взрыва или другого сейсмического источника движется по земной коре в виде фронта волны, распространяющегося по всем направлениям.

Существует несколько различных видов сейсмических волн. Каждый из них движется особым образом. Два основных типа волн — это объёмные и поверхностные. Объёмные волны движутся во внутренних слоях земной коры, а поверхностные могут двигаться только по поверхности планеты, подобно кругам на воде. Именно поверхностные волны наиболее разрушительны. Волна Релея — сейсмическая поверхностная акустическая волна. Названа в честь лорда Релея, который в 1885 г. математически предсказал существование этого типа волн. Волна Релея распространяется по земной коре аналогично волне в озере или океане. По мере движения волна перемещает почву вдоль направления своего движения как вверх-вниз, так и из стороны в сторону. Вибрация во время землетрясения вызвана волнами Релея.

О Юлии Каплунове


Юлий Каплунов, род. 15 декабря 1961 г. Доктор физико-математических наук, профессор Кильского университета (Англия), Школа компьютерных наук и математики. Окончил Московский институт инженеров железнодорожного транспорта в 1984 г., докторскую диссертацию защитил в Институте проблем механики им. А.Ю. Ишлинского РАН. Область научных интересов прикладная математика и механика, в том числе распространение волн, асимптотические методы и многомасштабное моделирование. Основные научные достижения: общая динамическая теория тонких упругих тел, исследование локализации колебаний в упругих средах, высокочастотное осреднение периодических сред. Лауреат государственной премии России, стипендиат Гумбольдта, стипендия Президента России для молодых докторов наук, почетный член Института математики и приложений, член редколлегий 6 журналов, приглашенный профессор в Тел-Авиве, Бордо, Эдмонтоне, Гонконге и Солфорде, член организационных комитетов, а также пленарный и основной докладчик ряда международных конференций. Автор более 100 статей и 3 книг.

Опубликовать в Facebook
Опубликовать в Google Plus
Опубликовать в LiveJournal
Опубликовать в Мой Мир
Опубликовать в Одноклассники
Опубликовать в Яндекс
Оценить статью: 1 балл2 балла3 балла4 балла5 баллов
Загрузка ... Загрузка ...

Оставить комментарий:

CAPTCHA image

Статьи из рубрики: Университеты страны

Ижевск ― Владивосток: разговор двух ученых о состоянии науки и образования в стране

Константин Кошель

Во Владивостоке в конце сентября прошла международная научная конференция, посвященная проблемам океанографии. Ее организатор — Тихоокеанский океанологический институт ДВО РАН. На базе вуза находится один из сильнейших в стране центров робототехники. Побывать здесь — хороший опыт для ученых из УдГУ.

Иван Мамаев

Опубликовать в Facebook
Опубликовать в Google Plus
Опубликовать в LiveJournal
Опубликовать в Мой Мир
Опубликовать в Одноклассники
Опубликовать в Яндекс
Оценить статью: 1 балл2 балла3 балла4 балла5 баллов
Загрузка ... Загрузка ...
Подробнее

НИТУ «МИСиС» популяризирует научно-технические достижения

Противопожарный костюм с нанопокрытием, мороженое с азотом, прозрачный автомобиль и соревнования по передвижению предметов силой мысли — в НИТУ «МИСиС» прошел Всероссийский Фестиваль науки. В рамках фестиваля были награждены 15 победителей молодежного научно-инновационного конкурса «УМНИК» и стипендиатов фонда «Alcoa».

Опубликовать в Facebook
Опубликовать в Google Plus
Опубликовать в LiveJournal
Опубликовать в Мой Мир
Опубликовать в Одноклассники
Опубликовать в Яндекс
Оценить статью: 1 балл2 балла3 балла4 балла5 баллов
Загрузка ... Загрузка ...
Подробнее

НИЯУ МИФИ — 70 лет!

Главный корпус Национального исследовательского ядерного университета «МИФИ»

У Национального исследовательского ядерного университета «МИФИ» юбилей! 70 лет назад во время войны, 23 ноября 1942 года, было подписано Постановление Совнаркома СССР об образовании Московского механического института боеприпасов (ММИБ), известного с 1945 как Московский механический институт (ММИ). Свое сегодняшнее название Московский инженерно-физический институт (МИФИ) получил в 1953 году. Обойти стороной юбилей одного из самых элитных вузов страны мы просто не могли. О славной истории МИФИ рассказывает проректор Николай Алексеевич Кудряшов.

Опубликовать в Facebook
Опубликовать в Google Plus
Опубликовать в LiveJournal
Опубликовать в Мой Мир
Опубликовать в Одноклассники
Опубликовать в Яндекс
Оценить статью: 1 балл2 балла3 балла4 балла5 баллов
Загрузка ... Загрузка ...
Комментарии: 1 Подробнее

СПбГУ: в открытом доступе

Цыганов Андрей Владимирович, профессор, д.ф.-м.н.

Санкт-Петербургский государственный университет — старейший вуз России, основанный в 1724 году. За 287 лет существования СПбГУ закрепил за собой право называться также одним из лучших вузов России: богатое историческое прошлое, современная широкая исследовательская деятельность, активное развитие и новаторство позволяют СПбГУ находиться на передовых рубежах российской науки. Профессор СПбГУ, д. ф.-м. н. Андрей Владимирович Цыганов рассказал, почему сотрудники его вуза решают важные вопросы в Сети.

Надежда Ердакова

Опубликовать в Facebook
Опубликовать в Google Plus
Опубликовать в LiveJournal
Опубликовать в Мой Мир
Опубликовать в Одноклассники
Опубликовать в Яндекс
Оценить статью: 1 балл2 балла3 балла4 балла5 баллов
Загрузка ... Загрузка ...
Подробнее

Ученые с мировым именем читают лекции в СПбПУ

Ведущие мировые ученые-биологи — Константин Северинов, Михаил Гельфанд, Дэннис Бамфорд, Майкл Тэрнс и Армен Мулкиджанян — собрались в Санкт-Петербургском государственном политехническом университете в минувшую пятницу на открытии школы молодых ученых.

Опубликовать в Facebook
Опубликовать в Google Plus
Опубликовать в LiveJournal
Опубликовать в Мой Мир
Опубликовать в Одноклассники
Опубликовать в Яндекс
Оценить статью: 1 балл2 балла3 балла4 балла5 баллов
Загрузка ... Загрузка ...
Подробнее