Моделирование и визуализация трёхмерных объектов.
Постоянно возрастающая мощь компьютера позволяет применять методы математического моделирования для исследования влияния технологии на структуру и свойства материала. Наиболее популярным методом моделирования сегодня является метод конечных элементов (рис. 4). Он основан на делении анализируемой структуры на множество мелких элементов простой формы. К модели прикладывают силу и вычисляют напряжение и деформацию в узлах сетки. Этим методом можно моделировать поведение детали при изменении температуры, влажности и других параметров.
Достоинством компьютерного моделирования является возможность построить виртуальную 3D-структуру исходя из набора 2D-изображений. На рис. 5 показана трёхмерная структура армированного стеклопластика, полученная методом конфокальной сканирующей лазерной микроскопии.
Математическое моделирование и физическая реальность.
Основной игрок в оптической микроскопии – свет. Философы и учёные пытались выяснить природу света в течение многих тысячелетий. В этой области достигнуты большие успехи, но даже эти теории требуют некоторой доли веры для принятия теоретической модели, пытающейся объяснить связь между силами, элементарными частицами и светом. Потому что при попытках трактовать процессы субатомного мира приходится использовать лишь аналогии с нашим бытовым опытом. Что ещё важнее, даже наиболее чувствительные приборы не могут непосредственно измерять характеристики субатомных явлений. Как следствие, невозможно получить прямое экспериментальное подтверждение новых теорий, аналогичное подтверждениям предсказаний классической механики в быту или астрономии.
К счастью, при изучении структуры материала его достаточно описать на наноуровне (10-9 м), не прибегая к описанию элементарных частиц (10-20 м). Более того, для большинства задач достаточно исследовать материал лишь на мезоуровне, описав его особенности размером порядка 100 мкм. Если нужно объяснить работу оптического микроскопа, распространение света можно описывать или геометрической оптикой, или классической теорией распространения волн. Однако при описании взаимодействия света с материалом его удобнее считать потоком частиц, называемых фотонами. С точки зрения не слишком продвинутых в физике людей свет должен быть или частицей, или волной. Прагматику же свет можно считать или частицами (фотонами), или волной в зависимости от удобства. Чтобы описать это странное состояние дел, известный британский учёный сэр Артур Эддингтон предложил использовать термин «волностица». Он же провёл аналогию между волной/частицей света и процессом подбрасывания монеты. Когда монета находится в воздухе, неизвестно, является ли она «орлом» или «решкой». Она оказывается в одном из этих состояний только после падения на пол. Другими словами, до измерения экспериментатора не должен волновать вопрос, является ли свет волной или фотоном. Одну или другую сторону своей природы вынуждает его демонстрировать акт измерения.
Дата добавления: 2016-04-11; просмотров: 717;