Fizika

Saša Pavlović (2005), Beograd, 3. razred, Matematička gimnazija, Beograd

Mentori:
Aleksa Denčevski, Institut za fiziku u Beogradu
Nina Zdravković, Elektrotehnički fakultet Beograd

Zatvoreni akustički rezonator predstavlja konačnu zapreminu fluida zatvorenu krutim zidovima. Pri određenim frekvencijama zvuka unutar rezonatora se formiraju stojeći talasi kao superpozicija dva jednaka kontrapropagirajuća talasa. Cilj projekta bio je ispitivanje karakteristika rezonatora, određivanje rezonantnih frekvencija i faktora dobrote pri različitim uslovima. U prvom delu eksperimenta ispitivane su rezonantne frekvencije pri različitim položajima izvora zvuka kao i pomeranje rezonantnih frekvencija pri promeni temerature. U drugom delu eksperimenta ispitivan uticaj izolatora kojim su obložene njegove stranice. Uočeno je pomeranje rezonantnih frekvencije pri različitim temperaturama kao i odstutvo pojedinih rezonantnih frekvencija pri različitim položajima izvora zvuka. Takođe, snimljene su i rezonantne frekvencije koje nastaju pri odbijanju talasa o više stranica rezonatora.

Mila Grubović (2005), Beograd, 3. razred, Matematička gimnazija, Beograd
Nađa Radošević (2005), Beograd, 3. razred, Prva beogradska gimnazija, Beograd

Mentor:
Denčevski Aleksa, Institut za fiziku u Beogradu
Milović Relja, Elektrotehnički fakultet u Beogradu

Cilj ovog rada je eksperimentalni dokaz i karakterizacija postojanja evanescentih talasa. Izračunata je dubina prodora evanescnentih talasa pri različitim talasnim dužinama pobude, promena inteziteta evanescentnog talasa sa promenom udaljenosti od tačke prodora, kao i zavisnost dubine prodora od upadnog ugla. Realizovana je eksperimentalna postavka pomoću koje su dobijeni evanescenti talasi. Direktnim merenjem zračenja u izolovanoj oblasti pokazano je postojanje evanescentih talasa. Dokaz evanescentih talasa je takođe postignut posmatranjem fluorescencije boje pobudjene samim talasima. Dobijeni rezultati pokazuju da se evanescenti talasi mogu koristiti za oslikavanje tankih bioloških uzoraka

Emilija Zdravković (2005), Kruševac, 4. razred, Gimnazija, Kruševac

Mentori:
Denčevski Aleksa, Institut za fiziku u Beogradu
Jovanović Mateja, Fizički fakultet Beograd

U ovom radu razvijen je metod za korekciju aberacija dela optičkog sistema mikroskopa sa strukurisanim prosvetljavanja (Structured Illumination Microscopy- SIM). Optički sistem je modelovan matričnom metodom sa ciljem da se minimalizuju sferene i hromatske aberacije. Razvijen je matrični model sa parametrima realnih sočiva nakon čega su procenjene sferene i hromatske aberacije. Nakon procene aberacija primenjen je genetski algoritam koji je generisao parametre dodatnih realnih sočiva koje je potrebno dodati u sistem kako bi korekcija aberacija bila što bolja. Parametri i položaji dobijenih sočiva su iskorišćeni za modelovanje novog optičkog sistema kod kog su aberacije svedene na minimum. Dobijeni rezultati pokazuju da je u realnom sistemu moguće korigovati sferene i hormatske aberacije upotrebom jednog singletnog ili dubletnog sočiva.

Tadija Jelesijević (2005), Kruševac, 3. razred, Gimnazija u Kruševcu

Mentor:
Petreski Nikola, Javno preduzeće Nuklearni objekti Srbije
Nikolić Strahinja, Elektrotehnički fakultet u Beogradu

Magnetna hipertermija je inovativna terapija kancerogenih oboljenja koja se zasniva na generisanju toplote u ferofluidima koji se nalaze u promenljivom magnetnom polju. Prednosti ove terapije u odnosu na konvencionalne metode lečenja kancerogenih oboljenja su velika selektivnost i smanjen broj neželjenih efekata. Cilj ovog projekta je modelovanje biofizičkih procesa koji su neophodni za razumevanje magnetne hipertermije, određivanje optimalnih parametara biokompatibilnih magnetnih nanočestica kako bi se postigla maksimalna efikasnost terapije magnetnom hipertermiom, kao i određivanje uticaja parametara sredine na efikasnost terapije. Kao model za generisanje toplote u ferofluifima je korišćen LRT (linear response theory) model, koji opisuje generisanje toplote pomoću Neel i Brown relaksacija koje su uzrok kašnjenja magnetizacije ferofluida za magnetnim poljem. Za modelovanje provođenja toplote u tkivima su korišćene Pennes jednačine za sferno simentrični slučaj u kome dve koncentrične kružnice predstavljaju kancerogeno i okolno zdravo tkivo. Pri numeričkom rešavanju jednačina koje opisuju navedene modele je korišćen finite difference metod, a simulacije su izrađene u programskom jeziku Python. Rezultati simulacija pokazuju da su poluprečnik nanočestice, koeficijent anizotropije i viskoznost sredine najvažniji parametri za određivanje optimalnosti terapije. Pri optimalnim vrednostima poluprečnika i koeficijenta anizotropije dolazi do naglog skoka u vrednosti SAR-a, a takođe je zaključeno da nakon određene vrednosti koeficijenta anizotropije vrednost SAR-a postaje konstantna i ne menja se sa povećanjem anizotropije. Utvrđeno je da pri povećanju koeficijenta viskoznosti može doći do povećanja ili smanjenja vrednosti SAR-a, što zavisi od toga da li su poluprečnik nanočestice i koeficijent anizotropije veći ili manji od kritičnih vrednosti. Validnost dobijenih rezultata je potvrđena upoređivanjem vrednosti SAR-a sa vrednostima koje su dobijene u eksperimentalnim referentnim radovima. Dobijeni rezultati omogućavaju određivanje optimalnih parametara nanočestica koje bi se koristile u terapiji, kao i preciznije opisivanje i predviđanje magnetne hipertermije, što je od velikog značaja za dalja eksperimentalna istraživanja.

Sanja Krndija (2005), Beograd, 4. razred, Matematička gimnazija, Beograd

Mentori:
Knežević Ana, Fizički fakultet u Beogradu
Đorđević Stefan, Fizički fakultet u Beogradu

Glavni cilj ovog projekta bio je ispitivanje Holovog efekta (izračunavanje Holove provodnosti) u modelu Haldejn-Černovog izolatora. Holov efekat je feonmen koji se javlja u provodniku kroz koji teče struja, koji se nalazi u spoljašnjem magnetnom polju, koje deluje ortogonalno na ravan kretanja naelektrisanja. Zbog prirode Lorencove sile, koja tera naelektrisane čestice na kružno kretanje, dolazi do izdvajanja naelektrisanja na ivicama provodnika, te se samim tim indukuje napon, i to u ravni ortogonalnoj na ravan kojom teče struka. Ovaj napon se naziva Holov napon i ovako se Holov efekat opisuje klasično. Kako Lorencova sila može samo da menja pravac brzine, a ne i njen intenzitet, ispostavlja se da ovaj napon nikako ne utiče na početnu struju u provodniku. Eksperimentalno se ispostavlja da specifična provodnost može da uzima samo određene, diskretne vrednosti. Kao što znamo, specifična provodnost je makroskopska karakteristika materijala, i na prvi pogled, ne postoji razlog za ograničenje vrednosti koje može da uzima. Taj „prvi pogled“ je u stvari pogled klasične mehanike, i on nam očito ne daje jasnu sliku o tome šta se ovde dešava. Zato se moramo okrenuti kvantnoj mehanici u potrazi za objašnjenjem! Naime, u Holovom efektu specifična provodnost (odnosno jedna njena komponenta, tzv. Holova provodnost) uzima samo celobrojne umnoške kvanta provodnosti, dok je, kada nema magnetnog polja, pa ni Holovog efekta, ova komponenta nula. Dakle, ako postoji Holova provodnost, znamo da postoji i Holov efekat. U ovom projektu određena je Holova provodnost, u Haldejn-Černovom modelu kristalne rešetke . Ispostavlja se da Holova provodnost zavisi od (topoloških) karakteristika kristalne rešetke materijala. Da bismo ovo opisali matematički, uvodimo Beri fazu i Beri krivinu, kojima se u opštem slučaju opisuje topologija kvantno-mehaničkih stanja. Zatim je uvedena fizika čvrstog stanja, tj. načini na koje se u fizici matematički modeluju kristalne rešetke. Da bismo došli do Haldejn-Černovog modela, koji opisuje realan dvodimenzionalni kristal, najpre smo uveli dva nešto jednostavnija modela: Černov i Dirak-Černov izolator. U njima smo ispitivali Holovu provodnost. Ove rezultate smo generalizovali, jer se, iako nisu dobri za opisivanje pravih fizičkih sistema, mogu upotrebiti da olakšaju rešavanje Haldejn-Černovog modela. Na kraju je korišćenjem metoda kvantne mehanike, kao i svega prethodno uvedenog, ispitano je ponašanje Haldejn-Černovog izolatora i dobijen Holov efekat.

Bogdan Milenković (2005), Vranje, 3. razred, Gimnazija “Bora Stanković”, Vranje

Mentori:
Đorđević Stefan, Fizički fakultet u Beogradu
Knežević Ana, Fizički fakultet u Beogradu

Faradejev efekat predstavlja obrtanje ravni polarizacije svetlosti pod uticajem magnetnog polja i visoke koncentracije slobodnih elektrona u sredini kroz koju zrak svetlosti prolazi. Pomoću Maksvelovih jednačina i Lorencove teorije dinamike elektrona u spoljašnjem elektromagnetnom polju opisuje se efekat u jonizovanim gasovima – plazmi. Cilj ovog projekta jeste korigovati Lorencovu jednačinu tako da se uračuna efekat propagacije svetlosnih talasa kroz disipativne sredine, kao što su, na primer, metali ili tečnosti i potom videti kako se menja rezultat za Faradejev efekat u odnosu na onaj u plazmi. Dobijeni rezultati pokazuju da dolazi do zanimljivih pojava koje nisu prisutne u klasičnom primeru, poput nastanka nova dva talasa po završetku efekta od kojih je jedan ipak zanemarljiv u odnosu na drugi zbog značajne razlike u amplitudi. Pojava disipacije takođe uslovljava uvođenje kompleksnog indeksa prelamanja čija se zavisnost od frekvencije talasa ispostavlja kao vrlo važna u objašnjenju pomenutog fenomena.