сайты - меню - вход - но­во­сти


Задания
Версия для печати и копирования в MS Word

Рис. 1. Уг­ле­род­ную на­но­труб­ку (УНТ) можно за­дать одной парой ше­сти­уголь­ни­ков на листе гра­фе­на, для чего не­об­хо­ди­мо через цен­тры этих ше­сти­уголь­ни­ков (точки O и X, вза­им­ное рас­по­ло­же­ние ко­то­рых в «ско­шен­ной» си­сте­ме ко­ор­ди­нат за­да­ет­ся двумя це­лы­ми не­от­ри­ца­тель­ны­ми чис­ла­ми, n и m  — ин­дек­са­ми хи­раль­но­сти) про­чер­тить линии раз­ре­за, пер­пен­ди­ку­ляр­ные от­рез­ку OX, вы­ре­зать по ним по­лос­ку гра­фе­на и затем со­еди­нить ее края. Здесь при­ве­ден при­мер для «вы­крой­ки» труб­ки с n  =  4 и m  =  3.

Рас­смот­рим УНТ диа­мет­ром от 2 нм до 3 нм.

1.  Чему равны ми­ни­маль­ное и мак­си­маль­ное зна­че­ния n для этих УНТ?

2.  На любом языке про­грам­ми­ро­ва­ния на­пи­ши­те про­грам­му, ко­то­рая поз­во­лит найти общее число УНТ N, удо­вле­тво­ря­ю­щее усло­вию. При­ве­ди­те ее текст. Най­ди­те N при по­мо­щи про­грам­мы.

Счи­тать, что

—  длина связи СС равна 0,14 нм,

—  диа­мет­ром УНТ яв­ля­ет­ся диа­метр ци­лин­дра, «скле­ен­но­го» из ленты ши­ри­ной ох,

—  УНТ (n, m) и УНТ (m, n).

—  одна и та же труб­ка.

Спрятать решение

Ре­ше­ние.

1.  1)  Най­дем, вза­и­мо­связь между диа­мет­ром и ин­дек­са­ми хи­раль­но­сти, (n, m). По усло­вию, от­ре­зок ОХ равен длине окруж­но­сти УНТ, сле­до­ва­тель­но, ее диа­метр можно найти по фор­му­ле D = дробь: чис­ли­тель: OX, зна­ме­на­тель: Пи конец дроби . В свою оче­редь, длина от­рез­ка ОХ, по тео­ре­ме ко­си­ну­сов, со­став­ля­ет

 O X в квад­ра­те = левая круг­лая скоб­ка n r пра­вая круг­лая скоб­ка в квад­ра­те плюс левая круг­лая скоб­ка m r пра­вая круг­лая скоб­ка в квад­ра­те минус 2 n r умно­жить на m r умно­жить на ко­си­нус левая круг­лая скоб­ка 120 в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка \circ пра­вая круг­лая скоб­ка пра­вая круг­лая скоб­ка =r в квад­ра­те левая круг­лая скоб­ка n в квад­ра­те плюс m в квад­ра­те минус 2 n m левая круг­лая скоб­ка минус 0,5 пра­вая круг­лая скоб­ка пра­вая круг­лая скоб­ка =r в квад­ра­те левая круг­лая скоб­ка n в квад­ра­те плюс n m плюс m в квад­ра­те пра­вая круг­лая скоб­ка ,

где r  — длина еди­нич­но­го от­рез­ка, рав­но­го рас­сто­я­нию между цен­тра­ми со­сед­них ше­сти­уголь­ни­ков:

 r = 2 a ко­си­нус левая круг­лая скоб­ка 30 в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка \circ пра­вая круг­лая скоб­ка пра­вая круг­лая скоб­ка = a ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 3 конец ар­гу­мен­та = 0,14 ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 3 конец ар­гу­мен­та .

Сле­до­ва­тель­но, диа­метр УНТ можно рас­счи­тать по фор­му­ле

 D= дробь: чис­ли­тель: 0,14 ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 3 конец ар­гу­мен­та , зна­ме­на­тель: Пи конец дроби ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: n в квад­ра­те плюс nm плюс m в квад­ра­те конец ар­гу­мен­та = 0,077186 ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: n в квад­ра­те плюс nm плюс m в квад­ра­те конец ар­гу­мен­та .

То есть,

 n в квад­ра­те плюс n m плюс m в квад­ра­те = левая круг­лая скоб­ка дробь: чис­ли­тель: D, зна­ме­на­тель: 0,077186 конец дроби пра­вая круг­лая скоб­ка в квад­ра­те .

Тогда D  =  2 нм, n в квад­ра­те плюс n m плюс m в квад­ра­те =671,4 и D  =  3 нм, n в квад­ра­те плюс n m плюс m в квад­ра­те =1510,6 . Таким об­ра­зом, все зна­че­ния пар (n, m) (таких, что n боль­ше или равно m пра­вая круг­лая скоб­ка , долж­ны удо­вле­тво­рять усло­вию

 672 мень­ше или равно n в квад­ра­те плюс n m плюс m в квад­ра­те мень­ше или равно 1510.

2)  Ми­ни­маль­ное зна­че­ние ин­дек­са n со­от­вет­ству­ет слу­чаю m  =  n (для од­но­го и того же диа­мет­ра УНТ ве­ли­чи­на ин­дек­сов хи­раль­но­сти тем мень­ше, чем ближе их зна­че­ния друг к другу) и n в квад­ра­те плюс n m плюс m в квад­ра­те боль­ше или равно 672 (ми­ни­маль­ный диа­метр):  n в квад­ра­те плюс n умно­жить на n плюс n в квад­ра­те боль­ше или равно 672, то есть n боль­ше или равно 14,97. Тогда  n_\min =15 .

3)  Мак­си­маль­ное зна­че­ние ин­дек­са n со­от­вет­ству­ет слу­чаю m  =  0 (для од­но­го и того же диа­мет­ра УНТ ве­ли­чи­на од­но­го из ин­дек­сов хи­раль­но­сти тем боль­ше, чем ближе зна­че­ние вто­ро­го к нулю) и  n в квад­ра­те плюс n m плюс m в квад­ра­те мень­ше или равно 1510 (мак­си­маль­ный диа­метр):  n в квад­ра­те плюс n умно­жить на 0 плюс 0 в квад­ра­те мень­ше или равно 1510, сле­до­ва­тель­но, n мень­ше или равно 38,86, тогда  n_\max = 38 .

2.  Оче­вид­но, что на­хож­де­ния всех пар ин­дек­сов хи­раль­но­сти (n, m), удо­вле­тво­ря­ю­щих усло­вию, не­об­хо­ди­мо осу­ще­ствить пе­ре­бор всех воз­мож­ных зна­че­ний вы­ра­же­ния n в квад­ра­те плюс nm плюс m в квад­ра­те в цикле по n от nmin до nmax и во вло­жен­ном цикле по m от 0 до n, и по­счи­тать, сколь­ко из них удо­вле­тво­ря­ют усло­вию 672 мень­ше или равно n в квад­ра­те плюс nm плюс m в квад­ра­те мень­ше или равно 1510.

Текст про­грам­мы на языке Pascal:

 

Всего 264 УНТ.

Спрятать критерии
Критерии проверки:

Вер­ный ответ на пер­вый пункт: 3 балла.

При­ве­ден вер­ный текст про­грам­мы: 4 балла.

При по­мо­щи про­грам­мы най­де­но число N  — 1 балл.