2015-05-30
578
Этапы развития: Каменный век - простое орудие из кремния, дерева, кости: камни и палки, куски кремния, которым путем скалывания придавалась форма. Дошельский период (400-100 тыс. лет назад) из кремния путем откола изготавливалось более совершенное орудие с режущими кромками и остриями. Ашельский период – улучшается техника изготовления, каменные скребки и сверла. Применение огня. Мустерский период- орудие распределялось по классам. Появляются орудия из кости и орудие для добывания огня. Поздний палеолит (40-12 тыс. лет до н э) соединение палки и камня позволяет увеличить силу удара и скорость обработки изделия. Сменные наконечники. Операция сверления. Шлифование камня с помощью песка и воды. Развивалось военное орудие - копьеметалка, до 100 м, праща, лук и стрелы. В конце верхнего палеолита - осветительный фитиль с жиром. Текстильное производство. Мезолит(12-7 тыс лет назад) каменные орудия состояли из режущей части, вставляющейся в палку и приклеивающейся клеем из кости. Кроме лука развивался бумеранг, копьеметы. Неолит (7-3 тыс л д н э) первые шахты, горное дело, шлифование, вращение палочки шнуром с палочкой. Изобр. сверлильного станка. Керамический век – изобретение керамики, изделий из глины.
Античная техника. 4-3 тыс л до н. э –изобретение письменности, колеса, гончарного круга. Древние египтяне - иероглифы. Большой шаг в медицине, астрономии. Рубеж 10-11 века шумерская письменность. Алфавит из 22 букв, заостренной палочкой на пергаменте. Лунный и солнечный календари, часы. В Риме в 4 веке до н э изобр. календарь. Примерно 3 тыс л до н. э солнечные часы в Индии и Китае. ~ 1 веке до н э - водяные часы. Во 2 веке н э - глобус и простейший сейсмограф. Изделия из золота, платины, серебра, меди. Процесс ковки, закалки, металл становился крепче. Сырье из поверхностных руд. Не хватало температуры расплавки, горны, температура не превышала 700-800 градусов. Эксперименты со сплавами для выявл. наиболее прочных или мягких. 1400 г до н э - сварочное производство, технология поверхностной закалки. Ковка доспехов. Наклонные и вертикальные шахты глубиной до 130 м. откачка подземных вод - архимедовым винтом. После сверлильного - токарный станок с ножным приводом. Кузнечные молоты, гвозди, металлич. клепки. 8 в. до н э - метод пайки. 4-х гранные наконечники стрел из пластин, оперение стрел. Парусные суда, с мачтами, нос и корма. 2-х, 3-х, 5-и палубные суда. Водопровод и канализация из керамич. труб до 10 км, затем из свинцовых. Двуплечий рычаг. 3 в. до н э в – Великая Китайская стена.
Средневековая техника. Шахты, большие печи для плавки металла, образ. цеха. Механические инструменты - меха, молоты. Водяные и ветровые двигатели, водяные молоты, изобретение пороха. Учебники о горном деле и металлургии. Изделия из чугуна. 13-15 в. Высокие доменные печи с дутьем до 1,5 тыс градусов. 13 век появился суппорт, 15 века - нарезка резьбы. Механич. часы с 1 стрелкой. 16 в. - карманные часы. Пушки в виде бочек из листов, скрепл. метал. обручем. Затем из бронзы, ствол клали на землю и поджигали раскал. прутом. Ручное оружие - 14 в. в виде маленьких пушек, ствол укорачивался и появился приклад и фитиль. В конце 15 в. - пружинный курок, пуля и пыж. Корабли из дубовых досок, скорость до 10-12 км/ч. На палубе пушки и метательные машины. Мануфактурное производство Возникн. его привело к появл. иерархии специальностей. 1560 г - паровая машина изобр. Папиным. Интерес к электричеству. 1600 г - научный труд «О магнитизме и магнитных телах». 1753 г электростатический телеграф(Англия), спустя 50 лет телеграфная линия. 1737 г - маятник и маятниковые часы. Паскаль и Лейбниц изобр. счетные машины, затем арифмометр. Оптика - подзорные трубы., оптотехника, линза Френеля. Повыш. КПД машин треб. измерение температуры, первые термометры - Галилей, спиртовой и ртутный - Фарингейт. Несколько шкал.1750 г - воздушный насос, 60-е г. - микроскоп. В металлургии можно выдел. 4 этапа производства: 1) доменный процесс – выплавл. чугуна 2) отливка издэ 3)сваривание 4) переделка мягкого сварочного железа в сортовую сталь. Примен. деревянные меха, с приводом от водяного колеса. Нарезное оружие, 2.1.2. колокола. 1794 – суппорт. Горизонтальное сверление стали. Конец 16 в. - пистолеты. Новый вид транспорта - прообраз ж/д. Типография и издательство, книги с иллюстр. Промышленная революция 1760г. – в Европе заняла 20 лет. 1866г. Русское техническое общество. 1868г. химическое общество 1872г. Физическое. Выпуск технической и научной лит-ры. Франция – политехническая школа Госпара Монжа. Консерватория технических ремесел. 1701г. школа математических и навигационных наук. 1712г. инженерная школа. Опыт водяных колес -> водяная турбина. 1827г. фуйнерон. Патент на турбину. 1869г. Вайт - одноцилиндровый двигатель на паре. 2й этап пром. рев. – повыш. давление пара до 10атм. Локомобили. Исп. электричества. Фарадей - электрогенератор. 1834г. Якоби первый электродвигатель, применяет гальванопластику. 1869г. Разр. генератора с якорем. Динамомашины. Дыропробивной пресс. Спроектирован штангенциркуль. Карусельный станок. 1781г. Английский замок.
В 1856г. создает бессельмеровский процесс. В конверторе идет продувка воздухом (примеси выдуваются). Можно получить качественную сталь из малофтористых руд.
1864г. Мартен – ввел отражающую печь.(можно переделывать чугун и лом).
2.2.1. Эволюция естествознания, развитие и современное состояние радиофизики и электроники, техника и инженер. Наука возн. в Европе как форма познания и соц.институт. В античности и ср.века понятия философия, знание и наука совпадали. Знания сущ. как отд. части науки. Важную роль сыграла древнегреч. философия. Аристотель - система формальной логики. Заложил стремления к точному анализу, Реальные объекты в познании заменяются идеальными. В Др.Египте геометрич.фигуры - модели земельных участков. Большие изменения в экономике, политике и сознании. Важнейший фактор изменений - наука, естествознание. Основной задачей стало изучение объективной реальности. Выделяют 3 этапа разв. естествознания: 1)классич. наука (18-19в) исследуя свои объекты стремится устранить все, что относится к субъектам средствам и приемам его деятельности. Парадигма - механика. 2)неклассич. наука(первая половина 20 в): релятивистская и квантовая теории. 3)посткласс.наука учитывает соотнесенность характера получаемых знаний об объекте с целостно-целевыми структурами. История радиофизики как науки, изучающей физич. процессы, связ. с электромагнитными колебаниями и волнами, начинаются с опытом немецкого физика Генриха Герца (1857 – 1894 г.), который в 1886 – 1889 г. развил теорию Максвелла и впервые эксперим. получил ЭМВ. Демонстрируя опыты Герца, английский физик О.Лодж в 1894 г. исп. в кач. индикатора ЭМВ когерер, на концах кот. были впаяны электроды, и специальный встряхиватель. 7 мая 1895 г. А. С. Попов сконструировал первый приемник. 1907 г. американец Ли де Форест - трехэлектродная лампа, кот. в 1913 г. была применена немецким ученым А. Мейснером для генерирования ВЧ гарм. колеб. Затем были разработаны ламповые усилители, модуляторы, деткторы и преобразователи. С 40-х г осваивается диапазон СВЧ. В 50-х гг нач. развитие твердотельной электроники. В 60-х гг возн. квантовая радиофизика и квантовая электроника. Создаются лазеры и мазеры. В конце 20 века появляется сверхпроводниковые устройства. В 2000 г Алферов получил Нобелевскую премию по физике за работы по гетероструктурам. Современная физика. Одним из основоположников физики XX в. был Эрнест Резерфорд, родивш. 30 августа 1871 г. в Новой Зеландии. С 1895 г. работает над исслед. св-тв рентгеновских лучей и первый устанавливает состав радиоактивного излучения, а в 1911 г. построил планетарную модель строения атома. В поисках теоретич. обоснования проблемы теплового излучения, развивая идеи Больцмана о связи энтропии и вероятности случайного излучения, Планк пришел к выводу, что энергия излучается порциями – квантами, энергия которых определяется только частотой. В 1900 г., Планк выступил со своим докладом «К теории распределения энергии излучения нормального спектра». Крупнейшим ученым XX века считают Альберта Эйнштейна. Первая его самостоятельная работа - небольшая статья «К электродинамике движущихся сред», в которой почти полностью была изложена специальная теория относительности. Он вывел знаменитую формулу E = mc2. В 1905 г. Эйнштейн создает теорию фотоэффекта, выдвинув смелую гипотезу о существовании квантов света – фотонов. В нескольких статьях 1909 г. он развивает представление о квантах света, выдвигает фундаментальную идею о корпускулярно-волновом дуализме. 1913 г Бор создает теорию атома водорода, объясняющую спектр его излучения. Результаты изложил в статье «О строении атомов и молекул. Теорию Бора развил немец Арнольд Зоммерфельд, ввел радиальное квантовое число, заменив круговые орбиты электронов эллиптическими. Шредингер ввел волновую функцию. Паули сформулировал в 1924 г. один из фундаментальных законов современной физики – принцип запрета. Ферми принадлежат квантовая статистика Ферми – Дирака, теория слабого взаимодействия, эффект замедления нейтронов и создание первого атомного реактора. Бор считал, что объяснить β-распад на основе квантовой механики можно только отказавшись от закона сохранения энергии и импульса. Ферми описал β-распад, обосновав справедливость гипотезы Паули. Большой вклад в развитие экспериментальной физики внес Петр Капица. Он разрабатывает технологию получения сверхнизких температур. Ландау в 1937 разработал теорию фазовых переходов второго рода, 1941 г. создает квантовомеханическую теорию сверхтекучести гелия, феноменологическую теорию сверхпроводимости. 2.1.1. Первобытная и античная техника, средневековая техника и мануфактурное производство, техника периода промышленной революции и индустриализации.
Этапы развития: Каменный век - простое орудие из кремния, дерева, кости: камни и палки, куски кремния, которым путем скалывания придавалась форма. Дошельский период (400-100 тыс. лет назад) из кремния путем откола изготавливалось более совершенное орудие с режущими кромками и остриями. Ашельский период – улучшается техника изготовления, каменные скребки и сверла. Применение огня. Мустерский период- орудие распределялось по классам. Появляются орудия из кости и орудие для добывания огня. Поздний палеолит (40-12 тыс. лет до н э) соединение палки и камня позволяет увеличить силу удара и скорость обработки изделия. Сменные наконечники. Операция сверления. Шлифование камня с помощью песка и воды. Развивалось военное орудие - копьеметалка, до 100 м, праща, лук и стрелы. В конце верхнего палеолита - осветительный фитиль с жиром. Текстильное производство. Мезолит(12-7 тыс лет назад) каменные орудия состояли из режущей части, вставляющейся в палку и приклеивающейся клеем из кости. Кроме лука развивался бумеранг, копьеметы. Неолит (7-3 тыс л д н э) первые шахты, горное дело, шлифование, вращение палочки шнуром с палочкой. Изобр. сверлильного станка. Керамический век – изобретение керамики, изделий из глины.
Античная техника. 4-3 тыс л до н. э –изобретение письменности, колеса, гончарного круга. Древние египтяне - иероглифы. Большой шаг в медицине, астрономии. Рубеж 10-11 века шумерская письменность. Алфавит из 22 букв, заостренной палочкой на пергаменте. Лунный и солнечный календари, часы. В Риме в 4 веке до н э изобр. календарь. Примерно 3 тыс л до н. э солнечные часы в Индии и Китае. ~ 1 веке до н э - водяные часы. Во 2 веке н э - глобус и простейший сейсмограф. Изделия из золота, платины, серебра, меди. Процесс ковки, закалки, металл становился крепче. Сырье из поверхностных руд. Не хватало температуры расплавки, горны, температура не превышала 700-800 градусов. Эксперименты со сплавами для выявл. наиболее прочных или мягких. 1400 г до н э - сварочное производство, технология поверхностной закалки. Ковка доспехов. Наклонные и вертикальные шахты глубиной до 130 м. откачка подземных вод - архимедовым винтом. После сверлильного - токарный станок с ножным приводом. Кузнечные молоты, гвозди, металлич. клепки. 8 в. до н э - метод пайки. 4-х гранные наконечники стрел из пластин, оперение стрел. Парусные суда, с мачтами, нос и корма. 2-х, 3-х, 5-и палубные суда. Водопровод и канализация из керамич. труб до 10 км, затем из свинцовых. Двуплечий рычаг. 3 в. до н э в – Великая Китайская стена.
Средневековая техника. Шахты, большие печи для плавки металла, образ. цеха. Механические инструменты - меха, молоты. Водяные и ветровые двигатели, водяные молоты, изобретение пороха. Учебники о горном деле и металлургии. Изделия из чугуна. 13-15 в. Высокие доменные печи с дутьем до 1,5 тыс градусов. 13 век появился суппорт, 15 века - нарезка резьбы. Механич. часы с 1 стрелкой. 16 в. - карманные часы. Пушки в виде бочек из листов, скрепл. метал. обручем. Затем из бронзы, ствол клали на землю и поджигали раскал. прутом. Ручное оружие - 14 в. в виде маленьких пушек, ствол укорачивался и появился приклад и фитиль. В конце 15 в. - пружинный курок, пуля и пыж. Корабли из дубовых досок, скорость до 10-12 км/ч. На палубе пушки и метательные машины. Мануфактурное производство Возникн. его привело к появл. иерархии специальностей. 1560 г - паровая машина изобр. Папиным. Интерес к электричеству. 1600 г - научный труд «О магнитизме и магнитных телах». 1753 г электростатический телеграф(Англия), спустя 50 лет телеграфная линия. 1737 г - маятник и маятниковые часы. Паскаль и Лейбниц изобр. счетные машины, затем арифмометр. Оптика - подзорные трубы., оптотехника, линза Френеля. Повыш. КПД машин треб. измерение температуры, первые термометры - Галилей, спиртовой и ртутный - Фарингейт. Несколько шкал.1750 г - воздушный насос, 60-е г. - микроскоп. В металлургии можно выдел. 4 этапа производства: 1) доменный процесс – выплавл. чугуна 2) отливка издэ 3)сваривание 4) переделка мягкого сварочного железа в сортовую сталь. Примен. деревянные меха, с приводом от водяного колеса. Нарезное оружие, 2.2.2. колокола. 1794 – суппорт. Горизонтальное сверление стали. Конец 16 в. - пистолеты. Новый вид транспорта - прообраз ж/д. Типография и издательство, книги с иллюстр. Промышленная революция 1760г. – в Европе заняла 20 лет. 1866г. Русское техническое общество. 1868г. химическое общество 1872г. Физическое. Выпуск технической и научной лит-ры. Франция – политехническая школа Госпара Монжа. Консерватория технических ремесел. 1701г. школа математических и навигационных наук. 1712г. инженерная школа. Опыт водяных колес -> водяная турбина. 1827г. фуйнерон. Патент на турбину. 1869г. Вайт - одноцилиндровый двигатель на паре. 2й этап пром. рев. – повыш. давление пара до 10атм. Локомобили. Исп. электричества. Фарадей - электрогенератор. 1834г. Якоби первый электродвигатель, применяет гальванопластику. 1869г. Разр. генератора с якорем. Динамомашины. Дыропробивной пресс. Спроектирован штангенциркуль. Карусельный станок. 1781г. Английский замок.
В 1856г. создает бессельмеровский процесс. В конверторе идет продувка воздухом (примеси выдуваются). Можно получить качественную сталь из малофтористых руд.
1864г. Мартен – ввел отражающую печь.(можно переделывать чугун и лом).
Фундаментальный девятитомный курс теор физики, созданный совместно с Е. М. Лившицем. Техника и инженер. Техника – искусство и совокупность средств человеческой деятельности. 5 этапов развития инжен. деят-ти: античный период – строительство и архитектура. Наиболее выдающиеся инженеры из Александрийской школы – Герон, Архимед. Эпоха возраждения- машинное произв., гидравлический молот, военная техника, металлургия. Эпоха пром. переворота –паровые машины. Система машин и тех. наук как развитие машинного пространства. Инженер – машиностроитель. В эпоху научной революции в середине 20 века - скачок в науке и инжен. деят-ть стала основной. Инженер – спец. с высшим тех. образованием. В настоящее время сущ. 3 типа и.:1)и.- исследователь (магистр, производит расчеты) 2)и.-конструктор (5-и летнее образование выполняет подготовку работы) 3)и.-технолог (бакалавр, техническое выполнение работы).
2.3. Научная методология, системный метод в философии науки, научная истина, концепции и критерии истины. Методология-это учение о методе ее предметом явл. соотношение знания и деятельности. Метод-это способ достижения цели, совок-ть приемов теоретич. и практич. освоения действит-ти, человеческой деят-ти. Науч.методология рассм. в качестве метода заданный гипотезой путь ученого к изучению предмета. Взаимосвязь рез-та и метода была устан Сократом, Платоном, Аристотелем. Выделяют 4 уровня методологич.знания 1) философия науки, 2) общенаучные принципы и формы исследования, 3) конкретно-научная методология, 4) методика и техника исследований. Попытки построения универсального метода познания позволили сформулир. методы общенаучного познания: индукцию и дедукцию, анализ и синтез, аналогию, обобщение, идеализацию, топологизацию, сравнение. Методология сформировывается в связи с необходимостью разработки тех методов и средств, кото-е были открыты в науке. Любой науч. метод разрабатывается на основе определ. теории. Если задачей теории явл. объяснение, то задачей метода- регуляция и ориентация. Необходимой составляющей науки наряду с эвристическими методами явл системный, аксиоматический, индуктивный и дедуктивный методы. Системный метод в философии науки. Это наиболее общий и широкий способ изучения объективной реальности и ее отображения в познании. Системный подход рассм. изучаемые объекты как части опред-го целого. Системы имеют иерархическую структуру. Подсистемы образуют многоуровневую структуру. Взаимодействуя друг с другом, эти элементы образуют новые св-ва, структуру системы. По отношению познающего субъекта к объективному миру системы делятся на материальные и идеальные. По характеру взаимодействия с окружающей средой системы делятся на открытые и закрытые. По хар-ру поведения системы бывают детерминированные, стохастические. Еще системы бывают: целенаправленные и ненаправленные, основ-ое на применении методов кибернетики. Систем.метод развился во время 2 Мировой войны: 1) исслед-е теории операций 2) появление обобщающих теорий (кибернетика, теория информации), принцип отрицательной обратной связи. 3) общая теория систем и синергетика (мир как самоорганизующаяся система). Научная истина, концепция истины. Понятие науч. истины как знания, соотв-го фундамент. аспектам действительности, приведено в систему посредством теории. Истина выражает самую сущность науки. В методологии науч. истина выступает не только как цель познания, но и как предмет исследования. Классич. концепция определяет истину как соответствие знаний действительности. Проблемы классич. концепции: 1) человек в своем познании имеет дело с объективным миром, как он восприним. и осмысливается. Факты, которым соответ. истинное знание, явл. объектом теоретизированного мира. 2) соответствие знаний дейст-ти сопряжено с целым рядом семантических конвенций. 3) соответствие знаний действительности должно проверяться по опред. алгоритму, истинность кот-го д.б. доказана. 4) классич. концепция, в соответствии с которой истина есть соответствие утверждения некоторому референту, не ограничивает набор этих референтов. Развитием класс. концепции явилась когерентная концепция истины: самосогласованность и непротиворечивость знаний. Семантическая концепция истины Тарского: он доказал логически непротиворечивого обсуждения проблем семантики. Чтобы сделать определение истины логически непротиворечивым, следует перейти к формализованному языку, включающему словарь и строгие синтаксические правила. Истинность выражений формализованного языка обсуждается на метаязыке. Теория Тарского требует строгого противопоставления истины и лжи. Формализация языка науки имеет преимуществаJ 1) возможность проверки когерентности системы знаний 2) содежащие логические противоречия положения могут стимулировать дальн-шее развитие теории.
2.4. Научная теория, признаки, критерии и функции и структура, индукция, дедукция, гипотеза, парадигма. Под теорией понимается система истинного знания, объясняющего те или иные стороны объективной реальности. В средние века критерием научности являлась ссылка на Аристотеля. В разных областях знания критерии научности отличаются. Три основных признака научной теории: системность, проверяемость, соответствие. Научное знание имеет ярко выраженный системный характер. Его основой являются научные теории, представляющие логически связанные системы высказываний, отражающие существенные внутренние связи предметной области. В основе теории лежат принципы, формулирующие положения и понятия. Из принципов выводятся следствия и законы науки. Системность и логическая взаимосвязанность явл. св-ми научной теории. В качестве научной истины выступает теория в целом. Для применения теории необходимо задать начальные и граничные условия. Единств. возм. способ познания объективных закономерностей - конструктивная деятельность мышления. Ученый на основе ряда исходных предпосылок создает систему теоретических объектов и схем, при помощи которой угадывает закономерности явлений. Различные теории, описывающие один и тот же объективно реальный мир, предписывают ему различные схемы реальных объектов (свет как электромагнитная волна или как поток частиц). Возможность опровержения теории огран. область ее применения. Критерий фальсифицируемости не примен. к естест. наукам: эмпирическое опровержение относится только к реальным объектам, а теория – для идеальных. В качестве критерия научности выдвигается способность теории давать проверяемые предсказание. Позволяет сформулир. 3-й критерий научности - принцип соответствия. Новая теория должна не только объяснять факты, кот-е объясняла старая, но и переходить в старую теорию как в предельный случай. Новая теория не может отбросить старую, она может определить границы применения старой. Структура научной теории. Сердцевиной научного знания явл. теории, дающие способы получения и применения нового знания. Структуру теории формируют принципы, аксиомы, законы. Под принципом понимается правило, возникающее в результате субъективно осмысленного опыта. Исходные положения, принимаемые без доказательств, наз. аксиомами. Теория состоит из относительно жесткого ядра принципов и положений и пояса, содержащего гипотезы. Истинность научной теории нельзя установить, не выходя за рамки самой теории. Чтобы теория м.б. проверена на опыте должна существовать определенная логическая форма. Ни одна теория не рассматривается как чисто индуктивное обобщение. Гипотеко-дедуктивная структура физической теории: законы выступают как некоторые гипотезы о стуктуре мира. Из законов дедуктивно выв-ся следствия, кот. допускают эмпирическую проверку. Дедуктивный характер физ. теорий обусл-ет их многоуровневую структуру. 1-й уровень представляет наиболее общие положения, выражающие принципы теории. 2-й уровень: положения дедуцир. из положения 1-ого уровня. 3-й уровень: положения имеют более частный характер и дедуцир. из положений 1-го и 2 -го уровней. Благодаря положениям физ. теория получит свое эмпирич. обоснование. Современные физ. теории имеют ряд своих особенностей. Так электродин-ка максвелла, общ. теория отн-ти, квантовая механика не допускают эмпирич. проверки. Проверяемые следствия явл. решениями входящих в теорию уравнений. Для получ. решений необх. задать начальные и граничные условия. Гепотико-дедуктивная стр-ра физ. теории не исключает роль индукции в ней. Нек. разделы физики излагаются дедуктивно, а частные модели и условия как аксиомы. Множество доказуемых утв-ий не совпадает с множеством истинных утв-ий.
2.5.1. Физические модели, метод моделирования, теоретический и эмпирический языки, математические модели. Физ. модель выступает как средство описания предметной области теории, несущей объяснительную информацию. Основной смысл моделирования заключается в том, чтобы по результатам опытов с моделями можно дать необходимые ответы о характере эффектов и о различных величинах, связанных с явлением в натурных условиях. Под моделью некоторого объекта понимается другой объект, который сопоставляется исходному объекту, и определённые свойства которого отражают выбранные свойства исходного объекта (условие отражения), условие репрезентации – модель является заместителем изучаемого объекта, условие экстраполяции – модель не только содержит известные до её построения свойства исходного объекта, но изучение её должно давать новую информацию о моделируемом объекте. Классификация физических моделей – 1) натурная модель – копирует оригинал на основе собственных свойств и процессов. 2) аналоговая модель – не копирует оригинал, а подобна ему по определённым признакам. 3) знаковая модель – описывает оригинал с помощью символов. Математические модели являются формальными знаковыми моделями. Среди них можно выделить – феноменологические модели, полученные в результате прямого наблюдения явления, асимптотические модели – полученные путём дедукции из общей модели. Мат. модели образуют классы физ. моделей. Чтобы модель принадлежала физ. реальности, она должна содержать определённые операционные правила, сопоставляющие формальным объектам их объективно реальные переменные. Среди мат. моделей выделяют функциональные модели – модели одной или нескольких функций, интегрально-диф. модели, численные модели – уравнения в конечных разностях, логические модели – сопоставляют моделям булевы переменные, теоретико-множественные модели – теория множества. Мат. модель может быть детерминированной (входной сигнал определяет выходной).
Стационарные модели – не принимается во внимание течение времени. Динамические модели – описываю движение. Любая модель, претендующая на объективную истинность, должна содержать свойства и отношения, которые являются одновременно измеримыми и вычисляемыми, чтобы удовлетворять критерию проверяемости. Большую роль при гипотеко-дедуктивном способе построения физ. модели играет метод аналогий, выполняющий роль индукции основанный на принципе соответствия.
Теоретический и эмпирический языки. Поскольку физ. модель включает в себя как вычисляемые, так и измеряемые свойства и отношения, в описывающем её языке обычно выделяют теоретический и эмпирический языки. Эмпирический язык называют языком наблюдений. Термины теоретического языка указывают на непосредственно ненаблюдаемые объекты, их свойства и отношения. Теоретические языки, служащие для построения моделей, имеют развитые средства для описания свойств и отношений предметной области конкретной науки, шкал этих свойств. Развитый эмпирический язык носит процедурный характер и должен содержать средства описания различных экспериментальных, измерительных операций и процедур, алгоритмов вычислений, обработки результатов измерений. Эмпирический язык частично принадлежит теории и может считаться теоретическим. Математические модели. В ходе научных экспериментов явления сравниваются между собой не только качественно, но и количественно, необходим мат. анализ результатов. Конечная формула из эксперимента не следует, а установлена с помощью математики. Если решения алгебраических или ДУ не находятся в явной форме, то их аппроксимируют. Выделяют граничные и начальные условия. Особую роль среди мат. моделей занимают стохастические модели. Случайный характер яв-й обуславливает специфику описывающих их стохастических моделей. При построении физ. модели случайных явлений исходят из понятия вероятности как предела, к которому стремится частота появления события при его неограниченном повторении в воспроизводимых условиях. Стабильность частот появления события в достаточно длинных сериях – объективная закономерность реального мира. Такие закономерности 2.5.2. наз-ся статистическими.Особую важность задачи идентификации и моделирования приобретают при рассмотрении сложных динамических систем, у которых отсутствуют априорные сведения (чёрный ящик). 2 вида мат. описания сложных систем –1) система описывается из вне (отклик на входное воздействие - ЧХ). 2) Преобразование входного сигнала в выходной (внутреннее описание).
Методы моделирования – 1) Выбор аппарата формализации в зависимости от цели моделирования, от имеющихся средств. 2) С использованием (1) проводится идентификация системы. 3) Решается задача реализации (т.е. внутреннее описание системы). 4) Идентификация её параметров при её внутреннеё структуре (поиск комбинаций параметров, которые минимизируют функцию ошибок)
2.6.1. Научный эксперимент и научная метрология, модельный и численный эксперимент, планирование экспер, анализ экспер. данных. Эксперимент как основной метод научного познания определяет свойства и отношения наблюдаемых прямо или косвенно объектов, определяет их количественные характеристики. Для этого в качестве предмета изучения отбираются те свойства, которые наиболее важны для решения поставленной проблемы. Основное требование к физ. эксперименту – его воспроизводимость в пространстве и времени. Измерение является важнейшей частью любого эксперимента и осуществляется с помощью спец. приборов и установок. Показаниям же приборов доверяют на основе теории их функционирования. Целью любого эксперимента является заключение о состоянии наблюдаемого объекта, т.е. формирование некоторого объективного образа этого объекта. Под измерением понимают способ количественного познания свойств физических объектов с помощью тех. средств. Свойства, общие в качественном отношении для ряда объектов, но индивидуальные для каждого из них в количественном отношении, называются физ. величинами. Результат измерения практически всегда отличается от истинного значения физ. Отклонение результата измерения от истинного значения измеряемой величины называется погрешностью измерения.
За истинное значение измеряемой величины принимается результат мысленного эксперимента, свободного от погрешностей. Физическую величину, которой по определению присвоено числовое значение, равное единице, наз-ют единицей физ. величины. Для хранения и воспроизведения единицы физ. величины служит эталон. Основным видом измерений в физ.эксперименте явл-ся электрические измерения. Основным направлением развития метрологии явл-ся использование в определении единиц физ. величин фундаментальных констант, что позволит повысить точность измерений и их воспроизводимость.
Модельный и численный эксперимент. Для модельного эксперимента характерны 3 основных этапа – 1) переход от натурного объекта к модели, т.е. построение модели. 2) экспериментальное исследование модели. 3) переход от модели к натурному объекту, т.е. перенесение полученных результатов на этот объект. После построения мат. модели реального физ. объекта строится вычислительный алгоритм, представляющий уравнения в ЭВМ, который подвергается исследованию. Важнейшей особенностью численного эксперимента является то, что компьютеры оперируют конечным числом цифр и символов, в силу этого арифметические действия не могут выполняться в классе действительных чисел, как это предполагается в мат модели, и неизбежно выполняются с ошибками округления. В результате, корректный в точной арифметике алгоритм может оказаться численно неустойчивым из-за накопления ошибок. Планирование эксперимента. Стандартный подход – серия экспериментов, в каждом опыте которых варьируется только один фактор. Затем полученная зависимость отклика объекта аппроксимируется математической функцией(Пассивные эксперименты).В эксперименте всегда можно выделить несколько основных частей: 1. Экспер-я установка с объектом, воспроизводящая исследуемый процесс или явление. 2. Измерительная система. Физические величины измеряются с помощью датчиков. Сигналы от датчиков поступают на измерительные устройства.3. Блок обработки и управления. Осуществляет обработку данных и управление системой по заданному алгоритму.
Общие правила организации исследований:1. Перед началом измерений провести ряд поверочных измерений. 2. Достоверность полученных результатов должна быть обоснована независимыми контрольными измерениями. 3. Класс точности измерительных приборов, входящих в установку, должен быть согласован друг с другом и поставленной задачей. 4. Не следует без крайней необходимости превращать установку в полигон для испытаний новых материалов, деталей.5. Конструкцию и размещение установки следует планировать с учётом правил техн без-ти, обеспечения питанием, водой…6. Всякая “красивость ” нового узла должна быть оправдана. 7. Автоматизация должна повышать эффективность и качество исследования. 8. Алгоритм обработки данных измерений должен предусматривать предварительную обработку. Планируемые эксперименты можно разделить на: 1. Отсеивающие эксперименты, предназначены для ранжирования факторов по степени их влияния на функцию отклика исследуемого объекта. 2. Экстремальные экспер-ты – по заранее намеченному плану варьируются независимые переменные и строится эмпирическая зависимость, которая подбирается из условия экстремума заранее запланированного показателя. 3. Эксперименты с применением методов дисперсионного анализа.
