double arrow

Теоретические модели материальных объектов и процессов

Измерение как понятие. Классификация измерений

Основные этапы измерений

Теоретические модели материальных объектов и процессов

1.5 Физические и математические модели

 

Метроло́гия (от греч. μέτρον — мера, + др.-греч. λόγος — мысль, причина) — наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности[1]. Предметом метрологии является извлечение количественной информации о свойствах объектов с заданной точностью и достоверностью

Измерением будем называть процесс сравнения физической величины с однородной физической величиной, принятой за единицу. Все измерения могут быть разделены на две группы: прямые и косвенные. Прямыми называются такие измерения, которые могут быть получены непосредственно из опыта. Например: измерение длины масштабной линейкой, определение массы тела на весах с помощью разновеса, измерение времени секундомером и т.д. Однако, интересующая нас физическая величина не всегда может быть получена непосредственно в результате измерений. Так, при определении термического коэффициента линейного расширения тела измеряют его первоначальную длину при температуре 00С (L0), приращение длины (∆L) при нагревании на (∆t) градусов, а сам коэффициент находят путём вычисления: Измерения такого рода называют косвенными

1.1

Физи́ческая величина́ — свойство материального объекта или явления, общее в качественном отношении для класса объектовили явлений, но в количественном отношении индивидуальное для каждого из них [1]. Физические величины имеют род, размер, единицу(измерения) и значение

 

Классификация физических величин[править | править вики-текст]

Аддитивные и неаддитивные[1]

аддитивные величины — величины, значения которых могут быть суммированы, умножены на константу или разделены друг на друга. Например масса, длина, площадь.

неаддитивные величины — величины, для которых суммирование значений бессмысленно, хотя и возможно математически. К таким величинами относится температура, плотность, удельное сопротивление.

Скалярные, векторные, комплексные, тензорные величины

скалярные величины имеют значение, выражаемое только одним числом, для них не определено направление[7]. Ярким примером скалярной величины является потенциальная энергия.

векторные величины описываются последовательностью из трёх (или двух) независимых значений, которые называются компонентами. Векторные величины имеют скалярный модуль и направление. Векторными величинами является сила, давление, скорость и ускорение.

комплексные величины

тензорные величины

1.2

Измерение – нахождение истинного значения физической величины опытным путём с использованием специальных технологических устройств, имеющих нормированные характеристики.

 

Существует 4 основных вида измерений:

 

1)Прямое измерение – измерение, при котором искомое значение физической величины находят непосредственно из опытных данных или с помощью технического средства измерения непосредственно отсчитывающего значение измеряемой величины по шкале. В этом случае уравнение измерения имеет вид: Q=qU.

 

2)Косвенное измерение – измерение, при котором значение физической величины находят на основании известной функциональной зависимости между этой величиной и величинами, подлежащими прямым измерениям. В этом случае уравнение измерения имеет вид: Q=f(x1,x2,…,xn), где x1 - xn – физические величины, полученные путём прямых измерений.

 

3)Совокупные измерения – производятся одновременно измерение нескольких одноименных величин, при котором искомое значение находят путём решения системы уравнений, полученных при прямых измерениях различных сочетаний этих величин.

 

4)Совместные измерения – производимые одновременно двух или нескольких неодноимённых физических величин для нахождения функциональной зависимости между ними. Как правило, эти измерения проводятся путём клонирования эксперимента и составления таблицы матрицы рангов.

 

1.3

Измерение - последовательность сложных и разнородных действий, состоящая из ряда этапов.

 

Первым этапом любого измерения является постановка измерительной задачи. Он включает в себя:

 

1сбор данных об условиях измерения и исследуемой физической величине, т.е. накопление априорной информации об объекте измерения с последующим ее анализом;

 

2формирование модели объекта и определение измеряемой величины, что является наиболее важным, особенно при решении сложных измерительных задач. Измеряемая величина определяется с помощью принятой модели как ее параметр или характеристика. В простых случаях, т.е. при измерениях невысокой точности, модель объекта в явном виде не выделяется, а пороговое несоответствие пренебрежимо мало;

 

3постановку измерительной задачи на основе принятой модели объекта измерения;

 

4выбор конкретных величин, посредством которых будет находиться значение измеряемой величины;

 

5формулирование уравнения измерения.

 

вторым этапом процесса измерения является планирование измерения. В общем случае оно выполняется в следующей последовательности:

 

1выбор методов измерений непосредственно измеряемых величин и возможных типов средств измерений;

 

2априорная оценка погрешности измерения;

 

3определение требований к метрологическим характеристикам средств измерений и условиям измерений;

 

4выбор средств измерений в соответствии с указанными требованиями;

 

5выбор параметров измерительной процедуры (числа наблюдений для каждой измеряемой величины, моментов времени и точек выполнения наблюдений;

 

6подготовка средств измерений к выполнению экспериментальных операций;

 

7обеспечение требуемых условий измерений или создание возможности их контроля.

 

Третий, главный этап измерения - измерительный эксперимент. В узком смысле он является отдельным измерением. В общем случае последовательность действий во время этого этапа след Последний этап измерения - обработка экспериментальных данных. В общем случае она осуществляется в последовательности, которая отражает логику решения измерительной задачи ующая:

1.4

Моделированием называется целенаправленное исследование явлений, процессов или объектов путём построения и изучения их моделей.

 

Любой метод научного исследования базируется, по существу, на идее моделирования. При этом различают:

 

теоретические методы, для которых используются теоретические модели;

 

экспериментальные методы, для которых используются предметные модели.

 

Предметное моделирование предполагает построение макета и проведение реального физического эксперимента с этим макетом.

 

В ряде случаев предметное моделирование требует создания сложных и дорогостоящих установок, что не всегда возможно и не всегда оправданно.

 

Более того, предметное моделирование не всегда позволяет изучить внутренние, скрытые от глаз наблюдателя, свойства реальных систем.

 

На пути теоретического моделирования, начиная от выбора модели и до интерпретации результатов, существует группа сложных проблем. Основные проблемы следующие:

 

1. Создание физической модели путём идеализации содержания реальной задачи;

 

2. Создание математической модели, описывающей физическую модель с помощью математических знаков и символов;

 

3. Исследование математической модели;

 

4. Получение, интерпретация и проверка результатов

 

1.5

. В области естественных наук наиболее распространенными являются два вида моделирования - физическое и математическое.

Процесс физического моделирования состоит в изучении системы посредством анализа некоторого макета, сохраняющего физическую природу системы или внешне напоминающего изучаемый объект.

Физические модели (их еще называют натурными) могут иметь вид полномасштабных макетов (например, тренажеры летательных аппаратов), могут выполняться в уменьшенном масштабе (глобус) или в увеличенном масштабе (планетарная модель атома). В инженерной практике широко используются как макеты в натуральную величину, так и уменьшенные модели объектов. В последнем случае параметры экспериментов с физической моделью выбираются из подобия.

Примерами физических моделей являются: модели летательного аппарата или автомобиля, исследуемые в аэродинамической трубе; построенный на базе военного истребителя миниатюрный аналог сверхзвукового пассажирского лайнера, используемый во время летных испытаний.

Статические физические модели, такие как макеты архитектурных объектов или заводских корпусов, позволяют наглядно представить пространственные соотношения.

Однако модели физического типа имеют ограниченную сферу применения. Не для всяких явлений и объектов могут быть построены дающие значимые результаты физические аналоги.

Математическая (или символическая) модель концентрирует в себе записанную в форме математических соотношений совокупность наших знаний, представлений и гипотез о соответствующем объекте или явлении.

Математическая модель - абстрактный образ системы, отражающий ее важнейшие свойства. Поскольку математические модели являются абстрактными и, следовательно, наиболее общими, то именно они находят самое широкое применение в исследовании систем.

Натурные эксперименты представляют собой источник информации ограниченного объема. Математическая модель допускает более широкие исследования и обобщения, результаты которых дают информацию для прогнозирования поведения системы в будущем. Правда, чтобы обеспечить эти возможности, приходится решать проблему соответствия (адекватности) модели и системы, т.е. проводить дополнительное исследование согласованности результатов моделирования с реальной ситуацией.

 

 


Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:  



Сейчас читают про: