Тема 1.1. Основные понятия

Раздел 1. Общие положения

Модель – материальный объект либо мысленный или условный образ, которые упрощенно отображают самые существенные свойства объекта исследования. Под мысленным или условным образом понимаются: гипотеза, формула, изображение. Описание, схема, абстракция, чертеж, план. Карта, блок-схема алгоритма, ноты, идея и т.д.

Моделирование – метод научного исследования явлений, процессов, объектов, устройств или систем (обобщенно – объектов исследования), основанный на построении и изучении свойств моделей с целью получения новых знаний, совершенствований, совершенствования характеристик объектов исследований или управления ими.

Любая модель проще реального объекта и отображает лишь часть его самых существенных черт, основные элементы и связи. По этой причине для данного объекта исследования существует множество различных моделей. Вид модели зависит от выбранной цели моделирования. Если попросить биолога, психолога, и художника создать модель человека. То результаты будут, скорее всего, различны.

Исторически первыми моделями, которые замещали реальные объекты, вероятно, были языковые языки. Они возникли в ходе развития человечества и постепенно превратились в разговорный язык. Итак, слово было первой моделью реального объекта (явления0. Видимо, именно об этом говорят Ветхий и Новый заветы: вначале было слово, а затем появились объекты (свет, твердь, суша, светила…).

Возможно, что первыми моделями на нашей планете были жесты наших предков. Однако документальных подтверждений этому факту нет.

Первые документально зарегистрированные наскальные рисунки (петроглифы) были графическими моделями, которые изображены бытовые сцены, животных и сцены охоты. Возраст этих рисунков оценивается величиной 200 тысяч лет.

Следующим этапом развития моделирования можно считать возникновение числовых знаков. Сведения о результатах счета первоначально сохранялись в виде зарубок. Постепенное совершенствование этого метода привело к изображению чисел в виде цифр как системы знаков. Можно предположить, что именно зарубки были прототипом римских цифр.

Известный математик, религиозный и философский деятель Пифагор Самосский (6 век до н.э) предполагал, что число является основой всего существующего. Пифагор считал, что числовые соотношения являются источником гармонии космоса.

Значительное развитие моделирование получило в Древней Греции. В 5-3 веках до н.э. в Греции была создана геометрическая модель Солнечной системы. Греческий Врач Гиппократ для изучения строения человеческого глаза воспользовался его физической моделью – глазом быка.

Потребность в создании и использовании моделей связаны с тем, что экспериментально исследовать многие реальные явления и объекты сложно или дорого, а порой невозможно. Например, безумно экспериментально изучать, к чему приведет мировая термоядерная война. Опасны эксперименты с реальными реакторами на атомных электростанциях. Неразумны опыты с радиоаппаратурой при предельных значениях напряжения питания и окружающей температуры.

Приведем один из ярких примеров моделирования.

В Вычислительном центре Академии наук под руководством академика Н.Н. Моисеева была разработана математическая модель возможных последствий ядерной войны на планете Земля. Расчеты показали, что людей погубит не только ударная волна, световое и радиационное излучение. Но и холод, «ядерная зима». В результате подъема в атмосферу огромных облаков сажи и пепла, будут блокироваться солнечные лучи, и температура на ЗЕМЛЕ РЕЗКО ПОНИЗИТСЯ.

Модель – это заместитель реального объекта исследования. При изучении сложных явлений не удается учесть полную совокупность всех элементов и связей. По этой причине модель всегда проще исследуемого объекта.

Но все элементы и связи в создаваемой модели и не следует учитывать. Нужно лишь выделить наиболее характерные, доминирующие составляющие, которые в подавляющей степени

При создании модели нет необходимости учитывать все элементы и связи, существующие в объекте исследования. Нужно лишь выделить наиболее характерные составляющие, которые в наибольшей степени определяют основные свойства объекта исследования. В результате объект исследования заменяется некоторым упрощенным подобием, но обладающим главными свойствами, аналогичными свойствам объекта исследования.

Появившийся вследствие проведенной подмены новый объект (или абстракция) принято называть моделью объекта исследования.

Приведем несколько примеров моделей. Карта – это графическая модель местности или звездного неба. В карте соблюдается принцип подобия: сохраняется форма контуров материков, водоемов, лесных массивов, рек, созвездий, улиц, площадей, относительное расстояния между объектами, угловое расстояние между звездами, соотношение между их светимостью.

Манекен – модель человека, которая отражает его внешние черты. Манекен подобен человеку, сохраняет его пропорции. Цвет кожи и волос. Манекен, как заместитель человека (модель), используется например, при исследовании надежности автомобильного транспорта (краш тесты).