Моделирование в физике доклад

Обновлено: 14.05.2024

Целью проектирования физической модели как технической системы является создание объекта, удовлетворяющего определенной совокупности требований. Эти требования многообразны. Однако в первую очередь важно выделить обязательные требования, без выполнения которых реализация и использование модели оказываются невозможными:
• Требования подобия модели оригиналу;
• Требования тождественности некоторых величин модели и оригинала;
• Требования, отражающие специфику реализации

Содержание

Введение 2
Основные понятия теории проектирования физических моделей. 4
1.1. Требования, предъявляемые к физической модели. 4
Пример I.I. 7
2. Требование тождественности. 10
3. Требование специфики. 11
Пример I.2. 12
I.2. Прототип физической модели 14
Пример I.3. 16
I.3. Основные этапы поиска технических решений задачи проектирования физических моделей. 17
Заключение. 20

Прикрепленные файлы: 1 файл

Моделирование.doc

Введение

В настоящее время нельзя назвать область человеческой деятельности, в которой в той или иной степени не использовались бы методы моделирования. Особенно это относится к сфере управления различными системами, где основными являются процессы принятия решения на основе получаемой информации.

Замещение одного объекта другим с целью получения информации о важнейших свойствах объекта-оригинала с помощью объекта-модели называется моделированием. Моделирование может быть определено как представление объекта моделью для получения информации об этом объекте путем проведения экспериментов с его моделью. Между моделью и оригиналом существует взаимно однозначное соответствие. При этом должны быть известны функции, позволяющие перейти от характеристик модели к соответствующим характеристикам оригинала, а также преобразовать их математические описания и тождественные.

Основными разновидностями процесса моделирования можно считать два его вида - математическое и физическое моделирование.

При физическом (натурном) моделировании исследуемая система заменяется соответствующей ей другой материальной системой, которая воспроизводит свойства изучаемой системы с сохранением их физической природы. Вследствие того, что природа физической модели и оригинала одинакова, удается обеспечить подобие протекающих в них процессов, не располагая полной информацией об их математических описаниях. Это является преимуществом физических моделей по сравнению с математическими. Достоинством физического моделирования является также и то, что в физическом эксперименте воспроизводится большее число факторов.

В науке любой эксперимент, производимый для выявления тех или иных закономерностей изучаемого явления или для проверки правильности и границ применимости найденных теоретическим путём результатов, по существу представляет собою моделирование, т. к. объектом эксперимента является конкретная модель, обладающая необходимыми физическими свойствами, а в ходе эксперимента должны выполняться основные требования, предъявляемые к физическому моделированию. В технике физическое моделирование используется при проектировании и сооружении различных объектов для определения на соответствующих моделях тех или иных свойств (характеристик) как объекта в целом, так и отдельных его частей. К физическому моделированию прибегают не только по экономическим соображениям, но и потому, что натурные испытания очень трудно или вообще невозможно осуществить, когда слишком велики (малы) размеры натурного объекта или значения других его характеристик (давления, температуры, скорости протекания процесса и т. п.).

Основные понятия теории проектирования физических моделей.

1.1. Требования, предъявляемые к физической модели.

Требования подобия модели оригиналу;
Требования тождественности некоторых величин модели и оригинала;
Требования, отражающие специфику реализации модели;

Остановимся на каждом из этих требований подробно.

I. Требование подобия модели оригиналу является исходным требованием при ее проектировании. Они непосредственно следуют из определения понятия модели.

Модель подобна оригиналу, если каждому процессу, протекающему в оригинале, взаимно-однозначно соответствует подобный ему процесс в модели. Два процесса будем считать подобными, если значения всех величин , характеризующих один процесс, могут быть получены путем умножения значений соответствующих величин , характеризующих другой процесс, на неизменные величины , называемые масштабами моделирования.

Математические требования подобия процессов, протекающих в модели и оригинале, сводятся к требованию равенства численных значений их соответствующих критериев подобия.

Критерием подобия называется безразмерные степенные комплексы величин, которые входят в безразмерное математическое описание рассматриваемых процессов

где α-множество величин, участвующих в описании сопоставляемых процессов, ; -действительные числа.

Формальное представление требований подобия состоит в выполнении для всех критериев подобия условий вида

Эквивалентным условию (1.2) является условие

где - индикатор подобия, равный отношению значения критерия в объекте моделирования и в модели .

С учетом описания (1.1) условие (1.3) можно представить в виде

где - масштаб воспроизведения величины в модели, ; и - соответственно значения величины в объекте моделирования и в модели.

На практике часто не удается выполнить условия подобия. В этом случае оговаривается допустимая величина нарушения этих требований, которая задается предельно допустимой величиной некоторого функционала , характеризующего близость соответствующих процессов в модели и в оригинале. Его величина зависит от вектора масштабов воспроизведения в модели величин , т.е. определяется условие

где - заданный функционал; - его предельно допустимое значение.

Значение тем меньше, чем меньше погрешность моделирования, вызванная нарушением подобия процессов, и в том и только в том случае, если процессы подобны.

В ряде случаев считаются известными нижний и верхний допуски нарушения условий (1.3), в пределах которых условие (1.5) соблюдается.

В этих случаях допустимую величину погрешности нарушения требований подобия определяют неравенствами вида

Критерии подобия получают либо на основе анализа размерностей величин, участвующих в описании моделируемых процессов, либо на основе анализа уравнений, составляющих математическое описание.

Пример I.I.

Требуется определить критерии подобия движений математического маятника, которые описываются уравнениями

с начальными условиями , , , где -время; - угол между нитью и вертикалью; - длина и сила натяжения нити.

Произведем замену переменных по зависимостям

где - постоянные величины (базисные величины) той же размерности, что и .

После замены переменных получим уравнения

с начальными условиями , при .

Поделив каждое уравнение на один из имеющихся в нем коэффициентов при безразмерной величине, приведем полученные уравнения к безразмерному виду:

Выделим из математического описания все обобщенные параметры:

В силу произвольности базисных величин выберем их таким образом, чтобы как можно большая часть обобщенных параметров обратилась в абсолютную константу (в число), например в единицу.

Масштабы моделирования переменных равны отношению значений базисных величин, которые они принимают в моделируемом объекте и в модели:

Масштабами моделирования постоянных величин являются соответственно ; ; .

2. Требование тождественности.

Требования тождественности некоторых величин физической модели и объекта моделирования обусловлены следующим.

Число значений ряда параметров в объекте моделирования неизвестны. В силу этого оказывается затруднительным осуществить проверку выполнения условий подобия. Примерами таких параметров

часто служат коэффициенты расхода, трения, взаимной индукции и т.п. использование идентичных материалов, рабочих сред, конструктивного использования отдельных узлов позволяет реализовать тождественность этих параметров в модели и оригинале. Поэтому масштаб моделирования, соответствующий этому параметру, принимает конкретное значение, равное единице, что позволяет исключить неопределенность в условиях подобия.

Кроме того, наличие требований тождественности часто обусловлено необходимостью стыковки модели с реальной аппаратурой той системы, элементом которой является моделируемый объект.

В соответствии с делением величин, характеризующих сопоставляемые процессы, на переменные и постоянные в дальнейшем будем различать соответственно требования тождественности функционирования и требования параметрической тождественности.

Формальное представление требований тождественности состоит в выполнении условия

где - множество индексов тех величин, тождественность значений которых требуется обеспечить.

Это требование можно записать как условие вида:

где , - значения базисной величины переменной в объекте моделирования и в модели;

где , - значения параметра в объекте моделирования и в модели.

3. Требование специфики.

Требования специфики определяют необходимые отличия модели от оригинала, в силу которых эксперименты с ней более дешевы и удобны.

Характерными требованиями такого рода являются требования уменьшения в определенное число раз размеров модели, ее мощности, требование замены рабочего тела, используемого в оригинале, более дешевым или менее агрессивным и т.п.

Математически требование специфики сводится к выполнению условий

где - заданное число; - множество индексов величин, значения которых в модели отличаются от их значений в оригинале в силу требований ее реализации.

Это требование может быть задано также в виде условий:

для переменных (требования специфики функционирования)

для параметров (требования специфики реализации)

где - заданное значение параметров в модели.

Наряду с указанием конкретных значений масштабов моделирования тех или иных величин в требованиях специфики может оговариваться диапазон из возможных значений, что математически описывается системой условий вида

Характеризуются понятия "модель", "моделирование", "проблема принятия решений". Для того чтобы пояснить причины, вызвавшие необходимость возникновения различных методов моделирования систем, сферы их применения и принципы выбора для моделирования конкретных систем и процессов, в данной работе приводятся сведения о причинах возникновения теории систем и других междисциплинарных направлений, обосновывается необходимость разработки и применения различных методов моделирования. Приводится обзор подходов к моделированию систем, классификаций методов моделирования систем и процессов. Предлагается классификация моделей.

Понятие о модели и моделировании

Термин "моделирование" первоначально был введен для исследования проблем, которые не удавалось сразу решить теоретическим или экспериментальным методом:

"Моделирование" — исследование физических процессов на моделях. В простейшем случае модель воспроизводит изучаемое явление (оригинал) с сохранением его физической природы и геометрического подобия, а отличается от оригинала лишь тем (размерами, скоростью течения исследуемых явлений и иногда материалом), что приводит к изменению. параметров".

Для реализации идеи моделирования развивалась "теория подобия, изучающая условия подобия физических явлений. опирается на учение о размерности физических величин". При этом вводили ряд видов подобия: геометрическое (подобие геометрических фигур), механическое (характеризующее однотипные механические системы или явления, такие как потоки жидкости или газа, упругие системы и т.п.), тепловое (для тепловых процессов при одинаковости температурных полей и тепловых потоков), матричное (подобие матриц при задании их матрицами линейного преобразования). В последующем были введены термины физического (обобщающего механическое, тепловое и т.п. виды подобия) и его разновидностей — кинематического и динамического; химического, физико-химического и математического подобия.

Основой теории подобия является установление подобия критериев различных физических явлений и изучение с помощью этих критериев свойств самих явлений. Сходства в сходственные моменты времени в сходственных точках пространства значений переменных величин, параметров (которые при некотором принципиальном сходстве устанавливаются для различных видов подобия с учетом их специфики), характеризующих состояние одной системы, пропорциональны соответствующим величинам (параметрам) другой системы. Коэффициент пропорциональности для каждой из величин называется коэффициентом подобия.

Понятие физического моделирования

Физическое моделирование - вид моделирования, который состоит в замене изучения некоторого объекта или явления экспериментальным исследованием его модели, имеющей ту же физическую природу.

К физическому моделированию прибегают не только по экономическим соображениям, но и потому, что натурные испытания очень трудно или вообще невозможно осуществить, когда слишком велики (малы) размеры натурного объекта или значения других его характеристик.

Моделирование как средство экспериментального исследования

Для модельного эксперимента характерны следующие основные операции:

пеpеход от натуpального объекта к модели - постpоение модели (моделиpование в собственном смысле слова).

экспеpиментальное исследование модели.

пеpеход от модели к натуpальному объекту, состоящий в пеpенесении pезультатов, полученных пpи исследовании, на этот объект.

Три уровня абстракции, на которых может осуществляться моделирование:

уровня потенциальной осуществимости (когда упомянутый перенос предполагает отвлечение от ограниченности познавательно-практической деятельности человека в пространстве и времени);

уровня практической целесообразности (когда этот перенос не только осуществим, но и желателен для достижения некоторых конкретных познавательных или практических задач).

В модели реализованы двоякого рода знания:

знание самой модели (ее структуры, процессов, функций) как системы, созданной с целью воспроизведения некоторого объекта.

теоретические знания, посредством которых модель была построена.

Моделирование — не только одно из средств отображения явлений и процессов реального мира, но и — несмотря на описанную выше его относительность — объективный практический критерий проверки истинности наших знаний, осуществляемой непосредственно или с помощью установления их отношения с другой теорией, выступающей в качестве модели, адекватность которой считается практически обоснованной.

Список использованных источников

Курс повышения квалификации

Дистанционное обучение как современный формат преподавания

Сейчас обучается 933 человека из 80 регионов

Курс повышения квалификации

Инструменты онлайн-обучения на примере программ Zoom, Skype, Microsoft Teams, Bandicam

Курс добавлен 31.01.2022
Сейчас обучается 24 человека из 17 регионов

Курс повышения квалификации

Педагогическая деятельность в контексте профессионального стандарта педагога и ФГОС

Найдите материал к любому уроку, указав свой предмет (категорию), класс, учебник и тему:

5 608 263 материала в базе

Другие материалы

Вам будут интересны эти курсы:

Оставьте свой комментарий

15.06.2016 7246
DOCX 1.5 мбайт
36 скачиваний
Рейтинг: 5 из 5
Оцените материал:

Настоящий материал опубликован пользователем Шаповалов Юрий Алексеевич. Инфоурок является информационным посредником и предоставляет пользователям возможность размещать на сайте методические материалы. Всю ответственность за опубликованные материалы, содержащиеся в них сведения, а также за соблюдение авторских прав несут пользователи, загрузившие материал на сайт

Если Вы считаете, что материал нарушает авторские права либо по каким-то другим причинам должен быть удален с сайта, Вы можете оставить жалобу на материал.

Автор материала

40%

Учителя о ЕГЭ: секреты успешной подготовки

Время чтения: 11 минут

Минобрнауки и Минпросвещения запустили горячие линии по оказанию психологической помощи

Время чтения: 1 минута

В Россию приехали 10 тысяч детей из Луганской и Донецкой Народных республик

Время чтения: 2 минуты

Академическая стипендия для вузов в 2023 году вырастет до 1 825 рублей

Время чтения: 1 минута

Отчисленные за рубежом студенты смогут бесплатно учиться в России

Время чтения: 1 минута

Минтруд предложил упростить направление маткапитала на образование

Время чтения: 1 минута

Минпросвещения России подготовит учителей для обучения детей из Донбасса

Время чтения: 1 минута

Подарочные сертификаты

Ответственность за разрешение любых спорных моментов, касающихся самих материалов и их содержания, берут на себя пользователи, разместившие материал на сайте. Однако администрация сайта готова оказать всяческую поддержку в решении любых вопросов, связанных с работой и содержанием сайта. Если Вы заметили, что на данном сайте незаконно используются материалы, сообщите об этом администрации сайта через форму обратной связи.

Все материалы, размещенные на сайте, созданы авторами сайта либо размещены пользователями сайта и представлены на сайте исключительно для ознакомления. Авторские права на материалы принадлежат их законным авторам. Частичное или полное копирование материалов сайта без письменного разрешения администрации сайта запрещено! Мнение администрации может не совпадать с точкой зрения авторов.

Применение в школьном курсе физики моделирования как метода учебного познания является одной из основных задач школьного физического образования, поскольку способствует становлению правильных представлений о современной научной картине мира, формированию научного мировоззрения, развитию творческого мышления, а также позволяет учащимся проводить на своём уровне научные исследования явлений, процессов, объектов. Задачи предлагаемого курса: формирование научного мировоззрения учащихся; ознакомление их со становлением и развитием понятий модели и метода моделирования в физике путём анализа фрагментов работ классиков физики (работа с хрестоматийным материалом, специально подготовленными дидактическими материалами), литературы по истории физики; овладение учащимися деятельностью моделирования путём разработки и конструирования различных видов моделей.

1. Введение. Познание окружающего мира. Методы познания в науке физике. Значение метода моделирования в научном познании.

2. Моделирование как общенаучный метод познания. Применение метода моделирования в физике, биологии, астрономии, математике и других науках. Значение метода моделирования в естественных и гуманитарных науках.

3. Модели и моделирование как метод познания в физике. Понятие модели. История развития понятий модель и моделирование. Значение моделирования в физике. Виды моделей. Функции моделей в познании. Этапы процесса моделирования. Материальные модели и модельный эксперимент. Мысленные модели и мысленный эксперимент.

4. Моделирование физических объектов, явлений и процессов. Модели в структуре физического эксперимента. Компьютерное моделирование и его применение в физике. Лабораторный практикум по моделированию физических объектов, явлений, процессов.

5. Заключительное (зачётное) занятие. Защита проектов созданных моделей физических объектов, явлений, процессов.

Варианты тематического планирования

Содержание и методика проведения занятий

На вводной лекции учитель знакомит с понятием метод познания, даёт представление о познании окружающего мира, а также о таких методах познания природы, как наблюдение, физический эксперимент, моделирование, аналогия, идеализация, абстрагирование и др. На конкретных примерах показывает значимость методов познания в науке. В конце лекции предлагает учащимся письменно выполнить задания:

1. Сопоставьте позиции, приведённые в двух колонках:

а) Получение знаний о внешних сторонах, свойствах и признаках рассматриваемого объекта;

б) исследование явлений действительности в контролируемых и управляемых условиях;

2. Сопоставьте позиции, приведённые в двух колонках:

4. Мысленный эксперимент.

б) опыты Фарадея;

в) эксперимент А.Эйнштейна об относительности одновременности;

г) рассуждения Г.Галилея о свободном падении тел;

д) идеальный цикл Карно;

е) опыты Г.Гальвани;

ж) опыты А.Беккереля;

3. Какие из нижеперечисленных методов познания являются теоретическими? эмпирическими?

а) Реальный физический эксперимент;

д) мысленный эксперимент;

ж) индуктивное обобщение;

1. Использовал мысленные модели в числе основных логических и методологических приёмов.

2. Сформулировал принципы теории подобия как количественной основы физического моделирования.

1. Использовал мысленные модели для описания и объяснения природы явлений (свет, электричество, тяготение).

2. Строил гипотезы на основе наглядных моделей.

3. Положил начало моделированию как методу теоретического исследования.

4. Сформулировал две теоремы подобия.

1. Создал первые модели: электродвигателя, трансформатора, униполярной динамо-машины.

2. Впервые пришёл к представлению о некотором элементарном заряде, связанном с атомами вещества.

3. Констатировал, что явление самоиндукции аналогично явлению инерции в механике.

4. Ввёл способ изображения магнитного поля с помощью силовых линий.

1. Ввёл в физику и в явном виде использовал модели-аналогии.

2. Чётко сформулировал метод физической аналогии, обобщённый в дальнейшем как метод математического моделирования.

3. Дал формулировку метода моделирования как одного из общих методов познания.

1. Дал формулировку второго начала термодинамики, ввёл понятие о вечном двигателе второго рода.

2. Ввёл абсолютную шкалу температур.

1. Выдвинул гипотезу сокращения (сокращение длины тела).

2. Сформулировал принцип относительности первого порядка.

3. Написал преобразования (преобразования Лоренца), сформулировал гипотезу об уравнениях преобразования координат и времени.

4. Ввёл модель неподвижного эфира.

1. Использовал метод моделирования для объяснения строения атома.

1. Обосновал соотношение между массой и энергией с помощью мысленного эксперимента.

1. Использовал метод моделирования для объяснения строения атома.

2. Создал квантовую модель атома.

1. Сопоставьте позиции, приведённые в двух колонках:

1. Образные (иконические).

2. Знаковые (символические).

3. Пространственно подобные.

а) Пространственные модели молекул;

б) график скорости движения тела;

в) материальная точка;

г) математическая запись закона Ампера;

2. Какие из приведённых ниже объектов являются идеализациями? моделями?

а) пружинный маятник;

б) материальная точка;

в) абсолютно чёрное тело;

д) изолированная механическая система;

е) точечный электрический заряд;

ж) математический маятник.

3. Укажите последовательность перечисленных ниже этапов моделирования: перенос знаний с модели на оригинал; выбор или создание модели; проверка истинности полученных посредством модели данных о моделируемом объекте и включение их в систему знаний об оригинале; исследование модели; выбор предмета моделирования и постановка задачи.

4. Сопоставьте позиции в двух колонках:

1. Образные (иконические).

2. Знаковые (символьные).

3. Пространственно подобные.

4. Физически подобные.

а) Модель идеального газа;

б) идеальный цикл Карно;

в) модель атома Резерфорда–Бора;

г) абсолютно упругое тело;

д) гидродинамическая аналогия Максвелла;

е) физические формулы;

ж) пространственные модели молекул;

з) материальная точка;

и) капельная модель ядра;

Схема 1: структура реального эксперимента

Схема 2: структура модельного эксперимента

Схема 3: структура реального эксперимента, осуществляемого в определённых условиях

Схема 4: структура модельного эксперимента, осуществляемого в определённых условиях

Условные обозначения: М.О. – модель объекта изучения; М.У. – модельные условия; О. – изучаемый объект; Пр. – приборы; Э. – экспериментатор; Э.С. – средства экспериментального исследования; У. – условия.

Таблица 2. Перечень физических объектов, явлений, процессов для создания моделей

– выполнение модельного эксперимента с предложенными моделями (работа в группах по 2–3 человека) и письменное выполнение заданий: определить вид модели, выделить существенные свойства, функции модели, кратко описать содержание каждого этапа модельного эксперимента при работе с данной моделью;

На дом учащиеся получают задание изготовить модели, которые могут быть использованы в модельном физическом эксперименте.

Материал для подготовки: [3, 4].

Материал для подготовки: [6–9].

Важное место в спецкурсе отводится лабораторному практикуму по моделированию физических объектов, явлений и процессов. Оборудование в основном типовое, но в отдельных случаях может быть изготовлено на занятиях силами школьников. При наличии компьютерного класса большая часть занятий лабораторного практикума проводится с использованием компьютеров.

Литература

1. Кудрявцев П.С. Курс истории физики. – М.: Просвещение, 1982.
2. Спасский Б.И. Физика в её развитии. – М.: Просвещение, 1979.
3. Белошапка В.К. Информационное моделирование в приерах и задачах. – Омск, 1992.
4. Голин Г.М. Вопросы методологии физики в курсе средней школы. – М.: Просвещение, 1987.
5. Хрестоматия по физике: Учеб. пособие для уч-ся 8–10 кл. сред. шк./Под ред. Б.И.Спасско

"Научные статьи, доклады, лекции, эссе преподавателей и студентов России"

Метод моделирования играет важную роль в современной физике.

Идея построения моделей в классической физике возникла вследствие проникновения научного познания в разделы физики, выходят за пределы механики (электромагнитное поле). Она заключалась в возможности построения механических моделей немеханических физических явлений. С развитием физики микромира возникла проблема возможности построения макромоделей микрообъектов.

С помощью моделей можно передать тот или иной физический объект или физическую систему, то или иное явление только приближенно, частично.

Модельные представления могут дать сведения об особенностях определенного явления, дают возможность получить выводы не только качественного, но и количественного характера. Физические представления, лежащие в основе построения модели, вытекающих из определенных знаний о свойствах объекта, процесса, с ограниченного количества экспериментальных и теоретических данных. Поэтому модель нельзя построить однозначно, при этом надо сосредоточиться на воспроизведении только отдельных черт поведения объекта моделирования.

Для всестороннего и полного описания свойств исследуемого объекта создается не одна, а несколько моделей. В процессе углубления наших знаний, с включением в анализ при моделировании большего количества свойств объекта-оригинала класс возможных моделей сужается, но одновременно повышается адекватность их. Из истории физики известно много случаев замены одних моделей другими. Неадекватность моделей проявляется при выходе за пределы того опыта, на основе которого она была построена. Вследствие того, что несколько моделей описывают различные свойства и процессы, физические картины могут быть разными, а иногда прямо противоположными для этих моделей.

Следует заметить, что на определенном этапе развития науки даже принципиально неправильные модели иногда могут играть прогрессивную роль.

Тот факт, что истинная теория может быть построена на основе неадекватной действительности модели, вовсе не означает, что законы науки не отражают природу, которую она изучает. Существует также широкий класс изоморфных моделей, каждая из которых в определенных пределах соответствует исследуемому явлению.

Единственным критерием, который может быть решающим при выборе модели как метода его совершенствования, является его соответствие действительности. Только практика отбирает для физической теории те модели, которые сохраняют научное значение и оказываются плодотворными для дальнейшего развития науки.

Источники двух важных направлений в развитии моделирования связаны с достижениями Ньютона – это моделирование, которое заключается в создании и исследовании системы математических символов, отражающих отдельные стороны физических явлений. Так, физика взяла на вооружение модельные представления оматериальной точки, математический маятник, идеальный газ, абсолютно твердое тело, абсолютно черное тело и тому подобное.

Следующий этап в развитии моделирования в физике связан с классической теорией поля Максвелла, который соединил моделирования с проблемой наглядности. Для этого он решил задачу построения механической модели немеханических явлений. Д. Максвелл сформулировал ее как важную методологическую проблему физики.

Современный (третий) этап развития моделирования заключается в теоретическом разработке отдельных процессов, в частности моделирования микропроцессов. Современное физическое понимание процессов микромира не предусматривает наглядного механического представления их.

Модель – первичная форма теоретического осмысления новых объектов, которая часто раскрывает противоречия в понимании этих объектов в свете старой теории. Она дает толчок для дальнейшего развития теоретического осознания объекта исследования.

В данном случае, целесообразно будет рассмотреть соотношение проблемы наглядности модели в современной физике микромира. Наглядность, присущая механическим моделям, связана с непосредственной доступностью ощущениям. Сейчас центр этой проблемы перемещается в несколько иную плоскость, где наглядность рассматривается как соответствие привычным представлениям.

Истинное диалектическое философское сознание отрицает такой догматизированной здравый смысл, который соответствует привычному, общепринятому. При этом стремление к наглядности оказывается стремлением втиснуть новые идеи в прокрустово ложе ухудшенного варианта предыдущих представлений. Такой подход не способствует достижению научного, диалектического познания. Для этого есть непостижимым корпускулярно-волновой дуализм микрообъектов, релятивистский закон сложения скоростей и др. Потеря физическими объектами наглядности с точки зрения привычности, ясности является важной общей тенденцией развития современной физической науки.

Методологическая проблематика, связанная с процессом моделирования в классической физике, возникла вследствие проникновения научного познания в немеханические сферы (электромагнитное поле). Эта проблематика в классической физике XIX в. формулировалась в виде вопроса о возможности построения механических моделей немеханических физических явлений. Внимание к философским проблемам моделирования значительно возросла в связи с проникновением в первой половине ХХ в. научного познания в сферу микромира. Эта глубокая методологическая проблема физической науки в развитии квантовой механики модифицируется в виде вопроса о возможности построения макромоделей микрообъектов. На современном этапе эта проблематика формулируется в более общей форме о роли наглядных моделей в познании ненаглядных микрообъектов.

Конечно, безосновательным является противопоставление математического и модельного описания физических явлений, поскольку модель микрообъектов понимается не с точки зрения классической физики, как наглядной, то есть механической системы, а с точки зрения современного познания как абстрактной логико-математической структуры.

В этом и заключается основной методологический вывод, связанный с моделированием в микрофизике. Например, модели атома является не планетарная система сама по себе, а ее идеальный образ. Мы только получаем при этом наглядный образ, в котором отражены следующие существенные свойства атома, как наличие в нем центрального ядра и периферийной части, вращения периферийных элементов вокруг ядра.

С помощью наглядного образа планетарной системы получаем известное представление о структуре атома. Конечно, эта наглядная модель возможна лишь в том, что Э. Резерфорду удалось с помощью рассеяния α-частиц различными элементами обнаружить в атомах центральное ядро, вокруг которого движутся электроны подобно планетам вокруг Солнца. Известно, что такое модельное толкование структуры атома привело к противоречию и появления боровской идеи разрешенных квантовых орбит. В модели Н. Бора идея разрешенных орбит, двигаясь по которым электрон не тратит энергии, характеризует новые свойства атома, не присущие микрообъектов.

Кроме того, моделирование микрообъектов с помощью макровоображений имеет свою существенную специфику, которая связана прежде всего с диалектически противоречивой корпускулярно-волновой природой их. Этим можно объяснить рост элемента абстрактности при толковании явлений микромира. Модели в квантовой механике составляют единство наглядного образа научной абстракции и является некоторой схематизацией действительности. При этом мы естественно упрощаем многогранный объект познания, поскольку каждый образ микромира формируется на основе непосредственных восприятий макроскопических объектов, окружающих человека, то есть сам является макроскопическим.

Итак, для более точного воспроизведения микрообъектов нужно учитывать близость, неточности, ограниченность таких моделей, односторонность каждой из них и пользоваться только экспериментально обоснованными моделями, дополняют друг друга. Существование различных моделей свидетельствует о сложности и разнообразии явлений микромира.

Одной из первых ядерных моделей была капля, впервые предложенная Я. Френкелем и развита Н. Бором. Согласно этой модели ядро атома составляет каплю протонной и нейтронной жидкостей с большой плотностью вещества (1038 част. / См3) и чрезвычайной плотностью заряда (3 1019 Кл / см3).

Ядерные частицы, как и молекулы жидкости, имеют достаточную подвижность. При возбуждении ядра предоставленная ему энергия распределяется между всеми ядерными частицами статистическим способом, аналогично тому, как распределяется между молекулами энергия при нагревании жидкости. Однако, в отличие от молекул жидкости, состояние у всех ядерных частиц неодинаково, поскольку им присущи волновые свойства и они подлежат квантовым законам.

Важным моментом в развитии квантовых представлений о природе поля является появление гипотезы М. Планка о дискретной природе излучения осциллятора.

Идеи М. Планка развил А. Эйнштейн в своей теории фотоэффекта, в которой он рассматривал световые кванты как реально существующие частицы (фотоны). Однако идею прерывности поля, чужую классической физике, физике восприняли не сразу.

Итак, в современной физике метод моделирования обобщается, развиваясь от первичных форм наглядных моделей к широкому использованию абстракционологических (математических) моделей. Современное моделирование имеет две ведущие тенденции: увеличение роли элементов абстракции в моделях и обобщения сходства.

Роль моделирования в познании можно обнаружить при анализе его основных функций.

Прежде всего моделирование осуществляет будто переводческую функцию – переводитполученную информацию с непонятной языку на известную языку модели.

Очень важной естьэкстраполяционная функция моделирования: информацию, которую получили на модели, распространяют на один объект.

В условиях органического единства диалектических процессов дифференциации и интеграции наук важное место принадлежит трансляционной функции моделирования. Моделирование выступает в качестве исходного приема при проникновении одних наук в сферу других.

Моделирование – этопроверенное орудие синтеза знания. Оно связано с использованием таких логических форм, как аналогия, экстраполяция, гипотеза, которые, конечно, имеют и самостоятельное значение вне процесса построения моделей. Однако для выяснения места и роли моделей в познании наибольшее значение имеет анализ их взаимосвязей с такой высшей формой познавательного процесса, как последовательная теория явления.

Следует указать на подчиненность моделирования главной задаче – созданиюнаучной теории, способной объяснить некоторую сферу объективной реальности и определить пути практического преобразования ее. Объективным критерием истинности модельного знания, как и для любой другой познавательной формы и процесса познания в целом, является общественно-историческая практика.

Читайте также: