T , сек

A

V0 V

T0 t

X0 x x

Кинематика («движение») – раздел механики, в котором изучаются геометрические свойства движения тел без учета их массы и действующих на них сил (модель свободной частицы).

Динамика («сила») – раздел механики, в котором изучается движение тел под действием приложенных к ним сил (модель несвободной частицы). Задача динамики – определение ускорения, исходя из контролируемого взаимодействия данной частицы с окружением.

Математическая модель механического явления, в котором участвует материальная точка:

· приобретает законченный вид, если к уравнениям добавить конкретную информацию о ее состоянии в начальный момент времени;

· уравнения и законы механики позволяют по известному состоянию механической системы в один из моментов времени и известным взаимодействиям (силам) однозначно определить ее состояние в любой другой момент времени;

· аналогичные возможности однозначного описания обнаруживаются и для многих немеханических природных систем.

Принцип суперпозиции классической физики: результирующий эффект от нескольких независимых воздействий представляет собой сумму эффектов, вызываемых каждым воздействием в отдельности (см. четвертый принцип классической стратегии познания. Тема 2)

Он справедлив для систем, описываемых линейными уравнениями.

Все закономерности, которые, подобно законам механики, позволяют по известным взаимодействиям и начальным состояниям однозначно предвычислять будущие состояния системы – закономерности динамического типа (ЗДТ).

Для всех ЗДТ характерно использование времени как параметра длительности процессов:

· подстановка этого параметра, взятого со знаком минус, например, в уравнения математической модели механического процесса позволяет как бы обратить процесс вспять

· время-длительность инвариантно по отношению к изменению последовательности этапов процесса.

Из однозначного характера ЗДТ вытекает представление о жесткой предопределенности (детерминированности) событий в природе:

· долгое время считали, что если было бы возможно уточнить все взаимодействия всех элементов сколь угодно сложной системы, собрать и использовать всю информацию об их начальных состояниях, то было бы можно рассчитать состояние этой системы в будущем и тем самым исключить случайность в ее поведении

· впервые четко сформулировал Пьер Лаплас, французский астроном, математик, физик (1749-1828) – представление получило название классического лапласовского детерминизма

· органическая составная часть ньютоновской парадигмы.

Развитие естествознания показало:

· большая часть происходящих в природе процессов не может быть описана ЗДТ, множество систем описывается закономерностями статистического типа

· ЗДТ могут использоваться лишь для систем и процессов, в которых допустимо пренебречь влиянием множества реально существующих случайных факторов (систем, по отношению к которым можно использовать концепцию контролируемого воздействия окружения).

В настоящее время детерминизм:

· в естественнонаучном смысле стал нетипичным

· в более широком смысле проявляется как определенный образ мышления, корнями уходящий в механистическую картину мира:

- на обыденном уровне

- в различных сферах профессиональной деятельности (например, экономика, педагогика)

- его элементы как составляющую часть мировоззрения можно обнаружить в высказываниях и действиях политиков;

- в каждом таком случае речь идет об упрощенном, однозначном восприятии действительности, связанном с неучетом роли случайных факторов и абсолютизированием причинно-следственных связей, реально действующих в окружающем мире.

Родственным детерминизму представлением о возможностях научного знания является физикализм:

· ранее – одна из концепций в философии: истинность какого-либо положения науки зависит от возможности его перевода на язык физики

· позже – новый смысл, отражающий тенденцию неявного привнесения детерминистских представлений в социальную практику: в экономику, в государственное управление – возникла идея программного метода управления (социальный физикализм):

ü сама идея программного управления процессом, подверженным непредсказуемым воздействиям, вполне разумна

ü ошибочным было представление о возможности создания полностью централизованной программируемой экономической системы, о программе развития как законе, который должен неукоснительно соблюдаться в реальности

ü академик Моисеев: программный метод – это не метод развития, а лишь метод оценок возможных вариантов развития: не управление развитием, а направляемое развитие может помочь избежать кризисных ситуаций.

4. Континуальная концепция и модель континуума.

4.1. Возрождение континуальной концепции. Понятие силового поля.

На основе корпускулярных представлений и механики Ньютона получили объяснение многие явления. Это и предопределило возникновение механистической картины мира, в пределах которой пытались описать все многообразие природы. Но с развитием физики выяснилось, что вместить модели всех известных явлений в рамки корпускулярной концепции невозможно.

В середине 19 века получила новое развитие континуальная концепция (всегда сосуществовала с корпускулярной):

· исток – представление о непрерывной и бесконечно делимой материи, заполняющей все пространство и находящейся в постоянном движении – Аристотель (384-322 гг. до нэ)

· средние века – продолжатель континуальной традиции в естествознании – Декарт (17 век)

· 18 век – картина природы дополнена понятиемсилового поля – часть пространства, в каждой точке которого на помещенную туда частицу действует определенная по величине и направлению сила, зависящая от координат этой точки (стационарное), а иногда и от времени (нестационарное)

· 19 век – областью применения и развития континуальных представлений стало учение об электромагнетизме – введение в научный оборот понятий электрического и магнитного силовых полей

· наиболее полное выражение – в электромагнитной теории Максвелла:

ü центральное понятие – электромагнитное поле – особый вид материи, обеспечивающий взаимодействие между электрически заряженными частицами

ü новое воплощение континуальной концепции не отрицало взглядов на вещество, но дополнило их и расширило общие представления о формах материи.

4.2. Модель сплошной среды и модель поля.

Еще до появления теории Максвелла континуальная традиция нашла важное воплощение в понятии сплошной среды – непрерывного вещества, вещественного континуума. Модель сплошной среды становится одной из базовых моделей континуальной концепции:

· может рассматриваться как предельный случай системы взаимодействующих частиц

· применяют при описании процессов коллективного движения частиц – потоков жидкости, газа и т.д.

· по своему смыслу – модель вещественной формы материи, но термин «сплошная среда» применяют и расширительно – для обобщенного обозначения как вещественной, так и полевой форм материи.

Совокупность значений физической величины (температуры, давления, скорости и т.д.), характеризующей сплошную среду в каждой ее точке – поле этой величины (поле температур, давлений, скоростей и т. Д.):

· например, поле скоростей показывает непрерывное изменение в пространстве от точки к точке величины и направления скорости некоторого потока

· иначе это можно назвать непрерывной функцией пространственного распределения скорости

· такого рода функции распределения – удобный инструмент описания объектов в модели сплошной среды; применяется, когда имеются любые потоки в веществе (тепловой поток, поток вещества при диффузии и т. Д.)

Понятие поля используют для отображения различных пространственно распределенных величин, характеризующих объект: сил, давлений, механических напряжений и др.

Таким образом, вместо набора координат и скоростей (импульсов) отдельных частиц, из которых состоит реальная среда, ее состояние характеризуют функциями координат и времени, описывающих распределение различных величин в пространстве; например: V=f(t),V=f(x). При этом сохраняется динамический характер описания – однозначный характер зависимостей между физическими величинами здесь налицо.

При полевом описании модели сплошной среды:

· понятие «поле» обозначает не физический объект, а математический образ в виде непрерывной функции координат

· математическим инструментом, независимым от конкретной физической природы явлений, является теория поля, дающая способы описания любых скалярных или векторных полей

· полевое описание иллюстрируется графическими образами.

Общие представления теории поля можно использовать и в социальных науках при описании распределений различных параметров, характеризующих социальные системы:

· «поле» плотности населения

· в экономике могут иметь смысл «поля» концентрации рабочей силы, предприятий, товаров, ценовые «поля» и т.д.

4.3. Волны в сплошной среде. Периодические процессы в природе.

Волновое движение (волна) – один из простейших типов нестационарного поля – периодическое изменение картины поля от точки к точке с течением времени:

· специфический вид движения, связанный с континуумом

· волны – возмущения, распространяющиеся с конечной скоростью в пространстве и несущие с собой энергию без переноса вещества

· характеристики (энергия, импульс) не локализованы, как у частицы, а непрерывно распределены в пространстве

· волну можно представить как распространяющееся в пространстве колебание – процесс, который повторяется во времени – периодический процесс:

ü любая величина, характеризующая состояние колеблющейся системы, принимает одинаковые значения через равные промежутки времени (периоды колебаний)

ü к колебаниям относят также процессы, в некоторой степени отклоняющиеся от строгой повторяемости.

Периодические процессы представлены в окружающем мире широчайшим спектром явлений:

· простые процессы, подобные колебаниям маятника

· сложные периодические процессы в земной атмосфере, мировом океане, живых системах.

Независимо от природы колебаний они могут быть описаны с помощью одной и той же математической модели:

изменения колеблющейся величины y в точке, отстоящей на расстоянии x от источника возмущений, во времени t происходят по закону y=Asin2(1/T-x/),

где – длина волны - расстояние между двумя ближайшими точками волны, находящимися в одинаковой фазе, нм

А – амплитуда – наибольшее отклонение от нулевого значения величины, колеблющейся по определенному закону

T –период колебаний – наименьший промежуток времени, через который колеблющаяся система возвращается к исходному состоянию

– частота колебаний – число колебаний в секунду, единица измерения герц, 1Гц – частота периодического процесса, при которой за 1 сек. Происходит один цикл процесса = 1/T

y

Дата добавления: 2014-01-11