Понятие системы. Скаляры и векторы

В описании природных закономерностей часто присутствует такое понятие как «система». Смысл этого термина очень широк и зависит от того, в каком контексте он используется. Поэтому остановимся на определении, которое наиболее соответствует содержанию дальнейшего текста.

Системой называется совокупность тел, находящихся между собой во взаимодействии и взаимовлиянии, которая фактически или мысленно выделяется из окружающей среды.

Например, физической системой можно считать какой-либо прибор или механизм, биологической – любое живое существо или растение, географической – бассейн реки или горную систему, химической – смесь реактивов в пробирке или промышленном реакторе, политической – государственное устройство страны, социальной – студенческую группу, экологической – нашу планету, экономической – товарный и денежный оборот в стране и в мире, астрономической – нашу Вселенную.

Конечно, даже такой, достаточно длинный, список и в самой малой мере не исчерпывает практически бесконечного перечня различных систем.

Существуют многообразные способы классификации систем. В частности, системы подразделяются на: открытые - могут обмениваться массой и энергией с окружающей средой; замкнутые – осуществляется только энергообмен с окружающей средой; изолированные – нет ни энергообмена, ни массообмена с окружающей средой.

Система всегда «унитарна», т. е. представляет собой единое целое, из которого нельзя отнять ни одного элемента, не изменив качества всего целого.

Любая система состоит из составных частей – компонентов. Выбор некоторой структуры в качестве компонента определяется, прежде всего составом самой системы, а так же условиями, налагаемыми на свойства компонентов. Так, например, компонентами некоторой химической системы могут быть выбраны отдельные атомы, а также – ионы, молекулы, фрагменты кристаллической структуры, гипотетические кластеры и т. д.

В принципе разнообразие компонентов ничем не ограничено и определяется составом системы и выбранными методами её описания. Более детально составы, свойства, компоненты и т. д. механических, химических, термодинамических, атомных, космических и прочих систем будут рассматриваться в соответствующих разделах данного Пособия.

При описании процессов, происходящих в различных системах, используют скалярные и векторные физические величины, каждая из которых характеризует то или свойство системы.

у х ₁, у ₁

D l

х ₀, у ₀ D l

х ₂, у ₂

D l

0 х

х ₄, у ₄ D l

₃, у ₃

Рис.1. Зависимость конечного положения тела (материальной точки)

(х_i, у_i) от направления вектора перемещения

Скалярными называются величины, для характеристики которых достаточно указать лишь их численное значение. Масса, объем, электрическая емкость, температура, энтальпия, энтропия, потенциал, мощность и многие другие – скаляры.

Векторными называются величины, для определения которых необходимо указывать не только их численное значение, но и направление в пространстве. Например, некоторые тела перемещаются из точки с координатами (х₀, у₀) (рис. 1.) и проходят одинаковые расстояния D l.

Каковы будут конечные координаты этих тел?

Из рис. 1 видно, что конечному положению тел на расстоянии D l от начальной точки соответствует бесконечно большое число точек (точки (х ₁, у ₁); (х ₂, у ₂); и т.д.). Следовательно, для того чтобы определить конечные координаты тела следует знать не только численное значение длины отрезка D l, но и его направление (положение) в пространстве.

К векторным величинам относятся перемещение, скорость механического движения, ускорение, сила, напряженность силового поля и многие другие. Векторная величина обычно обозначается стрелкой над соответствующим символом ().

Дата добавления: 2014-12-27