Эссе: Физические модели и процессы

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.

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.

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.

Под экспериментом понимается «вид деятельности, предпринимаемой в целях научного познания, открытия объективных закономерностей и состоящий в воздействии на изучаемый объект (процесс) посредством специальных инструментов и приборов»

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 «реальной» осуществимости (когда этот перенос рассматривается как реально осуществимый процесс, хотя, быть может, лишь в некоторый будущий период человеческой практики);

- 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.