Навигация
ГИПОТЕЗЫ КАК НЕОБХОДИМЫЕ ПРИЗНАКИ
21413
знаков
2
таблицы
9
изображений
2. ГИПОТЕЗЫ КАК НЕОБХОДИМЫЕ ПРИЗНАКИ,
ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ СВОЙСТВА РАЗРАБАТЫВАЕМОЙ
МОДЕЛИ ИЛИ ПРОЦЕССА
Изучение всякого непознанного явления начинается с наблюдения его проявления в природе или в лаборатории. Сделанные наблюдения позволяют высказать ряд исходных предположений (гипотез), позволяющих объяснить на модели изучаемое явление и его свойства. Справедливость высказанных гипотез проверяется экспериментом. Подтвержденные экспериментом гипотезы путем логических рассуждений желательно оформленных в виде математического описания и построения превращаются в теорию исследуемого явления. При этом высвечиваются две стороны явления — качественное и количественное [1].
Таким образом, модель изучаемого явления с помощью вводимых гипотез приобретает ряд свойств, опираясь на которые можно путем математических и логических действий проследить, как принятая модель взаимодействует с окружающими объектами и, следовательно, как она реагирует на внешнее воздействие. При этом варианте возможно, что и первоначальное свойство модели изменится [5].
Проиллюстрируем роль вводимых гипотез на примерах.
Для хранения сжатого газа при высоких давлениях обычно применяются тонкостенные цилиндрические резервуары-баллоны, представляющие собой цилиндрическую оболочку вращения. Оболочка считается тонкостенной, если толщина стенки в 20-30 раз меньше диаметра баллона. Такая оболочка может рассчитываться по безмоментной теории, следовательно элемент стенки баллона работает только на растяжение-сжатие, таким образом гипотеза о малой толщине стенки сводится к тому, что изгибающими моментами, возникающими в стенке баллона можно пренебречь; в этом случае для определения действующих в оболочке нормальных напряжений можно пользоваться известным уравнением Лапласа (см. рис. 4)
где 
,
— радиусы меридиана
кольцевого
сечения;
— давление
газа;
— толщина стенки.
Из этого уравнения выходит, что меридиональные нормальные напряжения sм в стенке баллона в 2 раза меньше тангенциальных (кольцевых) sq напряжений, следовательно разрушение баллона происходит в виде трещины, сориентированной вдоль образующей оболочки.
Для расчета толстостенной цилиндрической оболочки приходится применять моментную теорию, основанную на гипотезе, что и в стенке оболочки действуют наряду с нормальными напряжениями еще и поперечные силы и изгибающие моменты (рис. 5). Это уточненная модель приводит к совершенно иным уравнениям (дифференциальному уравнению четвертого порядка)
где W — перемещение элемента стенки резервуара в радиальном направлении;
Рис. 4.
Рис. 5.
— упругая постоянная
стенки;
—
модуль упругости
материала;
— толщина стенки
резервуара;
— удельный вес
жидкости в
резервуаре;
— глубина жидкости
в резервуаре;
— коэффициент
Пуассона.
Изменение гипотезы привело к резкому усложнению модели и к более сложному алгоритму расчета оболочки на прочность.
Рассмотрим еще один пример из физики.
В классической механике Галилея-Ньютона при рассмотрении движения материального тела в пространстве вводятся, на первый взгляд, совершенно естественные гипотезы о том, что масса движущегося тела от скорости его движения не зависит, а время, отсчитываемое как в покоящейся, так и в движущейся инерционной системе отсчета, одинаково. При скоростях движения, близких к скорости света, такие гипотезы оказываются не верны и их приходится заменять гипотезами специальной теории относительности, предложенной Альбертом Эйнштейном. Специальная теория относительности представляет собой современную физическую теорию пространства и времени.
В специальной теории относительности, как и в классической Ньютоновской механике, предполагается, что время однородно, а пространство однородно и изотропно. В основе специальной теории относительности лежат две основные гипотезы, отличные от гипотез Галилея-Ньютона. Первая из них утверждает, что в любых инерциальных системах отсчета все физические явления при одних и тех же условиях протекают одинаково. Вторая гипотеза утверждает, что скорость света в вакууме не зависит от движения источника света. Она одинакова во всех направлениях и во всех инерциальных системах отсчета. Опыты показывают, что скорость света в вакууме — предельная скорость в природе. Скорость любых частиц, а также скорость любых взаимодействий сигналов не может превосходить скорость света c.
Объединение специальной теории относительности и классических представлений об абсолютном времени, идущем одинаково во всех системах отсчета, приводят к абсурду, что световой сигнал должен одновременно достигать точек пространства, принадлежащих двум различным сферам.
В специальной теории относительности ход времени в разных инерционных системах отсчета различен. Соответственно, промежуток времени между какими-либо двумя событиями относителен. Он измеряется при переходе от одной инерционной системы к другой. В частности, относительна одновременность двух событий, происходящих в разных точках пространства.
События, связанные причинно-следственной связью, не могут совершаться одновременно ни в одной системе отсчета, так как всякое следствие обусловлено каким-то процессом, вызываемым причиной. Между тем любой процесс (физический, химический, биологический) не может протекать мгновенно. Поэтому относительность ни в коей мере не противоречит причинности. В любой инерциальной системе отсчета события-следствия всегда совершаются позже, чем его причина.
Из гипотез специальной теории относительности, а также из однородности и изотропности пространства и однородности времени следует, что соотношение между координатами и временем одного и того же события в двух инерциальных системах отсчета выражаются преобразованиями Лоренца, а не преобразованиями Галилея, как это считается в классической Ньютоновской механике.
Преобразования Лоренца имеют простейший вид в случае, когда сходственные оси декартовых координат неподвижной и движущейся инерциальных систем попарно параллельны. Причем движущаяся система перемещается относительно неподвижной со скоростью вдоль оси OX. При этом преобразования Лоренца имеют вид
где c — скорость света в вакууме.
Преобразования Лоренца показывают, что при переходе от одной инерциальной системы отсчета изменяются не только пространственные координаты рассматриваемых событий, но и соответствующие им моменты времен. Из преобразования Лоренца следует, что скорость относительного движения любых инерциальных систем отсчета не может превосходить скорость света в вакууме.
Из преобразования Лоренца следует, что линейный размер тела, движущегося относительно инерциальной системы отсчета, уменьшается в направлении движения. Это изменение продольного размера при движении называется Лоренцовым сокращением
.
Поперечные размеры тела не зависят от скорости его движения и одинаковы во всех инерциальных системах отсчета
Итак, линейные размеры тела относительны. Они максимальны в той системе отсчета, относительно которой тело покоится — эти размеры тела называются его собственными размерами
В релятивистской динамике, в отличие от классической, масса материальной точки не постоянна, а зависит от скорости этой точки. Зависимость массы от скорости выражается формулой
где m0 — масса покоя частиц.
В релятивистской механике делается важный вывод, что масса и энергия находятся в зависимости
Приведенные примеры показывают, что простая замена исходных гипотез может приводить к серьезнейшим изменениям свойств модели явления.
Похожие работы
... определённое статистическое распределение) – стохастическая (вероятностная) связь. Соответственно типу связи аналитические приёмы и способы делятся на методы детерминированного факторного анализа и методы стохастического факторного анализа. 2. Задачи факторного анализа. Рассмотрим примерную классификацию задач факторного анализа работы предприятий с точки зрения использование математических ...
... от положения и интересов наблюдателя. Методологическое значение институционализма заключается в подчеркивании детерминирующего влияния социальных регуляторов и норм, структурирующих систему социальных взаимодействий. 3. Моделирование как метод социальных исследований Моделирование представляет собой инструмент проектирования социально-экономических и политических систем с заданными свойствами ...
... целом как сложной системы в различных условиях. Вычислительные эксперименты с математическими моделями дают исходные данные для оценки показателей эффективности объекта. Поэтому математическое моделирование как методология организации научной экспертизы крупных проблем незаменимо при проработке народнохозяйственных решений. (В первую очередь это относится к моделированию экономических систем[6]). ...
... математической кибернетики 4. Эвристические методы: - метод конкретных вопросов - метод мозговой атаки - морфологический метод - метод коллективного блокнота - метод экспертных оценок и другие. В процессе экономического анализа, аналитической обработки экономической информации применяется ряд специальных способов и приемов. В них раскрывается специфичность метода экономического анализа, ...
0 комментариев