С. Л. Гольдштейн А. В. Кибардин информатика для физиков часть Введение Учебное пособие

Часть 5. Компьютерное моделирование в физических исследованиях

5.1 Роль эксперимента в физических исследованиях. Виды экспериментальных исследований

Физика в широком смысле слова – наука, познающая законы развития неживой природы. Современная физика исследует это развитие в его наиболее полном и глубоком значении.

Физика как наука со времени своего возникновения была и остается наблюдательной и в то же время экспериментальной наукой.
Наблюдение и эксперимент лежат в основе всего физического знания. В эксперименте исследователь в соответствии со своими целями познания изменяет, регулирует и контролирует условия, в которых протекают исследуемые явления. В наблюдении же исследователь не может влиять на условия, в которых протекают исследуемые явления. Он только фиксирует происходящее.
Для физики особенно существенное значение имеют те наблюдения и эксперименты, которые ведут к определению количественной стороны изучаемых явлений (нахождение численных значений физической величины, установление зависимости между физическими величинами в виде математического уравнения и т.п.). Для физика, таким образом, наблюдение и эксперимент всегда связаны с определением количественных характеристик изучаемых явлений.
Все эксперименты можно разделить на два класса: качественный и количественный.
Целью качественного эксперимента, как правило, более простого, является установление только факта существования явления. Обычно такой эксперимент не требует сложного оборудования.
Количественный эксперимент встречается чаще, чем качественный, и требует более сложного оборудования. Задачей количественного, или измерительного, эксперимента является установление количественных связей между параметрами, описывающими состояние объекта.
Эксперимент можно охарактеризовать по тому, где он проводится: в лаборатории или на производстве. Соответственно такие эксперименты называются лабораторными и промышленными.
Лабораторный эксперимент характеризуется тем, что объект исследований находится в условиях лаборатории, и исследователь полностью контролирует условия опыта.
Промышленный эксперимент – это эксперимент, в котором промышленная установка (например, аэродинамическая труба, прочностной стенд, двигательный стенд и т.п.) применяется для сложного измерительного эксперимента.
В зависимости от того, проводится ли эксперимент с исследуемым объектом или с объектом, его замещающим (моделью), выделяют натурный эксперимент и модельный эксперимент. В модельном эксперименте исследования проводят на модели реального объекта, а полученные результаты и выводы пересчитывают на реальный объект. Например, испытания аэродинамических характеристик новых летательных аппаратов проводят на уменьшенных копиях в аэродинамической трубе, в которой поток воздуха с заданной скоростью обдувает закрепленную модель. Измерение аэродинамических нагрузок на модель дает информацию о поведении реального летательного аппарата, так как и модель, и самолет подчиняются одним и тем же законам аэродинамики.
В качестве модели объекта может выступать не только физический объект, сходный с ним по определенным характеристикам. Модель может носить условный характер, например представлять собой набор математических уравнений, описывающих реальный объект.