Страница 26 из 57
Международная система единиц физических величин является наиболее совершенной и универсальной из всех существовавших до настоящего времени. Она охватывает физические величины механики, термодинамики, электродинамики и оптики, которые связаны между собой физическими законами. Потребность в единой международной системе единиц измерения в условиях современной научно-технической революции очень велика.
Поэтому такие международные организации, как ЮНЕСКО и международная организация законодательной метрологии, призвали государства, являющиеся членами этих организаций, принять вышеупомянутую Международную систему единиц и градуировать в этих единицах все измерительные приборы. Существует несколько видов измерений. Исходя из характера зависимости измеряемой величины от времени, измерения разделяют на статические и динамические.
При статических измерениях величина, которую мы измеряем, остается постоянной во времени (измерение размеров тел, постоянного давления и т. п.). К динамическим относятся такие измерения, в процессе которых измеряемая величина меняется во времени (измерение вибраций, пульсирующих давлений и т. п.). По способу получения результатов различают измерения прямые и косвенные.
В прямых измерениях искомое значение измеряемой величины получается путем непосредственного сравнения ее с эталоном или выдается измерительным прибором. При косвенном измерении искомую величину определяют на основании известной математической зависимости между этой величиной и другими величинами, получаемыми путем прямых измерений (например, нахождение удельного электрического сопротивления проводника по его сопротивлению, длине и площади поперечного сечения).
Косвенные измерения широко используются в тех случаях, когда искомую величину невозможно или слишком сложно измерить непосредственно или когда прямое измерение дает менее точный результат. Технические возможности измерительных приборов в значительной мере отражают уровень развития науки. С современной точки зрения, приборы, использовавшиеся учеными-естествоиспытателями в XIX в.
и в начале XX столетия, были весьма несовершенны. Тем не менее с помощью этих приборов ставились иногда блестящие эксперименты, оставившие заметный след в истории науки, открывались и изучались важные закономерности природы. С прогрессом науки продвигается вперед и измерительная техника. Наряду с совершенствованием существующих измерительных приборов, работающих на основе традиционных, утвердившихся принципов (
замена материалов, из которых сделаны детали прибора, внесение в его конструкцию отдельных изменений и т. д.), происходит переход к принципиально новым конструкциям измерительных устройств, основанным на новых теоретических предпосылках. Так, например, использование эффекта Мессбауэра позволило создать прибор с разрешающей способностью порядка 1013 % измеряемой величины.
Глава 3 ОБЩЕНАУЧНЫЕ МЕТОДЫ ТЕОРЕТИЧЕСКОГО ПОЗНАНИЯ Теоретический уровень научного исследования является рациональной (логической) ступенью познания. На теоретическом уровне с помощью мышления происходит переход от чувственно-конкретного представления об объекте исследования к логически-конкретному. Логически-конкретное есть теоретически воспроизведенное в мышлении исследователя конкретное представление об объекте во всем богатстве его содержания.
На теоретическом уровне используются следующие методы познания: абстракция, идеализация, мысленный эксперимент, индукция, дедукция, анализ, синтез, аналогия, моделирование. Абстракция Абстрагирование — это мысленное отвлечение от каких-то менее существенных свойств, сторон, признаков изучаемого объекта или явления с одновременным выделением, формированием одной или нескольких существенных сторон, свойств, признаков.
Результат, получаемый в процессе абстрагирования называют абстракцией. Наиболее общие и абстрактные понятия, идеи и концепции естествознания выражают общие и глубокие свойства природы. Ниже приведены определения основных абстракций естествознания. Материя — это философская категория для обозначения объективной реальности, которая отображается нашими ощущениями, существуя независимо от них.
В классическом представлении в естествознании различают два вида материи: вещество и поле. В современном представлении к этим двум следует добавить третий вид материи — физический вакуум. В классической механике Ньютона в качестве вещественных образований выступают материальная частица малых размеров — корпускула, часто называемая материальной точкой, и физическое тело или простое тело как единая система корпускул, связанных между собой.
Идеальными и предельно абстрактными физическими образами реально существующих частиц и тел в классической механике служат материальная точка и абсолютно твердое тело как система материальных точек. Повседневный опыт показывает, что тела действуют друг на друга, что приводит к всевозможным изменениям и движениям. Взаимодействие тел в макромире происходит под действием силы тяготения и электромагнитных сил.
В классической механике понятие силы является фундаментальным. Сила — физическая мера взаимодействия тел и причина изменения их механического движения, т. е. их перемещения друг относительно друга. Источником силы в соответствии с законом всемирного тяготения является масса тел. Согласно квантовой теории поля, частицы, обладающие массой, могут рождаться из физического вакуума, представляющего собой совокупность частиц с соответствующими им античастицами, при достаточно высокой концентрации энергии.
Таким образом, энергия выступает как еще более фундаментальная и общая концепция, чем масса, поскольку энергия присуща не только веществу, но и безмассовым полям. Движение — неотъемлемое свойство материи. Для количественного описания движения сформировались представления о пространстве и времени. Движение в самом общем виде рассматривается как изменение состояния физической системы.
Для описания состояния вводится набор измеряемых параметров, к которым со времён Декарта относятся пространственно-временные координаты. В физике используются и другие параметры состояния систем: импульс, энергия, температура, спин. Идеализация Идеализация — это особый вид абстрагирования. Это мысленное внесение определённых изменений в изучаемый объект в соответствии с целями исследований. Приведем примеры идеализации.
Материальная точка — тело лишённое всяких размеров. Это абстрактный объект, размерами которого пренебрегают, удобен при описании движения. Абсолютно черное тело — наделяется несуществующим в природе свойством поглощать абсолютно всю попадающую на него лучистую энергию, ничего не отражая и не пропуская сквозь себя. Спектр излучения абсолютно черного тела является идеальным случаем, поскольку на него не оказывает влияния природа вещества излучателя или состояние его поверхности. Идеализацию применяют когда: 1.
Реальные объекты слишком сложны для имеющихся средств теоретического и, в частности, математического анализа; 2. Необходимо исключить влияние побочных свойств и процессов, скрывающих сущность явления, например, идеальная паровая машина Карно; 3. Исключаемые из рассмотрения свойства, стороны объекта в рамках данного исследования не влияют на его сущность.
Например, в ряде случаев атомы можно рассматривать в качестве материальной точки, но не в случае изучения самого атома. При использовании идеализации следует учитывать их ограниченность в ряде случаев: · Развитие научного познания заставляет иногда отказываться от принятых ранее идеализированных представлений.
Например, Эйнштейн отказался от ньютоновских идеализации «абсолютного пространства» и «абсолютного времени». · Идеализация ограничена изучаемой областью явлений и служит для решения только определённых проблем. Например, «абсолютно черное тело».
· Эвристическая ценность идеализации определяется исходными теоретическими предпосылками. Например, удачная идеализация Сади Карно тепловой машины подводила к открытию механического эквивалента теплоты, однако он этого не сделал, т. к. верил в «теплород».
Мысленный эксперимент Мысленный эксперимент — это метод теоретического познания, который предполагает оперирование идеальным объектом. Это мысленный подбор положений, ситуаций, которые позволяют обнаружить важные особенности исследуемого объекта. В этом он имеет сходство с реальным экспериментом. Кроме того, он предваряет реальный эксперимент в виде процедуры планирования.