Реферат: Особенности научного познания окружающего мира

ЗАДАНИЯ

Используя материал по кинетической теории вещества, проиллюстрируйте одним-двумя примерами следующие утверждения:

1) теория объясняет экспериментальные факты и законы;

2) теория предсказывает особенности еще не изученных явлений и процессов;

3) эксперимент проверяет и уточняет теорию.

§ 4. Математический язык в физике

Мы уже говорили, что физики при изучении природных процессов создают их теоретическую модель – образ, описанный на языке теории. Такое описание бывает двоякое: словесное и математическое. Например, полет мяча, подкинутого вверх, может быть описан так.

Посмотрим, какие возможности таятся в том и другом способе описания теоретической модели процесса. Используя словесное описание теоретической модели полета мяча и законы механики, мы можем предсказать следующие особенности движения мяча.

Первая особенность. Скорость v движения мяча вверх должна постепенно уменьшаться: ведь по мере подъема возрастает потенциальная энергия взаимодействия мяча с Землей и в соответствии с законом сохранения энергии уменьшается его кинетическая энергия. На какой-то высоте мяч остановится, а затем начнет падать вниз со все возрастающей скоростью под действием притяжения Земли.

Вторая особенность. Мяч будет двигаться только по вертикали, не отклоняясь в стороны. Ведь при t = 0 горизонтальная составляющая его скорости равна нулю, и на мяч в этом направлении ничто не действует, а в инерциальной системе отсчета скорость тел без причины не меняется (это основной признак инерциальных систем отсчета).

Воспользуемся теперь математическим описанием модели движения мяча. В конце параграфа показано, что выписанная нами система уравнений, т.е. математическая запись модели движения мяча, имеет следующие решения:

Графики полученных зависимостей v от t и x от t приведены на рис. 6 и 7 соответственно.

Вы можете сами убедиться, что графики содержат в себе всю информацию о движении мяча, которую мы извлекли из словесного описания теоретической модели его движения. Но графики и формулы дают еще и дополнительные сведения:

– что движение мяча не зависит от его массы m;

– что, например, через 0,2 с после броска мяч должен находиться на высоте 0,6 м (см. рис. 7) и подниматься со скоростью 2 м/с (см. рис. 6);

– что мяч достигнет верхней точки своего полета через t1 с после броска, поднявшись на высоту h;

– что девочка, подкинувшая мяч, поймает его через t2 = 0,8 с после броска.

Итак, математическая запись теоретической модели природного процесса позволяет выявить гораздо больше его особенностей, чем словесная запись. Поэтому физики в своих исследованиях широко используют язык математики. При этом они поступают следующим образом:

– создают словесное описание нужного образа изучаемого природного процесса (теоретическую модель);

– «переводят» словесное описание теоретической модели процесса на язык математики;

– решают полученную систему уравнений, пользуясь математическими теоремами, правилами и т.д.;

– «переводят» найденные решения уравнений в словесное описание особенностей изучаемого процесса.

Зачем делают двойной перевод: со словесного описания на математический и обратно? По крайней мере по трем причинам.

Во-первых, сами задачи, встающие перед учеными, формируются и формулируются словесно, словесное описание природных процессов ближе к реальности, чем математическое. Возьмем для примера два описания одной и той же задачи.