| 
  • If you are citizen of an European Union member nation, you may not use this service unless you are at least 16 years old.

  • You already know Dokkio is an AI-powered assistant to organize & manage your digital files & messages. Very soon, Dokkio will support Outlook as well as One Drive. Check it out today!

View
 

H_Dmodel

Page history last edited by Nadezhda 5 years, 2 months ago

 

"передача знаний" - семинар в мини-группе.
Тема - гидродинамическая модель.
Участники - А.Алабужев, Л.Клименко, А.Самойлова (все - кафедра теорфизики ПГНИУ)
.
20.09 -11.11.2016
Аннотации занятий :

20.09

№1 вводное занятие

Обсуждаемые вопросы:
1.Как описать логику (с точки зрения физики) перехода исследователя от одной проблемы к другой? (задача/проблема базируется на ...чём??? как?)
2. Каковы элементы, необходимые для создания модели? Имеется в виду минимальное количество. Одна линия контакта не может составить модель. Что ещё нужно добавить? Физические механизмы?
3. Что считать модифицированной моделью г-д системы, а что новой моделью? Каковы научные критерии ?
4.Каковы методы модифицирования модели в нашем случае?
5.Что имеется в виду под "геометрией"? "геометрия задачи"? - H_P H_P Oct 17, 2016

23.09

№2 г-д модель.

Вопросы - [предлагаемые] ответы:
1. отличия г-д модели от других физических моделей - (по-видимому) нет; вся гидродинамика это физ. модель
2. предназначение - предсказывать поведения системы
3. компоненты - (а),(б),(в)
(а)общефизическая часть, описывает физ. законы,
отвечает на вопрос "почему что-то происходит?", включает причинно-следственную связь. Фактически, одинакова для всех г-д задач (?)
(б) г-д часть отвечает на вопрос "как?", описывает задачу в рамках сплошносредного подхода. Здесь была дискуссия о термине "механический/механистический подход", но я затрудняюсь передать её суть. Записывается как аппроксимации. (Всегда?) Пример этой части - ур-ия Навье-Стокса.
(в)математическая часть - описывает части (а) и (б) в математических терминах.
НЕЯСНО: какая именно часть отвечает за предсказание, то есть, отвечает на вопрос "что именно происходит?"
В конце занятия было обсуждение структурного разделения физики в соответствии с объектами изучения. Предлагаю уточнить объект для гидродинамики: г-д свойства объекта/системы. - H_P H_P Oct 18, 2016

27.09

№ 3 взаимодействие аспектов гидродинамической модели.

Физика дает законы (законы сохранения), которые пишутся на своей математике.
Гидродинамика уточняет, для каких объектов эти законы будут записаны (н-р, жидкая точка) и в каких величинах (н-р, плотность, скорость).
Математика все это записывает так, что можно эффективно ответить на вопрос, что будет. Математика – это своего рода инструмент исследования.
Есть ли возврат из математики в физику? И нужно ли его обсуждать? Вроде бы понятно, что постоянно происходит перевод одного языка на другой (физики на математику и обратно), и этот перевод не является каким-то ключевым моментом. Все эти аспекты (физика, г/д, математика) в модели работают, как одно целое.
Откуда берутся новые модели?
На стыках физики и гидродинамики, и гидродинамики и математики. Получается, что новая физика (новый механизм в физике) дает новую модель. Дает ли новую модель другая математика?
Из этой же дискуссии родился вопрос о целях исследования, что для каждой цели будет своя математика. Цели могут различаться по близости к реальности. Выделили также три цели : характеристика, состояние, поведение системы.
автор текста -Liudmila Klimenko


Задание на 4-е октября
Не всем наукам нужно мат моделирование. [Об этом на занятии 27-го говорил Алексей, хотя точную цитату я привести не смогу. ]
Но гидродинамика без мат. моделирования обойтись не может, поскольку сама является моделью, в которую математика входит как обязательная часть в качестве единственного инструмента для создания этой модели.
Мы обсудили важность ЦЕЛИ для понимания работы над моделью.
Предлагаю подумать, чем цель гидродинамики отличается от цели наук, которые могут обходиться без мат. моделирования.
Гидродинамику, как и механику, в описаниях часто называют инженерной наукой.
[считается, что] Гидродинамика появилась, когда Л.Прандтль объединил гидравлические (инженерные) традиции в решении задач и традиции математического подхода в единое целое.
До этого они существовали по отдельности и имели разные цели. Какую цель "дал" гидродинамике Прандтль? Чем она отличается от цели физики, если отличается? - H_P H_P Oct 19, 2016

4.10

№4 почему гидродинамику нельзя отнести к прикладным/инженерным наукам.

Ответ: Это доказывается через характер связи гидродинамики с физикой. Гидродинамика (как и весь сплошносредный подход) необходима для проверки гипотез, которые распространяются на всю физику. То есть, она [г-д] берёт вопрос из физики и туда же возвращает ответ. Этим её "прикладнутость" и ограничивается. Поэтому и модели, создаваемые гидродинамикой, оцениваются (эффективность, точность) с точки зрения достижения цели физики: описание физической картины мира.

Гидравлика может "прийти" в гидродинамику за готовой моделью, но создавать модели для решения гидравлических задач в цели гидродинамики не входит. Т. е., с точки зрения цели, связи с прикладными науками и их задачами нет.
Взаимоотношение физики и гидродинамики как место возникновения г-д модели вызывает особый интерес. Г-д модель появляется там, где возможности модели типа "гипотеза" (используемые физикой) исчерпаны, но описание+объяснение ещё не является полным (конкретным?).[Этот момент требует дальнейшего обсуждения].

Г-д модель формируется от [физического] объекта, на который направлена гипотеза. Это может происходить двумя путями: объект ->свойства или свойства ->объект. Набор признаков изначально осуществляется из наиболее существенных, которые определяются на основе исследовательских традиций.

Ещё остался невыясненным момент: что же такое есть у гидродинамики (свойство, метод, аппарат и пр.), что физика должна обращаться именно к ней (без вариантов)при решении определённого класса задач. - H_P H_P Oct 19, 2016

7.10

№5 причины и момент обращения к г-д модели, то есть, момент, когда гипотеза как модель становится несостоятельной для описания поведения системы.

Момент определён количественно: когда в системе появляется более двух элементов. (сумма значений элементов перестаёт быть равной значению суммы)
Качественное описание предложила Аня, но я его не услышала.
Аналогичный переход к другой модели, когда модель должна быть расширена до больше 2-х элементов, был отмечен и для гидродинамики.
Чтобы понять причины перехода к г-д модели, нужно описать его качественно, то есть, нужно, чтобы Анина мысль была представлена/написана. Тогда нам будет, от чего отталкиваться в следующем обсуждении - H_P H_P Oct 19, 2016

11.10

№6 причины и момент перехода от гипотезы к г-д модели. (продолжение)

Картина примерно следующая.
Физика (в целом) располагает общими знаниями о мире, которые получает из философии (философия в свою очередь обобщает знания, полученные ею из других наук и физики в т.ч., но "щас не об этом") К этим знаниям относится и понятие "поведение", поэтому физика может распознать объект, соответствующий понятию "поведение" в реальном мире. Но, поскольку физика может описать только картину реального мира, то она и поведение описывает как нечто, принадлежащее этому миру - кусочек реальности. И поведение для физики получается таким "выдраным" кусочком. Всё, что физика может с ним сделать, - это описать его отношение к остальному миру "система из 2-х элементов". (целое - кусочек) Физика может попробовать описать непосредственно сам кусочек, но, поскольку он "выдран" из целой картины, то всё, что физика может сделать, это бесконечно продолжать раздирать его на следующие кусочки (система больше 2-х), не получая при этом объяснения сути объекта. Он всё равно будет вырван из картины целого и не более того.
Чтобы получить описание и объяснение "поведения", нужно посмотреть на него по-другому, представить, что оно не принадлежит чему-то, а является цельной самостоятельной системой. Для такого объяснения картина реального мира не годится, потому что там поведение - часть целого. Следовательно, нужно придумать "ненастоящий", абстрактный мир, в котором можно воспроизвести все параметры поведения, которые существуют и в реальном мире, только ограничения их значений, налагаемые реальным миром, можно игнорировать. Таким образом, г-д модель получается зеркальным отражением "поведения" в реальном мире, но она может работать как независимая от этого мира система. Называем это (гидро) динамическим подходом.
Параметры поведения, полученные из реального мира (очень приблизительно и не все, но пусть будут):
- начало движения/изменения
- силы
- переходное состояние
-эволюция?
- временной и пространственный континуумы
- состояния
- причины (в.ч. физ. свойства?) - H_P H_P Oct 19, 2016

18.10

№ 7 содержание понятия "динамика".

Результат: "динамика" - изменение чего-либо во временном протяжении.
"Чего-либо" может быть трёх видов: объект, система и состояние.
Изменение объекта означает качественное и количественное изменение его характеристик.
Изменение системы означает качественное и количественное изменение связей внутри системы. (система - совокупность взаимосвязанных элементов)
Изменение состояние означает количественное изменение сложносоставной характеристики, ответственной за это состояние.
Таким образом, вопрос, который задаёт физика (гидро)динамике, это вопрос об изменении.
Сама физика не может ответить на этот вопрос из-за того, что не может описать (временную) протяжённость, её нельзя представить в физической картине мира. Физика рассматривает мир как отдельную систему, поэтому у него нет "протяжённости" и нет "состояния".
Есть только время как внутренняя характеристика, а внешней характеристики "(временная) протяжённость" нет. Для того, чтобы выделить внешнюю характеристику, физике нужно было бы посмотреть на мир снаружи, но она "находится" внутри этого мира.
Мне всё равно кажется, что силы (гидро) динамику не интересуют, и просто навязаны ей механикой, в которую её впихнули. Но это мы потом обсудим. external image 1f642.png - H_P H_P Oct 19, 2016

21.10

№8 что именно моделирует гидродинамика с точки зрения динамики

. То есть, если динамика это изменение характеристики во временном континууме, то какое именно изменение и КАК моделирует гидродинамика.

"КАК" означает, что мы искали принцип, лежащий в основе выбора г-д модели. Моделей (возможно) несколько, значит, гидродинамика (возможно) выделяет несколько типов изменений.
Промежуточные выводы:
1. Гидродинамика моделирует физические силы как г-д свойства:
Гидродинамика рассматривает объект и воздействующие на него внешние - относительные - силы (это всё фиксирует физика), но "переписывает" их как гидродинамические, то есть, внутренние - абсолютные - силы, благодаря которым осуществляется связь элементов в системе. Таким образом, физический объект превращается в гидродинамическую систему, а внешние силы - в во внутренние, которые также можно назвать связями элементов системы.
Поскольку эти связи/силы абсолютны, то они принадлежат только элементу системы и, фактически, могут считаться его свойством.
Если вернуться к определению динамики - "изменение характеристики/связей во времени", то понятно, что "связи" тоже являются характеристикой ("свойством" - см. выше), и определение можно свести к изменению характеристики.

2. Гидродинамика выбирает тип модели в зависимости от характеристики, ответственной за изменение.
Это мы недодумали. Остановились на том, что когда физика формулирует гипотезу в динамических проблемах, она выбирает подход для её проверки в зависимости от характеристики, ответственной за изменение связей, и моделирует поведение именно этой характеристики. (тут я могла наврать). Но дальше от физики к гидродинамике мы пока не прошли.
- H_P H_P Oct 21, 2016

25.10

№9 Обсуждали, какая характеристика (характеристики) интересует гидродинамику в отличие от остальных динамик.

Получили больше вопросов, чем ответов.
Гидродинамика занимается объектами, находящимися во втором агрегатном состоянии. Это второе агрегатное состояние она распознаёт по показателю свойства "подвижность".
Подвижность связана со скоростью или является скоростью - можно, наверно, по-разному записать?
Дальнейшее уточнение, что же является объектом, определяется в зависимости от г-д подхода. В нашем случае выбран сплошносредный (механический) подход, для которого объектом будет являться жидкая точка.Почему именно жидкая точка?

Жидкая точка из-за того, что сама механика может работать только с материальной точкой, т.е. телом, которое имеет нулевые размеры.

Но жидкая точка объем менять не может, все пишется для удельных величин. Но может меняться масса через плотность. Но так как мы рассматриваем все в рамках сплошной среды, это эффективно приводит к изменению объема. Т.о. невозможно жидкую точку рассматривать отдельно от сплошной среды. Она (точка) её (спл. среды) часть. А.А.Алабужев

Особенностями жидкой точки являются то, что у неё 1)непостоянный объём и 2)скорость является её неотъемлемым атрибутом.
Параметры жидкой точки, которые интересуют гидродинамику, это 1)термодинамические характеристики и 2)скорость.
В отличие от термодинамики, гидродинамика рассматривает т-д характеристики не только как отдельные характеристики, но и как элементы причинно-следственной связи. В термодинамике эти причинно-следственные связи не рассматриваются.
Скорость в гидродинамике отличается от скорости в механике тем, что она учитывает взаимодействие (во времени?) объекта со средой.
- H_P H_P

27.10
У меня получилось, что "г-д характеристика это взаимодействие со средой, выраженное через изменяющиеся термодинамические параметры."
нужно отметить, что "взаимодействие со средой" для гидродинамики и для механики - разные вещи.
- H_P H_P

28.10

№ 10 Уточняли, как именно термодинамические параметры используются гидродинамикой для описания динамического поведения среды, которое мы также называли "взаимодействием со средой".

Ещё нужно уточнить, что "взаимодействие со средой" это описание гидродинамических процессов с точки зрения механики.
У меня получилась следующая картина результатов нашей дискуссии:
Физика и далее гидродинамика исследуют поведение жидкостей, которое "в (условно) конечном итоге" имеет причины, заложенные в межмолекулярных связях. Поэтому гидродинамика обязана включить их как основной элемент в свою г-д характеристику (описывающую, что именно меняется). Но у самой гидродинамики нет такого инструмента, поэтому она берёт его из области, с которой непосредственно взаимодействует - термодинамики. Термодинамика находится ближе, чем гидродинамика, к межмолекулярным связям и может предоставить параметры, характеризующие их.
Но, чтобы эти параметры заработали и стали отражать изменение связей/среды, нужно представить их как элементы бесконечной причинно-следственной связи. То есть, воспользоваться потенциалом механики, в рамках которой находится сплошносредный подход, и описать эти элементы как силы, они же связи.
- H_P H_P

1.11

№ 11 Обсуждали возможность обобщить и систематизировать г-д модели.

Следует уточнить, что по сути существует только одна гидродинамическая модель, которую мы записали, согласно определению г-д характеристики, как "(A -->B)n", стрелочка обозначает причинно-следственную связь. То, что обсуждалось на занятии, является гидродинамическими задачами, для решения которых создаются частные модели. Типологию таких задач-моделей мы и пытались обсудить на занятии.
Промежуточные выводы (по большинству вопросов мы пока не пришли к единому мнению)
Содержание задачи (моделирование объекта) определяется объектом. Модели различаются по тому, какие свойства объекта они моделируют. К моделируемым свойствам объекта относим его собственные физические свойства и взаимодействие со средой. Взаимодействие со средой выражается как характеристика объекта, без этой характеристики объекты не рассматриваются. Задача-модель может также включать элементы физического мира, которые не имеют гидродинамических характеристик. (подложка?)
Обсуждать такую типологию в рамках гидродинамики было методологической ошибкой: объект для задачи-модели выбирает физика, когда формулирует свой вопрос под эту задачу. То есть, весь отбор свойств объекта осуществляется в рамках физики, у гидродинамики нет возможности понять "логику физики". Отбор свойств объекта и сама постановка вопроса к его гидродинамическому поведению подчиняются закономерностям, заложенным в физике. Эти закономерности (что именно влияет на отбор и содержание вопроса) невозможно выявить в рамках г-д дискуссии, но они несомненно существуют, и для исследователей было бы полезно их понять.
Тем не менее, в рамках физики должна существовать (хотя бы гипотетически) типология релевантных для г-д задач свойств объектов, и было очень полезно попытаться её воспроизвести.
В задаче-модели свойства объекта "переписываются" в гидродинамических терминах. Остаётся непонятным, что здесь можно обобщить: методы "переписывания" (то есть, закономерности соответствия "физ. св-во = г-д взгляд на это св-во") или результат такого "переписывания".
В любом случае, в науке имеется значительное количество задач, и потребность систематизировать их, исходя из логики этой науки, мне видится вполне естественной и даже необходимой.
- H_P H_P

3.11

№ 12 Продолжали обсуждать способ, позволяющий описать типологию г-д задач (моделей).

На прошлом занятии мы выделили два общих момента: физические свойства объекта и внешнее воздействие., а также необходимость понять соответствие "физ. св-во = г-д взгляд на это св-во".
Люда Klimenko замечательным образом предложила нам включить в обсуждение граничные условия, поскольку они также включаются в модель, но непонятно, в каком качестве: как присущие или не присущие объекту?
Нужно также отметить, что свойства и воздействия задаются физикой, а гранусловия - это метод гидродинамики, который она использует, чтобы переписать для себя некую физическую информацию (форму/объём? объекта).
В результате получились очередные промежуточные выводы:
В задачах можно выделить два общих момента - физические свойства объекта и внешнее воздействие на объект. Они записываются с помощью граничных условий, которые показывают количественную разницу у свойства в ограниченном [ими] и неограниченном пространстве. Эта разница (по-видимому) является результатом внешнего воздействия.
Было высказано предположение, что любая гидродинамическая характеристика, не обязательно сплошносредная, будет представлять собой бесконечно повторяющуюся зависимость, выраженную изменяющимися параметрами.
- H_P H_P

8.11
№13 Обсуждали гран. условия их значение для г-д модели
Гран. условия. Вопросы и ответы.
- чему они принадлежат: являются ли они г-д методом описания информации, поступившей из физики, или это чисто г-д условность и её нельзя привязать к физическому объекту? В чём разница между гран. условиями и границей объекта?
- важность гран. условий для типологии г-д моделей (задач). Все задачи включают (явно или имплицитно) гран. условия. Может ли то, как они записываются, послужить основой для классификации задач? Вряд ли.
- Что такое гран. условия, что они делают? Описывают переход.
Каким образом? Измеряют свойство в момент перехода из одной сплошной среды в другую (???).
Liudmila Klimenko граничные условия - это просто граница, как часть объекта физики, записанная на языке математики в гидродинамике.

11.11
№14 Создали обобщённое представление о гидродинамических задачах, их трёх основных элементах и взаимодействии этих элементов.
Сначала мы уточнили, что граничные условия корректнее называть "граничная область", и её можно рассматривать как результат взаимодействия двух сред.
В гидродинамических задачах мы выделили 3 основных элемента: физическое свойство объекта, внешнее воздействие и граничную область.
Каждый из этих элементов представляет собой множество соответствующих величин, за исключением граничной области, которая не имеет постоянного значения, но получает его для конкретной задачи.
Гидродинамические задачи рассматривают взаимодействия этих трёх элементов. В задаче могут рассматриваться как все три, так и только два из взаимодействий, но это не значит, что третий элемент отсутствует - просто его значение не учитывается при решении задачи.
Таким образом, гидродинамические задачи объединяют три области, являющиеся ключевыми для гидродинамической модели: физику (св-во объекта), гидродинамику(внеш. воздействие, кот. рассматривается как г-д величина) и математику (гран. область).
/Хотя, если подумать, это у меня выглядит как-то механистически:( /
Остаётся очень важный вопрос: какие свойства выбираются из множеств, а какие не учитываются? Для того, чтобы продуктивно ответить на него, нужно обладать очень высокой научной квалификацией.
triangle.jpg
- H_P H_P

 

 

Comments (0)

You don't have permission to comment on this page.