Контакты jokoil@mail.ru КАРТА САЙТА English

Энергодинамическая система физических величин и понятий

(ЭСВП)


Не смешивать с СИ, унифицирующей ЕДИНИЦЫ измерений (разъяснение).

На Главную

Кому и зачем это нужно?

К сведению студентов

Основные понятия физики

Формы и виды энергии

Классификация физических систем

Основная идея системы величин

Таблицы физических величин

Итоги и выводы:

     Формы и виды движения

     Подробно об угле поворота

     О движении тела по орбите

     Заряды физического поля

     Новые единицы величин         колебаний и волн

     Новая единица         температуры

     Новый взгляд на         явления переноса

     Критерии подобия всюду

     Современная революция         в метрологии

Системный подход в экономике

История систематизации
величин и единиц


Необходимость модернизации
обучения физике


Учебно-наглядные пособия


Новости сайта

Шутки на тему сайта


Oб авторе проекта

Коган И.Ш.

Системы физических величин - тенденции развития

СОДЕРЖАНИЕ.
1. Основные тенденции при создании систем физических величин.
2. Что приоритетнее: теория физических аналогий или энергодинамика?
3. Иллюзорность геометризации систем величин в рамках LT-системы размерностей.
4. Графические и табличные способы представления систем физических величин.
5. Работы по созданию систем физических величин игнорируются физическими журналами.
6. Возможные причины отставания в решении проблемы создания систем физических величин.
7. Выводы по поводу основных идей в области создания систем физических величин.

1. Основные тенденции при создании систем физических величин.

В области обобщения и систематизации физических величин наблюдается несколько тенденций, их развитие идет параллельными и не всегда соприкасающимися курсами:
- использование теории физических аналогий (работы Г.Ольсона, П.Бридфельда, В.Костышина, К.Гольберта, П.Пирната),
- использование энергодинамического принципа, требующего признания энергии основной физической величиной (работы И.Когана и Д.Ермолаева),
- требование включения угловой величины в состав набора основных величин (работы В.Эдера, А.Торренса, И.Когана, П.Бридфельда, В.Костышина, К.Гольберта, П.Пирната),
- геометризация систем физических величин в рамках LT-системы размерностей (работы Р.ди Бартини, Г.Смирнова, В.Новицкого, В.Ерохина).
- использование графических средств и компьютерной техники для иллюстрирования систем физических величин (работы Н.Плотникова, А.Чуева).
Проанализируем тенденции развития этих направлений.

2. Что приоритетнее: теория физических аналогий или энергодинамика?

Использование физических аналогий базируется на определяющем уравнении для мощности P = UI в электродинамике, которое не является первичным. При использовании этого уравнения ошибочно предполагается, что возможны два подхода при рассмотрении электромеханических аналогий: аналогия “сила-напряжение” и аналогия “сила-ток”. Однако в работе Н.Хогана и П.Бридфельда (1999) приводится 6 весомых аргументов в пользу того, что правильной физической аналогией является аналогия “масса-индуктивность”, вытекающая из аналогии “сила-напряжение”, а не аналогия “масса-ёмкость”, вытекающая из аналогии “сила-ток”. Правда, ни один из этих 6 аргументов не сопровожден доказательством.

Но на базе уравнения P = UI это и не удастся доказать, потому что первичным определяющим уравнением для мощности является уравнение P = dE/dt, поскольку основной физической величиной должна быть энергия E. Именно на этой базе построена теория А.Вейника (1968), системы физических величин И.Когана (2006) и Д.Ермолаева (2004).

Теория физических аналогий близка к энергодинамике, но отличается от нее тем, что в ней присутствует, скорее, стремление к поиску аналогий в записи уравнений связи, нежели поиск уравнений, обобщающих разные физические явления, поиск единства физических закономерностей. Не случайно монография В.Эткина (2008), развивающая теорию А.Вейника, удостоена медали Лейбница Европейской академии естественных наук

3. Иллюзорность геометризации систем величин в рамках LT-системы размерностей.

При использовании LT-системы размерностей систематизация физических величин осуществляется только на основании сравнения их размерностей в этой системе. Систематизация реализуется с помощью таблиц с ячейками, в каждую из которых помещается та величина, размерность которой соответствует LT-размерности этой ячейки. Даже если таких величин в ячейке оказывается много. По этому поводу полезно процитировать мнение О.Зайцева (2001): “Возникновение оригинальных интерпретаций очень часто оказывается результатом грубой проекции математического формализма на физическую почву”. Оправдывается в каком-то смысле и фраза В.И.Ленина: “Материя исчезла, остались одни уравнения” (в данном случае - таблицы).

Стремление заменить систематизацию физических величин систематизацией их размерностей или, того хуже, единиц является, на наш взгляд, наиболее тревожной тенденцией сторонников LT-системы размерностей, так как размерности не отражают физическое содержание величин. Автор данного сайта считает, что систематизация физических величин должна быть следствием систематизации физических закономерностей, а размерности и единицы могут лишь иллюстрировать систематизацию физических величин, а не быть ее основой.

4. Графические и табличные способы представления систем физических величин.

Графическая и табличная формы играет большое значение с точки зрения легкости ее восприятия, усвоения, запоминания и, как следствие, использования. Именно это имели и имеют в виду такие авторы, как Г.Ольсон, Р. ди Бартини, Н.Плотников, И.Коган, А.Чуев. Все упомянутые дидактические признаки относятся к методике преподавания и разъяснения, что очень важно.

Р. ди Бартини, автор LT-системы размерномтей, в основе которой лежит лишь математическое обоснование, придавал табличной форме представления своей системы превалирующее значение. Н.Плотников (1978) и А.Чуев (2007, 2010), создавая свои системы физических закономерностей, графически показали аналогию уравнений связи между различными физическими величинами в различных разделах физики, подтверждая тем самым единство Природы и существование обобщенной физической системы. Поэтому их системы величин носят ярко выраженное прогностическое начало, особенно электронное учебное пособие А.Чуева (2010).

Но некоторые авторы, например, В.Васильев (2004), посвятили свои работы совершенствованию форм графического представления, доводя это совершенствование до отсутствия физического смысла. В работе В.Васильева системное расположение физических величин увязывается с идеей Творца. Иногда о Творце не говорят, а говорят более обтекаемо: о результатах разумного моделирования. Комментировать подобные идеи, пожалуй, не стоит.

5. Работы по созданию систем физических величин игнорируются физическими журналами.

Продолжает существовать одна общая тревожная тенденция. Дело в том, что работы ученых в области обобщения и систематизации физических величин начинают приводить их к выводам, не укладывающимся в рамки представлений, принятых в современной физике. Но, поскольку в редакциях академических журналов ведущую роль играют представители традиционных взглядов, то нетрадиционные веяния в области систематизации в физике не рассматриваются и не обсуждаются на страницах академических физических журналов.

Работы энтузиастов систематизации физических величин публикуются небольшими тиражами в периферийных издательствах либо за счет авторов, либо в виде статей в малоизвестных сборниках, до массового читателя они не доходят. Примером этого является интересная работа Н.Плотникова (1978). Не случайно в работах новаторов, предлагающих сисеты величин, практически нет ссылок друг на друга. Установление приоритетности того или другого новшества в этом научном направлении было лишено смысла. Каждый автор предлагал свою систему величин, не будучи знакомым с работами своих предшественников.

В конце ХХ века Интернет произвел революционный переворот в области взаимной осведомленности, особенно важную роль сыграло развитие поисковых систем. Идеи малоизвестных или практически неизвестных авторов становятся известными для тех, кто хочет с ними познакомиться. И теперь незнание работ единомышленников не всегда может быть оправдано.

6. Возможные причины отставания в решении проблемы создания систем физических величин.

Отсутствие на сегодняшний день общепринятой системы физических величин имеет, на наш взгляд, исторические причины. Мышление людей отражает, в первую очередь, то, что они воспринимают через свои органы чувств, через созданные ими же теории и измерительные приборы. В некоторых научных работах даже существует ссылка на “здравый смысл“, к которой следует относиться с большим подозрением, потому что за ней подчас скрывается указание на необходимость следовать мнению большинства. Именно "здравый смысл" породил когда-то геоцентризм, люди тысячелетиями утверждали, что Солнце вращается вокруг Земли, потому что это было очевидно.

На основе впечатлений от органов чувств человека развивалась и классическая физика. Между физическими величинами в результате подобного развития устанавливались иногда такие взаимосвязи, которые не соответствовали истинному положению вещей, и, прежде всего, принципу причинности. Подчас не основные, а производные физические величины оказывались более наглядными и понятными или более точно измеряемыми, они и ложились в основу систем единиц измерений. Подобная судьба оказалась у такой физической величины, как электрический ток, которая и до сих пор является основной физической величиной в СИ.

Открытие магнитного поля раньше электрического поля до сих пор мешает установить естественную очередность составления определяющих уравнений в электродинамике, несмотря на наличие уравнений Д.Максвелла. Физики признают путаницу в терминологии, касающуюся понятий “напряженность“ и “индукция“, но ничего не меняют, ссылаясь на исторические причины. Введение в термодинамику энтропии ввергло ее в состояние логической незавершенности на протяжении уже двух столетий, да и само понятие "Энтропия" приобрело уже второй смысл, независимый от термодинамики.

Анализ работ некоторых авторов систем физических величин показывает, что они время от времени исправляют свои собственные выводы, оказавшиеся, как выясняется, ошибочными. Представляется, что главной причиной совершения ошибок является инерция подсознания, в которое прочно вошли заученные с молодости представления современной физики, в том числе уже устаревшие. Психологи не случайно утверждают, что самой трудной работой сознания является работа против собственного подсознания.

7. Выводы по поводу основных идей в области создания систем физических величин.

Анализ динамики исследований в области систематизации физических величин позволяет сделать ряд выводов по поводу развития основных идей в этой области:

1. Введение обобщенных физических величин необходимо. Впервые их ввел в механику Ж.Лагранж в XVIII веке, и в подобном виде они остаются в механике до сих пор. А.Вейник (1968) расширил количество обобщенных физических величин. В системах физических величин обобщенные величины впервые появились у Н.Плотникова (1978), П.Бридфельда (1984) и И.Когана (1993), затем у В.Костышина (2000), К.Гольберта (2003), Д.Ермолаева (2003), П.Пирната (2005). В теории физических аналогий Г.Ольсона (1943) и в геометризованных системах физических величин Р.ди Бартини (1966, 1974) и других сторонников LT-системы величин обобщенные физические величины отсутствуют, именно поэтому эти научные направления бесперспективны.

2. До ХХ века существовала лишь унификация единиц измерений. Систематизация физических величин начала проводиться лишь во второй половине ХХ века в работах Г.Ольсона (1943, 1966), Р.ди Бартини (1966, 1974) и Н.Плотникова (1978). Качественный скачок в этом направлении произошел в конце ХХ века и продолжается сейчас в работах И.Когана (1998, 2003-2004, 2006, 2010), А.Чуева (1999, 2003, 2007, 2010), Д.Ермолаева (2003), К.Гольберта (2003), П.Пирната (2005).

3. При систематизации физических величин Приходится иногда вводить новые понятия. Любое обобщение и любая систематизация обладают своей внутренней логикой, которая не всегда совпадает с той логикой, которая существует в современной физике. Стремление обобщить и систематизировать физические величины и понятия неизбежно наталкивается на необходимость введения новых величин или новых названий для уже существующих величин. Процент подобных нововведений достаточно высок. В системах А.Чуева и П.Пирната он равен примерно 50%, а в работе Д.Ермолаева (2003) выходит за рамки целесообразности (почти 80%). Лишь Г.Ольсон (1943) и Н.Плотников (1978) не ввели в свои системы ни одной новой физической величины и ни одного нового названия. Явление, вынуждающее его авторов вводить новые физические величины и понятия, является косвенным свидетельством наличия той “понятийной бессистемности”, которая существует в современной физике и вынуждает к нововведениям.

4. В физике и технике наблюдается избыточность производных физических величин. В современной физике чрезмерно велико количество производных величин. Много таких производных величин, для которых не найдены соответствующие им обобщенные физические величины. Причиной этого является то обстоятельство, что в физику и в технические дисциплины вводятся все новые и новые производные величины, с которыми удобно работать, а о том, как они соотносятся с природой физического явления и легко ли их обобщить, никто не задумывается. Чем больше становится подобных априорных производных величин, тем дальше отдаляются друг от друга разные разделы физики и разные технические дисциплины. Больше всего таких априорных производных величин оказалось в механике (около 50%) и в электромагнетизме (около 40%). Может быть, это обстоятельство и объясняет, почему так непохожи друг на друга при преподавании механические и электротехнические дисциплины.

5. Необходимо систематизировать символику. Любой исследователь в области обобщения и систематизации физических величин неизбежно сталкивается с тем, что стремление обобщить физические величины из разных разделов физики сдерживается ограниченным количеством букв латинского и греческого алфавитов. Сама логика систематизации заставляет всех ее авторов уделять большое внимание упорядочению символики и системы индексации. Упорядочение символики важно и с точки зрения педагогики, так как зрительная память – наиболее распространенный и наиболее весомый с точки зрения психологии и дидактики вид памяти. Однако этот процесс наталкивается на сопротивление метрологов, уже успевших узаконить “символьную бессистемность“, и большинства физиков и инженеров, уже успевших стать “узкими специалистами“. Такое сопротивление хоть и является неизбежным, но его надо преодолевать, ибо сроки обучения не меняются.

Литература

1. ди Бартини, Роберт Орос, 1966, Соотношение между физическими величинами. Сб. “Проблемы теории гравитации и элементарных частиц.“, вып. 1, М.:Атомиздат.
2. ди Бартини Р. О., Кузнецов П. Г., 1974, Множественность геометрий и множественность физик. – Брянск, Сб.: “Моделирование динамических систем", с. 18-29.
3. Васильев В.Я., 2004, Периодическая система физик и биологическая картина мира. – Десногорск, Изд. ООО “Газета Авось-ка”, 160 с.
4. Вейник А.И., 1968, Термодинамика. 3-е изд. – Минск, Вышейшая школа, 464 с.
5. Ермолаев Д.С., 2003, Обобщенные законы физики или физика для начинающих. – http://www.sciteclibrary.ru/rus/catalog/pages/4959.html
6. Ерохин В.В., 2008, Абсолютная система физических единиц. – http://new-idea.kulichki.net/?mode=physics&pn=1
7. Коган И.Ш., 1993, Основы техники. Киров, КГПИ, 231 с.
8. Коган И.Ш., 1998, О возможном принципе систематизации физических величин. – “Законодательная и прикладная метрология”, 5, с.с. 30-43.
9. Коган И.Ш., 2003, Пути решения проблемы систематизации физических величин. –http://www.sciteclibrary.ru/rus/catalog/pages/7073.html
10. Коган И.Ш., 2004, “Физические аналогии” – не аналогии, а закон природы. – http://www.sciteclibrary.ru/rus/catalog/pages/7438.html
11. Коган И.Ш., 2006, Обобщение и систематизация физических величин и понятий. – Хайфа, 207 с.
12. Коган И.Ш., 2010, Физические величины и понятия (Обобщение и систематизация). – http://physicalsystems.narod.ru/index.html
13. Костишин В.С., 2000, Застосування теорії розмірностей для встановлення точних фізичних аналогій. – Івано-Франківськ, Методи та прилади контролю якості. №6.- с. с. 69-72.
14. Плотников Н.А., 1978, Система физических величин. – Вологда, Областной Совет ВОИР, 34 с., а также http:/plotnikovna.narod.ru
15. Тереск А.А., 2005, Матричная периодическая система физических формул и законов. – Таллинн, http://www.hot.ee/teresk.
16. Чуев А.С., 1999, Физическая картина мира в размерности “длина-время”. Серия ”Информатизация России на пороге XXI века”. – М., СИНТЕГ, 96 с., а также Естественная кинематическая система размерностей. http://www.chuev.narod.ru/
17. Чуев А.С., 2003, О существующих и теоретически возможных силовых законах, обнаруживаемых в системе физических величин. – http://www.sciteclibrary.ru/rus/catalog/pages/5811.html
18. Чуев А.С., 2007, Система физических величин. Текстовая часть электронного учебного пособия. http://www.chuev.narod.ru/
19. Чуев А.С., 2010, Система ФВ в электронном исполнении. http://www.chuev.narod.ru/
20. Эткин В.А., 1992, Основы энергодинамики. – Тольятти, ТПИ.
21. Эткин В.А., 2008, Энергодинамика (синтез теорий переноса и преобразования энергии). – СПб.: Наука, 409 с.
22. Breedveld, P.C., 1984, Physical Systems Theory in Terms of Bond Graphs. Ph.D. Thesis. Enschede, Twente University of Technology.
23. Hogan N., Breedveld, P.C., 1999, The physical basis of analogies in network models of physical system dynamics. - http://www.ce.utwente.nl/rtweb/publications/1999/pdf-files/010_R99.pdf
24. Holbert, K.E., 2003, Interdisciplinary Electrical Analogies. – http://www.eas.asu.edu/~holbert/images/math_integ.gif
25. Olson H.F., 1943, Dynamical analogies. – New York, D. Van Nostrand Co. (Русский перевод: Ольсон Г., 1947, Динамические аналогии. – М.: ИЛ.)
26. Pirnat P., 2005, Physical Analogies. – http://www.ticalc.org/cgi-bin/zipview?89/basic/science/physanal.zip;physanal.txt


Оглавление Предыдущая


© И. Коган Дата первой публикации 1.01.2008
Дата последнего обновления 30.03.2015