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.

Окружающая среда и контрольная поверхность системы с точки зрения физики

АННОТАЦИЯ. Поясняется сущность взаимосвязи между физической системой и окружающей средой. Раскрывается сущность понятий “контрольная поверхность системы” и “изолированная система”.

ПРИМЕЧАНИЕ: Для получения краткой справки по поводу недостаточно ясных, редко применяемых или введенных автором сайта терминов пройдитесь по ссылке Предметный указатель (от А до О и от П до Я).

Физическая система определена как мысленно выделенная часть материального мира. В данной статье описана процедура такого “мысленного выделения”.

Что понимается под средой, окружающей физическую систему?

Материальный мир, окружающий физическую систему, называют в физике окружающей средой. Это понятие обычно рассматривается с точки зрения экологии. На настоящем сайте понимание этого термина привязано к физике. Приведем определение окружающей среды из англоязычной Википедии: "Всё, что находится вне системы, является окружающей средой, которая при анализе игнорируется за исключением ее воздействия на систему. Сокращение окружающей среды до системы произвольно, оно, в целом, сделано для упрощения анализа в максимально возможной степени".

Рассмотрим, что именно отделяет физическую систему от окружающей ее среды. Для этой цели А.Вейник (1968) предложил применить такое понятие, как контрольная поверхность системы.

Физическую систему от окружающей среды отделяет контрольная поверхность

С точки зрения лексики название это не совсем удачное, так как никто эту поверхность не контролирует, она мысленная. Встречается также термин "граничная поверхность". Эта поверхность между физической системой и окружающей средой выбирается произвольно, чтобы упростить анализ состояния и поведения физической системы. То есть контрольная поверхность – это такая же по сути физическая модель, как и сама физическая система.

Контрольная поверхность - понятие, содержание которого определяется теми задачами, которые мы ставим перед собой при изучении конкретной физической системы. Например, мы можем “приказать” этой поверхности быть для одних форм движения проницаемой, а для других непроницаемой.

Возьмем, к примеру, воду в водопроводной трубе и будем считать мысленно количество воды в трубе физической системой. Основная часть контрольной поверхности – это внутренняя поверхность стенки трубы, она для воды непроницаема (пока трубу ржавчина не проела). Но в конце трубы имеется торцевое сечение, через которое вода из трубы выливается. Это сечение – тоже часть контрольной поверхности, только проницаемая для воды. Разумеется, есть и другое торцевое сечение, через которое вода в трубу вливается, оно тоже является частью контрольной поверхности.

Слово “проницаемость“ тоже неоднозначно. Если стенки трубы для воды непроницаемы, то они вполне проницаемы для тепловой энергии, вследствие чего вода в трубе то нагревается, то охлаждается под воздействием внешних по отношению к трубе факторов. Получается, что часть контрольной поверхности (стенки трубы) для гидравлической формы движения непроницаема, а для тепловой формы движения проницаема.

В физике при применении этого термина следует иметь в виду некоторые нюансы. Возьмем, к примеру, такую физическую систему, как автомобиль, и пусть нас интересует такой параметр, как скорость автомобиля. Вопрос: водитель по отношению к автомобилю находится внутри системы или в окружающей автомобиль среде? Ответ неоднозначен.

Если принимать во внимание, что изменение скорости автомобиля (его ускорение) зависит от его массы, а масса водителя – это часть массы автомобиля, то, конечно, водитель находится внутри системы. Но, с другой стороны, для изменения скорости автомобиля надо нажать на педаль газа. С точки зрения автомобиля, как неодушевленной системы, эта процедура является для него внешним воздействием. Автомобиль воспринимает водителя в этом плане, как элемент окружающей среды. Есть даже такая песня Высоцкого, слова которой написаны от имени самолета, говорящего о пилоте словами: “тот, который во мне сидит”. Это как раз тот самый случай.

А вот слой воздуха, находящийся на внешней поверхности корпуса движущегося автомобиля, следует обязательно включить в систему “автомобиль”. Ведь этот слой оказывает существенное влияние на скорость автомобиля, создавая сопротивление движению. Для этого следует провести контрольную поверхность системы “автомобиль” мысленно так, чтобы она включала в себя этот пограничный слой воздуха. Вопрос о том, где граница этого слоя воздуха, достаточно сложен, но он современной наукой решается.

Как видим, один и тот же автомобиль и контрольная поверхность автомобиля, как физической системы, могут быть представлены мысленно в виде различных моделей. Смотря, кого что интересует.

Что такое изолированная система?

Если контрольная поверхность системы непроницаема для любых форм движения, то такую систему называют изолированной системой. “Изолированная” в переводе с французского языка и есть “обособленная”. Но слово “изолированная” следует понимать произвольно. Если нас интересует изменение только нескольких параметров системы, то мы считаем, что система изолирована от окружающей среды только по этим параметрам, а взаимосвязь по остальным параметрам нами просто не принимается во внимание. В науке говорят, что ими пренебрегают.

Имеется наука, которая вообще старается не интересоваться тем, какие именно физические процессы происходят внутри физической системы. Она изучает обобщенные процессы перехода системы из одного состояния в другое. Эта наука называется теорией автоматического управления. В ней понятию “физическая система” соответствует название “черный ящик”. В том смысле, что при исследовании его поведения не интересуются тем, что происходит внутри него.

Литература

1. Вейник А.И., 1968, Термодинамика. 3-е изд. – Минск, Вышейшая школа, 464 с.


© И. Коган Дата первой публикации 01.03.2008
Дата последнего обновления 06.05.2013

Оглавление раздела Предыдущая Следующая