Решение задач по физике. Общие методы - Беликов Б.С.
Скачать (прямая ссылка):
Возможны два способа нахождения неизвестных величин какого-либо физического явления: экспериментальный и теоретический. В экспериментальном методе на опыте, путем измерений определяют неизвестные величины. В теоретическом методе эти неизвестные величины определяют путем физического анализа данного явления, с помощью соответствующих физических законов, управляющих этим явлением. Физические законы связывают между собой различные физические величины, среди которых могут оказаться и известные, и неизвестные. Если в результате применения соответствующих физических законов составлена замкнутая система уравнений, в число неизвестных которой входят и те неизвестные физические величины, которые необходимо определить, то после решения этой системы уравнений данная задача может быть решена теоретически.
Из этих двух способов и следует первая классификация физических задач. Задачи могут быть экспериментальными и теоретическими. Задачу называют экспериментальной, если для ее решения необходимо использовать измерения.
13
Экспериментальные задачи не будут исследоваться в этой книге (их обычно рассматривают в лабораторном практикуме). Теоретической физической задачей назовем физическое явление (или совокупность явлений) с некоторыми известными и неизвестными физическими величинами, характеризующими это явление, если такую задачу решают, не используя измерений. В этом пособии мы будем рассматривать только теоретические физические задачи. В дальнейшем эпитет «теоретическая» перед словом «задача» будет для краткости опускаться.
Классификацию теоретических задач проведем по двум важнейшим признакам физической задачи, сформулированным выше (задача ставится и решается человеком, и задача выражает какое-либо физическое явление). По первому признаку разделим все физические задачи на два класса: непоставленные и поставленные. Непоставленной назовем задачу, в которой или не обеспечена совокупность необходимых данных (за исключением табличных величин) для ее решения, или не проведена ее идеализация, или то и другое вместе взятое. Более подробно непоставленные задачи будут рассмотрены ниже.
В поставленной задаче не только обеспечена полнота величин и их значений, необходимых для ее решения, но и проведен процесс идеализации. Следовательно, поставленная задача — это некоторым образом «препарированная» задача, которая всегда имеет решение.
Классификацию поставленных задач проведем на основании второго существенного признака: задача выражает какое-либо физическое явление. По тем же признакам, что и физические явления, классифицируются и физические задачи: к какому типу относится физическое явление, которое выражает данная физическая задача, к такому же типу относится и соответствующая задача. Короче, каково физическое явление, такова и соответствующая этому явлению задача. По общему признаку все поставленные задачи разделим на классические и квантовые. Далее, каждую классическую (и, конечно, квантовую) задачу можно было бы отнести по частным признакам к соответствующему типу (вплоть до подразделения по элементарным признакам). Но едва ли целесообразно проводить такую более подробную классификацию задач — не только потому, что для этого предварительно потребовалось бы изложить всю совокупность физических явлений (т. е. весь курс общей физики), но и вследствие того, что для начинающих изучать общую физику она окажется весьма
14
громоздкой и, по-видимому, малополезной при решении задач. Поэтому мы ограничимся вышеприведенной общей классификацией по двум обобщенным признакам (непо-ставленные и поставленные, классические и квантовые задачи). Заметим, что если анализ физической системы, часто еще до окончательного решения, позволяет определить, является ли задача/ классической или квантовой, какие в ней ,введены идеальные объекты и идеальные процессы, каковы взаимодействия и их возможные последствия и т. д., то принадлежность данной задачи к непоставленной или поставленной иногда можно установить только после ее решения.
Полезно ввести еще понятие о так называемой основной задаче. 'Каждое физическое явление характеризуется определенной совокупностью физических величин. Эти величины связаны между собой некоторыми физическими законами. Среди множества законов, управляющих данным физическим явлением, имеется один или несколько главных, фундаментальных. Нахождение физических величин, входящих в фундаментальные законы, составляет содержание основной задачи физического явления. Далее, используя второстепенные законы, определяют всю совокупность физических величин, характеризующих данное явление. Можно показать, что любая основная задача из общего курса физики заключается в нахождении состояния соответствующей физической системы.
глава 2
некоторые общие методы решения задач по физике
§ 4. Этапы решения поставленной задачи
В процессе решения поставленной задачи полезно различать три этапа: физический, математический и анализ решения.
Физический этап начинается с ознакомления с условиями задачи и заканчивается составлением замкнутой системы уравнений, в число неизвестных которой входят и искомые величины. После составления замкнутой системы уравнений задача считается физически решенной.
