^{«Педагогические науки»}

^{2. Проблемы подготовки специалистов.}

Свириденко Ю.Ф., Кунцов В.П.

^{ЮФ НУБиП Украины «Крымский агротехнологический университет»}

КАКИМ ДОЛЖЕН БЫТЬ КУРС ФИЗИКИ ДЛЯ ИНЖЕНЕРА?

Физика составляет фундамент всякого естественнонаучного и инженерного образования. Выбор формы курса физики, его объём, уровень используемого математического аппарата и место курса в учебном процессе имеют неоднозначное решение. Что же является главным в курсе физики? Как устроен материальный мир? Каковы причины наблюдаемых в материальном мире явлений? Как найти оптимальное решение при рассмотрении любой проблемы? Причиной любого явления и материальных свойств тел является взаимодействие между телами или частицами (Табл.1). Таблица 1.

Взаимодей-ствие	Носители взаимодействия	Проявление	Интен-сив-ность	Радиус действия, м	Явление
Сильное	Адроны	Ядерные силы	~1	~10^-16	Атомные ядра
Электро-магнитное	Электрически заряженные частицы и фотоны	Кулонов-ские силы	1/137	∞	Атомы, молекулы, тела
Слабое	Все частицы (кроме фотонов)	Бэта-превра-щение атом-ных ядер	~10^-10	~10^-18	Нестабиль - ность частиц
Гравита-ционное	Все тела Вселенной	Силы гравитации	~10^-38	∞	Звёзды, планетные системы

Решая любую техническую или естественнонаучную проблему мы рассматриваем то или иное физическое явление, происходящее с определёнными объектами (системами) или изучаем свойства этих объектов (систем). Сначала выясняем, каков характер взаимодействия рассматриваемого объекта (системы) с другими объектами (системами)? Что требует определить действующие силы, характер движения объекта (изменение состояния системы), энергию объекта (системы) и её изменение.

Физические явления и свойства материальных объектов мы характеризуем с помощью физических величин и единиц их измерения (основных, дополнительных и производных).

Зная начальное состояние системы (параметры состояния, положение тела) с помощью законов движения, равновесия, сохранения мы определяем состояние системы (положение тела) в любой момент времени.

При рассмотрении любого явления можно выделить три характеристики: сохранение, относительность и оптимальность. Законы сохранения отражают устойчивость природы, относительность - разнообразие природы, а оптимальность – определяет возможное направление процесса. Например, в механике три закона сохранения (импульса, энергии, момента импульса), принципы относительности Галилея и Эйнштейна, законы Ньютона – определяют движение тела. В термодинамике, первый закон термодинамики определяет энергетический баланс процесса, второй - возможное направление процесса и т.д. В ядерной физике законы сохранения определяют протекание ядерных реакций.

Инженер, принимая то или иное техническое решение, должен учитывать законы физики и конкретные обстоятельства их применения, чтобы найти оптимальное решение в данных условиях.

Примерный порядок рассмотрения любого явления в физике представлен в Таблице 2.

Таблица 2.

ФИЗИКА (изучает…)
ПРИРОДУ ЯВЛЕНИЯ (процесса, эффекта - электрический ток, электрическое поле, магнитное поле, электромагнитное поле, волны, звук, свет…)		СВОЙСТВА (материальных тел – газы, жидкости, твёрдые тела…)
ОБЪЕКТЫ (ядро, молекула, кристалл, тело, заряд…)
ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ (частиц, тел – сильное, электромагнитное, слабое, гравитационное)
СИЛЫ (ядерные, кулоновские, гравитационные, трения, упругости, тяготения…)	ДВИЖЕНИЕ (механическое, тепловое, электрический ток, волновое, ядерные реакции…)		ЭНЕРГИЯ (кинетическая - энергия движения, потенциальная - энергия взаимодействия)
ФИЗИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ И ЕДИНИЦЫ ИХ ИЗМЕРЕНИЯ (основные, дополнительные, производные…)
СОСТОЯНИЕ СИСТЕМЫ (ПОЛОЖЕНИЕ ТЕЛА) (начальное состояние, начальное положение, параметры состояния системы…конечное состояние)
ЗАКОНЫ ДВИЖЕНИЯ, РАВНОВЕСИЯ, СОХРАНЕНИЯ (законы кинематики, динамики, законы сохранения импульса, энергии, момента импульса, электрического заряда, условия равновесия, плавания…)
СОХРАНЕНИЕ (законы сохранения)	ОТНОСИТЕЛЬНОСТЬ (принципы относительности)		ОПТИМАЛЬНОСТЬ (принципы минимизации)
ЛЮБОЕ ОПТИМАЛЬНОЕ РЕШЕНИЕ ТРЕБУЕТ УЧЁТА РЕАЛЬНЫХ ОБСТОЯТЕЛЬСТВ, ТРЕБУЕМЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ КАЧЕСТВА И СВЯЗАНО СО СРОКАМИ ИСПОЛНЕНИЯ

Например, термодинамика изучает общие свойства макроскопических систем, не рассматривая микропроцессы в этих системах. Объектом изучения термодинамики является термодинамическая система (замкнутая, изолированная, открытая). Состояние термодинамической системы определяют параметры состояния – совокупность физических величин, характеризующих свойства термодинамической системы). В основе термодинамики лежат два закона: первый закон термодинамики, определяет энергетический баланс процесса, показывая количественное превращение энергии; второй закон термодинамики, показывает возможное направление процесса.

В термодинамике рассматривается внутренняя энергия (суммарная кинетическая и потенциальная энергия взаимодействия всех частиц системы - U) термодинамической системы и две формы передачи энергии: работа и теплота. При этом интерес представляет не само значение внутренней энергии U, а её изменение при изменении состояния системы ΔU.

В тепловом двигателе происходит превращение внутренней энергии в механическую, эффективность работы которого определяет коэффициент полезного действия. Из всех газовых процессов (изотермический, изобарный, изохорный, адиабатный) в соответствии с первым законом термодинамики максимальную работу газ совершает в изотермическом процессе (Q = А), а понижение температуры для возвращения системы в первоначальное состояние для совершения максимальной работы в цикле происходит при адиабатном процессе – цикл Карно.

Современное производство при разработке новых двигателей требует не только их высокий КПД, но и снижение уровня вредных выбросов. Сегодня нельзя решать вопросы энергетики без учёта экологических проблем.

Инженер должен находить оптимальное решение, учитывая уровень производства сегодняшнего дня и перспективы развития.