Все вопросы Мухин. Наука это особый рациональный способ познания мира, основанный на эмпирической проверке или математическом доказательстве

• Название: Наука это особый рациональный способ познания мира, основанный на эмпирической проверке или математическом доказательстве
• Дата: 25.06.2021
• Размер: 0.71 Mb.
• Имя файла: Все вопросы Мухин.doc
• Тип: Задача; #221546
• страница: 17 из 20

Новые принципы организации научных исследований

В начале XIX в. "старые" европейские академии - эти замкнутые кастовые корпорации - переживали застой и были не адекватны времени ни по организации, ни по оснащению, ни по кадровому составу. Центрами европейской научной жизни становятся университеты и вновь создаваемые научные организации - исследовательские институты. Их финансировали как государство, так и частные лица.

Первую физическую лабораторию, близкую по структуре к современной, создал у себя дома Г.Кавендиш (1731-1810), но он был "великим отшельником", поэтому подлинные лаборатории стали возникать там, где были научные сообщества и ученики. Как, например, основанная в 1874 г. Дж.Максвеллом знаменитая Кавендишская лаборатория в университете в Кембридже (Универсальный центр физических исследований).

Научно-техническое развитие Европы и США создавало естественные формы коммуникации.

В науке, прежде всего, происходил взаимный обмен стажерами и публикациями в области промышленного и технического развития - проведение регулярных международных промышленных выставок.

Образование

Роль образования в период становления и развития классической науки особенно велика. Во-первых, это была принципиально новая и социальная, и содержательная система, а, во-вторых, в своей основе она сохраняется и сегодня. В это время (XIX в.) впервые вводится дисциплинарная систематизация (дисциплинарность) знания - прежде всего, дидактические требования. Началом "нового образования" было создание инженерных школ (например, Школа мостов и дорог и Школа военных инженеров в Мезьере. Профессия преподавателя была настолько престижной, что ведущие ученые возглавляли не только научные и учебные, но и государственные учреждения, даже министерства. В Политехнической школе была впервые разработана лекционно-учебная литература по математике, механике и математической физике.

Техника и технологии XIX века

Развитие техники и технологии в этот период носило "взрывной характер", как по поражающим воображение масштабам и скорости распространения, так и по количеству и радикальности изобретений и нововведений.
14. Возникновение в конце XVIII в. технологии как дисциплины, систематизирующей знание о производственных процессах.

Наука обнаруживает прагматическую ценность, возможность постоянного и систематического внедрения в производство своих результатов. Они реализуются в виде новой техники и технологии. использование результатов науки в производстве в доиндустриальные эпохи носило эпизодический характер.

В конце 18- первой половине 19 в. индустриальное развитие поставило проблему обеспечить научную основу технологических инноваций, систематически включая их в систему производства. Именно тогда начинается процесс интенсивного взаимодействия науки и техники (НТП).

Выражением потребности межу естественнонаучными дисциплинами и производством становятся научно-теоретические исследования технических наук.

Экспериментальная наука (прикладная) + научно-теоретические технические знания (фундаментальная) = техника и технология.

Особенность функционирования технического знания (т.е. связь с практикой) – обслуживать проектирование технических и социальных систем. Проектирование отличается от исследования, т.к. имеют свои особенности (ориентация на специфические задачи).

Научно-техническое знание синтезирует данные, получаемые в результате инженерно-практического опыта и естественно-научного исследования.

Существует 4 этапа в развитии технического знания:

5. 
   донаучный – (первобытно-общинный строй – эпоха Возрождения) – эмпирическое описание предмета, способ применения, практико-методические – технические – конструктивно-технологические знания. Этап орудийной техники – естественно-научные и технические знания развивались параллельно, без связи друг с другом.
   
6. 
   Зарождение технических наук (2-я половина 15 в. – 70-е гг. 19 в.) . для решения практических задач начинает привлекаться научное знание (техническое), формируются принципы и методы получения научно-технических знаний. Рост естествознания (становление классических наук). В технике – машинная техника связана с возникновением капиталистического способа производства.
   

Этот этап делится на 2 подэтапа:

• 
  2-я половина 15 в. – начало 18 в. – становление экспериментального метода на основе соединения науки с практикой;
  
• 
  Начало 18 в – до 70-х гг. 19 в. – появление новых научных теорий в естествознании (механике) явилось предпосылкой появления технической теории
  

7. 
   Классический (70-е гг. 19 в – середина 20 в). технические науки – развитая область научных знаний (предмет, средства, методы исследования), четкие формы взаимосвязи естествознания и технических наук.
   
8. 
   Интеграция естествознания и технического знания (продолжается и поныне) - неклассический.
   

Производственный процесс передается из поколения в поколение (практико-методические знания) → расчленение на специализированные операции → разные орудия и технологии → вспомогательные инструменты (конструктивно-техничекие элементы) + опыт. (Архимед – теоретические знания для решения задач в строительстве, военном деле, статика, гидростатика, рычаги, блоки ит.д.) → создание машинного производства (механика), порох, бумага, компас, текстиль, керамика, стеклодувная, металлообработка → для всего этого требовалось изучение свойств веществ и энергии.

Главной особенностью этапа зарождения технических наук является превращение технического знания в научное (связано с переходом к машинному производству).
15. Формирование технических наук механического цикла.
Развитие теоретических знаний ведет к созданию машин и машинного производства (мануфактуры). В этом принимает участие механика, математика, физика и химия. Возникновению экспериментальной науки больше всего способствовали знания о действии механических устройств и сведения из области технологии, следовательно, все более сложные механические устройства. Механика к тому моменту имела значительные теоретические и практические достижения в механизмах для переноса тяжестей, судостроении, ирригации, военном деле.

Из всех наук механика была наиболее тесно связана с техникой. Она раньше всех разделилась на теоретическую и прикладную. Появляются новые конструктивно-технические элементы, технологические приемы и, следовательно, технологические знания, применяемые в производстве. В исследовании различных свойств вещества и энергии нуждались металлообрабатывающая промышленность, стеклодувная, текстильная и т.д.

Выдвижение механики на первый план произошло в соответствии с особенностями процесса познания, т.к. механика изучает простейшую форму движения – перемещение. Коренные преобразования в мануфактурном производстве в условиях зарождавшегося капитализма привели к возникновению современного естествознания.
16. Формирование системы теплотехнических дисциплин.
Вплоть до второй половины XVIII века люди использовали для нужд производства в основном водяные двигатели. Так как передавать механическое движение от водяного колеса на большие расстояния невозможно, все фабрики приходилось строить на берегах рек, что не всегда было удобно. Кроме того, для эффективной работы такого двигателя часто требовались дорогостоящие подготовительные работы (устройство, прудов, строительство плотин и тому подобное). Были у водяных колес и другие недостатки: они имели малую мощность, работа их зависела от времени года и с трудом подавалась регулировке. Постепенно стала остро ощущаться нужда в принципиально новом двигателе: мощном, дешевом, автономном и легкоуправляемом. Именно таким двигателем на целое столетие стала для человека паровая машина. Идея парового двигателя была отчасти подсказана его изобретателям конструкцией поршневого водяного насоса, который был известен еще во времена античности.

Первые паровые машины, впрочем, были не столько двигателями, сколько паровыми насосами, используемыми для откачки воды из глубоких шахт. Принцип их действия основывался на том, что после своего охлаждения и конденсации в воду пар занимал пространство в 170 раз меньше, чем в разогретом состоянии. Если вытеснить из сосуда воздух разогретым паром, закрыть его, а потом охладить пар, давление внутри сосуда будет значительно меньше, чем снаружи. Внешнее атмосферное давление будет сжимать такой сосуд, и если в него поместить поршень, от будет двигаться внутрь с тем большей силой, чем больше его площадь. Впервые модель такой машины была предложена в 1690 году Папеным. В 1702 году создал свой насос Сейвери (паровой водоподъёмник, предназначавшийся для осушения шахт и перекачивания воды, и ставший прототипом паровой машины). Но наиболее широко применялась в первой половине XVIII века паровая машина Ньюкомена, созданная в 1711 году.

Фактически в машине Ньюкомена работу совершало атмосферное давление, а пар служил только для создания разряженного пространства. В целом машины Ньюкомена сыграли огромную роль в сохранении угольной промышленности. С их помощью удалось возобновить добычу угля во многих затопленных шахтах. Про изобретение Ньюкомена можно сказать, что это была действительно паровая машина, вернее, пароатмосферная машина. От предыдущих прототипов паровых машин её отличало следующее:

• 
  движущей силой в ней было атмосферное давление, а разрежение достигалось при конденсации пара;
  
• 
  в цилиндре находился поршень, который совершал рабочий ход под действием пара;
  
• 
  вакуум достигался в результате конденсации пара при впрыскивании внутрь цилиндра холодной воды.
  

В свете дальнейшего развития парового двигателя становится ясным основной недостаток машины Ньюкомена - рабочий цилиндр в ней являлся в тоже время и конденсатором. Из-за этого приходилось поочередно то охлаждать, то нагревать цилиндр, и расход топлива оказывался очень велик. Бывали случаи, когда при машине находилось 50 лошадей, едва успевавших подвозить необходимое топливо. Коэффициент полезного действия (КПД) этой машины едва ли превышал 1%. Другими словами, 99% всей теплотворной энергии терялось бесплодно. Тем не менее эта машина получила в Англии распространение, особенно на шахтах, где уголь был дешевый. Последующие изобретатели внесли несколько усовершенствований в насос Ньюкомена. В частности, в 1718 году Бейтон придумал самодействующий распределительный механизм, который автоматически включал или отключал пар и впускал воду. Он же дополнил паровой котел предохранительным клапаном. Но принципиальная схема машины Ньюкомена оставалась неизменна на протяжении 50 лет, пока ее усовершенствованием не занялся механик университета в Глазго Джемс Уатт. В 1763-1764 годах ему пришлось чинить принадлежавший университету образец машины Ньюкомена. Уатт изготовил небольшую ее модель и принялся изучать ее действие.

В 1768 году на основе этой модели на шахте горнозаводчика Ребука была построена большая машина Уатта, на изобретение которой он получил в 1769 году свой первый патент. Самым принципиальным и важным в его изобретении было разделение парового цилиндра и конденсатора, благодаря чему не затрачивалась энергия на постоянный разогрев цилиндра. Машина стала более экономичной. Ее КПД увеличился. Несколько последующих лет Уатт трудился над совершенствованием своего двигателя. При этом ему пришлось преодолеть множество затруднений как финансового, так и технического порядка.

Были и другие проблемы: двигатель требовал герметичности и точнейшей подгонки деталей друг к другу. Поршень и цилиндр должны были идеально подходить по своим размерам, чтобы не допускать утечки пара. Такая точность была в новинку для машиностроения тех времен, не было даже необходимых точных станков. Выточка цилиндров большого диаметра представлялась почти неразрешимой проблемой. В результате первые машины Уатта работали неудовлетворительно: из цилиндра вырывался пар, конденсаторы действовали плохо, пар свистел через отверстие, в котором двигался поршневой шток, просачивался между стенками поршня и цилиндра. Пришлось создавать специальные станки для расточки цилиндров. (Вообще, создание паровой машины положило начало настоящей революции в станкостроении - чтобы освоить производство паровых двигателей, машиностроению пришлось подняться на качественно более высокий уровень.) Наконец все трудности были преодолены, и с 1776 года началось фабричное производство паровых машин.

Хотя эта машина Уатта, так же как и двигатель Ньюкомена, оставалась односторонней, она имела уже важное отличие - если у Ньюкомена работу совершало атмосферное давление, то у Уатта ее совершал пар. Увеличивая давление пара, можно было увеличить мощность двигателя и таким образом влиять на его работу. Впрочем, это не устраняло основного недостатка такого типа машин - они совершали только одно рабочее движение, работали рывками и потому могли использоваться только как насосы. В 1775 -1785 годах было построено 66 таких паровых двигателей. Для того, чтобы паровой двигатель мог приводить в действие другие машины, необходимо было, чтобы он создавал равномерное круговое движение. Принципиальное отличие такой машины состояло в том, что поршень должен был совершать два рабочих движения - и вперед и назад. Такой двигатель двойного действия был разработан Уаттом в 1782 году.

Благодаря полученному в результате всех этих преобразований вращательному движению рабочего вала новый двигатель Уатта годился для привода других рабочих машин. Это позволило ему сыграть революционную роль в развитии крупной машинной индустрии. За 1785-1795 годы было выпущено 144 таких паровых двигателя, а к 1800 году в Англии функционировала уже 321 паровая машина Уатта. Их применяли буквально во всех сферах производства.

Совершая краткий экскурс в историю создания паровых машин, нельзя пройти мимо личности нашего выдающегося соотечественника Ивана Ивановича Ползунова (1729-1766), построившего пароатмосферную машину раньше, чем это сделал Джеймс Уатт. Будучи механиком Колывано-Воскресенских горнорудных заводов на Алтае, он предложил 25 апреля 1763 г. проект и описание «огнедействующей машины». Проект попал на стол к начальнику заводов, который одобрил его и отослал в Петербург. Ползунов предлагал построить вначале небольшую машину, на которой можно было бы выявить и устранить все недостатки, неизбежные в новом изобретении. Заводское начальство с этим не согласилось и решило строить сразу огромную машину для мощной воздуходувки.

Двигатель Ползунова коренным образом отличался от английских машин Сэйвери и Ньюкомена. Те были одноцилиндровые и пригодны лишь для откачки воды из шахт. Двухцилиндровый двигатель непрерывного действия Ползунова мог подавать дутье в печи и откачивать воду. В дальнейшем изобретатель рассчитывал приспособить его и для других нужд.

Всего за три месяца работы машина Ползунова не только оправдала все затраты на её постройку, но и дала чистую прибыль. Однако, после того, как у машины перегорел котел, она простояла без действия 15 лет. В 1782 г. машина была разобрана.
17. Формирование технических наук электротехнического цикла.
Начиная с 70-х гг. 19 в. наступает «классический» этап развития технических наук. Одной из характеристик зрелости технических наук является применение научного знания при создании новой техники. Техническая дисциплина – электротехника – появилась с развитием конструкций электродвигателя, электромашинного генератора, электрического телеграфа, электрического освещения, электроавтоматики ит.д.

Развитие электротехнической теории отставало от объективных практических потребностей (не было разработок по теории переменного тока). Становление электротехники как самостоятельной технической науки произошло до начала 20 в. она имеет свои объекты исследования, свои цели и собственные методы.

На рубеже 19 – 20 вв. наука перешла от познания явлений макроскопического масштаба к познанию микропроцессов.

Новый импульс развития теоретической физики дает М. Планк, который в 1900 г. выдвинул теорию квантов энергии. Развитие квантовой физики привело в начале 20 в. к созданию новых областей: электроники, радиотехники, рентгенотехники и т.д. (т.е к тому моменту произошло опережение весьма скромных потребностей).
18. Создание научных основ радиотехники. Возникновение радиоэлектроники. Становление радиолокации.
Радио ( от латинского “radiare” - излучать, испускать лучи ) -

1). Способ беспроволочной передачи сообщений на расстояние посредством электромагнитных волн (радиоволн), изобретённый русским учёным А.С. Поповым в 1895 г. ;

2). Область науки и техники, связанная с изучением физических явлений, лежащих в основе этого способа, и с его использованием в связи, вещании, телевидении, локации и т.д.

Развитие электроники после изобретения радио можно разделить на три этапа : радиотелеграфный, радиотехнический и этап собственно электроники.

В первый период ( около 30 лет ) развивалась радиотелеграфия и разрабатывались научные основы радиотехники. С целью упрощения устройства радиоприёмника и повышения его чувствительности в разных странах велись интенсивные разработки и исследования различных типов простых и надёжных обнаружителей высокочастотных колебаний - детекторов.

В 1904 г. была построена первая двухэлектродная лампа (диод), которая до сих пор используется в качестве детектора высокочастотных колебаний и выпрямителя токов технической частоты.

Трёхэлектродная лампа (триод) была предложена в 1907 г. В 1913 г. была разработана схема лампового регенеративного приёмника и с помощью триода были получены незатухающие электрические колебания. Новые электронные генераторы позволили заменить искровые и дуговые радиостанции ламповыми, что практически решило проблему радиотелефонии. Внедрению электронных ламп в радиотехнику способствовала первая мировая война. С 1913 г. по 1920 г. радиотехника становится ламповой.

Первые радиолампы в России были изготовлены Н.Д. Папалекси в 1914 г. в Петербурге. Из-за отсутствия совершенной откачки они были не вакуумными, а газонаполненными ( с ртутью ). Первые вакуумные приёмно - усилительные лампы были изготовлены в 1916 г. М.А. Бонч-Бруевичем. Бонч-Бруевич в 1918 г. возглавил разработку отечественных усилителей и генераторных радиоламп в Нижегородской радиолаборатории. Тогда был создан в стране первый научно - радиотехнический институт, в нем зародились многие направления радиотехники, в дальнейшем ставшие самостоятельными разделами радиоэлектроники.

В марте 1919 г. начался серийный выпуск электронной лампы РП-1. В 1920 г. Бонч-Бруевич закончил разработку первых в мире генераторных ламп с медным анодом и водяным охлаждением мощностью до 1 кВт, а в 1923 г. - мощностью до 25 кВт. В Нижегородской радиолаборатории О.В. Лосевым в 1922 г. была открыта возможность генерировать и усиливать радиосигналы с помощью полупроводниковых приборов. Им был создан безламповый приёмник - кристадин. Однако в те годы не были разработаны способы получения полупроводниковых материалов, и его изобретение не получило распространения.

Во второй период (около 20 лет) продолжало развиваться радиотелеграфирование. Одновременно широкое развитие и применение получили радиотелефонирование и радиовещание, были созданы радионавигация и радиолокация. Переход от радиотелефонирования к другим областям применения электромагнитных волн стал возможен благодаря достижениям электровакуумной техники, которая освоила выпуск различных электронных и ионных приборов.

Переход от длинных волн к коротким и средним, а также изобретение схемы супергетеродина потребовали применения ламп более совершенных, чем триод.

Стремление уменьшить число ламп в схеме и повысить экономичность аппаратуры привело к разработке комбинированных ламп.

Достижения электровакуумной техники обусловили развитие радиолокации, радионавигации, импульсной многоканальной радиосвязи, телевидения и др.

Одновременно шло развитие ионных приборов, в которых используется электронный разряд в газе. Был значительно усовершенствован изобретённый ещё в 1908 г. ртутный вентиль. Появились газотрон ( 1928-1929 г.г. ), тиратрон (1931 г.), стабилитрон, неоновые лампы и т.д.

Развитие способов передачи изображений и измерительной техники сопровождалось разработкой и усовершенствованием различных фотоэлектрических приборов ( фотоэлементы, фотоэлектронные умножители, передающие телевизионные трубки ) и электронографических приборов для осциллографов, радиолокации и телевидения.

В эти годы радиотехника превратилась в самостоятельную инженерную науку. Интенсивно развивались электровакуумная промышленность и радиопромышленность. Были разработаны инженерные методы расчёта радиотехнических схем, проведены широчайшие научные исследования, теоретические и экспериментальные работы.

И последний период ( 60-е-70-е годы ) составляет эпоху полупроводниковой техники и собственно электроники. Электроника внедряется во все отрасли науки, техники и народного хозяйства. Являясь комплексом наук, электроника тесно связана с радиофизикой, радиолокацией, радионавигацией, радиоастрономией, радиометеорологией, радиоспектроскопией, электронной вычислительной и управляющей техникой, радиоуправлением на расстоянии, телеизмерениями, квантовой радиоэлектроникой и т.д.

В этот период продолжалось дальнейшее усовершенствование электровакуумных приборов. Большое внимание уделяется повышению их прочности, надёжности, долговечности. Разрабатывались бесцокольные (пальчиковые) и сверхминиатюрные лампы, что даёт возможность снизить габариты установок, насчитывающих большое количество радиоламп.

Продолжались интенсивные работы в области физики твёрдого тела и теории полупроводников, разрабатывались способы получения монокристаллов полупроводников, методы их очистки и введения примесей. Большой вклад в развитие физики полупроводников внесла советская школа академика А.Ф.Иоффе.

Перед проектировщиками сложных электронных систем, насчитывающих десятки тысяч активных и пассивных компонентов, стоят задачи уменьшения габаритов, веса, потребляемой мощности и стоимости электронных устройств, улучшения их рабочих характеристик и, что самое главное, достижения высокой надёжности работы. Эти задачи успешно решает микроэлектроника - направление электроники, охватывающее широкий комплекс проблем и методов, связанных с проектированием и изготовлением электронной аппаратуры в микроминиатюрном исполнении за счёт полного или частичного исключения дискретных компонентов.

Основной тенденцией микроминиатюризации является “интеграция” электронных схем, т.е. стремление к одновременному изготовлению большого количества элементов и узлов электронных схем, неразрывно связанных между собой. Поэтому из различных областей микроэлектроники наиболее эффективной оказалась интегральная микроэлектроника, которая является одним из главных направлений современной электронной техники. Сейчас широко используются сверх большие интегральные схемы, на них построено всё современное электронное оборудование, в частности ЭВМ и т.д.

Системы космической радиолокации и радиометрии Земли показали также свою эффективность в сфере прикладных информационных технологий ДЗЗ. Сюда можно отнести такие области деятельности как морская добыча полезных ископаемых, рыболовство, судоходство, батиметрия прибрежной зоны и речных бассейнов, мониторинг ледовой обстановки на морях и крупных реках, обнаружение нефтяного загрязнения водной поверхности. Космические технологии радарного и радиометрического ДЗЗ можно применять также для мониторинга влажности почв, водных запасов, эрозии почв, толщины снежного или ледового покровов и процессов замерзания и оттаивания в активном слое вечной мерзлоты. Кроме того, данные полученные с момощью радиолокации и радиометрии, могут быть использованы для определения биомассы естественных растительных покровов и наблюдений за состояния лесов и сельскохозяйственных посевов. Особо следует отметить возможность применения информационных технологий радиолокации и радиометрии Земли для предупреждения, устранения и оценки последствий природных катастроф, вызванных лесными пожарами, наводнениями, вулканической активностью, землетрясениями, просадками горных пород, сходом лавин, и некоторыми другими.