Относительное движение классических механических систем - Дипломная работа

Применение компьютеров активизирует процесс изучения дисциплины студентами, облегчает и ускоряет усвоение нового материала и контроль, что в итоге повышает качество обучения и углубляет знания студентов.Существенную роль при обучении в области компьютерных наук играет применение современных методов изучения архитектурной организации и анализа системной производительности КС. В этом смысле, применение методов моделирования в процессе изучения базовых структур различных КС и организации компьютерных процессов позволяет разработать подходящее математическое описание исследуемого объекта и создать программное обеспечение для выполнения компьютерных экспериментов [1]. Анализ экспериментальных результатов моделирования позволяет оценить основные характеристики системы и производительность изучаемых КС. Это можно осуществить на основе модельного эксперимента, организация которого предполагает проектирование компьютерной модели как последовательности трех компонентов (концептуальная модель, математическая модель, программная модель) и реализации этой модели в подходящей операционной среде. В настоящей работе рассматривается возможность применения методов компьютерного моделирования в процессе их изучения и, в частности, применение принципов моделирования для исследования протекающих процессов.Модель - это такой материальный или мысленно представляемый объект, который в процессе исследования замещает объект-оригинал так, что его непосредственное изучение дает новые знания об объекте-оригинале. Модель выступает как своеобразный инструмент познания, который исследователь ставит между собой и объектом и с помощью которого изучает интересующий его объект. Необходимость использования метода моделирования определяется тем, что многие объекты (или проблемы, относящиеся к этим объектам) непосредственно исследовать или вовсе невозможно, или же это исследование требует много времени и средств. Процесс моделирования включает три элемента: 1) субъект (исследователь), 2) объект исследования, 3) модель, опосредствующую отношения познающего субъекта и познаваемого объекта. Из этого следует, что для одного объекта может быть построено несколько "специализированных" моделей, концентрирующих внимание на определенных сторонах исследуемого объекта или же характеризующих объект с разной степенью детализации.Элементы математического моделирования использовались с самого начала появления точных наук, и не случайно, что некоторые методы вычислений носят имена таких корифеев науки, как Ньютон и Эйлер, а слово «алгоритм» происходит от имени средневекового арабского ученого Аль Хорезми. Математическое моделирование справилось с этой задачей: ядерные взрывы и полеты ракет и спутников были предварительно «осуществлены» в недрах ЭВМ с помощью математических моделей и лишь затем претворены на практике. Этот успех во многом определил дальнейшие достижения методологии, без применения которой в развитых странах ни один крупномасштабный технологический, экологический или экономический проект теперь всерьез не рассматривается (сказанное справедливо и по отношению к некоторым социально-политическим проектам) [3]. Сейчас математическое моделирование вступает в третий принципиально важный этап своего развития, «встраиваясь» в структуры так называемого информационного общества. Впечатляющий прогресс средств переработки, передачи и хранения информации отвечает мировым тенденциям к усложнению и взаимному проникновению различных сфер человеческой деятельности.Динамические системы описываются алгебраическими или дифференциальными уравнениями, а характеризующие их величины изменяются непрерывно так, что небольшое относительное изменение внешнего воздействия, входного сигнала или параметра приводит к сопоставимому изменению состояния системы. В некоторых случаях компьютерное моделирование изучаемой динамической системы не требует вычисления производных и интегралов, а сводится к решению алгебраических уравнений, исследованию функции одного или нескольких аргументов графическими методами (построение графика, поверхности, силовых линий, линий тока, линий равного уровня, потенциала, температуры, световых лучей и т.д.) [4]. В вычислительной математике под точным решением понимают решение с точностью до погрешности округления, которое выдала бы идеальная ЭВМ с бесконечной разрядностью машинного слова, работающая по точным формулам. Его алгоритм заключается в следующем: 1) локализовать корень уравнения F(x) 0, то есть найти интервал [a ; b], внутри которого график функции y F(x) однократно пересекает ось абсцисс; 2) протабулировать функцию F(x) f (x) g(x) при дискретных значениях аргумента xi a ih, где h x - шаг изменения аргумента, i 1,2,3,..; 3) найти интервал [xi , xi1], внутри которого функция y F(x) пересекает ось абсцисс (при этом значения F(xi ) и F(xi1) имеют противоположные знаки); 4) если ширина интервала [xi , xi1] превышает требуемую точность , то считать, что a xi , b xi1 и перейти к операции 2, табулируя функцию с меньшим шагом.

Оглавление

Введение

Глава I. Компьютерное моделирование

1.1 Моделирование как метод научного познания

1.2 История возникновения и развития метода компьютерного моделирования. Области применения

1.3 Детерминированные модели динамических систем с конечным числом степеней свободы

1.4 Моделирование движения механической системы в силовом поле

Глава II. Методика изложения темы «Движение в поле гравитационных и электрических сил»

2.1 Изложение теории и постановка задачи

2.1.1 Постановка целей и задач построения компьютерной модели движения электрического заряда

2.1.2 Теория движения заряженной частицы в магнитном поле

2.1.3 Постановка целей и задач моделирования движения космической станции

2.1.4 Теория движения ИСЗ

2.2 Движение электрического заряда в пространстве между заряженными пластинами конденсатора с наложенным магнитным полем

2.3 Модель движения космической станции в поле силы тяжести Земли, Луны и Солнца

Заключение

Список литературы силовой космический моделирование электрический

В настоящее время компьютерное моделирование является неотъемлемой составной частью информатики. Развитие этого раздела информатики и проблемы, связанные с его изложением, тесно переплетаются с проблемами постановки курса информатики в целом.

Для развития компьютерной техники и совершенствования архитектурной организации компьютерных систем необходимо непрерывное обучение и самосовершенствование специалистов на этапе обучения. При его проведении необходимо комбинировать формы традиционного обучения с возможностями самостоятельной подготовки, дистанционного обучения, практической разработки проектов и реализации экспериментов исследования.

Существенную роль при обучении в области компьютерных наук играет применение современных методов изучения архитектурной организации и анализа системной производительности КС. В этом смысле, применение методов моделирования в процессе изучения базовых структур различных КС и организации компьютерных процессов позволяет разработать подходящее математическое описание исследуемого объекта и создать программное обеспечение для выполнения компьютерных экспериментов [1]. Анализ экспериментальных результатов моделирования позволяет оценить основные характеристики системы и производительность изучаемых КС.

Применение моделирования в процессе обучения студентов позволяет исследовать особенности архитектуры и организацию вычисления и управления. Это можно осуществить на основе модельного эксперимента, организация которого предполагает проектирование компьютерной модели как последовательности трех компонентов (концептуальная модель, математическая модель, программная модель) и реализации этой модели в подходящей операционной среде. В настоящей работе рассматривается возможность применения методов компьютерного моделирования в процессе их изучения и, в частности, применение принципов моделирования для исследования протекающих процессов.

Основная цель дипломного проекта состоит в определении обобщенной процедуры компьютерного моделирования как последовательности взаимосвязанных этапов и представлении основных стадий методологии модельного исследования при обучении студентов.

Для этого необходимо решить следующие задачи: Анализ и общая формализация компьютерной обработки информации при компьютерном моделировании;

выделение особенностей компьютерных вычислений в качестве объекта изучения при обучении моделированию;

применение принципов моделирования в процессе обучения;

разработка практических и лабораторных заданий для обучения компьютерному моделированию.

Решение всех поставленных задач будет формализовано в виде курса теоретических, практических и лабораторных занятий для студентов.