Физическое моделирование

Моделирование аэродинамики самолёта в аэродинамической трубе

Физи́ческое модели́рование — метод экспериментального изучения различных физических явлений, основанный на их физическом подобии. Метод применяется при следующих условиях:

• Исчерпывающе точного математического описания явления на данном уровне развития науки не существует, или такое описание слишком громоздко и требует для расчётов большого объёма исходных данных, получение которых затруднительно.
• Воспроизведение исследуемого физического явления в целях эксперимента в реальных масштабах невозможно, нежелательно или слишком дорогостояще (например, цунами).

Метод состоит в создании лабораторной физической модели явления в уменьшенных масштабах, и проведении экспериментов на этой модели. Выводы и данные, полученные в этих экспериментах, распространяются затем на явление в реальных масштабах.
Метод может дать надёжные результаты, лишь в случае соблюдения физического подобия реального явления и модели. Подобие достигается за счёт равенства для модели и реального явления значений критериев подобия — безразмерных чисел, зависящих от физических (в том числе геометрических) параметров, характеризующих явление. Экспериментальные данные, полученные методом физического моделирования распространяются на реальное явление также с учётом критериев подобия.

В широком смысле, любой лабораторный физический эксперимент является моделированием, поскольку в эксперименте наблюдается конкретный случай явления в частных условиях, а требуется получить общие закономерности для всего класса подобных явлений в широком диапазоне условий. Искусство экспериментатора заключается в достижении физического подобия между явлением, наблюдаемым в лабораторных условиях и всем классом изучаемых явлений.

Некоторые примеры применения метода физического моделирования:

• Исследование течений газов и обтекания летательных аппаратов, автомобилей, и т. п. в аэродинамических трубах.
• Гидродинамические исследования на уменьшенных моделях кораблей, гидротехнических сооружений и т. п.
• Исследование сейсмоустойчивости зданий и сооружений на макетах.
• Изучение устойчивости сложных конструкций, под воздействием сложных силовых нагрузок.
• Измерение тепловых потоков и рассеивания тепла в устройствах и системах, работающих в условиях больших тепловых нагрузок.
• Изучение стихийных явлений и их последствий.

См. также

• Моделирование
• Критерий подобия

Литература

• Седов Л. И. Методы подобия и размерности в механике, М., 1972.
• Кирпичев М. В., Михеев М. А. Моделирование тепловых устройств, М. — Л., 1936.