人们在探求物质的运动规律和自然奥秘或解决工程技术问题时,经常会碰到一些特殊的情况,如受到被研究对象过分庞大或微小、或者非常危险、或者变化非常缓慢等限制,以至于难以对研究对象进行直接测量时,可以依据相似理论,人为地制造一个类同于被研究对象的物理现象或过程的模型,通过对模型的测试代替对实际对象的测试来研究变化规律,这种方法称为模拟法。它可分为物理模拟和数学模拟两大类。
物理模拟人为制造的“模型”和实际“原型”有相似的物理过程和相似的几何形状,以此为基础的模拟方法即为物理模拟。例如,为了研究高速飞行的飞机上各部位所受的力,人们首先制造一个与原型飞机几何形状相似的模型,将模型放入风洞,创造一个与实际飞机在空中飞行完全相似的物理过程,通过对模型飞机受力情况测试,便可以用较短的时间、方便的空间、较小的代价获得可靠的实验数据。物理模拟具有生动形象的直观性,并可使观察的现象反复出现,因此具有广泛的应用价值,尤其是对那些难以用数学方程式准确描述的对象进行研究时常常采用物理模拟方法。
数学模拟模型和原型遵循相同的数学规律,即满足相似的数学方程和边界条件,但在物理实质上可以毫无共同之处,这种模拟方法称为数字模拟,又称类比。
模拟法虽然具有上述的许多优点,但也有很大的局限性,因为它仅能够解决可测性问题,并不能提高实验的精度。
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