Известно, что классифицировать различные объекты можно по любым их признакам. Но нанболее совершенной является классификация по суцественныи’ признакам. Физические задачи имеют множество признаков. Для того чтобы получить оптимальные классификации задач по физике, необходимо выделить сущестєенные призмаки физической задачи. Итак: что такое физическая задача? каковы ее существенные признаки? Полезно поставить и ряд дру; гих вопросов: когда и как возникает физическая задача? что значит решить физическую задачу? какие бывают физические задачи? Вопросы эти не так просты и далеко не так маловажны, как может показаться на первый взгдяд.
12
При изучении какого-либо физического явления какие-то физические величины, характеризующие это явление, могут быть известны, а другие – нет. Если при исследовании какого-либо физического явления человек о нем знает все (в рамках этого явления), то никаких вопросов и задач для него не возникает. Задачи и вопросы возникают тогда, когда в процессе этого исследования некоторые физические величины, характеризующие данное явление, по каким-то причинам неизвестны. Следовательно, задача ставится (формулируется) человеком при изучении физического явления, когда в нем (явлении) неизвестны какие-либо связи, взаимодействия, физические величины и т. д. Таким образом, можно предложить такое определение физической задачи. Физическая задача – это физическое явление, точнее – его словесная модель (или совокупность явлений) с некоторыми известными и неизвестными физическими величинами, характеризующими это явление. Решить физическую залачу – это значит найти (восстановить) неизвестные связи, физические величины и т. д. Из этих определений, немедленно следуют две классификации физических задач. Первая основана на различии методов нахождения неизвестных величин, а вторая – учитывает соде р жа н и физического явления, которое отражает каждая физическая задача.

Возможны два способа нахождения неизвестных величин какого-либо физического явления: якспериментальный и теоретический. В экспериментальном методе на опыте, путем измерений определяют неизвестные величины. В теоретическом методе эти неизвестные величины определяют путем физического анализа данного явления, с помощью соответствующих физических законов, управляющих этим явлением. Физические законы связывают между собой различные физические величины, среди которых могут оказаться и известные, и неизвестные. Если в результате применения соответствующих физических законов составлена замкнутая система уравнений, в число неизвестных которой входят и те неизвестные физические величины, которые необходимо определить, то после решения этой системы уравнений данная задача может быть решена теоретически.

Из этих двух способов и следует первая классификация физических задач. Задачи могут быть якспериментальньми и теоретическими. Задачу называют экспериментальной, если дая ее решения необходимо использовать измерения.

Экспериментальные задачи не будут исследоваться в этой книге (их обычно рассматривают в лабораторном практикуме). Теоретической физической задачей назовем физическое явление (или совокупность явлений) с некоторыми известными и неизвестными физическими величинами, характеризующими это явление, если такую задачу решают, не используя измерений. В этом пособии мы будем рассматривать только теоретические физические задачи. В дальнейем эпитет ктеоретическая перед словом сзадача будет для краткости опускаться.

Классификацию теоретических задач проведем по двум важнейшим признакам физической задачи, сформулированным выше (задача ставится и решается человеком, и задача выражает какое-либо физическое явление). По первому признаку разделим все физические задачи на два класса: непоставленные и поставленные. Непоставленной назовем задачу, в которой или не обеспечена совокупность необходимых данных (за исключением табличных величин) для се решения, или ие проведена ее идеализация, или то и другое вместе взятое. Более подробно непоставленные задачи будут рассмотрены ниже.

В поставленной задаче не только обеспечена полнота величин и их значений, необходимых для ее решения, но и проведен процесс идеализации. Следовательно, поставленная задача – это некоторым образом єпепарированнаяз задача, которая всегда имеет решение.

Классификацию поставленных задач проведем на основании второго существенного признака: задача выражает какое-либо физическое явление. По тем же признакам, что и физические явления, классифицируются и физические задачи: к какому типу относится физическое явление, которое выражает данная физическая задача, к такому же типу относится и соответствующая задача. Короче, каково физическое явление, такова и соответствующая этому явлению задача. По общему признаку все поставленные задачи разделим на классические и көантовые. Далее, каждую классическую (и, конечно, квантовую) задачу можно было бы отнести по частным признакам к соответствующему типу (вплоть до подразделения по элементарным признакам). Но едва ли целесообразно проводить такую более подробную классификацию задач – не только потому, что для этого предварительно потребовалось бы изложить всю совокупность физических явлений (т. е. весь курс общей физики), но и вследствие того, что для начинающих изучать общую физику она окажется весьма
громоздкой и, по-видимому, малополезной при решении задач. Поэтому мы ограничимся вышеприведенной общей классификацией по двум обобщенным признакам (непоставленные и поставленные, классические и квантовые задачи). Заметим, что если анализ физической системы, часто еще до окончательного решения, позволяет определить, является ли задача́ классической или квантовой, какие в ней введены идеальные объекты и идеальные процессы, каковы взаимодействия и их возможные последствия и т. д., то принадлежность данной задачи к непоставленной или поставленной иногда можно установить только после ее решения.
Полезно ввести еще понятие о так называемой осмоеной задаче. ‘Каждое физическое явление характеризуется определенной совокупностыю физических величин. Эти величины связаны между собой некоторыми физическими законами. Среди множества законов, управляющих данным физическим явлением, имеется один или несколько главных, фундаментальных. Нахождение физических величин, входящих в фундаментальные законы, составляет содержание основной задачи физического явления. Далее, используя второстепенные законы, определяют всю совокупность физических величин, характеризующих данное явление. Можно показать, что любая основная задача из общего курса физики заключается в нахождении состояния соответствующей физической системы.