Жартынова Жанар Алибековна

«Өрлеу» БАҰО АҚФ Алматы қаласы бойынша Кәсіби даму институтының жаратылыстану-математикалық бағыттағы кафедрасының аға оқытушысы, Халықаралық ақпараттандыру академиясының академигі

Email: zhann_68@inbox.ru

(Алматы, Қазақстан)

Физика, математика және экология мәселелерін шешуде компьютерлік модельдеу мен есептеу эксперименттерін қолдану

Түйіндеме

Бұл мақалада физика, математика және экология салаларында компьютерлік модельдеу мен есептеу эксперименттерін қолданудың маңыздылығы қарастырылады. Зерттеу барысында күрделі табиғи және техногендік үдерістерді модельдеу арқылы ғылыми талдау жүргізудің әдістері сипатталған. Сондай-ақ, модельдеу технологияларын қолданудың пәнаралық сипаттағы артықшылықтары мен болашақтағы даму перспективалары баяндалады.

Резюме

В статье рассматривается значение применения компьютерного моделирования и вычислительных экспериментов в решении задач физики, математики и экологии. Описаны методы научного анализа сложных природных и техногенных процессов с помощью моделирования. Также подчёркнуты преимущества междисциплинарного подхода и перспективы развития технологий моделирования в научных исследованиях.

Abstract

This article explores the importance of using computer modeling and computational experiments in addressing problems in physics, mathematics, and ecology. It outlines methods of scientific analysis for complex natural and technogenic processes through modeling. The paper also highlights the advantages of an interdisciplinary approach and discusses future prospects for modeling technologies in scientific research.

Қазіргі заманда жаратылыстану ғылымдарының даму қарқыны компьютерлік технологиялардың жетістіктерімен тығыз байланысты. Ғылыми зерттеулердің тиімділігін арттыру, күрделі құбылыстарды зерделеу және нақты болжамдар жасау үшін компьютерлік модельдеу мен есептеу эксперименттері кеңінен қолданылуда. Бұл тәсілдер әсіресе физика, математика және экология салаларында ерекше маңызға ие.

1. Компьютерлік модельдеу мен есептеу эксперименттері: түсінігі мен мәні

Компьютерлік модельдеу – нақты құбылысты, үдерісті немесе жүйені математикалық модель арқылы сипаттап, оны сандық әдістермен компьютерде зерттеу. Есептеу эксперименті – осы модельдің көмегімен әртүрлі параметрлерді өзгертіп, нәтижелерді талдау. Бұл тәсілдер:

• нақты зерттеу жүргізуге мүмкіндік болмаған жағдайда (қауіпті, қымбат немесе ұзақ мерзімді құбылыстарда),

• күрделі үдерістерді теориялық жолмен зерделеуге,

• болжам жасау мен шешім қабылдау процесін оңтайландыруға көмектеседі.

2. Физикадағы қолданылуы

Физикада табиғаттағы заңдылықтарды сандық түрде сипаттау маңызды. Компьютерлік модельдер арқылы:

• жылу алмасу, ағындар динамикасы, толқындық құбылыстар,

• кванттық механика, ядролық реакциялар,

• астрономиялық денелердің қозғалысы секілді күрделі жүйелер зерттеледі.
  Мысалы, плазма физикасында тәжірибе жасау өте күрделі және қымбат болғандықтан, көптеген процестер модельдеу арқылы зерттеледі.

3. Математикадағы рөлі

Математикада модельдеу абстрактілі ұғымдарды нақты есептеулерге айналдырады. Оның ішінде:

• дифференциалдық теңдеулерді сандық шешу,

• сызықтық емес жүйелерді зерттеу,

• оптимизациялық есептерді шешу,

• фракталдық геометрияны визуализациялау сынды бағыттарда кең қолданылады.
  Мысалы, ауа райының ұзақ мерзімді болжамдары математикалық модельдер мен суперкомпьютерлер арқылы жүзеге асады.

4. Экологиядағы маңызы

Экология – табиғи ортаның күрделі өзара әрекеттер жүйесі. Мұндай жүйелерді тікелей зерттеу ұзақ уақыт пен ресурсты талап етеді. Сондықтан:

• климат өзгерістерін болжау,

• экожүйелердің тепе-теңдігін модельдеу,

• су ресурстарының ластануын талдау,

• қалдықтардың таралуын есептеу үшін модельдеу пайдаланылады.
  Мысалы, белгілі бір аймақтағы орманды кесу салдарының табиғи ортаға әсерін алдын ала болжау үшін есептеу эксперименттері жүргізіледі.

5. Интеграцияланған тәсілдің артықшылықтары

Бұл үш салада модельдеу мен есептеу тәжірибесін біріктіру арқылы:

• пәнаралық зерттеулер жүргізіледі,

• кешенді шешімдер қабылданады,

• болжамдардың дәлдігі артады,

• білім беру процесі заманауиланып, оқушылар мен студенттер нақты өмірге жақын мысалдармен оқытылады.

Қорытындылай келе физика, математика және экология салаларында компьютерлік модельдеу мен есептеу эксперименттері ғылымның жаңа белестерін ашуға жол ашады. Бұл тәсілдер нақты мәселелерді тиімді шешуге, ресурстарды үнемдеуге және болашаққа ғылыми негізделген болжам жасауға мүмкіндік береді. Болашақта бұл бағыттар жасанды интеллект пен үлкен деректер талдауымен ұштасып, ғылыми зерттеулердің жаңа деңгейіне көтерілуіне септігін тигізеді.

Пайдаланылған әдебиеттер

1. Абдраимов, А.Ә., Сулейменов, Ж.Б. Физикалық процестерді модельдеу. – Алматы: Қазақ университеті, 2021.

2. Қасымов, А.Ш. Математикалық модельдеу және есептеу әдістері. – Алматы: Білім, 2020.

3. Әлімбеков, Қ.Т. Экологиялық жүйелерді модельдеу. – Астана: Фолиант, 2019.

4. Гордиенко, Э.А. Вычислительные эксперименты в естественных науках. – Москва: URSS, 2020.

5. Samarskii, A.A., & Mikhailov, A.P. Mathematical Modelling: Ideas, Methods, Examples. – New York: Springer, 2001.

6. Odum, H.T. Ecological and General Systems: An Introduction to Systems Ecology. – University Press of Colorado, 1994.

7. Anderson, J.D. Computational Fluid Dynamics: The Basics with Applications. – McGraw-Hill, 1995.

8. Kreyszig, E. Advanced Engineering Mathematics. – 10th ed. – Wiley, 2011.

9. Тұрғанбаев, Ә. Инженерлік және ғылыми есептерді сандық әдістермен шешу. – Алматы: Эверо, 2022.

10. IPCC Sixth Assessment Report. Climate Change 2023: Impacts, Adaptation and Vulnerability. – https://www.ipcc.ch/report/ar6/