3. Методи теоретичних досліджень

3.1. Методологія теоретичних досліджень

Основною вимогою до проведення теоретичних досліджень є творчій підхід, спрямованість на отримання нової інформації. Теоретичні дослідження мають декілька стадій:

- вибір теми;

- ознайомлення з відомими рішеннями;

- відмова від традиційних шляхів вирішення аналогічних задач;

- перебір різних варіантів рішення;

- рішення.

В теоретичних дослідженнях застосовують способи дедукції і індукції.

Дедукція – це спосіб досліджень, в якому часткові положення виводять з загальних. У широкому розумінні дедукція являє собою форму мислення, коли нова думка виводиться логічним шляхом, з дотриманням правил логіки. Вона була започаткована Аристотелем і з розвитком логіки як науки поступово вдосконалювалася. Наприклад, з загальних закономірностей для політропного процесу ідеального газу можна отримати рівняння для визначення роботи, зміни ентальпії, внутрішньої енергії і інших параметрів системи в різних процесах з фіксованими параметрами – ізобарному, ізохорному, адіабатному, ізотермічному. Кінцевий результат такого дослідження базується на відомих логічних зв’язках. Але спосіб дедукції обмежений відомими закономірностями, які отримані за певних припущень. За їх границями дослідження не є коректним. Закономірності наведеного прикладу можна застосовувати до газів з високою температурою і низьким тиском, тобто до таких, які за своїми властивостями наближуються до ідеальних. Для реальних газів можуть спостерігатися значні відхилення, оскільки вони не підпорядковуються рівнянню стану ідеального газу. Тобто, дедуктивні судження є безумовно істинними у тому випадку, коли всі його складові є істинними.

Метод дедукції дозволяє розширити можливості розумового процесу, у якому можна виокремити два рівні. На першому доведення розглядається як судження, за допомогою якого істинність одного встановлюється на основі істинності іншого. На другому рівні доказ має форму, що піддається опису, завдяки чому стає зрозумілим аналіз доведення, виявлення його структури, використаних у ньому правил висновку, запис у логічній формі, тобто його формалізація.

Індукція – це спосіб досліджень, в якому за окремими фактами і явищами встановлюються загальні закономірності. Тобто, загальне положення виводиться логічним шляхом з одиничних суджень. Класичним прикладом застосування методу індукції слугує періодичний закон, який був отриманий Д.І. Менделєєвим за окремими відомостями щодо властивостей хімічних елементів. За індуктивним методом для отримання загальних закономірностей щодо класу об’єктів дослідження вивчають окремі складові цього класу, знаходять серед них найбільш важливі, що характерні саме для цього класу явищ або процесів.

Широко застосовують в дослідженнях методи аналізу і синтезу.

В методі аналізу явище або об’єкт досліджень ділять на складові частини для можливості більш детального вивчення його суті, структури зв’язків.

Метод синтезу є протилежним: в ньому явище досліджується в цілому, на основі об^/єднання в єдине ціле різних елементів. Метою цього методу є узагальнення закономірностей.

В принципі, на будь – яке явище, об’єкт досліджень впливає дуже велика кількість факторів. Можна, звичайно, вивчати навіть вплив коливань атмосферного тиску або сонячної активності на стан природного середовища біля промислових центрів. Але чи має це сенс, якщо є більш важливі чинники впливу на цей стан? Однією з визначальних умов успішного виконання дослідження є виділення з суми явищ головного, домінуючого, для чого застосовують спосіб рангу. Він дозволяє виключити другорядні фактори, які несуттєво впливають на об’єкт, що спрощує задачу його дослідження до прийнятної складності і обсягу. Наприклад, при дослідженні процесів горіння полива вважають сталим вміст кисню в повітрі, вміст вологи в ньому; при вивченні променевого теплообміну приймають незмінним ступінь чорноти поверхні матеріалу, що нагрівається.

Абстрагування – це спосіб відволікання від другорядних фактів з метою зосередитися на головних особливостях явища, що вивчається. Тобто, це метод виокремлення загальних або найбільш істотних ознак та властивостей об’єкту для поглибленого їх дослідження. Наприклад, при вивченні променевого теплообміну аналізують схему взаємного розташування виробів, що нагріваються, кладки агрегату з метою отримання кутових коефіцієнтів; при аналізі використання енергії складають балансову теплотехнологічну схему об’єкту, процесу або виробництва; при аналізі конструкції агрегату користуються його кресленнями.

Сутність способу формалізації полягає в поданні основних явищ і процесів у вигляді формул і спеціальної символіки. Це, наприклад, математичні моделі, алгоритми.

Екстраполяція проводиться на основі статистики кількісних характеристик об’єкту, часто відтворених графічно.

Порівняння – це метод зіставлення досліджуваних явищ та встановлення їх подібності і відмінності.

З метою упорядкування явищ, об’єктів, що вивчаються за певними критеріями використовують метод класифікації.

В теоретичних дослідженнях застосовують історичний і логічний методи.

Історичний метод дозволяє досліджувати виникнення, формування і розвиток процесів в хронологічній послідовності для встановлення внутрішніх і зовнішніх закономірностей. Звичайно цей метод застосовують в суспільних науках, а природознавстві, прикладних науках він може використовуватися, скажімо, для вивчення розвитку і формування окремих галузей техніки і технології.

Основним в технічних галузях науки є логічний метод, який в свою чергу включає в себе гіпотетичний і аксіоматичний методи. Більш розповсюдженим є гіпотетичний метод, який базується на розробці гіпотези, наукового припущення, яке утримує елементи новизни і оригінальності. Саме гіпотеза складає сутність, теоретичну основу досліджень і від правильності її формулювання залежить об’єм і тривалість досліджень, їх кінцевий успіх.

Методологія гіпотетичного методу включає:

- вивчення фізичної, хімічної і т.д. сутності об’єкту досліджень;

- формулювання гіпотези, складання розрахункової схеми ( моделі) і її вивчення;

- аналіз результатів досліджень і розробку теоретичних положень.

Аксіоматичний метод заснований на очевидних положеннях (аксіомах), які приймають без доказів. Цей метод розповсюджений в теоретичних науках, наприклад, математиці, математичній логіці і т.д.

Основою теоретичних розробок є опис фізичної сутності явища або процесу. Він базується на фундаментальних законах фізики, хімії, механіки та інших наук, в тому числі законах термодинаміки. Поряд з детермінованими процесами розповсюдженими є і випадкові, які потребують специфічних методів дослідження.