Исследовательская работа "Математики и математика на службе Военно-Морского флота в период Великой Отечественной войны"

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

«Средняя общеобразовательная школа №18 им. А.С. Сергеева города Курска

                       Секция математики

Исследовательская работа по теме:

«МАТЕМАТИКА И МАТЕМАТИКИ НА СЛУЖБЕ ВОЕННО-МОРСКОГО ФЛОТА  В ПЕРИОД ВЕЛИКОЙ                                              ОТЕЧЕСТВЕННОЙ ВОЙНЫ»

                                                                     Работу выполнили обучающиеся 8ВМКК:     

                                                                                                           Петров Эдуард                                                                                   

  Ковалев Евгений

Мадатов Али         

                                                                     Руководитель учитель математики

            Деркач Н.В.

                                                                    г. Курск - 2015

                                                          СОДЕРЖАНИЕ:

1.Введение

2.Актуальность

3.Цели и задачи

4.Методы

5. Участие учёных-математиков в боевых действиях

 6. Математика и математики, внесшие вклад в победу над фашистами на                                  Военно-Морском флоте

  8.Заключение

  9.Литература

1.Введение

 В этом году- 70 лет со дня победы советского народа в Великой Отечественной войне. Неисчислимые жертвы понесла страна во имя независимости, свободы и общественных идеалов: миллионы погибших и раненых, страдания от голода, тысячи разрушенных городов и деревень, сотни тысяч угнанных на фашистскую каторгу.

 Несмотря ни на что советский народ выстоял и победил.

 Великая Отечественная война не прошла мимо советских математиков: тысячи из них ушли на фронт по мобилизации или добровольцами, многие переключились на решение важных задач, необходимых для победы, остальные не переставали трудиться на своих постах, веря в разгром врага и создавая для будущего новые

научные ценности.

                                           2.Актуальность

Актуальность данного исследования состоит в том, что реальных участников тех событий почти не осталось в жизни, мои ровесники знают о войне лишь из книг и кинофильмов. Но память человеческая несовершенна, многие события забывают. Мы должны знать реальных людей, которые приближали победу и подарили нам будущее.

3.Цели и задачи

 Цель данной работы: определить вклад математики и математиков в победу на флоте во время Великой Отечественной войне.

 В рамках этой цели ставились следующие задачи:

1) Выяснить, кто из учёных-математиков принимал участие в боевых действиях.

2) Определить, какие задачи приходилось решать математикам в годы Великой

Отечественной войны на флоте.

4.Методы

      Среди методов исследования мы использовали такие, как:

       1.изучение литературных источников,

       2.сравнительный анализ полученной             информации

       3.отбор информации для работы

       4. изучение и решение задач, которые могли решаться в годы войны

                5.УЧАСТИЕ УЧЕНЫХ - МАТЕМАТИКОВ В БОЕВЫХ ДЕЙСТВИЯХ.

 C первых же дней Великой Отечественной Войны огромное число математиков были мобилизованы или ушли на фронт добровольцами. Они храбро воевали и честно исполняли свой гражданский долг. При этом страна потеряла огромное число талантливой молодежи, которая могла бы стать гордостью отечественной науки. Об этом мы можем судить, во-первых, по тому, что среди возвратившихся после участия в сражениях Великой Отечественной войны значительное число стало крупными учеными - профессорами, членами - корреспондентами и академиками Всесоюзной и республиканских, академии наук.

 Например, добровольцем ушел на фронт и участвовал в боях с фашистскими захватчиками в Крыму, на Украине, в Прибалтике и в Восточной Пруссии выдающийся математик и педагог

Ляпунов Алексей Андреевич (1911-1973)

  Он храбро воевал и внес много ценного в правила стрельбы. Здесь он использовал свой опыт математика, которому свойственно искать самые лучшие решения. Его предложения увеличили эффективность стрельбы. За работы в области кибернетики, теории множеств и программирования А.А.Ляпунов уже после войны (с 1964 г.) был избран член - корреспондентом АН СССР.

 В частях тяжелой артиллерии на Пулковских высотах отстаивал город Ленинград выдающийся специалист в области теории чисел, теории вероятностей и математической статистики, доктор физико-математических наук, а потом академик АН СССР Линник Юрий Владимирович 1(1915-1972)

 А во-вторых, каждый из университетов потерял многих молодых ученых, уже сумевших проявить себя и обещавших в будущем очень многое, но не вернувшихся с войны. Осенью 1941г. умер от ран и нечеловеческих условий вражеского плена Н.Б. Веденисов (1905 -1941). Свой путь в математике талантливый ученый начинал в области теории множеств и теории функций действительного переменного. Позже его научные интересы перешли в область теоретико-множественной топологии, где он получил ряд важных результатов. Война застала Веденисова преподавателем одной из военных академий. Не смотря на слабое здоровье и бронь, он принял твердое решение уйти в ополчение. В тяжелых боях под Ельней ученый был ранен и оказался в плену, где силы его быстро иссякли.

 М. В. Бебутов (1913 – 1942) начал свою научную работу еще в студенческие годы. Его научные интересы были связаны с качественной теорией дифференциальных уравнений. Первая публикация относится к 1938г, а последняя опубликована посмертно в 1942г. И все же, несмотря на такой ограниченный промежуток научной деятельности, М. В. Бебутов получил в математике ряд важных результатов. Защищенная им в июне 1941г. диссертация была отмечена ученым советом как выдающаяся работа.

 Не вернулись с войны и такие талантливые молодые математики Московского университета, как Г.М. Бавли, В.Н. Засухин, А.И. Герчиков, М.Е. Глезерман, И.Р. Лепехин, X.М. Мильштейн, С.С. Кудашев, С.Я. Карпов, А.Т. Павлов, М.И. Песин и

многие, многие другие.

6.Несколько фактов, подтверждающих бесценную помощь науки флоту

Мы должны преклоняться перед выдержкой, самоотверженностью и верностью Отчизне, которую проявляли математики-воины. Однако нельзя забывать и о другом вкладе математиков в победу советского народа над сильным и коварным врагом. Этот вклад состоит в использовании тех специфических знаний и умений, которыми обладают математики. Значение этого фактора особенно важно в наши дни, когда война стала, в первую очередь, соревнованием разума, изобретательности и точного расчета. Дело в том, что для военных действии привлекаются все достижения естествознания, а вместе с ними и математика во всех ее проявлениях. Создание атомного и ракетного оружия потребовало не только использования физических законов, но и обширных математических расчетов, создания новых математических моделей и даже новых ветвей математики. Без таких предварительных математических исследований не создается ни одна техническая система и, чем она сложнее, тем разнообразнее и шире ее математический аппарат.

Для примера, крейсер представляет собой очень сложную техническую систему. Прежде чем его построить, надо выявить геометрические формы корпуса судна, чтобы при движении не создавалось дополнительное сопротивления и чтобы одновременно судно слушалось руля. Также необходимо обеспечить живучесть корабля, надежность его управления, рассчитать влияние расположения машин, орудий, торпедных аппаратов на устойчивость и пр. Но и этого мало — требуется обеспечить связь со всеми боевыми единицами корабля, то есть создать эффективную систему управления кораблем и его оружием.   

Здесь перечислена лишь ничтожная доля тех задач, которые должен решить математик, прежде чем корабль можно начать строить. Но серьезные задачи необходимо решать и в период его эксплуатации — штурманские расчеты, расчеты стрельб и т. д.

Роль математики в военном деле Военно-Морского флота велика. Обратимся к фактам прошлого.

Самым первым мероприятием немецко-фашистского командования на морских театрах военных действий после вероломного нападения на Советский Союз была попытка заблокировать наши корабли в их базах и связать их боевые действия массовыми постановками магнитных мин. Фашисты возлагали большие надежды на эффективность этого нового морского оружия и были уверены, что наши моряки и специалисты не смогут быстро найти способы и средства защиты кораблей. Именно в этих тяжелейших условиях начала войны и стал сказываться тот огромный труд, который был проделан в предвоенные годы учёными - математиками и физиками. Наши физики в союзе с математиками и механиками помогли нашим морякам нейтрализовать влияние вражеских мин.  24 июня 1941 года в 2 часа 41 минуту в устье Финского залива подорвался на мине эсминец «Гневный».

В 4 часа 21 минуту в этом же районе подорвался на мине крейсер «Максим Горький», но своим ходом пришел в Таллин. Предполагалось, что мины были неконтактными (магнитными). Противник уже в первые дни войны создал серьёзную минную угрозу у выхода из военно-морских баз в Балтийском море и на основных морских путях  сообщения, использовав в общей сложности 1060 якорных ударных мин и до 160 донных неконтактных мин. Дело в том, что для взрыва магнитной мины не требуется непосредственного соприкосновения её с корпусом корабля. Взрыватель срабатывает от воздействия на него магнитного поля судна. Идея изготовления такого взрывателя столь проста, что могла возникнуть сразу после изобретения компаса и появления стальных кораблей.

 Каждому известно, что стрелка компаса отклоняется, если к нему поднести железный предмет. Магнитная стрелка, помещенная внутри мины, отклоняется и замыкает контакт взрывателя. При соответствующем подборе чувствительности взрыв мины будет происходить в тот момент, когда корабль окажется над ней, а значит, будет поражена самая незащищённая его часть -  днище.  Даже большие корабли, как правило, гибнут при взрыве под ними таких мин. Кроме того, магнитные мины, лежащие на дне, не поддаются обычным методам траления, рассчитанным на подсекание и подрыв якорных мин. Установка магнитных мин может производилась фашистами не только с кораблей, но и с самолётов - в открытом море.

Идею размагничивания предложили и осуществили учёные – математики, физики и техники во главе с академиком А.П.Александровым,

автором  метода защиты кораблей от магнитных мин.

В работах по размагничиванию участвовали: В. М. Тучкевич,        М. М. Бредов, Б. С. Джелепов, В. А. Иоффе, Ю. С.Лазуркин,                    Е. В. Лысенко, Л. М. Неменов, Н. Л. Писаренко, А. Р. Регель,                   В. Р. Регель, Н. Ф. Федоренко, А. С. Федюрко, И. М. Шмушкевич,              Г. Я . Щепкин, М. Г. Фролов,  Б. М. Докукин, П. П. Кобеко.  

 Группе А.П. Александрова предстояло прежде всего убедиться в осуществимости    идеи    размагничивания  кораблей.     Сначала      

исследования проводились на лабораторной модели корабля, сделанной из дерева и   обитой листовым железом. В результате этих опытов были найдены наиболее оптимальные виды размагничивающих обмоток.

 Решено   было  переходить к опытам на плавающих кораблях. Многие из минёров считали, что если уж размагничивать корабль, то нужно полностью скомпенсировать его магнитное поле до нуля.

А  так  как  это  невозможно  из-за  весьма  сложной 

конфигурации  поля,  размагничивание  становится

бессмысленным, и нужно сосредоточить все силы на создание

 и совершенствование методов траления. Некоторые специалисты считали даже, что корабль нужно не размагничивать, а намагничивать еще сильнее, с тем, чтобы увеличенное магнитное поле вызывало взрыв магнитной мины на большом расстоянии от корабля. Кстати, как стало известно после войны, англичане, начавшие работать по противоминной защите кораблей также в 1936 году, пошли именно по этому неправильному пути (ведь противник может выставлять как чувствительные, так и загрубленные мины). В результате к началу войны их корабли не были защищены от немецких магнитных мин и торпед, и английский флот понёс весьма ощутимые потери. Первые измерения магнитных полей кораблей и опыты по их компенсации были проведены сотрудниками Ленинградского физико-технического института в 1937 году в сухом доке Кронштадта на эсминцах «Яков Свердлов» и «Артём», а затем на лидере «Ленинград». В мае 1938 года в Ораниенбаумском порту на корабль «Дозорный» была наложена временная размагничивающая обмотка и путём измерения поля под кораблём был подобран оптимальный ток в ней.

Затем корабль сделал большое количество проходов с выключенной и включённой обмоткой над установленными на разных глубинах разоружёнными неконтактными магнитными минами. Было зафиксировано, что мины уверенно срабатывают при прохождении над ними корабля с выключенной обмоткой и совершенно не реагируют при включении в обмотку оптимального тока. Таким образом, задача противоминной защиты малого корабля была успешно решена. Надо было переходить к опытам по размагничиванию крупных кораблей. В октябре 1938 года был выделен для экспериментов линкор «Марат». 

И на этом крупнейшем корабле нашего ВМФ при помощи временной размагничивающей обмотки удалось в десятки раз уменьшить магнитное поле в непосредственной близости от киля. Таким образом, к началу Великой Отечественной войны были созданы надёжные методы защиты наших кораблей от магнитных мин противника. Первое военное утро застало группу   А. П. Александрова на борту линкора «Марат».

 Уже в 4 часа утра на нём была объявлена боевая тревога: с Финского берега появились вражеские самолёты. Математики и физики проверили соответствие расчётных ампер-витков в секциях обмоток, и, убедившись в правильности направления токов в них, комиссия передала в эксплуатацию защитное устройство линкора, сошла на берег в Кронштадте и тут же получила задание командования в срочном порядке оборудовать противоминными системами защиты несколько тральщиков. Не ограничиваясь этим, группа    А. П. Александрова из имеющегося в наличии кабеля смонтировала два электромагнитных трала, и уже 27 июня 1941 года они были применены на фронте.

"Благодаря беспримерному труду всех, кто принимал участие в борьбе с фашистскими минами, потери наших кораблей очень быстро были сведены к нулю, и тем самым был сорван план немецко-фашистского командования блокировать наши корабли в базах и лишить их боеспособности," - так оценил итоги работы по размагничиванию академик А. П. Александров, выступая в 1971 году перед ветеранами противоминной защиты. Действительно, эти работы спасли жизнь многим

морякам. Не были нарушены и бесперебойные перевозки военных грузов, в

которых остро нуждался фронт.

                            

Видная роль в  деле обороны нашей Родины принадлежит выдающемуся математику академику  А.Н. Крылову, чьи труды по теории непотопляемости  и качки корабля были использованы нашими  Военно-Морскими силами. Он создал таблицы  непотопляемости, в которых было рассчитано, как повлияет на корабль затопление тех или иных отсеков, какие номера отсеков надо затопить, чтобы ликвидировать крен, и насколько это затопление может улучшить состояние корабля. Эти таблицы  дали возможность спасти жизни многих людей, сберечь большие материальные ценности.

Таблицы непотопляемости корабля

заранее вычисленные данные, сведенные в табличную форму, удобную для быстрого принятия решения по восстановлению нарушенной остойчивости корабля, ликвидации крена и дифферента поврежденного корабля. В таблицах непотопляемости указаны объем каждого водонепроницаемого отсека, величины изменения остойчивости и осадки, крена и дифферента корабля при их затоплении. Это позволяет определить результат, который можно ожидать от затопления одного или группы водонепроницаемых отсеков. Для восстановления остойчивости и спрямления поврежденного корабля на нем на основании данных таблиц непотопляемости производится перераспределение жидких грузов (запасов воды, топлива, масла) путем перекачки их из одних отсеков в другие. Если этих мер окажется недостаточно, то с помощью таблиц непотопляемости производится выбор отсеков, подлежащих дополнительному затоплению или осушению. На современных крупных кораблях данные таблицы непотопляемости могут закладываться в программу специализированных ЭВМ, которые в случае необходимости быстро выдадут требуемые рекомендации. Простейшие таблицы непотопляемости впервые были предложены в конце 19 в. адмиралом С. О. Макаровым

В апреле 1942 года коллектив математиков под руководством основателя конструктивной теории функций действительного переменного и первого аксиоматика теории вероятностей академика С.Н. Бернштейна разработал и вычислил таблицы для определения местонахождения судна по радиопеленгам.

       Радионавигационные системы для определения места судна. Радиопеленг 

                                   Разработки  Андрея Николаевича Колмогорова по математической теории вероятностей использовались во время Великой Отечественной войны для определения наилучших методов нахождения подводных лодок и для указания путей, позволяющих избежать  встречи с подлодками врага.

  Андрей Николаевич Колмогоров

Молодой математик  А.Ю. Ишлинский, член-корреспондент АН СССР     Б.В. Булгаков и профессор Я.Н. Ройтенберг проводили большую теоретическую и практическую работу по совершенствованию и повышению точности морских гироскопических приборов и приборов управления артиллерийским огнём на кораблях

Военно-МорскогоФлота.

  

С помощью номограммы можно, кроме того, вычислять:

расстояние между двумя точками, координаты которых известны;

дирекционный угол направления с одной точки на другую по их координатам;

дальность решением прямой засечки из двух точек, координаты которых известны;

расстояние до какой-либо точки по заданной короткой базе, отложенной под углом 90° к направлению на точку, и параллактическому углу;

горизонтальную проекцию стороны инструментального хода по измеренной длине ее и углу места.

После войны на вооружении Военно- воздушных сил появились ракеты различного назначения. В состав военно- морского флота вошли новые атомные подводные лодки- ракетоносцы, оснащенные баллистическими ракетами подводных стартов. Оружие стало очень сложным, мощным и результативным и поэтому неизмеримо возросла мера ответственности за его применение. Точность попадания ракеты в цель во многом зависят от качества выполнения необходимых математических расчетов. Это усложнило деятельность каждого командира и, в конечном счете, всю задачу управления войсками.

 Командные кадры должны иметь хорошие математические знания, уметь широко использовать вычислительные средства.

 В современной армии не только командиру, но и солдату, чтобы успешно справляться со своими обязанностями, нужно владеть основами электротехники, радиотехники, хорошо знать математику.

6.3. Статистический контроль в военном производстве.

 Имеется еще один аспект работы советских математиков на помощь фронту, о котором нельзя не вспомнить— это работа по организации производственного процесса, направленная на повышение производительности труда и на улучшение качества продукции. Здесь было огромное число проблем, которые нуждались в математических методах и в усилиях математиков. Я рассмотрю только одну проблему – контроль качества продукции и управления качеством в процессе производства.

 Эта проблема со всей остротой возникла перед промышленностью уже в первые дни войны, поскольку прошла массовая мобилизация и квалифицированные рабочие стали солдатами. Им на смену пришли женщины и подростки без квалификации и рабочего опыта.

 Рассмотрим лишь один пример, имевший место на приборостроительном заводе в Свердловске. Здесь изготовлялись очень важные приборы для авиации и артиллерии. У станков были только подростки 13 — 15 лет. Многие детали, которые они выпускали, выходили за пределы до­пуска и поэтому не использовались для сборки. Тогда все детали разбили на 6 групп по размерам, которые уже было бы возможно сопрягать между собой. Исследования показали, что так собранные приборы оказались вполне пригодными для дела и удовлетворили потребности на месяц вперед.

 Они обладали одним недостатком: если какая-либо деталь выходила из строя, то ее можно было заменять лишь деталью той же группы, из деталей которой собран прибор. Но в ту пору и для тех целей, для которых были предназначены приборы, можно было обойтись заменой приборов, а не деталей. Мастерам удалось успешно использовать завалы испорченных подростками деталей.

 Задача контроля качества изготовленной продукции состоит в следующем. Пусть изготовлено N изделий, они должны удовлетворять некоторым требованиям. Скажем, снаряды должны быть определенного диаметра, не выходящего за пределы отрезка [D1, D2], иначе они будут не­пригодны для стрельбы. Они должны обладать определенной кучностью при стрельбе, иначе будут затруднения при стрельбе по цели. И если с первой задачей справиться легко — нужно замерить диаметры изготовленных снарядов и отобрать те из них, которые не удовлетворяют требованиям, то с другим требованием положение значительно сложнее. Действительно, чтобы проверить кучность стрельбы, необходимо провести стрельбы. А что же останется после испытаний? Испытания нужно произвести так, чтобы подавляющая часть продукции осталась пригодной для дальнейшего использования. Была поставлена задача – как по испытанию малой части изделий научиться судить о качестве всей партии. Методы, которые были для этой цели предложены, получили название статистических. Их теория берет свое начало с одной работы 1848 года академика М.В. Остроградского. Позднее этой задачей занимались профессор В. И. Романовский (1879 — 1954) в Ташкенте и его ученики. Во время войны их совершенствованием занялся А.Н. Колмогоров и его ученики.

 Задача, о которой только что было рассказано, обладает одним дефектом в самой ее постановке: партия продукции уже изготовлена и нужно выяснить, можно ее принять или же следует ее отвергнуть? Но зачем изготовлять партию, чтобы ее затем браковать? Возникла проблема, как организовать производственный процесс, чтобы уже при изготовлении поставить заслон для изготовления некачественной продукции? Такие методы были предложены и получили название статистических методов текущего контроля. Время от времени со станка берутся несколько (скажем, пять) только что наготовленных изделий и замеряются параметры их качества. Если все эти параметры находятся в допустимых пределах, то производственный процесс продолжается, если же хотя бы одно изделие выходит за пределы допуска, то подается сигнал о необходимой переналадке станка или о смене режущего инструмента. Какое отклонение параметра от номинала допустимо, чтобы вся партия была изготовлена качественно?

Это требует специальных расчетов.

После окончания войны выяснилось, что результаты работы советских математиков и  инженеров принесли за годы войны стране миллиардную экономию. 

8.ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 Со времени Победы прошло  70 лет. Вторая мировая война оказалась, прежде всего войной танков, соревнования моторов, огня и брони, и от того, чья конструкторская мысль оказывалась точнее и глубже, зависел исход многих сражений. Советские математики многое сделали для восстановления и развития народного хозяйства. За годы войны, в нечеловеческих условиях, наблюдался прогресс в теоретической математики. До сих пор нет сводного труда, который бы показал, как много математики дали фронту для победы, как их исследования помогали совершенствовать оружие, которое использовали воины в боях.

 Этот пробел следует восполнить как можно быстрее, поскольку многих из тех, кто это делал, уже нет в живых, поскольку человеческая память несовершенна и многое забывается. А нам никак нельзя забывать о том, что подвиг народа в Великой Отечественной войне не ограничивается только славными делами фронтовиков, что основы победы ковались и в тылу, где руками рабочих и их разумом, руками и разумом инженеров и ученых создавалась и совершенствовалась военная техника. Нельзя нам забывать и того, что по многим параметрам к концу войны наши танки, самолеты, артиллерийские орудия стали совершеннее тех, которые противопоставлял нам враг. Нельзя забывать, что в конце войны мы вынуждены, были вплотную заняться созданием собственного атомного оружия, а для этого пришлось объединить интеллектуальные усилия физиков, химиков, технологов, математиков, металлургов и самостоятельно пройти тот путь, который уже был пройден США и их западными союзниками.

 К сожалению, и теперь положение в мире таково, что страны, а вместе с ней и математики, вынуждены уделять внимание разработке проблем обороны. Однако это не самоцель, а вынужденная необходимость. Каждый же из нас мечтает о том времени, когда человечество забудет о войнах и о подготовке к ним.

 Таким образом, мы считаем, что тема нашей работы очень актуальна в наши дни, особенно для наших сверстников.

 Во-первых, она приближает математику к истории моей страны, к жизни.

 Показывает, что это не просто сухие цифры, это история, человеческие судьбы. Ведь от точности расчетов зависели человеческие жизни.

 Во- вторых, эта работа помогает понять, что изучение математики необходимо, она соприкасается со всеми отраслями науки. И чем бы мы в дальнейшем не занимались, что бы мы не выбрали, знания математики нам будут необходимы.

                                                     9.Литература

1)Гнеденко Б.В. Математика и оборона страны, - М.: 1978.

2)Гнеденко Б. В. Математика и контроль качества продукции М.: Знание, 1984.

3)Левшин Б.В. Советская наука в годы Великой Отечественной Войны - М.: Наука,        

1983.

4)Оружие Победы.-2-е изд., перераб. И доп. - М: Машиностроение, 1986.

5)Интернет ресурсы

сурсы