25. 9. 2023 / Jiří Majzlík
Úvod
V poslední době se ve veřejném informačním prostoru poměrně často objevují úvahy o možnosti zvýšení úrovně školství a úrovně vzdělanosti všeobecně pomocí osvojení si práce s konverzační verzí umělé inteligence, dále UI. V předloženém textu je uvedeno několik příkladů využití tohoto nástroje k řešení smíšených experimentálních úloh. Autor (A) se alespoň zběžně seznámil s metodikou konverzace s UI a obrátil se na ni s několika dotazy, které směřovaly k řešení několika autorem ověřeným příkladů z oblasti zkoumání fyzikálních přechodových dějů. Touto cestou se A pokusil o nalezení mezí její spolehlivosti při řešení praktických úloh, dějů, probíhajících v plynech a v pevných látkách. Konverzace mezi UI a autorem (A) proběhla v prostředí Microsoft Bing v režimu Pokládejte složité otázky.
Výpočet indukované elektromotorické síly
První ze série kontrolních příkladu požaduje po UI, aby provedla výpočet elektromotorické síly (EMS), indukované na tenkém vodiči délky l = 0.01 m, který je vložen do polymetylmetakrylátového (dále PMMA) bloku ve stabilním magnetickém poli, jehož indukce B = 0.01 Tesla. V této 3D soustavě pravoúhlých souřadnic dopadne na snímač čelo rázové vlna (RV) o max. tlaku P = 4.8 GPa.
Požaduje se výpočet indukované elektromotor. síly e, měřený na výstupu nezatíženého snímače. Její hodnota je dána vztahem (1):
e = Blup (1)
kde up značí rychlost částic za čelem RV, která je dle (2) definována rovnicí zachování impulsu a hybnosti:
up = P/ρ0Us [ms-1; Pa; kgm-2; ms-1] (2)
kde ρ0 a Us značí hustotu prostředí a rychlost čela RV.
První odpověď UI na A - dotaz byla negativní, neboť nenalezla údaj rychlosti pohybu částic up za čelem procházející RV při daném tlaku P. A připomněl možnost odečtu tohoto parametru z průběhu Rank. - Hug. adiabaty PMMA. UI shrnula v několika větách teorii rázového zatížení pevných látek, ale hodnotu rychlosti částic up při tlaku P = 4.8 GPa opět nenalezla. Rovněž si neporadila s nalezením experimentálně stanovených konstant rovnice šíření čela RV v PMMA ve tvaru (3)
Us = C + Bup (3)
uváděných ve specializovaných, ale snad dostupných databázích. Po nápovědě, že hledaná rychlost částic up = 1000 m/s provedla UI bezchybný výpočet, kde indukovaná EMS dosahuje ca 0.1 V. Současně zkombinovala odkaz na příliš specializované zadání úlohy s díkem za spolupráci při jejím řešení.
Zachování energie náboje
Máme soustavu dvojice naprosto shodných vf kondenzátorů o kapacitě C1 a C2, které se po nabití kond. C1 na napětí U11 propojí s původně nenabitým kond. C2 pomocí dvojice bezindukčních, bezkapacitních a dokonale vodivých spojek a spínačů. Po dosažení ustáleného stavu je na symetrické soustavě pozorována zdánlivá ztráta poloviny energie náboje prvního kond. (4)
Tato fiktivně zadaná úloha má smysl při hledání příčiny zdánlivé ztráty energie při respektování zákona zachování energie náboje soustavy v uvedených prakticky nerealizovatelných podmínkách.
Úloha byla předložena k řešení UI:
Energie náboje obou kond. po připojení C2 na C1 dle (5):
E12 + E22 = 0.5 C1U212 + 0.5C2U222 (5)
přičemž platí, že U12 = U22 = 0.5U11
Součet energií obou nabitých kond. (5) dává E12 + E22 = 0.5E11
Na UI byl vznesen dotaz, kam se v daných krajních podmínkách zkoušky ztrácí polovina energie původně nabitého kondenzátoru C1. Tázaná UI si s tímto úkolem nevěděla rady, energetický deficit soustavy sváděla na vnější ztráty spojovacích vodičů.
Přitom v literatuře je uváděno, že při velmi rychlé polarizace dielektrika akceptoru C2 a při poklesu polarizace donoru C1 dochází vlivem nárůstu jeho vnitřní energie k nevratným ztrátám, které v mezních podmínkách mohou representovat podstatnou část hledané složky energie soustavy. UI s tímto zdůvodněním zachování původní hodnoty energie vyslovila souhlas.
(A si je vědom toho, že se jedná o poměrně náročnou úlohu. Současně je možno vyslovit předpoklad, že tato ztracená polovina energie náboje E11 se přes odlišnosti jednotlivých typů dielektrik nakonec nalezne v tepelných ztrátách a v mechanické práci, strávené v namáhaném prostředí dielektrika obou kondenzátorů, kdy hrozí i jeho destrukce. Experimentální cestou se potvrdilo, že při zapojení rezistoru do obvodu se v rozsahu jeho odporu od 0.3 Ohm do 10 MOhm napětí na kond. C2 nemění a stabilně dosahuje hodnoty U22 = 0.5U11).
Přetržení prizmatické tyče
Na UI byl vznesen dotaz, zda je možno během vícenásobných běhů rázové vlny podél osy kovové tyče dosáhnout jejího přetržení.
Zadány byly tyto podmínky: ocelová tyč konstantního profilu, délka rázové vlny Ls = Ts.Us, procházející tyčí je ca desetkrát nižší než délky tyče. Symbol Ts zde značí charakteristickou délku RV v časovém měřítku. Na UI byl vznesen dotaz, zda je možno dosáhnout v průběhu reverberací RV přetržení tyče. UI odpověděla několika větami s použitím všeobecně dosažitelných nálezů o postupu vlny podél osy rozličných geometrických útvarů včetně tyčí. Bylo jí napovězeno, že po dopadu čela kompresní vlny na volný povrch tyče dochází po jejím odrazu následkem setrvačnosti původně komprimované struktury tyče k uvolnění tahového napětí. Zas nic. UI bylo dále napovězeno, že zde dochází k algebraickému součtu tahové a původní tlakové složky napětí a po překročení pevnosti v tahu použitého materiálu se tyč na příslušném místě přetrhne. Od UI se nato A dočkal potvrzení tohoto jevu, ale při samostatném hledání souvislostí mezi jednotlivými etapami sledovaného děje nebyla příliš úspěšná.
Rázová trubice
Následující dotaz na UI zněl, zda je možno v natlakované části rázové trubice, komoře, očekávat po protržení oddělovací membrány snížení tlaku pod jeho atmosférickou hodnotu.
A se účastnil zkoušek, při nichž byl přechodný podtlak pozorován. S přáním o jeho vysvětlení se proto obrátil rovněž na UI.
Zadání úlohy: Trubice délky ca 10 m, d = ca 0.3 m, délka komory ca 1 m. Časový průběh tlaku za čelem vlny i tlaku v této části zařízení byl měřen pomocí tlakových snímačů. Po protržení membrány se komprimovaný plyn, běžící podél volné trubice chová jako píst, který může nakrátko snížit tlak plynu v komoře pod hodnotu atmosférického tlaku. Zpětným prouděním plynových částic, ke kterému dochází v expanzní oblasti RV (za jejím čelem) se pak tlak v komoře ustálí na své normální hodnotě.
Na A-utorův dotaz, zde je možno dosáhnout v komoře podtlaku podala UI řadu všeobecných informací z oblasti rozpínání plynů z místa výbuchu trhavinové nálože a podobných modelů.
Na další přímý dotaz, vztahující se k příčině vzniku podtlaku v komoře zkoumané soustavy, tedy rázové trubice s příslušenstvím, nebylo napřímo odpovězeno, ačkoliv oba procesy mají shodný fyzikální základ.
Závěr
Konverzace s použitou verzí UI je vstřícná a zdvořilá. Tazateli vyslovuje potěšení nad tím, že mu pomohla vyřešit jeho kontrolní dotazy a nabízí se k další spolupráci.
Při hledání řešení úkolů se jako oportunista řídí většinovým principem. Tímto způsobem vyhledávání relevantních souvislostí mezi zadáním úlohy a prameny mu unikají okrajové, pro řešení zadaného úkolu mnohdy zásadní odkazy, klenáky. Přes tyto výhrady je projekt UI doveden na dříve nepředstavitelnou úroveň.
Ze způsobu výběru faktů a informací vyplývá, že metodika její práce může vést k obcházení příčin vzniku nebo průběhu či následků zkoumaných procesů. Na dotazy, které vyžadují ponor do zdrojů speciálních informací odpovídá tím, že k nim nemá přístup. UI již z principu mnohdy neví, kam sáhnout.
UI nemůže za to, že nedisponuje předvídavostí, intuicí.
Snahy zavést konverzaci UI do školství jako součást výuky a kontroly její úspěšnosti mohou vést ke zvýšení pocitu neodpovědnosti za kvalitu učebního procesu, a to na straně žactva i vyučujících. Pokud se vyučující poněkud hlouběji ponoří do mechanismu fungování UI, pak může touto cestou rozeznávat alespoň ty prokazatelné výtvory UI od nefalšovaných prací žákovských či studentských. Pokud se tento systém zavede do školství, pak se kontrola autentičnosti studentských prací stane oboustranně konfliktní záležitostí.
Toliko několik poznámek k aplikovatelnosti UI, psaných věčným studentem.
Diskuse