Ideális modell a fizikában

Egyszer hallottam rövidítést a legjobb fizikai tanácsokról, amelyeket valaha kaptam: Keep It Simple, Stupid (KISS). A fizikában általában egy olyan rendszerrel foglalkozunk, amely valójában nagyon összetett. Példaként vizsgáljuk meg az elemzés egyik legkönnyebb fizikai rendszerét: labda dobása.

Ön dob egy teniszlabdát a levegőbe, és visszatér, és meg akarja elemezni a mozgását. Mennyire összetett ez?

A labda egyáltalán nem tökéletesen kerek; van benne furcsa homályos cucc. Hogyan befolyásolja ez a mozgását? Mennyire szeles? Egy kis pörgetést tett a labdára, amikor dobta? Majdnem biztosan. Mindezek befolyásolhatják a labda levegőn történő mozgását.

És ezek nyilvánvalóak! Ahogy felmegy, súlya valójában kissé megváltozik, a Föld középpontjától való távolság alapján. És a Föld forog, tehát ez valószínűleg befolyásolja a labda relatív mozgását. Ha a Nap kifelé van, akkor fény jut el a labdára, ami energiával járhat. Mind a Napnak, mind a Holdnak gravitációs hatása van a teniszlabdara, tehát ezeket figyelembe kell venni? Mi a helyzet a Vénussal?

Gyorsan látjuk, hogy ez a spirál ellenőrizetlen. Túl sokat történik a világon, hogy kitaláljam, mennyire befolyásolja ez a teniszlabda dobását? Mit tehetünk?

A fizikában egy modell (vagy idealizált modell) a fizikai rendszer egyszerűsített változata, amely kiküszöböli a helyzet szükségtelen aspektusait.

Az egyik dolog, amely miatt általában nem aggódunk, a tárgy fizikai mérete, vagy éppen a szerkezete. A teniszlabda példában egyszerű pont tárgyaként kezeljük, és figyelmen kívül hagyjuk a homályosságot. Hacsak nem ez valami, amelyet kifejezetten érdekelünk, figyelmen kívül hagyjuk azt a tényt is, hogy forog. A levegőellenállást, mint a szélét, gyakran figyelmen kívül hagyják. Az súly A Nap, a Hold és más mennyei testek hatásait, valamint a fénynek a labda felületére gyakorolt ​​hatását figyelmen kívül hagyják.

Miután ezeket a felesleges figyelmeztetéseket megszüntette, elkezdheti összpontosítani a helyzet pontos tulajdonságaira, amelyet érdekli megvizsgálni. A teniszlabda mozgásának elemzése, amely tipikusan az elmozdulások, sebességekés a gravitációs erők.

Az idealizált modellekkel való munka során a legfontosabb dolog az győződjön meg arról, hogy azok a dolgok, amiket eltávolítasz, azok nem szükséges az elemzéshez. A szükséges tulajdonságokat a hipotézis amire gondolsz.

Ha tanulsz perdület, egy tárgy centrifugálása elengedhetetlen; ha tanulsz 2-dimenziós kinematika, lehet, hogy figyelmen kívül hagyja. Ha egy teniszlabdát dob ​​egy repülőgépről nagy magasságban, érdemes figyelembe venni a szélállóságot, hogy megtudja, ha a labda eléri-e a végsebességet és nem gyorsul fel. Alternatív megoldásként érdemes lehet elemezni a gravitáció variabilitását egy ilyen helyzetben, a szükséges pontossági szinttől függően.

Az idealizált modell létrehozásakor ügyeljen arra, hogy az eltávolítandó dolgok olyan tulajdonságok legyenek, amelyeket valójában el akar távolítani a modelljéből. Egy fontos elem óvatlan figyelmen kívül hagyása nem modell; ez egy hiba.

Szerkesztette Anne Marie Helmenstine, Ph. D.