Kuulin kerran lyhenteen parhaimmista koskaan saatuista fysiikan neuvoista: Pidä se yksinkertaisena, tyhmä (KISS). Fysiikassa käsittelemme tyypillisesti järjestelmää, joka on todellisuudessa hyvin monimutkainen. Tarkastellaan esimerkiksi yhtä helpoimmista analysoitavista fysikaalisista järjestelmistä: pallon heittämistä.
Ihanteellinen malli heittää tennispallo
Heität tennispalloilmaan ja se tulee takaisin, ja haluat analysoida sen liikettä. Kuinka monimutkainen tämä on?
Pallo ei ole täysin pyöreä, yhdestä asiasta; siinä on outoja sumeita juttuja. Kuinka se vaikuttaa sen liikkeeseen? Kuinka tuulinen on? Laitoitko vähän pyöriä palloon, kun heitit sen? Melko varmasti. Kaikilla näillä asioilla voi olla vaikutus pallon liikkeeseen ilman läpi.
Ja nämä ovat ilmeisiä! Nouseessaan sen paino muuttuu tosiasiassa hieman, riippuen etäisyydestä Maan keskustasta. Ja maa pyörii, joten ehkä sillä on vaikutusta pallon suhteelliseen liikkeeseen. Jos aurinko ei ole ulkona, pallo osuu valoon, jolla voi olla energiavaikutuksia. Sekä auringolla että kuulla on painovoimavaikutuksia tennispalloon, joten ne pitäisi ottaa huomioon? Entä Venus?
Huomaamme tämän spiraalin hallitsematta. Maailmassa tapahtuu aivan liian paljon, jotta voin selvittää, kuinka kaikki se vaikuttaa minuun tennisepallon heittämisessä? Mitä voimme tehdä?
Käyttö fysiikassa
Fysiikassa malli (tai ihanteellinen malli) on fyysisen järjestelmän yksinkertaistettu versio, joka poistaa tilanteen tarpeettomat näkökohdat.
Yksi asia, josta emme tyypillisesti ole huolissamme, on esineen fyysinen koko eikä sen rakenne. Tennispalloesimerkissä käsittelemme sitä yksinkertaisena pisteobjektina ja sivuutamme sumun. Ellei se ole jotain, josta olemme erityisen kiinnostuneita, huomioimme myös sen, että se pyörii. Ilmankestävyyttä, kuten tuulta, ei huomioida usein. painovoima Auringon, Kuun ja muiden taivaallisten kappaleiden vaikutukset jätetään huomioimatta, samoin kuin valon vaikutukset pallon pinnalle.
Kun kaikki nämä tarpeettomat häiriötekijät on poistettu, voit alkaa keskittyä tutkittavan tilanteen tarkkaan laatuun. Analysoidaksesi tennispallojen liikettä, jotka ovat tyypillisesti siirtymiä, nopeudet, ja mukana olevat painovoimat.
Hoidon käyttäminen ihanteellisissa malleissa
Tärkein asia idealisoidun mallin kanssa työskentelyssä on Varmista, että irtoamasi asiat ovat asioita, jotka ovat ei tarvittavat analyysiisi. Tarvittavat ominaisuudet määrittelee hypoteesi jota harkitset.
Jos opiskelet kulmainen vauhti, esineen spin on välttämätöntä; jos opiskelet 2-ulotteinen kinematiikka, se voi ehkä sivuuttaa sen. Jos heität tennispalloa lentokoneelta korkealla, sinun kannattaa ehkä ottaa huomioon tuulen vastus, onko pallo osuu terminaalinopeuteen ja lakkaako kiihtymästä. Voit vaihtoehtoisesti analysoida painovoiman vaihtelua tällaisessa tilanteessa tarvitsemasi tarkkuuden tason mukaan.
Kun luot idealisoitua mallia, varmista, että poistamasi asiat ovat piirteitä, jotka todella haluat poistaa mallistasi. Tärkeän elementin huomiotta jättäminen ei ole malli; se on virhe.
Muokannut Tohtori Anne Marie Helmenstine