Jeg hørte engang et forkortelse for de bedste fysiske råd jeg nogensinde har fået: Keep It Simple, Stupid (KISS). I fysik har vi typisk et system, der i virkeligheden er meget komplekst. Lad os som et eksempel overveje et af de letteste fysiske systemer at analysere: at kaste en bold.
Idealiseret model for at smide en tennisbold
Du kaster en tennisbold i luften, og den kommer tilbage, og du vil analysere dens bevægelse. Hvor kompliceret er dette?
Bolden er ikke perfekt rund for en ting; det har så underlige fuzzy ting på det. Hvordan påvirker det dens bevægelse? Hvor blæsende er det? Satte du en lille smule spin på bolden, da du kastede den? Næsten sikkert. Alle disse ting kan have indflydelse på bevægelsen af bolden gennem luften.
Og det er de indlysende! Når den går op, ændres dens vægt faktisk lidt, baseret på dens afstand fra Jordens centrum. Og Jorden roterer, så måske vil det have en vis betydning for kuglens relative bevægelse. Hvis solen er ude, er der lys, der rammer kuglen, hvilket kan have virkninger af energi. Både Solen og Månen har gravitationseffekter på tennisbolden, så skal der tages hensyn til dem? Hvad med Venus?
Vi ser hurtigt dette spiral ud af kontrol. Der sker bare for meget i verden til, at jeg kan finde ud af, hvordan det hele påvirker mig, der kaster tennisbolden? Hvad kan vi gøre?
Brug i fysik
I fysik er en model (eller idealiseret model) er en forenklet version af det fysiske system, der fjerner de unødvendige aspekter af situationen.
En ting, som vi normalt ikke bekymrer os om, er den fysiske størrelse på objektet, og heller ikke dets struktur. I tennisboldeksemplet behandler vi det som et enkelt punktobjekt og ignorerer fuzziness. Medmindre det er noget, vi specifikt er interesseret i, ignorerer vi også det faktum, at det snurrer. Luftmodstand ignoreres ofte, ligesom vind. Det tyngdekraft påvirkninger af Solen, Månen og andre himmelske kroppe ignoreres, ligesom påvirkningen af lys på overfladen af bolden.
Når alle disse unødvendige distraktioner er fjernet, kan du derefter begynde at fokusere på de nøjagtige kvaliteter i den situation, du er interesseret i at undersøge. At analysere bevægelsen af en tennisbold, ville det typisk være forskydningerne, hastigheder, og tyngdekraften involveret.
Brug af pleje med idealiserede modeller
Det vigtigste ved at arbejde med en idealiseret model er at Sørg for, at de ting, du striber væk, er ting, der er ikke nødvendigt til din analyse. De nødvendige funktioner fastlægges af hypotese som du overvejer.
Hvis du studerer vinkelmoment, spin af et objekt er vigtigt; hvis du studerer 2-dimensionel kinematik, kan det være i stand til at ignorere det. Hvis du kaster en tennisbold fra et fly i høj højde, kan du tage højde for vindmodstand for at se, om bolden rammer en terminalhastighed og holder op med at accelerere. Alternativt kan det være en god idé at analysere tyngdekraftens variation i en sådan situation, afhængigt af det præcisionsniveau, du har brug for.
Når du opretter en idealiseret model, skal du sørge for, at de ting, du eliminerer, er træk, som du faktisk vil fjerne fra din model. Uforsigtigt at ignorere et vigtigt element er ikke en model; det er en fejltagelse.
Redigeret af Anne Marie Helmenstine, ph.d.