Веднъж чух съкращение за най-добрите части от съветите по физика, които някога съм получавал: Keep It Simple, Stupid (KISS). Във физиката обикновено се занимаваме със система, която всъщност е много сложна. За пример, нека разгледаме една от най-лесните физически системи за анализ: хвърляне на топка.
Идеализиран модел за хвърляне на тенис топка
Хвърляте тенис топка във въздуха и тя се връща и искате да анализирате нейното движение. Колко сложно е това?
Топката не е идеално кръгла, за едно нещо; върху нея има онези странни размити неща. Как това се отразява на движението му? Колко е ветровито? Сложи ли малко въртене на топката, когато я хвърли? Почти сигурно. Всички тези неща могат да окажат влияние върху движението на топката през въздуха.
И това са очевидните! С нарастването си теглото всъщност леко се променя въз основа на разстоянието му от центъра на Земята. И Земята се върти, така че може би това ще има някакво влияние върху относителното движение на топката. Ако Слънцето е излязло, тогава светлината удря топката, което може да има енергийни последствия. И Слънцето, и Луната имат гравитационно въздействие върху тенис топката, така че трябва ли да се вземат предвид? Ами Венера?
Бързо виждаме тази спирала извън контрол. В света има прекалено много неща, за да разбера как всичко се отразява върху това, че хвърлям тенис топка? Какво можем да направим?
Използване във физиката
Във физиката модел (или идеализиран модел) е опростена версия на физическата система, която премахва ненужните аспекти на ситуацията.
Едно нещо, за което обикновено не се притесняваме, е физическият размер на обекта, нито всъщност неговата структура. В примера на тенис топката, ние го разглеждаме като обикновен точков обект и игнорираме неясността. Освен ако не е нещо, което ни интересува конкретно, ние също ще пренебрегнем факта, че се върти. Съпротивлението на въздуха често се игнорира, както и вятърът. Най- земно притегляне влиянието на Слънцето, Луната и други небесни тела се игнорира, както и въздействието на светлината върху повърхността на топката.
След като всички тези ненужни разсейвания се отнемат, можете да започнете да се фокусирате върху точните качества на ситуацията, която ви интересува да изследвате. За да анализирате движението на тенис топка, това обикновено са изместванията, скоростии участващите гравитационни сили.
Използване на грижа с идеализирани модели
Най-важното в работата с идеализиран модел е да уверете се, че нещата, които събличате, са неща, които са не необходими за вашия анализ. Необходимите характеристики ще се определят от хипотеза че обмисляте.
Ако учиш ъглова инерция, въртенето на обект е от съществено значение; ако учиш 2-измерена кинематика, може да бъде в състояние да го игнорира. Ако хвърляте тенис топка от самолет на голяма надморска височина, може да искате да вземете предвид съпротивлението на вятъра, за да видите дали топката удря крайната скорост и спира да ускорява. Като алтернатива може да искате да анализирате променливостта на гравитацията в такава ситуация, в зависимост от нивото на точност, от което се нуждаете.
Когато създавате идеализиран модел, уверете се, че нещата, които премахвате, са черти, които всъщност искате да премахнете от модела си. Небрежно игнорирането на важен елемент не е модел; това е грешка.
Редактиран от Ан Мари Хелменстин, д-р