Jednou jsem slyšel zkratku pro nejlepší fyzikální rady, jaké jsem kdy dostal: Keep It Simple, Stupid (KISS). Ve fyzice se obvykle zabýváme systémem, který je ve skutečnosti velmi složitý. Například, pojďme zvážit jeden z nejjednodušších fyzických systémů analyzovat: házet míč.
Idealizovaný model házení tenisového míče
Hodíš do vzduchu tenisový míček, který se vrací a chceš analyzovat jeho pohyb. Jak složité je to?
Míč není dokonale kulatý, na jednu věc; má to divné fuzzy věci. Jak to ovlivňuje jeho pohyb? Jak je to větrno? Když jste hodili míč, dali jste mu trochu zatočení? Téměř jistě. Všechny tyto věci mohou mít vliv na pohyb míče vzduchem.
A to jsou zjevné! Jak to stoupá, jeho hmotnost se ve skutečnosti mírně mění v závislosti na jeho vzdálenosti od středu Země. A Země se točí, takže to možná bude mít nějaký vliv na relativní pohyb míče. Pokud je Slunce venku, pak do míče dopadá světlo, což může mít dopad na energii. Slunce i Měsíc mají na tenisový míč gravitační účinky, takže je třeba je brát v úvahu? A co Venuše?
Rychle vidíme, jak se točit mimo kontrolu. Na světě se prostě děje příliš mnoho na to, abych zjistil, jak to všechno dopadá na házení tenisového míče? Co můžeme udělat?
Použití ve fyzice
Ve fyzice, model (nebo idealizovaný model) je zjednodušená verze fyzického systému, která odstraňuje zbytečné aspekty situace.
Jedna věc, kterou si obvykle neděláme starosti, je fyzická velikost objektu, ani vlastně jeho struktura. V příkladu tenisového míče to považujeme za jednoduchý bodový objekt a ignorujeme moudrost. Pokud to není něco, o co nás konkrétně zajímá, ignorujeme také skutečnost, že se točí. Odpor vzduchu je často ignorován, stejně jako vítr. gravitace vlivy Slunce, Měsíce a dalších nebeských těles jsou ignorovány, stejně jako dopad světla na povrch koule.
Jakmile budou všechny tyto zbytečné rozptýlení odstraněny, můžete se začít zaměřovat na přesné vlastnosti situace, kterou chcete zkoumat. Pro analýzu pohybu tenisového míče by to obvykle byly posuny, rychlostia zapojené gravitační síly.
Používání péče s idealizovanými modely
Nejdůležitější věcí při práci s idealizovaným modelem je ujistěte se, že věci, které stahujete, jsou věci, které jsou ne nezbytné pro vaši analýzu. Funkce, které jsou nezbytné, určí hypotéza o čem uvažujete.
Pokud studujete úhlová hybnost, točení objektu je zásadní; pokud studuješ 2-rozměrná kinematika, může to být ignorováno. Pokud hodíte tenisový míček z letadla ve vysoké nadmořské výšce, možná budete chtít vzít v úvahu odpor větru, abyste zjistili, zda míč zasáhne rychlost terminálu a přestane zrychlovat. Alternativně můžete chtít analyzovat variabilitu gravitace v takové situaci, v závislosti na úrovni přesnosti, kterou potřebujete.
Při vytváření idealizovaného modelu se ujistěte, že věci, které odstraňujete, jsou vlastnosti, které chcete z modelu skutečně odstranit. Nedbalé ignorování důležitého prvku není modelem; je to chyba.
Upravil Anne Marie Helmenstine, Ph. D.