Jeg hørte en gang en forkortelse for de beste fysikkrådene jeg noensinne har fått: Keep It Simple, Stupid (KISS). I fysikk har vi typisk et system som i virkeligheten er veldig sammensatt. La oss for eksempel vurdere et av de enkleste fysiske systemene å analysere: å kaste en ball.
Idealisert modell for å kaste en tennisball
Du kaster en tennisball i luften, og den kommer tilbake, og du vil analysere bevegelsen. Hvor kompleks er dette?
Ballen er ikke perfekt rund, for en ting; det har så rare uklarheter på seg. Hvordan påvirker det bevegelsen? Hvor vind er det? Satte du litt snurr på ballen da du kastet den? Nesten sikkert. Alle disse tingene kan ha innvirkning på bevegelsen til ballen gjennom luften.
Og det er de åpenbare! Når den går opp, endres vekten faktisk litt, basert på dens avstand fra jordens sentrum. Og Jorden roterer, så kanskje det vil ha noen betydning for ballens relative bevegelse. Hvis solen er ute, så er det lys som treffer ballen, noe som kan ha konsekvenser for energi. Både Solen og Månen har gravitasjonseffekter på tennisballen, så skal de tas i betraktning? Hva med Venus?
Vi ser raskt at dette spiraler ut av kontroll. Det er bare for mye som skjer i verden for at jeg skal finne ut hvordan det hele påvirker at jeg kaster tennisballen? Hva kan vi gjøre?
Bruk i fysikk
I fysikk, en modell (eller idealisert modell) er en forenklet versjon av det fysiske systemet som striper bort de unødvendige sidene ved situasjonen.
En ting som vi ikke vanligvis bekymrer oss for, er den fysiske størrelsen på objektet, og heller ikke strukturen. I tennisballeksempelet behandler vi det som et enkelt poengobjekt og ignorerer fuzziness. Med mindre det er noe vi er spesielt interessert i, vil vi også se bort fra at det snurrer. Luftmotstand blir ofte ignorert, og det samme er vind. De tyngde påvirkning fra solen, månen og andre himmelske kropper blir ignorert, og det samme er lysets innvirkning på overflaten av ballen.
Når alle disse unødvendige distraksjoner er fjernet, kan du begynne å fokusere på de eksakte egenskapene til situasjonen du er interessert i å undersøke. For å analysere bevegelsen til en tennisball, vil det typisk være forskyvningene, hastigheter, og gravitasjonskrefter involvert.
Bruk omsorg med idealiserte modeller
Det viktigste i å jobbe med en idealisert modell er å sørg for at tingene du stripper bort er ting som er ikke nødvendig for din analyse. Funksjonene som er nødvendige, vil bli bestemt av hypotese som du vurderer.
Hvis du studerer kantet fart, spinnet til et objekt er viktig; hvis du studerer 2-dimensjonal kinematikk, kan det være mulig å ignorere det. Hvis du kaster en tennisball fra et fly i stor høyde, kan det være lurt å ta hensyn til vindmotstand, for å se om ballen treffer en terminalhastighet og slutter å akselerere. Alternativt kan det være lurt å analysere tyngdekraften i en slik situasjon, avhengig av nøyaktighetsnivået du trenger.
Når du lager en idealisert modell, må du sørge for at tingene du eliminerer er egenskaper du faktisk vil eliminere fra modellen. Uforsiktig ignorering av et viktig element er ikke en modell; Det er en feil.
Redigert av Anne Marie Helmenstine, ph.d.