Ik heb ooit een acroniem gehoord voor de beste stukjes natuurkundig advies die ik ooit heb gekregen: Keep It Simple, Stupid (KISS). In de natuurkunde hebben we meestal te maken met een systeem dat in werkelijkheid erg complex is. Laten we bijvoorbeeld eens kijken naar een van de gemakkelijkste fysieke systemen om te analyseren: een bal gooien.
Geïdealiseerd model van het gooien van een tennisbal
Je gooit een tennisbal in de lucht en deze komt terug en je wilt de beweging ervan analyseren. Hoe ingewikkeld is dit?
De bal is bijvoorbeeld niet perfect rond; er zitten rare rare dingen op. Hoe beïnvloedt dat de beweging? Hoe winderig is het? Heb je een beetje spin op de bal gegeven toen je hem gooide? Bijna zeker. Al deze dingen kunnen van invloed zijn op de beweging van de bal door de lucht.
En dat zijn de voor de hand liggende! Naarmate het stijgt, verandert het gewicht enigszins, afhankelijk van de afstand tot het middelpunt van de aarde. En de aarde draait, dus misschien heeft dat invloed op de relatieve beweging van de bal. Als de zon schijnt, is er licht dat de bal raakt, wat energetische gevolgen kan hebben. Zowel de zon als de maan hebben zwaartekrachteffecten op de tennisbal, dus hiermee moet rekening worden gehouden? Hoe zit het met Venus?
We zien dit snel uit de hand lopen. Er gebeurt gewoon te veel in de wereld om erachter te komen hoe dit allemaal van invloed is op het gooien van de tennisbal? Wat kunnen we doen?
Gebruik in de natuurkunde
In de natuurkunde, een model (of geïdealiseerd model) is een vereenvoudigde versie van het fysieke systeem die de onnodige aspecten van de situatie wegneemt.
Een ding waar we ons normaal gesproken geen zorgen over maken, is de fysieke grootte van het object, en ook niet echt de structuur. In het voorbeeld van een tennisbal behandelen we het als een eenvoudig puntobject en negeren we de wazigheid. Tenzij het iets is waar we specifiek in geïnteresseerd zijn, negeren we ook het feit dat het draait. Luchtweerstand wordt vaak genegeerd, evenals wind. De zwaartekracht invloeden van de zon, maan en andere hemellichamen worden genegeerd, evenals de invloed van licht op het oppervlak van de bal.
Zodra al deze onnodige afleidingen zijn weggenomen, kunt u zich gaan concentreren op de exacte kwaliteiten van de situatie waarin u geïnteresseerd bent om te onderzoeken. Om de beweging van een tennisbal te analyseren, zijn dat meestal de verplaatsingen, snelheden, en de betrokken zwaartekracht.
Wees voorzichtig met geïdealiseerde modellen
Het belangrijkste bij het werken met een geïdealiseerd model is zorg ervoor dat de dingen die je weghaalt, dingen zijn die dat zijn niet noodzakelijk voor uw analyse. De functies die nodig zijn, worden bepaald door de hypothese die u overweegt.
Als je studeert impulsmoment, de spin van een object is essentieel; als je studeert 2-dimensionale kinematica, kan het mogelijk worden genegeerd. Als je een tennisbal vanuit een vliegtuig op grote hoogte gooit, wil je misschien rekening houden met windweerstand, om te zien of de bal een eindsnelheid raakt en stopt met accelereren. Als alternatief kunt u de variabiliteit van de zwaartekracht in een dergelijke situatie analyseren, afhankelijk van het niveau van precisie dat u nodig heeft.
Zorg er bij het maken van een geïdealiseerd model voor dat de dingen die u elimineert eigenschappen zijn die u eigenlijk uit uw model wilt verwijderen. Zorgeloos een belangrijk element negeren is geen model; het is een fout.
Bewerkt door Anne Marie Helmenstine, Ph.D.