物理学における理想化されたモデル

理想化されたモデルは、気を散らすものを取り除きながら、現象の重要な特性をすべて表しています。 Westend61、ゲッティ イメージズ

これまでに得た最高の物理学のアドバイスの頭字語を聞いたことがあります。Keep It Simple, Stupid (KISS) です。物理学では、通常、実際には非常に複雑なシステムを扱っています。例として、最も簡単に分析できる物理システムの 1 つであるボールを投げることを考えてみましょう。

テニスボールを投げる理想化されたモデル

テニス ボールを空中に投げると戻ってくるので、その動きを解析したいとします。これはどれほど複雑ですか？

一つには、ボールは完全に丸いわけではありません。その上に奇妙なファジーなものがあります。それはその動きにどのように影響しますか？どのくらい風が強いですか？ボールを投げたとき、ボールに少しスピンをかけましたか？ほぼ間違いない。これらはすべて、空気中のボールの動きに影響を与える可能性があります。

そして、それらは明らかなものです！上昇すると、地球の中心からの距離に基づいて、重量が実際にはわずかに変化します。そして、地球は自転しているので、ボールの相対運動に影響を与える可能性があります。太陽が出ていない場合は、ボールに光が当たり、エネルギーに影響を与える可能性があります。太陽と月の両方がテニスボールに重力の影響を及ぼしますが、それらを考慮に入れる必要がありますか?金星はどうですか？

これが制御不能になっていることがすぐにわかります。世界で起こっていることが多すぎて、テニスボールを投げることにどのように影響するかを理解することはできません.私たちは何ができる？

物理学での使用

物理学では、モデル (または 理想化されたモデル ) は、状況の不要な側面を取り除いた物理システムの単純化されたバージョンです。

通常、オブジェクトの物理的なサイズや実際の構造は気にしません。テニス ボールの例では、単純な点オブジェクトとして扱い、あいまいさを無視します。特に関心のあるものでない限り、回転しているという事実も無視します。空気抵抗は、風と同様に無視されることがよくあります。の 重力 太陽、月、その他の天体の影響は無視され、ボールの表面への光の影響も無視されます。

これらの不必要な気を散らすものがすべて取り除かれたら、調査したい状況の正確な性質に焦点を合わせ始めることができます.通常は変位であるテニス ボールの動きを解析するには、 速度 、および関与する重力。

理想化されたモデルに注意を払う

理想化されたモデルを扱う上で最も重要なことは、 あなたが剥ぎ取っているものが次のものであることを確認してください いいえ 分析に必要 .必要な機能は、 仮説 あなたが検討していること。

勉強しているなら 角運動量 、オブジェクトのスピンは不可欠です。勉強しているなら 2次元運動学 、無視できる場合があります。高高度で飛行機からテニス ボールを投げる場合、風の抵抗を考慮して、ボールが終末速度に到達し、加速が停止するかどうかを確認する必要があります。あるいは、必要な精度のレベルに応じて、このような状況で重力の変動性を分析することもできます。

理想化されたモデルを作成するときは、削除するものが実際にモデルから削除したい特性であることを確認してください。重要な要素を不用意に無視することはモデルではありません。それは間違い。

によって編集アン・マリー・ヘルメンスタイン博士