Tôi đã từng nghe một từ viết tắt của lời khuyên vật lý hay nhất mà tôi từng nhận được: Keep It Simple, Stupid (KISS). Trong vật lý, chúng ta thường phải đối mặt với một hệ thống thực sự rất phức tạp. Ví dụ, hãy xem xét một trong những hệ thống vật lý dễ phân tích nhất: ném bóng.
Mô hình ném bóng tennis lý tưởng
Bạn tung một quả bóng tennis lên không trung và nó quay lại, và bạn muốn phân tích chuyển động của nó. Điều này phức tạp đến mức nào?
Quả bóng không hoàn toàn tròn, vì một điều; Nó có những thứ kỳ lạ, mờ ảo. Làm thế nào để điều đó ảnh hưởng đến phong trào của mình? Làm thế nào là nó là gió? Bạn có làm cho quả bóng xoay một chút khi bạn ném nó không? Hầu như chắc chắn. Tất cả những điều này có thể có tác động đến chuyển động của quả bóng trong không khí.
Và đó là những điều hiển nhiên! Khi bạn đi lên, trọng lượng của bạn thực sự thay đổi một chút, dựa trên khoảng cách của bạn với tâm Trái đất. Và Trái đất đang quay, vì vậy có lẽ điều đó có liên quan đến chuyển động tương đối của quả bóng. Nếu mặt trời tắt, thì có ánh sáng chiếu vào quả bóng, có thể gây ra tác động năng lượng. Cả Mặt trời và Mặt trăng đều có lực hấp dẫn tác dụng lên quả bóng tennis, chúng có nên được tính đến không? Sao Kim thì sao?
Chúng tôi nhanh chóng thấy điều này vượt ra khỏi tầm tay. Có quá nhiều thứ đang diễn ra trên thế giới khiến tôi không thể hình dung được tất cả những điều đó tác động đến tôi như thế nào khi tôi ném quả bóng tennis? Chúng ta có thể làm gì?
sử dụng trong vật lý
Trong vật lý, một mô hình (hoặc mô hình lý tưởng hóa ) là một phiên bản đơn giản hóa của hệ thống vật lý loại bỏ các khía cạnh không cần thiết của tình huống.
Một điều mà chúng ta thường không quan tâm là kích thước vật lý của đối tượng, cũng như cấu trúc của nó. Trong ví dụ về quả bóng tennis, chúng ta coi nó như một đối tượng điểm đơn giản và bỏ qua hiện tượng mờ. Trừ khi đó là thứ chúng ta đặc biệt quan tâm, nếu không chúng ta cũng sẽ bỏ qua thực tế là nó đang quay. Sức cản của không khí thường bị bỏ qua, giống như gió. Ảnh hưởng của lực hấp dẫn từ Mặt trời, Mặt trăng và các thiên thể khác bị bỏ qua , cũng như tác động của ánh sáng lên bề mặt quả bóng.
Sau khi loại bỏ tất cả những phiền nhiễu không cần thiết này, bạn có thể bắt đầu tập trung vào những phẩm chất chính xác của tình huống mà bạn muốn xem xét. Để phân tích chuyển động của một quả bóng tennis, nó thường là các chuyển vị, vận tốc và lực hấp dẫn liên quan.
Sử dụng cẩn thận với các hình mẫu lý tưởng hóa
Điều quan trọng nhất khi làm việc với một mô hình lý tưởng là đảm bảo rằng những thứ bạn đang loại bỏ không cần thiết cho phân tích của bạn . Những tính năng nào là cần thiết sẽ được xác định bởi giả thuyết mà bạn đang xem xét.
Nếu bạn đang nghiên cứu động lượng góc , thì sự quay tròn của một vật thể là điều cần thiết; nếu bạn đang nghiên cứu động học hai chiều , bạn có thể bỏ qua nó. Nếu bạn đang thả một quả bóng tennis từ máy bay ở độ cao lớn, bạn có thể muốn tính đến lực cản của gió để xem liệu quả bóng có đạt đến vận tốc cuối và dừng gia tốc hay không. Ngoài ra, bạn có thể muốn phân tích mức độ thay đổi nghiêm trọng trong tình huống như vậy, tùy thuộc vào mức độ chính xác mà bạn cần.
Khi tạo một mô hình lý tưởng hóa, hãy đảm bảo rằng những thứ bạn đang xóa là các tính năng mà bạn thực sự muốn xóa khỏi mô hình của mình. Bất cẩn bỏ qua một yếu tố quan trọng không phải là một mô hình; đó là một sai lầm.
Biên tập bởi Anne Marie Helmenstine, Ph.D.
