物理学中的理想模型
我曾经听过一个关于我所得到的最好的物理建议的缩写：保持简单，愚蠢（吻）。在物理学中，我们通常处理的是一个实际上非常复杂的系统。举个例子，让我们考虑一个最简单的物理系统来分析：投球。
理想化的网球投掷模型
你把一个网球抛向空中，它又回来了，你想分析它的运动。这有多复杂？
首先，球不是很圆；上面有奇怪的模糊的东西。这对它的运动有什么影响？风有多大？你扔球的时候有没有让球旋转一下？几乎可以肯定。所有这些都会对球在空中的运动产生影响。
这些都是显而易见的！当它上升时，它的重量实际上会根据它与地球中心的距离而略有变化。地球是自转的，所以这可能会对球的相对运动产生影响。如果太阳出来了，就会有光线照射到球上，这可能会产生能量反应。太阳和月亮对网球都有引力作用，所以应该把它们考虑进去吗？金星呢？
我们很快就看到这种情况失控。世界上发生的事情太多了，我想不出这一切对我扔网球有什么影响？我们能做什么？
在物理学中的应用
在物理学中，模型（或理想化模型）是物理系统的简化版本，它去除了情况中不必要的方面。
我们通常不担心的一件事是物体的物理尺寸，也不担心它的结构。在网球示例中，我们将其视为简单的点对象，忽略了模糊性。除非它是我们特别感兴趣的东西，否则我们也会忽略它正在旋转的事实。空气阻力和风一样经常被忽略。太阳、月亮和其他天体的重力影响被忽略，光对球表面的影响也是如此。
一旦所有这些不必要的干扰被消除，你就可以开始关注你感兴趣的情况的确切性质。要分析网球的运动，通常需要涉及位移、速度和重力。
对理想化模型使用谨慎
在使用理想化模型时，最重要的一点是要确保你正在剥离的东西对于你的分析来说是不必要的。必要的特征将由您正在考虑的假设决定。
如果你在研究角动量，物体的旋转是必不可少的；如果你在研究二维运动学，它可能会忽略它。如果你在高空从飞机上扔网球，你可能需要考虑风的阻力，看看球是否达到极限速度并停止加速。或者，您可能需要分析这种情况下重力的可变性，具体取决于所需的精度级别。
当创建一个理想化的模型时，确保你要消除的东西是你实际上想从模型中消除的特征。忽视一个重要的因素不是一个模型；这是个错误。
安妮·玛丽·赫尔曼斯汀博士编辑。
- 发表于 2021-10-04 23:03
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- 分类：数学
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