مدل سازی در فیزیک دبیرستان
پدیدههایی مانند پرتاب توپ، افتادن برگ درخت، تشکیل رنگین کمان، آذرخش و … ممکن است برای ما عادی شده باشند. اما بررسی و تحلیل آنها در مدل سازی فیزیک معمولاً با پیچیدگیهایی همراه است. به همین دلیل، فیزیکدانها برای بررسی پدیدهها، از مدلسازی در فیزیک استفاده میکنند.
مدل سازی در فیزیک
مدلسازی در فیزیک فرایندی است. که طی آن یک پدیده فیزیکی به گونهای ساده و ایدهآل تجسم میشود که امکان بررسی و تحلیل آن فراهم میشود. برای بهترین درک از فرایند مدلسازی در فیزیک میتوانیم. حرکت یک توپ پرتاب شده را مورد بررسی قرار دهیم. اینکه در نگاه اول، بررسی و تحلیل مدل سازی در فیزیک حرکت توپ به نظر ساده میآید. اما واقعیت این است که بر خلاف این ادعاست.
مدل سازی در فیزیک چه ویژگی هایی باید داشته باشد
مدل، روایت سادهشدهای از یک فرآیند تصویری را مورد بررسی قرار میدهد. این مدل ممکن است توضیحی یا توصیفی باشد و قادر به پیشبینی و پیشگویی در مورد فرآیند مورد نظر باشد. همچنین، مدل باید توان پیشبینی محدودیتهای یک حرکت را نیز داشته باشد.
مدل سازی حرکت توپ در هوا
توپ، یک کره کامل نیست (درزها و برجستگیهایی روی توپ وجود دارد)
و در حین حرکت به دور خود میچرخد، باد و مقاومت هوا بر حرکت آن اثر میگذارند. وزن توپ با تغییر فاصله آن از مرکز زمین نیز تغییر میکند.
با مدلسازی در فیزیک حرکت توپ، میتوانیم تا حدود زیادی این پیچیدگیها را کاهش دهیم
و بررسی و تحلیل حرکت توپ را به طور ساده، امکان پذیر سازیم. با چشم پوشیدن از اندازه و شکل توپ آن را به صورت یک جسم نقطهای یا ذره در نظر میگیریم. همچنین با فرض اینکه توپ در خلاء حرکت میکند، از مقاومت هوا و اثر وزش باد صرف نظر میکنیم. سرانجام، فرض میکنیم با تغییر فاصله توپ از مرکز زمین، وزن آن ثابت میماند.
اینک مسئله ما به قدر کافی سادهشده است و میتوانیم حرکت آن را بررسی و تحلیل کنیم. توجه داریم هنگام مدلسازی در فیزیک یک پدیده فیزیکی، باید اثرهای جزئیتر را نادیده بگیریم نه اثرهای مهم و تعیینکننده را. برای مثال، اگر به جای مقاومت هوا، نیروی جاذبه زمین را نادیده میگرفتیم،
آنگاه مدل ما پیشبینی میکرد که وقتی توپی به بالا پرتاب شود در یک خط مستقیم بالا میروید.
نمونه ای از مدل سازی در فیزیک مکانیک
با استفاده از دستهای خود، نیروی لازم را برای جابهجایی کمد اعمال میکند. در این فرآیند، نیروی اصطکاکی که بین سطح زیر کمد و زمین ایجاد میشود، باعث میشود که حرکت کمد بسیار دشوار باشد.
برای مدلسازی در فیزیک این حالت در مکانیک. جسم به صورت یک نقطه مدلسازی میشود و ابعاد دقیق جسم در نظر گرفته نمیشود.
همچنین نیروی اصطکاک بین سطح کمد و زمین اهمیت و تأثیر زیادی دارند و نمیتوان آنها را نادیده گرفت. بدین ترتیب، با سادهسازی مدل به این شکل، میتوان تحلیل حرکت کمد را به طریقی سادهتر انجام داد
در تصویر بعدی، یک فرد را در حالت ایستاده مشاهده میکنید که یک جعبه را در دست خود نگه میدارد. دو نیرو بر روی این جعبه اعمال میشود. نیروی اول نیروی دست است که توسط فرد اعمال میشود و از سمت بالا به جعبه وارد میشود. نیروی دوم وزن جعبه است که از سمت پایین و به سمت زمین اعمال میشود. این دو نیرو در تصویر دوم به صورت نقاط مدلسازی شدهاند تا حرکت این جسم را به شکل سادهتری بررسی کنیم.
دیدگاهتان را بنویسید