آنچه باید از مدلسازی در فیزیک بدانیم
امروز فضای مجازی و بستر اینترنت به یکی از مراجع مهم برای دانش آموزان تبدیل شده است تا با مراجعه به آن پاسخ بسیاری از پرسش های خود را بیابند.
تحریریۀ مدرسه آنلاین تلاش می‌کند تا در این بخش اطلاعات به روز و مستندی را پیرامون موضوعات درسی تهیه و در اختیار کاربران فضای مجازی قرار دهد.
امروز بحث مدلسازی در فیزیک دهم را با هم می‌خوانیم.
مدلسازی چیست؟
مدلسازی در فیزیک فرایندی است که طی آن یک پدیدۀ فیزیکی آن قدر ساده و آرمانی می‌شود تا امکان بررسی و تحلیل آن فراهم شود. به بیانی دیگر، در فیزیک برای بررسی و تحلیل پدیده‌های پیچیده از حرکت اجسام گرفته تا الکتریسیته، نورشناسی و امواج، از مدلسازی استفاده می‌شود.
مدلسازی حرکت توپ
برای مثال مدلسازی حرکت یک توپ پرتاب شده توپ یک کرۀ کامل نیست. در عین حرکت به دور خود می‌چرخد. وزن توپ با تغییر فاصله از زمین تغییر می‌کند. از اندازه و شکل توپ صرف می‌کنیم و آن را به صورت یک نقطه در نظر می‌گیرم. از چرخش آن صرف نظر می‌کنیم. فرض می‌کنیم توپ در خلاء حرکت می‌کند. فرض می‌کنیم با تغییر فاصله توپ از مرکز زمین وزن آن ثابت می‌ماند.
نکته کلیدی: هنگام مدلسازی، یک پدیده فیزیکی این است که باید اثرهای جزئی‌تر را نسبت به اثرهای مهم و تعیین‌کننده نادیده بگیریم.
به طور مثال وقتی یک توپ در حال پرواز در هوا را بررسی می‌کنیم، عوامل مختلفی روی توپ اثر می‌گذارند؛ مثلاً توپ به طور کامل گرد نیست، زبری و پستی و بلندی در سطح آن وجود دارد، مستقیم حرکت نمی‌کند و هنگام پرتاب به دور خود می‌چرخد، مقاومت هوا به توپ وارد می‌شود و هم‌چنین هنگام بالا رفتن مقدار جاذبه کم می‌شود.
اگر بخواهیم تمامی این موارد را هنگام مطالعه پرتاپ توپ بررسی کنیم، دچار پیچیدگی‌های فراوانی در مسئله خواهیم شد؛ پس برای راحتی حل مسئله از برخی عوامل که تاثیر چندانی روی مسئله ندارند چشم‌پوشی می‌کنیم. به شکل زیر توجه کنید:
مدل چه ویژگی‌هایی باید داشته باشد
مدل، روایت ساده شده‌ی یک فرآیند تصویری را مورد بررسی قرار می‌دهد.
مدل می‌تواند توضیحی یا توصیفی باشد.
مدل باید توان پیشگویی داشته باشد.
مدل باید توان پیش‌بینی محدودیت‌های یک حرکت را داشته باشد.
نمونه ای از مدلسازی در مکانیک
در شکل زیر شخصی در حال هل دادن یک کمد بزرگ است و با استفاده از دست های خود به جسم نیرو وارد می کند تا بتواند آن را جابه جا کند. می دانیم که نیروی اصطکاک بین سطح زیر کمد و زمین باعث می شود که حرکت کمد بسیار سخت شود.
برای مدل سازی این حالت در مکانیک، همانطوری که در شکل زیر می بینید، جسم را به صورت یک نقطه در نظر می گیریم و ابعاد آن را در نظر نمی گیریم. اما نیروی دست و نیروی اصطکاک را نمی توانیم حذف کنیم، چون نیروی های مهم و اثر گذار هستند. مثلا اگر نیروی اصطکاک را در نظر نگیریم هر جسم سنگینی را براحتی می توان با نیروی بسیار اندک حرکت داد. پس ساده سازی که صورت گرفت همان حذف ابعاد جسم بود.
