کتاب زیر ذره بین فیزیک دهم [10] تجربی خانه زیست شناسی

برشی از متن کتاب

مدل سازی در فیزیک

پدیده هایی مانند پرتاب توپ، افتادن برگ درخت، تشکیل رنگین کمان، آذرخش و …، ممکن است برای ما عادی شده باشند؛ ولی بررسی و تحلیل آنها در فیزیک معمولا با پیچیدگی هایی همراه است. به همین دلیل فیزیکدانان برای بررسی پدیده ها، از مدل سازی استفاده می کنند. مدل سازی در فیزیک فرایندی است که طی آن یک پدیده فیزیکی، آن قدر ساده و آرمانی می شود تا امکان بررسی و تحلیل آن فراهم شود. بدون مدل سازی، بررسی و تحلیل اغلب پدیده های فیزیکی حداقل برای ما کاری بسیار دشوار خواهد بود.

برای شناخت بهتر فرایند مدل سازی در فیزیک، فرض کنید بخواهیم حرکت یک توپ پرتاب شده را بررسی کنیم (شکل ۱-۲ الف). ممکن است در نگاه اول، بررسی و تحلیل حرکت توپ، ساده به نظر برسد، ولی واقعیت برخلاف این است. توپ، یک کره کامل نیست (درزها و برجستگی هایی روی توب وجود دارد و در حین حرکت به دور خود می چرخد، باد و مقاومت هوا بر حرکت آن اثر می گذارند. وزن توپ با تغییر فاصله آن از مرکز زمین تغییر می کند. اگر بخواهیم تمام این موارد را هنگام بررسی و تحلیل حرکت توپ در نظر بگیریم، تحلیل ما پیچیده خواهد شد.

با مدل سازی حرکت توپ، میتوانیم تا حدود زیادی این پیچیدگی ها 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 با ذره در نظر میگیریم. همچنین با فرض اینکه توپ در خلا حرکت می کند، از مقاومت هوا و اثر وزش باد صرف نظر می کنیم. سرانجام فرض می کنیم با تغییر فاصله توپ از مرکز زمین، وزن آن ثابت می ماند (شکل ۱-۳ ب). اینک مسئله ما به قدر کافی ساده شده است و میتوانیم حرکت آن را بررسی و تحلیل کنیم.

توجه : هنگام مدل سازی یک پدیده فیزیکی، باید اثرهای جزئی تر را نادیده بگیریم نه اثرهای مهم و تعیین کننده را. برای مثال، اگر به جای مقاومت هوا، نیروی جاذبه زمین را نادیده میگرفتیم، آن گاه مدل ما پیش بینی می کرد که وقتی توپی به بالا پرتاب شود در یک خط مستقیم بالا میرود.