décembre 6, 2022

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Le monde est en désordre. La perfection rend la physique simple

parfois l’univers Trop compliqué à analyser.

Zut, si vous prenez une balle de tennis et la lancez à travers la pièce, même cela est assez compliqué. Après avoir quitté votre main, la balle a une interaction gravitationnelle avec le sol, la faisant accélérer vers le sol. La balle tourne lorsqu’elle se déplace, ce qui signifie qu’il peut y avoir plus de résistance de friction d’un côté de la balle que de l’autre. La balle entre également en collision avec des molécules d’oxygène et d’azote dans l’air – et certaines ces Les molécules finissent par interagir avec lui encore plus air. L’air lui-même n’est même pas stationnaire – la densité change à mesure que la balle monte et l’air peut être en mouvement. (Nous appelons généralement ce vent.) Une fois que la balle touche le sol, même le sol n’est pas complètement plat. Oui, ça a l’air plat, mais c’est à la surface d’une planète sphérique.

Mais tout n’est pas perdu. On peut encore modéliser cette balle de tennis. Tout ce dont nous avons besoin, c’est d’un peu de perfection. Ce sont des approximations simplifiées qui transforment un problème impossible en un problème résoluble.

Dans le cas d’une balle de tennis, on peut supposer que toute la masse est concentrée en un point (en d’autres termes, que la balle n’a pas de dimensions réelles) et que la seule force agissant sur elle est la force gravitationnelle constante tirant vers le bas. Pourquoi est-il acceptable d’ignorer toutes ces autres interactions ? C’est parce qu’ils ne font pas une différence énorme (ou même mesurable).

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Est-ce même légal devant le tribunal de la physique ? Eh bien, la science est tout au sujet du processus de construction du modèle, y compris l’équation de la trajectoire d’une balle de tennis. En fin de compte, si les observations expérimentales (où la balle atterrit) concordent avec le modèle (prédisant où elle atterrit), nous sommes prêts à partir. Pour la balle de tennis parfaite, tout fonctionne très nous allons. En fait, la physique d’une balle lancée devient une question de test dans un cours d’introduction à la physique. D’autres processus d’idéalisation sont plus difficiles, comme essayer de déterminer la courbure de la Terre juste en regardant ce très long terminal de l’aéroport d’Atlanta. Mais les physiciens font ce genre de choses tout le temps.

L’opération idéaliste la plus célèbre a peut-être été réalisée par Galileo Galilei lors de l’étude de la nature du mouvement. Il essayait de comprendre ce qui arriverait à un objet en mouvement si vous n’exerciez pas de force dessus. À cette époque, presque tout le monde suivait les enseignements d’Aristote, qui disait que si une force n’est pas exercée sur un objet en mouvement, il s’arrêtera et restera au repos. (Bien que son œuvre ait environ 1800 ans, les gens pensaient qu’Aristote était trop grand pour se tromper.)

Mais Galilée n’était pas d’accord. On croyait qu’il continuerait à se déplacer à une vitesse constante.

Si vous voulez étudier un objet en mouvement, vous devez mesurer à la fois la position et le temps afin de pouvoir calculer sa vitesse ou son changement de position divisé par le changement dans le temps. Mais il y a un problème. Comment mesurer avec précision le temps pendant lequel les objets se déplacent à grande vitesse sur de courtes distances ? Si vous laissez tomber quelque chose, même d’une hauteur relativement faible, par exemple 10 mètres, il lui faudra moins de deux secondes pour atteindre le sol. En remontant vers 1600, lorsque Galilée était vivant, c’était une période très difficile à mesurer. Ainsi, à la place, Galilée regarda une balle rouler sur la piste.

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