Mõõtmete analüüs füüsika probleemides

Mõõtmete analüüs on meetod teadaolevate ühikute kasutamiseks probleemis, mis aitab tuletada lahenduse leidmise protsessi. Need näpunäited aitavad teil dimensioonianalüüsi probleemile rakendada.

Sisse teadus, ühikud nagu meeter, teine ​​ja Celsiuse kraad tähistavad ruumi, aja ja / või aine kvantifitseeritud füüsikalisi omadusi. Rahvusvahelise mõõtmissüsteemi (SI) ühikud mida me kasutame teaduses, koosneb seitsmest baasühikust, millest tuletatakse kõik muud ühikud.

See tähendab, et probleemide jaoks kasutatavate ühikute hea tundmine aitab teil aru saada, kuidas seda teha pöörduda teadusprobleemi poole, eriti varakult, kui võrrandid on lihtsad ja suurim takistus meeldejätmine. Kui vaatate probleemis pakutavaid ühikuid, saate aru saada, kuidas neid ühikuid luua on üksteisega seotud ja see võib omakorda anda teile vihje selle kohta, mida peate probleemi lahendamiseks tegema probleem. Seda protsessi nimetatakse dimensioonianalüüsiks.

Mõelge põhiprobleemile, mis võib õpilasel tekkida kohe pärast füüsika alustamist. Teile antakse vahemaa ja aeg ning peate leidma keskmise kiiruse, kuid tühjendate selle tegemiseks vajaliku võrrandi täielikult.

Ärge paanitsege.

Kui teate oma üksusi, saate aru saada, milline peaks probleem üldiselt välja nägema. Kiirust mõõdetakse SI ühikutes m / s. See tähendab, et pikkus on jagatud ajaga. Teil on pikk ja teil on aega, nii et teil on hea minna.

See oli uskumatult lihtne näide kontseptsioonist, millega tutvustatakse õpilastele väga varakult teadust, juba enne, kui nad tegelikult kursuse alustavad Füüsika. Mõelge siiski veidi hiljem, kui teid on tutvustatud igasuguste keerukate teemadega, näiteks Newtoni liikumis- ja gravitatsiooniseadused. Olete füüsikas veel suhteliselt uus ja võrrandid pakuvad teile endiselt probleeme.

Saate probleemi, kus peate arvutama gravitatsiooniline potentsiaalne energia objekti. Võite meeles pidada jõu võrrandeid, kuid potentsiaalse energia võrrand libiseb minema. Teate, et see on nagu jõud, kuid pisut erinev. Mida sa kavatsed teha?

Jällegi võib aidata üksuste tundmine. Te mäletate, et Maa gravitatsiooniobjekti gravitatsioonijõu võrrand ja järgmised terminid ja ühikud:

F_g = G * m * m_E / r²

• F_g on gravitatsioonijõud - njuutonid (N) või kg * m / s²
• G on gravitatsioonikonstant ja õpetaja andis teile lahkelt väärtuse G, mida mõõdetakse N * m² / kg²
• m & m_E on vastavalt objekti ja Maa mass - kg
• r on objektide raskuskeskme vaheline kaugus - m
• Me tahame teada U, potentsiaalset energiat ja me teame, et energiat mõõdetakse džaulides (J) või njuutonites *
• Samuti mäletame, et potentsiaalse energia võrrand näeb välja palju nagu jõu võrrand, kasutades samu muutujaid veidi erineval viisil

Sel juhul teame tegelikult palju rohkem, kui vaja välja mõelda. Me tahame energiat, U, mis on J või N * m. Kogu jõuvõrrand on newtoni ühikutes, nii et selle saamiseks N * m peate korrutama kogu võrrandi pikkuse mõõtmise. Noh, tegemist on ainult ühe pikkuse mõõtmisega - r - nii et see on lihtne. Ja võrrand korrutades r lihtsalt eitaks r nimetajast, nii et valem, milleni jõuame, oleks järgmine:

F_g = G * m * m_E / r

Me teame, et saadud ühikud on N * m ehk Džoulides. Ja õnneks ka meie tegi õppima, nii et see sörgib meie mälu ja me põrutame endale pähe ja ütleme: "Duh", sest oleksime pidanud seda meeles pidama.

Aga me ei teinud seda. See juhtub. Õnneks, kuna meil oli ühikutest hästi aru saada, suutsime nendevahelised suhted välja mõelda, et jõuda vajaliku valemini.

Katse eelse õppimise osana peaksite leidma natuke aega, et veenduda, et olete kursis üksused, mis on seotud teie töötava jaotisega, eriti need, mis selles osas kasutusele võeti sektsiooni. See on veel üks tööriist, mis aitab pakkuda füüsilist intuitsiooni selle kohta, kuidas õpitavad mõisted omavahel seotud on. Sellest lisatasemest intuitsioonist võib abi olla, kuid see ei tohiks asendada ülejäänud materjali uurimist. Ilmselt on gravitatsioonijõu ja gravitatsioonilise energia võrrandite erinevuse õppimine palju parem kui see, kui peaksite selle kogemata katse keskel uuesti tuletama.

Raskusjõu näide valiti seetõttu, et jõud ja potentsiaalne energia võrrandid on nii tihedalt seotud, kuid see ei ole alati nii ja õige saamiseks korrutage lihtsalt numbrid ühikud, mõistmata aluseks olevaid võrrandeid ja seoseid, põhjustavad rohkem vigu kui lahendusi.