Quiero analizar la naturaleza y resolver problemas relacionados con la física, pero la mayoría de los conceptos en física están idealizados. ¿Qué tengo que hacer?

No, los físicos seguimos haciendo ejemplos idealizados toda nuestra vida. He aquí por qué eso funciona bastante bien: lo que yo llamo el paradigma de perturbación :

1. Crea la idealización más trivial y simplificada que puedas.
2. Entiéndelo completamente . Calcula todo lo que puedas en esta aproximación.
3. Enumere todas las omisiones y aproximaciones obvias.
4. Elija el que tenga el mayor impacto en el fenómeno que se describe. Esta ” perturbación ” es ahora su nuevo tema de investigación.
5. Regrese al paso 2 con este nuevo tema.

Con cada iteración, la aproximación mejora, entiendes más sobre el fenómeno real y los cálculos se vuelven más difíciles. Por lo general, cada nueva “corrección” se convierte en su propio nuevo campo de investigación.

El ejemplo más hermoso de la ” teoría de la perturbación ” es la electrodinámica cuántica , en la que cada nuevo “orden” del cálculo incluye otro fotón y dos nuevos vértices, cada uno de los cuales contribuye con un factor de [matemáticas] \ alfa \ aproximadamente 1/137 [/ matemáticas], la estructura fina constante. Entonces, la contribución de ese diagrama adicional de Feynman a la amplitud de la reacción es [matemática] \ alpha ^ 2 \ aproximadamente 0.533 \ veces10 ^ {- 4} [/ matemática] del resultado anterior. QED converge muy rápido!

Lamentablemente esto no siempre funciona. Las interacciones fuertes no se prestan a la teoría de la perturbación porque los diagramas complejos de Feynman aportan casi tanta amplitud como los simples. Las colecciones de un gran número de electrones altamente correlacionados en un sólido son aún menos susceptibles al paradigma de perturbación. Pero tratamos de aplicarlo siempre que podemos, porque cuando funciona nos da una forma práctica de progresar desde una simplificación ridícula al fenómeno de la vida real.

Podríamos simular todo en una computadora , por supuesto, pero ¿qué aprenderíamos de eso (aparte de “la respuesta”)? La física no se trata de obtener la respuesta; Se trata de comprender el fenómeno.

Voy a dar una respuesta MUY similar a Jess Brewer (entonces, disculpas por la repetición).

Piénselo de esta manera: siempre puede complicar un modelo, pero, si su modelo no se aproxima a la realidad, es difícil deshacerlo. Esa es la razón de los conceptos idealizados. Como ejemplo, tomemos un proyectil que cae:

• Si comienzas con una esfera que cae, puedes entender las fuerzas gravitacionales en la superficie de la tierra. Esto te enseña cómo caen las cosas, únicamente debido a la tierra.
• Luego, convierte la forma en algo que no es una esfera y vuelve a ejecutar su modelo en el vacío. Esto le enseñará cómo la gravedad afecta la forma de su proyectil (tal vez la rotación si comienza en ángulo).
• Luego, ejecuta su modelo de forma no esférica en el aire y agrega fricción / arrastre, pero lo protege del viento. Esto enseña acerca de cómo el arrastre solo actúa sobre un objeto que cae, debido a su forma.
• Luego, agregue viento y vuelva a ejecutar su modelo. Esto le enseñará cómo funciona el arrastre activo en un objeto.
• Ahora que lo comprende, repita este proceso para diferentes formas, velocidades del viento, alturas, posiciones iniciales, etc.

Esto todavía no caracteriza completamente las cosas: ¿qué pasa si te caes, pero tienes un proyectil accionado? ¿Qué sucede si la composición del aire / gas cambia a medida que se mueve a diferentes alturas? Por lo tanto, la ingeniería aeroespacial.

Por otro lado, esta es una especie de diferencia entre la forma en que muchos físicos e ingenieros abordan los problemas: muchos físicos llevarán los problemas a un nivel más alto de abstracción y simplificación, y tratarán de profundizar en lo que está sucediendo. Muchos ingenieros comenzarán con un modelo más complicado y tratarán de resolver un problema hasta que funcione, sin profundizar en el “por qué”. Es parte de la razón por la cual los físicos en la industria tienen la reputación de ser lentos en trabajar y los ingenieros tienen la reputación de encontrar la primera respuesta semiestable. Sin embargo, son solo algunas personas, sus resultados pueden variar …

Observa el mundo que te rodea. Note las cosas Luego trate de entender por qué son como son o por qué se comportan como lo hacen. Intenta explicar las cosas que observas. El mundo está lleno de interesantes acertijos del mundo real . Conviértete en un detective de física.

Aquí hay unos ejemplos:

Oyes un chirrido de bisagra de puerta ¿Porque hace eso? ¿Cuáles son los factores que pueden determinar la frecuencia del chillido? ¿Qué pasa cuando se mueve rápido? Cuando se mueve lentamente?

¿Por qué una escalera chirría cuando la pisas? ¿Por qué chirría menos si te acercas al borde en lugar del medio?

¿Por qué el agua de la ducha se calienta cuando alguien descarga el inodoro?

¿Por qué una bola de ping-pong se desvía cuando está girando?

¿Por qué los semáforos tienen esos escudos?

¿Por qué los retroreflectores de la línea de carril son rojos cuando se va por el camino equivocado en la autopista? ¿Sabías eso? Solo lo sé porque conducía directamente hacia el sol al atardecer y en mi espejo vi los retroreflectores detrás de mí que iluminaban el sol hacia la parte trasera de mi automóvil y eran de un rojo brillante.

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Y no, no necesitas ningún título antes de poder pensar en las cosas.

Creo que la razón por la que los libros de texto usan problemas idealizados es porque están tratando de enseñar los conceptos usando las matemáticas de la manera más simple posible. Ignorar la fricción y la resistencia del aire lo permite. Todavía recuerdo el semestre en la universidad cuando Cálculo y Física se unieron y pude ver cómo las integrales y derivados conducen a las fórmulas mecánicas que había aprendido en la escuela secundaria. Eso es más fácil con problemas idealizados.

Tengo dos sugerencias El primero es mirar el problema como lo haría un ingeniero. La ecuación ideal te da una aproximación de primer orden. A eso, agregas los atributos físicos obvios que se pasaron por alto (como la fricción y la resistencia al aire). Estas serán ecuaciones diferenciales parciales, por lo que se requiere matemática de tercer o cuarto año. Esto conducirá a una solución de segundo orden. Eso puede ser lo suficientemente bueno. Si no, incluya el siguiente nivel de detalle.

La segunda solución es buscar soluciones numéricas informáticas como la simulación o las soluciones de Monte Carlo. Estos pueden ser bastante fáciles de configurar y son invaluables cuando las fórmulas se vuelven demasiado complejas para resolverlas en forma pura. Una fórmula simple para una situación compleja se puede calcular fácilmente de forma iterativa a través de un marco de tiempo pequeño, como un milisegundo o menos.

Pregunta muy astuta! Uno con el que tuve problemas hace varios años.

Aquí hay un par de cosas que me ayudaron.

1. Trabajos de investigación : conseguí un trabajo en un laboratorio de física en el campus de mi universidad trabajando para un físico atmosférico. Odio la física atmosférica, pero busqué y trabajé duro. Y me di cuenta de una semana en que no me estaba diciendo qué hacer. Ella me daba un artículo sobre un tema y decía trabajo. Y esto fue probablemente lo mejor que pudo haber hecho, ya que me obligó a crear preguntas en mi mente y luego tratar de resolverlas. Uno de ellos es el de crear un programa que calcule la inestabilidad convectiva en la mesosfera. Comencé con una fórmula y leyendo el trabajo de otras personas, buscando ayuda y simplemente probando cosas, después de un mes tuve un programa de trabajo. Resolver problemas, especialmente los naturales, es algo que aprende a hacer y aplicar, pero más bien algo que le enseña. No tenía ecuaciones diferenciales en mi haber cuando comencé a trabajar en ese problema, ahora sí. Aprendí algo nuevo para resolver un viejo problema. No sé qué cosas naturales quieres mirar, pero te garantizo que hay una manera de hacerlo y solo tienes que investigar hasta que lo encuentres.
2. Curiosidad natural: creo que lo más importante es crear preguntas como dije antes. Si tiene una pregunta que es demasiado grande para responderla de una vez, responda partes separadas. Digamos que quieres saber cómo funciona un arco iris, no haces un arco iris y lo miras fijamente. Primero investigas y aprendes que un arco iris está hecho de gotas de agua. Entonces, suspendes una gota de agua y haces brillar la luz a través de ella y te das cuenta de sus propiedades reflectantes. Luego creas un prisma y haces brillar la luz a través de él y te das cuenta de cómo los diferentes colores refractan de manera diferente. Después de todo eso y mucho más, te das cuenta de que un arco iris es simplemente luz refractada. Pero tienes que comenzar con esa pregunta y luego desglosarla.
3. Obtención de ayuda: sé que desea resolver estos problemas por su cuenta, pero en algún nivel probablemente los resolverá incorrectamente. Necesitas pedir ayuda a un profesor o alguien aquí que sepa de qué están hablando. Al verlos resolverlo, puede aprender a pensar y cómo resolver problemas similares.

   ¡Espero que ayude! ¡Buena suerte en su investigación! Si alguna vez necesitas ayuda, ¡me encantaría!

Cualquier proceso es el resultado de varias acciones y cada una tiene su propia relación, lo primero que debe hacer es separar las diferentes acciones involucradas y priorizarlas de acuerdo con su fuerza, hay primer orden, segundo orden, tercer orden, etc. (hasta mariposa) dentro del proceso y debería poder detectarlos y descuidar lo último en el primer enfoque y luego aplicar el efecto de superposición en aproximaciones posteriores.