Фізик і його кіт “розкривають” рівняння руху кота

У епоху соціальних медіа мало сумнівів у тому, хто є зіркою тваринного царства. Кішки керують екранами так само, як їх двоюрідні брати, леви, керують саванною. Завдяки Ервіну Шредінгеру, цей кот також має почесне місце в історії фізики. І саме Кіт надихнув Annco Biasi, дослідника в Інституто Галего де Фісіка де Альтас Енксаас (Igfae), щоб опублікувати статтю в The Американський журнал фізики.

У цій роботі ANNCO представляє рівняння руху кота. “Ця стаття має на меті наблизити фізику до неекспертів, пропонуючи приємний приклад, за допомогою якого можна зрозуміти кілька понять класичної механіки. Для цього побудовано рівняння, яке моделює поведінку кішки в присутності людини, розглядаючи першу як точку, яка рухається в потенціалі, спричиненому людиною”,-він підсумовує.

Пояснення фізики з котами

Нещодавно ANNCO приєднався до Igfae, спільного центру університету Сантьяго де Компостела (USC) та регіонального уряду з Галичії (Іспанія), через програму молодших лідерів Ла -Кайса, з кафедри фізики Нормале Супереуре де Париж.

У IGFAE, де він вже завершив докторську дисертацію, він розробить свою лінію досліджень у нелінійних рівняннях еволюції, на перехресті між фізикою та математикою, приєднавшись до теорії струн та пов’язаних з ними команд.

Ідея для статті виникла “спілкуватися з фізикою цікавим, роблячи її більш привабливою для студентів”, – говорить він. І так, що, певною мірою, здавалося, поступово набуло академічної форми.

“Це почалося як грайлива ідея до Дня Дурня, натхненна кумедними документами, представленими деякими дослідниками. Однак я незабаром зрозумів, що ця історія, яку я створив, може бути корисною для студентів фізики. Історія дуже концептуально завантажена, але вона вводить її цікавим способом, використовуючи приклад, який викликає велику цікавість: кіт!”

І як побудовано рівняння руху котів?

Ancso починається з семи динаміки або візерунків, витягнутих з його повсякденного досвіду з EME, і використовує гіпотезу, що “коти поводяться так, ніби вони сприймають силу навколо людини”.

Таким чином, у статті зазначається, що вищезгадана семи динаміки може бути змодельована як перше наближення, розглядаючи кішку як точкову частинку, яка підкоряється Ньютоніанській механіці.

Кіт відчуває “силу”, пов’язану із зовнішнім потенціалом (індукованим наявністю людини), де x

Починаючи з цієї формули та шляхом аналізу котячого руху, можна показати, як побудовані самі рівняння.

“Робота демонструє розважальний спосіб розумового процесу, що відбувся в побудові фізичних моделей, який рідко детально описаний у книгах. Наприклад, моделі руху (або не руйнування) аналізуються, випливають із того, що коти, як правило, не приходять, коли їх називають, легко відволікаються або прагнуть довше залишатися на колінах своєї улюбленої людини”.

Усі ці розрахунки підходять за захоплюючим та цікавим способом. “Нам не завжди потрібно вирішувати найглибші та найскладніші таємниці Всесвіту; іноді ми можемо просто розслабитися і використовувати силу фізики, щоб пояснити повсякденне життя – це справді смішно!”, – говорить Ансо.

Таким чином, “Модель взаємодії з котячою людиною наближає фізику до неекспертів, демонструючи через цікаву і звичну ситуацію, міркування щодо побудови фізичних моделей”,-підсумовує він.

Аналіз масової масштаби та масштабів

Документ зосереджується на аналізі характерної котячої мурковини. Його пропозиція полягає в тому, що ця реакція є механізмом стабілізації, який подається назад взаємодією між кішкою та її супутником людини.

“Запропоновано, що коли кішку гладить і починає муркотися, люди, як правило, відчувають імпульс продовжувати погладжувати його, тим самим посилюючи стабільність процесу”.

Ця стабілізація також підкріплюється тим, що обмін прихильністю між мурботою та погладжуванням тимчасово зміцнює зв’язок між котом і людиною.

Дослідження також розглядає періоди френетичної випадкової активності, відомі як FRAP або “Зумуї”, коли коти рухаються на повній швидкості з одного місця в інше, як правило, вночі. У статті йдеться про те, як в цьому випадку рівняння вимагає випадкового компонента для моделювання цих періодів, вбудованих у формулу як зовнішню “форсування”. Це додає певної випадковості, необхідної для моделювання цих котів “спалахів”, які певною мірою могли бути налаштовані на особливості всіх.

Освітнє використання

На додаток до свого грайливого підходу, ANNSO підкреслює, що ця стаття “призначена для використання на вступних курсах класичної механіки, щоб продемонструвати, як очевидно складну та непов’язану поведінку можна пояснити простими законами”.

Це робиться, показуючи “серію динаміки, яку легко візуалізувати, зменшуючи потребу в абстракції”, і представляє “рівняння з різними термінами, що охоплює основи класичної механіки”.