Erinevate aegade ettekujutused aatomist ehk aatomimudelid

2.7. MUDELID FÜÜSIKAS

Mudeli mõiste ja liigid

Mudeliks (modulus —  ladina k mõõt, näidis) nimetatakse objekti või nähtuse koopiat, mis asendab originaali selle lihtsamaks mõistmiseks ning uurimiseks. Me teame, et füüsikalises uurimistöös on tähtsal kohal vaatlus. Vaatleja loob endale uuritavast objektist või nähtusest kujutluse. Sellise füüsikalise tunnetusprotsessi juures mängivad mudelid tähtsat rolli. Mudeli saab luua mõnest objektist nagu vesinikuaatom, raudteesild või galaktika. Modelleerida saab aga ka füüsikalisi nähtusi nagu elektrivool, visatud oda lend ja valguse murdumine vihmapiisas.

Kõikidele mudelitele on iseloomulik see, et nad ei kopeeri originaali kunagi viimse detailini täpselt. Täpne kopeerimine pole juba sellepärast võimalik, et me ei pruugigi kõiki üksikasju näha ja pealegi puudub ideaalse täpsuse järele ka vajadus. Mudelis kopeeritakse vaid originaali kõige olulisemad tunnused ja omadused. Mudel on lihtsustus, kus jäetakse arvestamata kõik mitteoluline. Looduslike objektide ja nähtuste lihtsustatud mudeleid, mida kasutatakse füüsikas maailma kirjeldamiseks, nimetatakse füüsikalisteks mudeliteks.

Mudelid, sealhulgas ka füüsikalised mudelid, saab liigitada ainelisteks mudeliteks ja abstraktseteks mudeliteks.

Ainelised mudelid

Mudeli saab meisterdada paberist, puidust, metallist, klaasist ja plastmassist või mistahes muust sobivast ainest. Selliseid niinimetatud ainelisi mudeleid saame palja silmaga vaadata ja soovi korral ka käega katsuda. Ainelisi mudeleid valmistatakse siis, kui uuritav objekt on vatlemiseks liiga suur või väike. Näiteks aitab kellavedru või elektrimootoriga käivitatav mehaaniline Päikesesüsteemi vähendatud mudel paremini mõista planeetide liikumist ning aastaaegade vaheldumist Maal. Geneetilise informatsiooni talletamist DNA molekulis aitab aga mõista miljoneid kordi suurendatud mudel.


© www.arm.ac.uk    Päikesesüsteemi vähendatud mudel         © www.turbosquid.com    DNA molekuli suurendatud mudel

Aineliste  mudelite alla saab liigitada ka kollektsioneerijate poolt kogutavad automudelid, huviliste poolt ehitatavad mudellennukid ning mänguasjade poes müüdav raudtee mudel. Selliste mudelite eesmärk pole aga enamasti teadusega seotud. Need pole füüsikalised mudelid.


Need on küll mudelid, kuid mitte füüsikalised mudelid

Abstraktsed mudelid

Selleks, et ennustada, millal jõuab rong järgmisse jaama, pole sugugi vaja rongi mudel puust välja nikerdada. Me võime rongi lihtsalt ette kujutada. Seejuures pole üldse tähtis, mitmest, kui kõrgest ning millist värvi vagunitest see rong kokku pandud on. Lõppjaama jõudmise aja ettearvamisel pole oluline, milline rong välja näeb, vaid ainult see, kus ta asub erinevatel ajahetkedel. On vaja teada asukoha sõltuvust ajast.

Sellise ülesande puhul piisab, kui kujutame tervet rongi ette vaid punktina, millel mõõtmed puuduvad. Rongi mõõtmed, kuju ja muud iseloomulikud suurused pole hetkel olulised. Oluline on vaid see, kus see rongi tähistav punkt asub ja kuidas selle asukoht aja jooksul muutub. Rongi liikumise modelleerimiseks piisab, kui lihtsalt kujutame selle liikumist ette ja esitame matemaatilise valemi, mis lubab rongi asukoha mistahes ajahetkel välja arvutada. Rongisõidu nähtust on võimalik kirjeldada matemaatiliste avaldistega. Juhul, kui füüsikalist objekti või nähtust uuritakse ja kirjeldatakse mitte ainelise mudeli, vaid mõtteliste ettekujutuste ning neid väljendavate matemaatiliste avaldiste abil, on tegemist abstraktse mudeliga. Sõna abstraktne tuleneb ladinakeelsest sõnast abstractus, mis tähendab eraldiseisvat ehk mõttelist.  Abstraktne mudel on objekti või nähtuse mõtteline visioon.

Rongi liikumise visiooni ehk mõttelist kujutluspilti saab abstraktselt modelleerida matemaatilise avaldisega, mis lubab liikumise iseloomu teades välja arvutada rongi kaugust lähtejaamast mistahes võimalikul ajahetkel. Kui rongi kaugust  lähtejaamast (meetrites) tähistada tähega x ja aega, mis liikumahakkamisest möödunud on, tähega t (sekundites), väljendab selle rongi liikumist näiteks avaldis x = 20•t. See avaldis kujutabki endast rongi liikumist kirjeldavat matemaatiline mudelit. Meile piisab, kui kujutame rongisõitu vaid ette ning saame valemi abil välja arvutada, et aja 30 minuti ehk t = 1800 sekundiga jõuab rong kaugusele x = 20×1800 = 36 000 m ehk 36 km. Äsja kasutatud matemaatilisele avaldisele tuginevat rongi liikumise kirjeldust nimetatakse liikumise analüütiliseks mudeliks. Rongi asukoha sõltuvust ajast saab peale matemaatilise valemi väljendada ka graafiku abil. Sel puhul on tegemist nähtuvuse graafilise mudeliga.


Aineline mudel                                          Abstraktne analüütiline mudel                 Abstraktne graafiline mudel



< Tagasi     Sisukord      Edasi >