В ерата на социалните медии почти няма съмнение кой е звездата в животинското царство. Котките управляват екраните точно както техните братовчеди, лъвовете, управляват саваната. Благодарение на Ервин Шрьодингер тази котка също има почетно място в историята на физиката. И именно котката Еме вдъхновява Ансо Биази (Anxo Biasi), изследовател в Галисийския институт по физика на високите енергии (IGFAE), да публикува статия в American Journal of Physics.
В тази статия Ансо Биази представя уравнението на движението на котката.
"Тази статия има за цел да доближи физиката до неспециалистите, предлагайки приятен пример, чрез който е възможно да се разберат няколко концепции на класическата механика. За да се направи това, е конструирано уравнение, което моделира поведението на котка в присъствието на човек, разглеждайки я като точкова частица, която се движи в потенциал, предизвикан от човека", обобщава Ансо Биази.
Обяснение на котешката физика
Ансо наскоро се присъединява към IGFAE, съвместен център на Университета в Сантяго де Компостела (USC) и регионалното правителство от Галисия (Испания). В IGFAE, където вече е защитил докторската си дисертация, той развива своята линия на изследване на нелинейни еволюционни уравнения, в пресечната точка между физика и математика, присъединявайки се към екипа, изследващ теорията на струните и свързани области.
Идеята за статията възниква, за да "комуникира физиката по забавен начин, като я направи по-привлекателна за студентите", разказва авторът.
И така, това, което изглежда до известна степен шега, постепенно придобива академична форма.
"Това започна като закачлива идея за Първи април, вдъхновена от забавните документи, представени от някои изследователи. Скоро обаче разбрах, че тази история, която създадох, може да бъде от голяма полза за студентите по физика. Историята е много концептуално натоварена, но я представя по забавен начин, използвайки пример, който буди голямо любопитство: котката!
Как се изгражда уравнението на движението на котката?
Ансо започва от седем патерни или модели, извлечени от ежедневния му опит с Еме:
1. Котките обикновено почиват на известно разстояние от хората.
2. Когато котките лежат върху човек (напр. в скута, корема, гърба), минимални стимули като муха или едва доловим звук могат да ги накарат да си тръгнат. Интензивността на отклоненията, необходими за котката да започне да се движи, зависи от степента на привързаност към човека, върху когото лежи.
3. Когато хората галят котки, те правят колебавщи се движения напред-назад.
4. Когато хората викат котки, те рядко отговарят.
5. Когато котките решат да се доближат до човека, който ги вика, те често се разсейват по пътя и не достигат до него.
6. През нощта котките тичат хаотично напред-назад из къщата.
7. Котките мъркат или "предат" (издават мек вибриращ звук), когато им е приятно да бъдат галени от човека.
"Котките се държат така, сякаш усещат някаква сила около човека", обобщава Анчо Биази.
По този начин в статията се посочва, че седемте гореспоменати динамики могат да бъдат моделирани, като първо приближение, като се разглежда котката като точкова частица, която се подчинява на Нютоновата механика. Котката изпитва "сила", свързана с външен потенциал (индуциран от присъствието на човек), където x(t) ∈ R представлява позицията на котката в момент t по отношение на човека, намиращ се на x = 0. Така, m > 0 е масата на котката, а ϵ > 0 е коефициентът на триене за отчитане на умората на котката. Следователно резултатът е това уравнение:
Уравнение на движението на котка, съставено от Ансо Биази (Anxo Biasi). Кредит: Anxo Biasi, American Journal of Physics
Започвайки от тази формула и чрез анализа на котешкото движение е възможно да се покаже как е конструирано самото уравнение.
"Работата демонстрира по забавен начин умствения процес, следван при конструирането на физически модели, който рядко се описва подробно в книгите. Например моделите на движение (или недвижение) се анализират, получени от факта, че котките са склонни да не идват при повикване, лесно се разсейват или са склонни да остават по-дълго в скута на любимия си човек.
Към всички тези изчисления се подхожда по увлекателен и забавен начин:
"Не винаги е необходимо да се захващаме с най-дълбоките и сложни загадки на Вселената; понякога можем просто да се отпуснем и да използваме силата на физиката, за да обясним ежедневието – това е наистина смешно!", отбеляза Ансо.
По този начин "моделът на взаимодействие котка-човек доближава физиката до неспециалистите, демонстрирайки чрез любопитна и позната ситуация мотивите зад изграждането на физически модели", обобщава Ансо.
Ансо започва от седем патерни или модели, извлечени от ежедневния му опит с Еме. Кредит: Anxo Biasi, American Journal of Physics
Анализ на "преденето" и хаотична активност
В статията основно внимание се отделя на анализа на характерното котешко предене. Предложението на Ансо е, че тази реакция е механизъм за стабилизиране, който подържа обратно връзка от взаимодействието между котката и нейния човек компаньон:
"Предполага се, че когато котката бъде погалена и започне да "преде", хората усещат импулс да продължат да я гладят, като по този начин се подсилва стабилността на процеса".
Тази стабилизация се подсилва и от факта, че обмяната на нежност между предене и галене временно укрепва връзката между котката и човека.
Проучването също така разглежда периоди на френетична хаотична активност, наричана FRAP или zoomies, когато котките се движат с голяма скорост от едно място на друго, обикновено през нощта. Документът обсъжда как в този случай уравнението изисква случаен компонент за моделиране на тези периоди, вграден във формулата като външно "форсиране". Това добавя известна произволност, необходима за моделиране на тези котешки "изблици", които до известна степен могат да бъдат коригирани според особеностите на всяка котка.
Образователна стойност
В допълнение към игривия си подход, Ансо подчертава, че тази статия "е предназначена за използване във въвеждащи курсове по класическа механика, за да демонстрира колко очевидно сложно и несвързано поведение може да бъде обяснено с прости закони".
Той прави това, като показва "поредица от динамики, които са лесни за визуализиране, намалявайки необходимостта от абстракция", и представя "уравнение с различни термини, покриващи основите на класическата механика".
Справка: On cat–human interaction from the viewpoint of physics: An equation of motion, American Journal of Physics (2024). DOI: 10.1119/5.0158200
Източник: IGFAE physicist and his cat ‘reveal’ the equation of cat motion, IGFAE
Още по темата
Физика
Как философията на сферичната крава прави трудните физични задачи лесни (видео)
Математика
Открито е универсалното уравнение за формата на яйцето
Математика
Диференциални уравнения стават повод за подозрения в тероризъм
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
Няма коментари към тази новина !
Последни коментари