Àjọṣepọ̀ láàrín Fisiksi àti Ìṣirò
Fisiksi ati mathimatiki jẹ́ ẹ̀ka meji ti ko le ya sọtọ. Lakoko ti fisiksi n wa lati ni oye bi agbaye ṣe n ṣiṣẹ—lati išipopada awọn ohun, awọn igbi omi, ina mọnamọna, si eto awọn atomu—iṣiro pese ede, awọn irinṣẹ, ati eto fun ṣiṣe agbekalẹ oye yẹn ni deede. Ibasepo laarin awọn mejeeji kọja “iṣiro ni a lo lati ṣe iṣiro” ni fisiksi, ṣugbọn o jinle: mathimatiki ṣe apẹrẹ bi fisiksi ṣe n ṣalaye awọn ofin iseda, lakoko ti fisiksi maa n funni ni iwuri fun ibisi awọn ẹka mathimatiki tuntun.
Iṣiro gẹgẹbi ede fisiksi
Ọ̀kan lára àwọn ìdí pàtàkì tí físíìsì fi gbẹ́kẹ̀lé ìmọ̀ ìṣirò ni pé ìmọ̀ ìṣirò lè fi àwọn ìbáṣepọ̀ oníṣirò hàn pẹ̀lú ìpéye tó ga. Nígbà tí onímọ̀ ìṣirò bá parí èrò sí pé iye kan sinmi lórí òmíràn, ìmọ̀ ìṣirò gbà láyè láti kọ ìbáṣepọ̀ náà ní ìrísí ìfojúsùn kan. Fún àpẹẹrẹ, òfin kejì Newton ni a gbé kalẹ̀ gẹ́gẹ́ bí:
F = ma
Ìgbékalẹ̀ kúkúrú yìí ní ìtumọ̀ gbígbòòrò: agbára (F) jẹ́ ìwọ̀n sí ibi-ìwọ̀n (m) àti ìfàsẹ́yìn (a). Láìsí ìṣirò, òfin yìí yóò jẹ́ gbólóhùn gígùn, tí kò ṣe kedere. Pẹ̀lú ìṣirò, ìbáṣepọ̀ náà di gbogbogbòò, tí ó ṣe ṣókí, tí ó sì ṣeé dán wò.
Ìṣirò tún ń ran àwọn àwòṣe tí a lè lò fún àsọtẹ́lẹ̀ lọ́wọ́. Físíìsì kìí ṣe pé ó ń ṣàlàyé ohun tí a lè rí nìkan ni, ó tún ń sọ àsọtẹ́lẹ̀ ohun tí yóò ṣẹlẹ̀ lábẹ́ àwọn ipò kan. Fún àpẹẹrẹ, àwọn ìṣètò ìṣípo lè sọ àsọtẹ́lẹ̀ ipò ohun kan ní ìṣẹ́jú díẹ̀ sí ọjọ́ iwájú, tàbí àwọn ìṣètò ti pápá onínámọ́tíkì lè sọ àsọtẹ́lẹ̀ bí àwọn ìgbì rédíò ṣe ń tàn kálẹ̀.
Awọn imọran mathematiki ipilẹ ti o gbajumọ ni fisiksi
Àjọṣepọ̀ láàrín fisiksi àti mathimatiki hàn gbangba láti inú ọ̀pọ̀lọpọ̀ àwọn èrò ìṣirò tí ó jẹ́ ìpìlẹ̀ ẹ̀kọ́ fisiksi.
1. Aljebra àti àwọn iṣẹ́
A lo aljebra lati ṣe amojuto awọn idogba, lati fi idi ibatan mulẹ laarin awọn iye, ati lati yanju awọn iṣiro. Awọn iṣẹ ṣe iranlọwọ lati ṣapejuwe bi iye kan ṣe yipada ni ibatan si omiran, gẹgẹbi ipo ni ibatan si akoko, tabi lọwọlọwọ ni ibatan si folti.
Nínú ìmọ̀ fisiksi, àwọn àwòrán iṣẹ́ sábà máa ń jẹ́ irinṣẹ́ pàtàkì. Fún àpẹẹrẹ, àwòrán àkókò iyàrá lè pèsè ìwífún nípa ìyára (ìtẹ̀sí ti àwòrán) àti yíyọ (agbègbè tí ó wà lábẹ́ ìlà). Èyí fihàn pé “kíkà” àwọn ìṣẹ̀lẹ̀ ara nígbà míì túmọ̀ sí kíkà èdè mathimatiki ní ìrísí àwọn àwòrán.
2. Ìrísí àti ìrísí
Ìlànà ìṣàfihàn (Trigonometry) sábà máa ń farahàn nínú ìṣàyẹ̀wò ìṣípo, agbára, àti ìgbì omi. Fún àpẹẹrẹ, agbára tí ó ń ṣe igun kan lè yọ̀ sí àwọn èròjà petele àti inaro rẹ̀ nípa lílo àwọn sines àti cosines. Nínú àwọn ìgbì omi, a máa ń lo àwọn iṣẹ́ sinusoidal láti ṣàpèjúwe ìyípadà bíi ohùn àti ìmọ́lẹ̀.
Ìlà-orí ayélujára ń ran ènìyàn lọ́wọ́ láti lóye àwọn ọ̀nà ìtọ́sọ́nà, àwọn ìrísí ilẹ̀, àti ìṣètò ààyè. Nínú fisiksi òde òní, ìlà-orí ayélujára tilẹ̀ jẹ́ pàtàkì sí àwọn ẹ̀kọ́, bí ìbáramu gbogbogbòò, èyí tí ó ṣàlàyé agbára òòfà gẹ́gẹ́ bí ìyípo ààyè-àkókò.
3. Ìṣirò (àwọn àbájáde àti àwọn ìṣọ̀kan)
Calculus ni afara akọkọ laarin mathimatiki to ti ni ilọsiwaju ati fisiksi. A lo awọn itọsẹ lati ṣafihan awọn oṣuwọn iyipada, gẹgẹbi iyara gẹgẹbi itọsẹ ipo ni ibatan si akoko, tabi iyara bi itọsẹ ti iyara:
– v = dx/dt
– a = dv/dt = d²x/dt²
A lo àwọn ohun èlò ìdàpọ̀ láti ṣàkójọ àwọn owó kékeré tí kò lóǹkà, fún àpẹẹrẹ ṣíṣírò iṣẹ́ tí agbára kan bá yàtọ̀ síra ṣe, tàbí pípín iye owó náà láti inú ìpínkiri owó.
Láìsí calculus, ọ̀pọ̀lọpọ̀ òfin fisiksi ni a lè jíròrò ní ọ̀nà tí ó dára. Pẹ̀lú calculus, fisiksi le ṣe àṣeyọrí àwọn àsọtẹ́lẹ̀ tí ó péye gidigidi.
4. Àwọn ìdọ́gba ìyàtọ̀
Ọ̀pọ̀lọpọ̀ òfin fisiksi ló máa ń yípadà sí àwọn ìdọ́gba ìyàtọ̀, àwọn ìdọ́gba tó ní í ṣe pẹ̀lú àwọn ohun tó ń jáde. Èyí jẹ́ nítorí pé a sábà máa ń ṣàpèjúwe ìṣẹ̀dá ní ìbámu pẹ̀lú ìwọ̀n ìyípadà: bí ipò ṣe ń yípadà, bí ilẹ̀ ṣe ń yípadà, bí ìwọ̀n otútù ṣe ń tàn kálẹ̀, àti bẹ́ẹ̀ bẹ́ẹ̀ lọ.
Kọ́nànmọ́:
– Ìgbékalẹ̀ ìgbì náà ń ṣàlàyé ìtànkálẹ̀ ìgbì nínú okùn, afẹ́fẹ́, tàbí pápá oní-ẹ̀rọ-ìmọ́lẹ̀.
– Ìgbékalẹ̀ ooru náà ṣàlàyé bí ooru ṣe ń pín nínú ohun kan.
– Ìgbékalẹ̀ Schrödinger nínú ẹ̀rọ ìṣiṣẹ́ kuantum ṣàlàyé ìdàgbàsókè àwọn ètò ìṣiṣẹ́ afẹ́fẹ́.
Àwọn ìṣètò ìyàtọ̀ gba físíìkì láàyè láti so “àwọn òfin àdúgbò” (àwọn àyípadà kékeré) pọ̀ mọ́ “ìwà àgbáyé” (àwọn àbájáde gbogbogbò).
Ìṣirò kọ́ àwọn àwòṣe, fisiksi dán àwọn àwòṣe ìdánwò
Ní ọwọ́ kan, ìmọ̀ ìṣirò lè ṣẹ̀dá àwọn àpẹẹrẹ tó lẹ́wà gan-an, ṣùgbọ́n wọn kìí ṣe dandan kí ó ṣàfihàn òtítọ́. Iṣẹ́ físíìsì ni láti dán ìjẹ́pàtàkì àwọn àpẹẹrẹ wọ̀nyí wò nípasẹ̀ àwọn àyẹ̀wò àti àkíyèsí. Èyí jẹ́ ìyàtọ̀ pàtàkì: físíìsì jẹ́ ìmọ̀ ìjìnlẹ̀, nígbà tí ìmọ̀ ìṣirò jẹ́ ìmọ̀ ìyọkúrò. Ìṣirò ń gba ìparí èrò láti inú àwọn àsíìmù àti ìtumọ̀; físíìsì ń ṣe àyẹ̀wò ìjẹ́pàtàkì àwọn àpẹẹrẹ ní ìbámu pẹ̀lú ìbáramu wọn pẹ̀lú ìṣẹ̀dá.
Síbẹ̀síbẹ̀, ìfọwọ́sowọ́pọ̀ wọn mú èso rere jáde. Nígbà tí àwọn onímọ̀ nípa físíìsì gbé àwọn ẹ̀kọ́ kalẹ̀ ní ìrísí ìṣirò, ìṣirò pèsè àwọn irinṣẹ́ láti mú àwọn àbájáde ìrònú wọn jáde. Lẹ́yìn náà, àwọn onímọ̀ nípa físíìsì dán àwọn àbájáde wọ̀nyí wò. Tí àwọn àkíyèsí náà kò bá takora, wọ́n ní láti tún àwọn àwòrán náà ṣe.
Àpẹẹrẹ tó ṣe kedere ni ìdàgbàsókè ẹ̀kọ́ òògùn. Òfin òògùn Newton ṣiṣẹ́ dáadáa fún ọ̀pọ̀lọpọ̀ ọ̀ràn, ṣùgbọ́n àwọn àkíyèsí nípa ìyípo Mercury fi àwọn ìyàtọ̀ kéékèèké hàn. Lẹ́yìn náà, Einstein ṣe àgbékalẹ̀ ìbáramu gbogbogbò nípa lílo mathimatiki tó díjú jù (tensor àti differential geometry). Ìmọ̀ yìí ṣàlàyé ìyàtọ̀ ìyípo Mercury ní àṣeyọrí, ó sì sọ àsọtẹ́lẹ̀ àwọn ìṣẹ̀lẹ̀ mìíràn, bíi lílo òògùn, èyí tí a fihàn lẹ́yìn náà.
Fisiksi ni o n dari ilọsiwaju mathimatiki
Àjọṣepọ̀ láàrín fisiksi àti mathimatiki kì í ṣe ọ̀nà kan ṣoṣo. Ọ̀pọ̀lọpọ̀ ẹ̀ka mathimatiki ló dá láti inú àìní fisiksi. Fún àpẹẹrẹ:
– Calculus yára gbilẹ̀ nítorí àìní láti ṣàyẹ̀wò ìṣípo àti ìyípadà, pàápàá jùlọ ní àkókò Newton àti Leibniz.
– Ìwádìí Fourier, tí ó dojúkọ ìbàjẹ́ àwọn iṣẹ́ sínú ìgbì omi sine àti cosine, ni a gbé kalẹ̀ láti inú ìkẹ́kọ̀ọ́ ooru àti ìgbì.
– Ìmọ̀ nípa ẹgbẹ́ rí ibi pàtàkì kan nínú fisiksi òde òní, pàápàá jùlọ fún òye ìṣọ̀kan nínú àwọn ẹ̀rọ ìṣiṣẹ́ kuantum àti àwọn èròjà ìpìlẹ̀.
– Ìrísí ara àti ìrísí ara tí kìí ṣe ti Euclidean di ohun tó ṣe pàtàkì gan-an nítorí ìbáṣepọ̀ gbogbogbò.
Fisiksi maa n gbe awọn iṣoro gidi ti o nilo mathimatiki tuntun kalẹ. Ni otitọ, diẹ ninu awọn imọran mathimatiki ti a ti kà si "mimọ" ti di awọn irinṣẹ ipilẹ ti fisiksi. Ni idakeji, awọn ọna si fisiksi bii imọ inu, isunmọ, ati awoṣe nigbagbogbo n funni ni iwuri fun awọn ọna mathimatiki ti a lo.
Iṣiro gẹgẹbi ohun elo ironu: lati imọran si oye
Yàtọ̀ sí pé ó jẹ́ irinṣẹ́ fún ìṣirò, ìmọ̀ ìṣirò ń kọ́ àwọn ọgbọ́n ìrònú tó ṣe pàtàkì fún físíìsì: ìrònú tó péye, tó dúró ṣinṣin, àti tó wà ní ìṣètò. Físíìsì kìí ṣe nípa kíkọ́ àwọn fọ́ọ̀mù sílẹ̀ nìkan, ṣùgbọ́n ó tún jẹ́ nípa òye ìtumọ̀ àwọn ìwọ̀n, àwọn ìpín, àti àwọn ìbáṣepọ̀ tó ń fa àti ipa.
Fún àpẹẹrẹ, ìṣàyẹ̀wò onípele jẹ́ ọ̀nà ìṣirò tí ó rọrùn tí ó wúlò gan-an nínú fisiksi fún ṣíṣàyẹ̀wò bóyá àwọn ìṣirò náà ní ìtumọ̀. Tí ìṣirò kan bá sọ pé agbára dọ́gba pẹ̀lú ìwọ̀n àti iyàrá, a lè mọ̀ lẹ́sẹ̀kẹsẹ̀ pé ó jẹ́ àṣìṣe nítorí pé àwọn ìṣirò náà kò báramu. Èyí fihàn pé ìṣirò ń ran lọ́wọ́ láti pa ìbáramu àwọn èrò fisiksi mọ́.
Ìṣirò tún gba ààyè láti lo àwọn ọ̀nà ìsúnmọ́. Ọ̀pọ̀lọpọ̀ ètò ìṣiṣẹ́ ara ló díjú jù láti yanjú rẹ̀ ní pàtó. Nípa lílo ìṣirò, àwọn onímọ̀ nípa fisiksi lè ṣẹ̀dá àwọn ìsúnmọ́ nọ́mbà, àwọn ọ̀nà ìtúnṣe, tàbí àwọn ìṣe kọ̀ǹpútà láti rí àwọn ìdáhùn tó péye.
Ipa ti imọ-ẹrọ ati kọmputa
Ní àkókò òde òní, ìsopọ̀ láàrín fisiksi àti mathimatiki ti di alágbára síi nípasẹ̀ ìṣirò. Ọ̀pọ̀lọpọ̀ ìṣòro fisiksi ni a ń yanjú nípa lílo àwọn ọ̀nà nọ́mbà, ẹ̀ka mathiksi tí a lò. Àwọn ìṣe àfarawé ojú ọjọ́, ìṣiṣẹ́ omi fún ṣíṣe àgbékalẹ̀ ọkọ̀ òfurufú, ìṣe àfarawé ìyípadà nuclear, àti àwọn ìṣe àfarawé subatomic gbogbo wọn nílò mathiksi àti algoridimu tó ti ní ìlọsíwájú.
Kọ̀ǹpútà kì í rọ́pò ìṣirò, ṣùgbọ́n ó ń fa agbára rẹ̀ láti ṣàkóso àwọn ètò dídíjú. Àwọn ìṣirò tí ó ṣòro láti yanjú pẹ̀lú ìṣàyẹ̀wò ni a lè yanjú ní nọ́mbà láti gba àwọn àsọtẹ́lẹ̀ tí ó sún mọ́ àwọn àyẹ̀wò.
Ipari
Àjọṣepọ̀ láàrín fisiksi àti mathimatiki ń mú ara wọn lágbára síi. Ìṣirò ni èdè ìjọ́ba ti fisiksi, ó ń mú kí a ṣe àgbékalẹ̀ òfin àdánidá ní pàtó, ó sì ń mú kí àsọtẹ́lẹ̀ ìṣirò pọ̀ sí i. Fisiksi, ní tirẹ̀, ń pèsè ìpèníjà àti ìmísí, ó ń mú kí àwọn ọ̀nà àti ẹ̀ka mathimatiki tuntun bẹ̀rẹ̀. Àwọn méjèèjì jẹ́ méjì pàtàkì nínú ìdàgbàsókè ìmọ̀ sáyẹ́ǹsì àti ìmọ̀ ẹ̀rọ.
Lílóye fisiksi láìsí mathimatiki yóò pàdánù agbára ìṣàfihàn rẹ̀ àti agbára àsọtẹ́lẹ̀ rẹ̀, nígbà tí mathimatiki láìsí fisiksi yóò pàdánù ọ̀pọ̀lọpọ̀ àwọn àkójọpọ̀ ìlò tó lọ́rọ̀. Ní ìṣe, àwọn ìlọsíwájú pàtàkì nínú sáyẹ́ǹsì sábà máa ń wáyé nígbà tí àwọn èrò ara bá agbára àwọn ètò mathimatiki mu. Nítorí náà, kíkẹ́kọ̀ọ́ ìbáṣepọ̀ láàárín àwọn méjèèjì ṣe pàtàkì kìí ṣe fún àwọn akẹ́kọ̀ọ́ àti àwọn ọ̀mọ̀wé nìkan, ṣùgbọ́n fún ẹnikẹ́ni tí ó ń wá láti lóye bí ènìyàn ṣe ń ka àti túmọ̀ "kódì" àgbáyé.
