Тема форума: «Физический смысл 2-го закона Ньютона»

На "Научный форум dxdy" рассматривается одна замечательная тема: «Каков физический смысл 2-го закона Ньютона?» http://dxdy.ru/topic17107.html , но так как ответ на него на протяжения всей темы не получен, предлагаю тем, кто имеет свое мнение на сей счет, обосновать физическую сущность 2-го закона Ньютона, а для начала первый пост:
«Что именно утверждается во втором законе?
Математически его можно описать, например, так:
Справа от знака равенства стоит сила, например, сила Гука (которая равна -- это можно считать её определением).
А что стоит слева?
Ясно, что это не есть утверждение, что сила Гука равна (она-то равна как раз ).
В смысле, этот закон не определение силы -- сила определяется независимо от него.
Это равенство может быть равенством сил: утверждается, что сила Гука (которая по определению равна ) равна другой силе (которая по определению равна ).
Но, что за сила стоит слева?
Численно она равна силе инерции (в инерциальной системе это будет противодействие).
Выходит, второй закон утверждает нечто вроде: тело сопративляется ускорению с силой, равной ускоряющей силе.
Насколько верна такая трактовка второго закона Ньютона?»,
и есть замечание в ходе дискуссии от Александра Астахова: "Второй закон устанавливает только эмпирическую взаимосвязь массы и ускорения. Если это сила упругости, т.е. статическое воздействие, то зная массу тела, можно определить с каким ускорением будет ДВИГАТЬСЯ это тело под воздействием этой силы и наоборот. Природа взаимосвязи массы и ускорения на сегодняшний день наукой не установлена, поэтому второй закон Ньютона это - констатация факта, т.е. он означает только то, что записано в формуле справа и слева. Если справа стоит произведение массы на ускорение,. то слева может стоять не только закон Гука, есть ещё множество выражений для сил различной природы, но все они могут вызвать ДВИЖЕНИЕ определённой массы с определённым ускорением!
С уважением, Астахов А. А.»

2 ой закон (из википедии) звучит так:
В инерциальной системе отсчета ускорение, которое получает материальная точка, прямо пропорционально приложенной к ней силе и обратно пропорционально её массе.

Получается, что Александр Астахов дело говорит.

Интересно отметить, что Ньютон в своей формулировке данного закона вообще не упоминает о массе. Вот формулировка первого закона у Ньютона: Изменение количества движения пропорционально приложенной движущей силе и происходит по направлению той прямой, по которой эта сила действует. (Исаак Ньютон, Математические начала натуральной философии, М., Наука, 1989, пер. с лат. акад. А.Н. Крылова) Оригинальная (латинская) формулировка первого закона: Motationem motus proportionalem esse vi motrici impressae et fieri secundum lineam rectam qua vis illa imprimitur. (Там же) Масса в формулировке Ньютона скрывается в понятии "количество движения", которое в современной физике называют импульсом. В обобщенной форме, применимой к телам переменной массы (например, ракетам) второй закон Ньютона задается формулой: dp/dt = F.

Второй закон Ньютона был впервые сформулирован Исааком Ньютоном в 1686 году в трактате "Математические начала натуральной философии". В современной формулировке он звучит так: Ускорение тела прямо пропорционально равнодействующей всех действующих на тело сил и обратно пропорционально массе тела. (Источник) Аналитически это утверждение записывается формулой: a = F/m. Здесь подразумевается, что сила F и ускорение a являются векторными величинами, то есть имеют не только численное значение, но и направление, которое у них всегда совпадает. Физический смысл второго закона Ньютона состоит в том, что ускорение тела определяется действующими на него силами и массой самого тела. Причем силы стремятся изменить движение, а масса препятствует изменениям. В этом смысле масса является мерой инертности тела, то есть мерой его способности сопротивляться изменению скорости движения. Второй закон Ньютона выполняется только в так называемых инерциальных системах отсчета.

Источник: http://www.genon.ru/GetAnswer.aspx?qid=56bce9c0-c138-48c4-8e7b-37bb532095c4

Лично я вполне с этим согласен.

Вопрос темы не формулировка закономерности между движением, градиентом и количеством плотности, а именно ее смысловое содержание, что за физические механизмы определяют эту закономерность? Практически это вопрос мировоззренческий (лирика физики).

Если говорить о самом первом сообщении, то сразу, что бросилось в глаза: попытка строгой разборки с использованием философизма "физический смысл", в то время как именно это - контекст вопроса. Отмазка, что интуитивно итак ясно о чем речь, на самом деле не прокатывает и в результате спор может запутываться как угодно. Физики не задумывались над тем, что такое смысл настолько, чтобы сделать термин :) и не учитывают, что смысл есть только у осмысливающего.

Поэтому предложу сделать контекст вопросу более определенным: какова значимость 2-го закона Ньютона в личном представлении сущности его механизмов реализации в природе. Или в более прагматичном плане: какова значимость 2-го закона Ньютона в личных представлениях об его использования.

Тогда сразу ясно: просто по формуле не возможно сказать, что именно она описывает просто потому, что эта форма записи может быть использована 1:1 для описания разных явлений. Даже очень специфичные формулы не обладают уникальностью формализации самого явления, а лишь условно обозначают его описание в некоторых условных же рамках, образующих контекст понимания этого описания. Именно поэтому часто математики находят экзотическую формулу, а лишь потом обнаруживают ее подходящесть для описания неких явлений.

Сразу возникает неприятие попыток отталкиваться именно от формулы, домысливая ей разный смысл, т.е. придавая разную значимость, что здесь и проделывалось. И, к примеру, закон Гука не имеет к этому смыслу никакого отношения (в этом я не согласен с Астаховым). Ньютон увидел закономерность, понял его значимость, оценил рамки, в которых эта закономерность верна, и для иллюстрации, а также условной формализации написал формулу. Но главное вовсе не формула, а та самая значимость, позволяющая личностно использовать закономерность.

Понятно, чтобы говорить о сущности механизмов реализации явления, формулы тем более недостаточно.  Для этого нужно понять природу проявления свойств массы. Тогда станет ясно, почему именно таков 2-й закон Ньютона, и станет пофиг все частности его проявлений, которыми пытались украсить формулу в обсуждении. Ну, это все тот же вопрос о приемлемости предположений о том, что именно придает свойства массы телу. Его уже на этом форуме в свободном стиле дискутировали раньше :)

Субъект, обнаружив явления и найдя между ними некую закономерность, то есть приложив это к своей практике, несомненно, является главным действующим лицом в вопросе смыслового содержания этой закономерности. Но, проблема в том, что этот конечный инструмент (субъект) может быть заточен далеко не на все варианты выявления и возможностей использования данной закономерности, что в свою очередь будет накладывать отпечаток ввиде ограничения в осмысления места данного феномена. А потому и необходима мировоззренческая парадигма для выяснения прогноза значимости (возможности использования в новых условиях и анализа предшествующих и последующих событий), а это в свою приводит к главному вопросу – юстировки субъекта, то есть к его имеющимся и возможным особенностям оценивать происходящие события. И здесь, спасибо данному форуму, который посвящен во многом именно данному инструменту, и требуется выяснить что происходит (физический механизм) как там, что наблюдают, так и там, где наблюдают. То есть, необходим этакий «супервизор» или механизм, способный помочь провести траекторию от наблюдаемого события до события в наблюдателе.

Мне почему-то всегда казалось что физический смысл понятие очень простое и узкое: привязка "буквочек" в аналитческом выражении к физичеким параметрам. Потому это

Физический смысл второго закона Ньютона состоит в том, что ускорение тела определяется действующими на него силами и массой самого тела

лично меня удовлетворяет полностью.

А если говорить о механизме, то ведь механизм это всегда (?) некая фантазия, в том смысле, что в принципе одни и те же явления теоретически можно обьяснить разными механизмами. Иными словами механизм - дело вкуса. Например, что такое амплитуда вероятности и каким механизмом обусловлен коллапс волновой функции? Механизм - понятие очень человеческое, и лично я склонен принимать закономерности как данность, если есть возможность придумать никий механизм, который упрощает понимание - славно, но надо помнить что этот механизм производное от наблюдаемых явлений, а никак не наоборот.

В случае данного закона, можно спросить а как вообще измерить силу, массу и ускорение? Не получитсй ли что мы измеряем массу через силу, а силу через массу?

"почему-то всегда казалось что физический смысл понятие очень простое и узкое: привязка "буквочек" в аналитческом выражении к физичеким параметрам."

с "физическими параметрами" тоже те так просто :) Парадокс: нет определения того, что такое "физический смысл", мало того, если попросить сформулировать строго, что это такое, начинаются затруднения, но "интуитивно" все понятно :) Что это означает? Обычная симптоматика неопределенного понятия в соц.коммуникации. Неопределеность контекста вопроса и привела к разному толкованию в этой теме.

Когда человек впервые разговаривает с носителем физики и слышит словосочетание " физический смысл" он, естественно, ни фига не понимает, что это такое, если уже не был подготовлен исподволь. Но, видя, как используется этот оборот, выделяя общее, он формирует автоматизм использования того, что является бездумным сленгом в данной субкультуре.

 Естественно, в зависимости от условий формируется разные автоматизмы. Когда говорят про физ.смысл или геометрич.смысл производной или интеграла, то это - одно, когда о физ.смысле формализации реального явления - другое. В первом случае оперируют строго определенной абстракцией, во втором - лишь формализованным описанием явления.

В первом случае четко можно увидеть интерпретацию, представление абстракции в таком-то применении (геометрическая интерпретация, например), во втором четкость представления ограничивается строгостью описания, которое часто не располагает "механизмами" явления (пониманием причинной взаимосвязи, порождающей данные свойства явления). Если оказывается так, что такие причины свойств явления становятся понятны, то вопрос о "физическом смысле" становится уже бессмысленным, т.е. значимость его уже низкая в силу понимания.

Если подтвердится гипотеза Хигса в рамках описании стандартной модели, то 2 закон Ньютона просто будет выведен оттуда как следствие и вопрос о физ.смысле  потеряет значение: будет понятно все, касающееся данной пока эмпирической аксиомы. Но возникнут непонятки уже другого уровня: какова значимость описаний Хигса в личном представлении сущности его механизмов реализации в природе? :)

 

Смысл – прогнозируемый результат, а так как прогнозировать может только субъект, то сам смысл относится только к личному представлению субъекта. А поэтому физический смысл будет интерпретироваться как мировоззренческая оценка непротиворечивых и предсказуемых явлений. Понятно, что уровень представлений о мире у субъектов разная, а значит и предметная область, в которую будут включены те или иные явления могут разниться. Для разрешения этой проблемы и используется язык, как результирующая для разных субъектов интерпретировать их (явления и закономерности) в договоренных границах. Бессмысленность будет в том случае, если границы предметной области у разных субъектов не совпадают.
Для 2-го закона Ньютона, я бы расширил границу, включив в нее и измерительный инструментарий (оценщика данного феномена, тем более, что он постоянный участник этих явлений), вернее, его особенности восприятия (физиологии) мира, тогда, по-видимому, можно в достаточно простой форме дать физическую интерпретацию выше указанной закономерности.

Да, очень важно учитывать то, что смыслы у разных людей - разные настолько, насколько различается их субъективный опыт. Но есть и очень немалая социальная составляющая: обще-взвешенные представления в социуме и субкультурах. Это приводит к проявлению угасания значимости тех или иных представлений при развитии общих представлений социума.

В свое время утверждение "Земля - круглая" вызывала очень большое недоумение даже при том, что было множество зримых подтверждений этому, особенно понятных морякам. Люди рассуждали о смысле этого явления до тех пор, пока не стала ясна более общая картина - то, что придает явлению "круглая Земля" причины такой круглости: каплеобразность на орбите, и уже не просто круглая, а такая, какой должна быть капля при соответствующим вращении - приплюснутая. После чего малая новизна проблемы уже не делает актуальным рассмотрение ее с тем же пылом спора. Уже нет такого смысла обсуждать то, что достаточно уверенно всеми принимается. Вот в каком смысле говорил про "бессмысленность" :)

И сегодня, если ребенок впервые сталкивается с утверждением "Земля - круглая" в достаточно зрелом возрасте личных открытий, то он точно так же недоумевает. Но теперь вокруг это утверждают совершенно уверенно самые для него авторитетные люди, повод есть не для сомнений, а для понимания сведений, осмысливания их. И в силу социального качества понимания этого у ребенка очень быстро происходит становления такого понимания - как данность окружающего. Салажке и в голову не приходит слишком заострять внимание на этом вопросе и выделять как Закон Природы то, чот так естественно вытекает из понимания сущности явления, хотя когда-то это было революционное открытие и трактовалось как Закон Природы.

Вот так нафиг частные Законы Природы, эмпирические аксиомы, теряют свою значимость, становясь обыденностью понимания более общего. И 2 Закон Ньютона ждет именно такая участь :)

 

В продолжение темы, попытаюсь представить обнаруженную закономерность (2-й закон Ньютона) не как внесубъектную реальность, а как оценочный комплекс событий отражающийся в этом законе. Сначала о рецепции. Любой рецептор это датчик изменения, нет изменения - нет рецепции, а изменение это всегда движение, поэтому ЛЮБОЙ рецептор это датчик движения (сдвиг электронных плотностей и конфигураций у молекул, электрические и механические изменения белковых и минеральных комплексов). Это относится как к рецепторам многоклеточного организма, так и одноклеточного. Поэтому, все изменения, которые выделяет (реагирует) субъект это движение. Что означает, что те явления, которые обозначаются силой, цветом, звуком и т.д. и т.п. не более, чем явления движения, а поэтому, выявляя и рассматривая закономерности, субъект оценивает их как отношения между движениями. Теперь относительно ньютоновского закона. Его можно рассматривать на примере гаптической системы (hapsis хватать), в которой участвуют несколько модальностей (тактильная, проприоцептивная, зрительная иногда слуховая, а может и иные). Организм субъекта сводит эти все модальные перемещения за счет унификации входных стимулов к общей оценке изменения своих границ. Таким образом физическая сущность 2-го закона Ньютона сводится к выяснению отношений между разномодальными смещениями. Конечно, в формулировке это будет звучать достаточно нелепо, но вопрос и состоял не в «красивости» формулировки, а в ее адекватности физическим явлениям. Естественно, данное размышление не более как вариант для ухода из «колеи» привычно-догматических установок.

Заранее извиняюсь, kak, если неправильно понял твою мысль (уже говорил, что твоя проза сложна для моего восприятия), но у меня возникло следущее возражение. Если я (субьект) не наблюдаю сам процесс движения (ну заснул например) значит ли это что пока я сплю движения нет? Мне кажется *неоправданным* привязывать наблюдателя к закону, который можно выразить в форме не учитывающей этого наблюдателя. Правда, как можно было догадаться, я вообще не большой сторонник придавать моделям явлений излишний смысл

А кто мне объяснит, почему мое сообщение попало в мусор? Что это я не так написал? Кому не угодил? Хотите знать физический смысл 2-го закона Ньютона? Я предложил одну из возможных интерпретаций. Истны все равно никто не знает. И что же тут можно обосновывать? Или вы точно знаете природу массы? Можете объяснить движение? Или может вы точно знаете, что такое сила? Ну так давайте, скажите. Чтобы понять сущность закона, нужно хотябы представлять, что за величины входят в уравнение.

Для Nudnyj:
«Если я (субъект) не наблюдаю сам процесс движения (ну заснул например) значит ли это что пока я сплю движения нет?» Во-первых, когда ты спишь, твоя субъективная реальность только несколько ограничена в оценки раздражения рецепторов, а как субъект ты остаешься вполне адекватным (дышишь, метаболируешь и т.д.). Во-вторых, мы имеем только рецепторы работающих на изменение (динамические, статических нет, а это может быть связано либо с самой материей, либо конкретно с биологией на этой планете). Если только с биологией, то есть шанс оставить определение 2-го закона Ньютона таким как он есть, если же это связано с особенностью материи, то возникает вполне законный вопрос: А не является ли понятие масса, сила и т.д. только иллюзией наших рецепторных систем, которые (рецепторы) являются продолжением остального мира? Поэтому я и предложил посмотреть на выявленную закономерность (закон Ньютона) между разными модальностями как на эффект наших рецепторов. Естественно, так как формирование языка (отражает отношения выделенные субъектами) происходило в процессе развития материи, то и элементы языка не более чем отражающие это развитие, в результате которого и происходит уточнение, а значит и понимание мира. На сегодняшнем этапе развития, наверно, проще воспринимать эти отношения между разномодальными движениями как массу, силу, цвет и т.п., завтра, для понимания физических процессов, этого может быть окажется недостаточно. Так, например, используемые величины «е» и «пи», наверняка, отражают какие-то глубокие физические процессы, но на сегодня, они, найденные эмпирически, используются в расчетах без объяснения их смысла. И повторюсь:
Картину мира я себе нарисовал
Сомненья гложут до изнеможенья.
Нашелся б тот, кто также осознал,
Бессмысленности мира ощущенья.

В мои мозги попал сомненья яд
Картину мне детерминизм рисует:
От черных дыр неслось за рядом ряд
Потоки «нечто» будущей структуры.

Структуры эти – когерентности закон,
Который буквой «е» обозначаем
Ему здесь все, лишь главный только он
И это градиентом мы воспринимаем.

Другой закон мы буквой «пи» зовем
Он фазность нам с тобой определяет.
Все остальное, здесь вопрос решен,
Лишь следствие их только составляет.

Ну не знаю, как-то сомневаюсь в особой продуктивности "вкладывания" особого смысла в мат.описания. Ну вот, например, "пи". Какие там процессы могут быть? Я себе представлю всё достаточно прозаично, по-купечески. Просто нарисовали окружность и возник вопрос, а собственно какова "окруженная" площадь. Как вариант можно разложить внутри окружности какую-нибудь цветастую материю, а потом плюхнуть эту матеию на весы и зная сколько весит отрез получить площадь. Ну раз так померили, другой, чёрт не удобно! И решили а давай-ка мы найдём способ получше, уж не зависит ли площадь от длины радиуса? Померяли, посчитали - вот тебе и число "пи". Т.е. просто следствие именно такого описания, и никакого особого смысла в этом числе нет.

Так же и понятия масса, сила и т.д - просто следствия описания. Т.е. наблюдаем мы кучу явлений, каждое - уникально, но с уникальными явлениями каши не сваришь, вот мы и начинаем их тем или иным образом классифицировать и описывать тем или иным образом исключительно в практических целях. Вся задача к тому и сводится что-бы выделять из уникального общее. И как следствие описания таких "общих" свойств и особенностей, появляются массы, ускорения, пространства, спины, браны и бог знает что ещё. Описывали бы другим способом, понятия были бы другие, я уж не говорю про константы.

Я так думаю.