Diskuse:Síla

Z hesla Síla byla v období od 15. do 31. ledna 2006 uvedena na hlavní straně následující zajímavost:

„Víte, že … neexistuje korektní fyzikální definice síly?“

82.208.2.227 12:22, 26. 1. 2006 (UTC) Nemyslím, že "korektní definice síly neexistuje". Síla je definovaná jako časová změna hybnosti a lze ji měřit. Síla má určité vlastnosti (zákon zachování hybnosti) a víme, jaké druhy sil okolo nás existují. Jistě, Newtonovy zákony sílu zároveň definují, ale to nevadí, protože síla tam slouží jenom jako prostředník (se známými vlastnostmi) pro popis pohybu. Když k Newtonovým zákonům přidáme gravitační a elektromagnetické zákony, dostaneme poměrně přesný obraz světa (bez relativity a kvantové teorie, ale ty se s Newtonem v některých věcech liší) a korektní (i když neúplnou) definici síly. Pokud toto není dost dobrá definice, pak nemáme například ani korektní definici elektromagnetického pole.

Rád bych tu část o kruhové definici změnil, protože mi přijde zavádející, ale třeba se pletu: Je někde k dispozici zdroj o Newtonovi pochybujícím o své definici síly?

Newton pochyboval o síle asi následujícím způsobem: F=ma; Co je hmotnost? Ta se dá zjistit pomocí gravitační síly. A jsme znovu u síly. Kupodivu na podobný (a zásadnější) problém narazíme i u zrychlení, neboť dříve nebo později budeme muset nadefinovat inerciální soustavu, což bez intuitivního zavedení pojmu síly nesvedeme. I když se pokusíte definovat sílu v mechanice jinak, dojdete zase k podobnému problému (zkuste nadefinovat hybnost bez pojmu síla).

Když k Newtonovým zákonům přidáme gravitační a elektromagnetické zákony, dostaneme poměrně přesný obraz světa - nedostaneme poměrně přesný obraz světa, dostaneme vnitřně nekonzistentní popis světa. Podávat to jako argument je sice odvážné, ale ne moc platné.

Jak k pojmu síla přistupuje KTP a OTR v článku je. Z nich se dá spočítat F=(dp/dt), ale tahle veličina k ničemu pořádnému v těchto teoriích není. Umožňuje nám si jen vytvořit představu velikosti působení daných interakcí. Jak je zrádná, je nejlépe vidět v případě OTR, která vzájemné přímé působení mezi tělesy vůbec nezavádí. Navíc opět trpí problémem definice inerciální soustavy.

Literatura: Feynmanovy přednášky z fyziky, 1. díl, 1. české vydání, rok 2000. ISBN: 80-7200-405-0 - problematika je rozebrána v kapitole 12 - Charakteristika síly a podkapitole 12.1 Co je to síla? na stránkách 169 až 171. --Miraceti ✉ 15:04, 26. 1. 2006 (UTC)

Díky za odkaz na toho Feynmana. Přečetl jsem zmiňovanou část a myslím, že jde spíš o nedorozumění a stylistický problém. Zkusím ho osvětlit (bude to trošku delší, podstatné jsou hlavně první dva odstavce). Předpokládal jsem, že se o pojmu síla bavíme především v přiblížení klasické mechaniky. Ve chvíli, kdy se začneme zajímat o nekonzistence a chybějící jevy, potřebujeme modernější teorie.

Věta, že korektní definice síly neexistuje, působí v kontextu článku dojmem, že tomu tak je, protože nevíme, co je síla a umíme ji definovat jenom kruhem. Ve skutečnosti je to tak, že nevíme, jak přesně funguje vesmír (a bezpečně to nikdy vědět nebudeme). Pojem síly jako veličiny pak je užitečný ale ukázalo se, že pro popis určitých jevů nevhodný. V tomto smyslu bych chtěl také upravit článek.

Pro kvantovou mechaniku můžeme položit F=dp/dt, ale nemá to dost dobrý smysl ("hybnost" je věc, kterou dostaneme teprve měřením, popis systému místo poloh a rychlostí zajišťuje vlnová funkce). V STR lze, pokud vím, například počítat elektromagnetickou sílu jako změnu hybnosti způsobovanou lokálně interakcí nabité částice s elekromagnetickým polem. Předpokládám, že elektromagnetická síla v této lokální podobě zůstává zachována i v OTR.

Co je hmotnost? Můžu definovat jednotku hmotnosti jako hmotnost nějakého předmětu a z předpokladu, že se vesmír chová "rozumně" (třeba že setrvačná a gravitační hmotnost jedno jsou) pak určovat hmotnosti ostatních předmětů. Je to kruhová logika v tom smyslu, že při měření hmotnosti vycházím z určitých axiomů, které musím uhodnout a odhalené zákonitosti třeba platí jenom čirou náhodou. Jinak to ale ve vědě fungovat nemůže.

To samé se vztahuje na inerciální soustavu -- musím mezi své axiomy přidat jeden, který říká "Existuje vztažná soustava, kde platí zákon síly" a dalších několik, které mi popisují známé síly. Pak se podívám, zda dokážu najít vztažnou soustavu, kde mi měření (s určitou nevyhnutelnou chybou) dávají shodu se zákonem síly. Pokud ano (jako se to povedlo Newtonovi), jsem spokojen, dokud někdo nepřijde s jevem, který ani v té "mé" vztažné soustavě nefunguje.82.208.2.226 17:34, 26. 1. 2006 (UTC)

Celý problém je podle mě v tomto, zhruba řečeno: Síla je to, co způsobuje zrychlení vůči inerciální soustavě (po newtonovsku) respektive změnu hybnosti vůči inerciální soustavě (moderněji). Přitom inerciální soustava je definovaná jako ta, ve které nepůsobí žádné zdánlivé síly. To je ovšem definice síly kruhem. Experimenty mi tento logický problém IMHO nevyřeší, protože se v jejich popisu operuje s pojmem síly. (Jak poznám, že moje soustava je inerciální? Přece změřím působení zdánlivých sil.) Newton ho rozhodně vyřešit nemohl a byl si toho vědom. Stejně jako věděl, že nezná mechanismus gravitačního působení, že má jen vzorec pro popis. Napadá mě, že dnes bychom mohli z toho problému se silou vybruslit tak, že definujeme hybnost jako tu veličinu, která se zachovává při invarianci vůči translaci v prostoru. (Emma Noether) Stejným způsobem se dnes definuje i energie a dohromady tvoří čtyřvektor energie-hybnosti spojený s invariancí vůči translaci v prostoročase. V této úvaze zatím chybu nevidím. --Egg ✉ 17:56, 26. 1. 2006 (UTC)

Nejsem si jistý, jak to je v případě OTR, ale v kvantové teorii není síla moc použitelná, protože (jak už jsem psal výše) částice se nedají popsat pomocí dvojice (poloha, hybnost) a místo toho je popisuje vlnová funkce -- skalární pole. Definice síly by se proto musela změnit k nepoznání.

Určitá míra definice kruhem je podle mě v každé fyzikální teorii nevyhnutelná prostě proto, že musíme nějak popsat věci a podmínky, které v teorii vystupují. Je to problém kuře-slepice a vztahuje se na všechny fyzikální veličiny. Proto myslím, že není důvod ho zmiňovat u síly a ne u jiných (třeba hybnosti, ale třeba i teploty). Patřil by ale spíš na stránku o filosofii vědy než sem.

Newton postuloval svoje tři zákony a zákon gravitační, zjistil, že zemský povrch je soustava blízká inerciální a (aspoň doufám, že to byl Newton osobně) že ještě bližší inerciální soustavě je soustava spjatá s hvězdami (to je podstatné, protože jinak by jeho teorie nebyla použitelná). Nějaká chyba oproti teorii tam je, ale umíme ji (aspoň v principu) libovolně zmenšovat. Nevím, jak Newton chápal tření, nárazy a podobně, ale všechno to lze (s nějakou přesností) popsat nějakými (uhodnutými) silami. Když pak objekt, na který žádná z popsaných sil nepůsobí, má konstantní rychlost, pak postulujeme, že jsme v inerciální soustavě a můžeme začít ověřovat platnost ostatních zákonů.

Když všechny experimenty dopadnou přesně tak, jak teorie předpovídá, tak můžeme naše definice prohlásit za korektní, protože nepoznáme rozdíl (Kdybychom ho poznali, měli bychom něco, co teorie nepředpovídá). Bohužel jsem nenašel Newtonův názor na tuto věc.

Co takhle umístit sem jen zmínku o tomto problému a odkaz na stránku o filosofii vědy?82.208.2.226 19:26, 26. 1. 2006 (UTC)

Důvod, proč nejde síla korektně nadefinovat, není filozofický, ale čistě fyzikální. Jsou to definice kruhem v uzavřených fyzikálních teoriích. Filozofický problém je, co s tím. Jenže tohle fyziky netrápí. Oni vědí, co je síla zač a co si s ní mohou dovolit. Že to filozofům připadá divné, není problém fyziků, ale filozofů.

Těžko o tomto zásadním problému napíšete kratší zmínku, než která je na stránce v současné době. Má dva odstavce a obsahuje vše podstatné (snad kromě explicitního vysvětlení problému s inerciální soustavou, které ale není nezbytně nutné). Pokud chcete odkaz na nějaký filozofický článek, není to problém.

Stejně těžko ale budete obhajovat názor, že problém definice síly nepatří do hesla síla.

Editujte s odvahou.--Miraceti ✉ 23:05, 28. 1. 2006 (UTC)

Hm, podla mna sila mala byt len velicina, ktora nam ulahcovala popis niektorych javov. Nevidim problem v definicii sily, ktorou posobi nejake teleso na ine teleso druhym newtonovym zakonom v tvare $F=m(a_{c}-a_{0})$, kde F je sila, ktorou posobi teleso, $a_{c}$ je celkove zrychlenie a $a_{0}$ je zrychlenie bez posobenia sily F. Problem s definiciou zrychlenia nie je, kedze zrychlenie je druha derivacia polohy podla casu, nedefinovane zostavaju pojmy: cas, poloha, hmotnost. Tieto pojmy vsak nie je potrebne definovat, nemozeme definovat vsetky pojmy, podobne v matematike nie je definovany pojem mnoziny, niektore pojmy musia byt zakladne, nemozu byt vsetky odvodene. Problem s definiciou inercialnej sustavy tiez nevidim, zabudame totiz, ze v inercialnej sustave platia vsetky tri newtonove zakony. Pomocou prvych dvoch ju nie je mozne definovat, avsak pomocou zakona akcie a reakcie je mozne inercialnu sustavu definovat. V ramci newtonovskej mechaniky teda problem s definiciou sily nevidim, ak sa chceme bavit o teorii relativity, kvantovej mechanike atd. , mali by sme si uvedomit, ze nikto tu netvrdi, ze newtonove zakony su konzistentne s tymito teoriami. (Musim sa priznat, ze VTR a kvantovu mechaniku neovladam, takze neviem, ci sa daju newtonove zakony upravit tak, aby s tymito teoriami boli konzistentne.)

Ak teda chceme byt presny, povedzme radsej, ze newtonove zakony neplatia. Ale silu podla nich nadefinovat vieme, mozno taka definicia nebude uzitocna v spojeni s relativitou a kvantovkou, ale nadefinovat ju vieme. --195.91.54.84 13:53, 4. 1. 2007 (UTC) Samo

Petr Karel 18. 9. 2008, 11:44 (UTC): Jsem jednoznačně na straně těch, kteří tvrdí, že fundamentální pojmy nelze ve fyzice definovat matematicky exaktně. Smiřme se s tím, že fyzika je věda empirická. (Vzpomeňme si na problémy, které měla i formální věda - matematika s definicí intuitivně-empirického pojmu přirozené číslo). Některé základní pojmy (délka, čas, hmotnost, síla, těleso, náboj) je proto nutno empiricky zavést a následně zpřesňovat a zobecňovat. Teprve na nich lze pak vybudovat axiomatickou teorii. Přijímám také Miracetiho výzvu (ať se nezlobí za mé skloňování, ale jeho podpis ve mně evokuje italské jméno) „Editujte s odvahou“ - stránku jsem rozpracoval a zde doplňuji komentáře, proč jsem některé pasáže vypustil nebo úplně přepsal – nechť to autoři neberou osobně.

1. „Klasická mechanika definuje sílu jako časovou změnu hybnosti“ - takové zjednodušení jde již za meze správnosti. Síla je síla a změna hybnosti je změnou hybnosti. Rovnost těchto veličin není obecnou vlastností. Síla se může projevovat pouze statickými účinky (např. tíha je takto výslovně definována a přesto je silou). Navíc pouhý 2. Newtonův zákon (NZ) k „definici“ nestačí (viz diskuse výše), k exaktnímu zavedení nestačí dokonce ani všechny 3 NZ. Je možná axiomatická definice (jak dokládají doplněné odkazy), ale je buď fyzikálně nenázorná nebo nepřehledná pro rozsáhlost předpokladů, a proto se nehodí pro encyklopedické zpracování.
2. Vypustil jsem oddíl Příklady definic síly „kruhem“, který jde trochu mimo vlastní náplň a navíc obsahuje logické nepřesnosti. Protože je založen na dobrých myšlenkách a jedná se spíše o komentáře, zařazuji ho pro případné zájemce do této diskuse (beze změny):
   • Pokud se pokusíme využít k definici síly vztah $F=ma$, kde $F$ je síla, $m$ hmotnost tělesa a $a$ jeho zrychlení, je třeba definovat hmotnost. To je možné učinit pomocí gravitační síly, čímž se dostáváme do kruhu. Dokonce i když se pokusíme definovat zrychlení, tak je nutné definovat inerciální vztažnou soustavu, k čemuž je ale opět potřeba pojem síla.
   • Pokud pro definici použijeme vztah $\mathbf {F} ={\frac {\mathrm {d} \mathbf {p} }{\mathrm {d} t}}$ a hybnost definujeme jako tu veličinu, která se zachovává při invarianci vůči translaci v prostoru, je třeba umět měřit vzdálenosti v systému. Měření vzdáleností ale není tak triviální. V případě měření v inerciální vztažné soustavě je třeba ji definovat, k čemuž je potřeba pojem síla. V případě měření v neinerciální vztažné soustavě, je síla potřeba k popisu účinků na reálné měřidlo (to znamená například takové, které má konečnou reálnou tuhost). I zde se dostáváme do kruhu.
   • Pokud se sílu pokusíme definovat pomocí lagrangiánu, musíme použít operátor gradient. Abychom ho ale mohli použít, musíme opět umět měřit vzdálenosti. Proto je tato definice také fyzikálně nesprávná.
3. „Obecná teorie relativity ani kvantová teorie již tento pojem nepotřebují. V klasické dynamice je však síla jedním ze základním pojmů. Ostatní teorie ji sice nepotřebují, …“ Místo úvah, zda pojem síly potřebují či nepotřebují jiné oblasti fyziky, jsem doplnil, jak s pojmem síly ostatní teorie nakládají. Snažil jsem se o co nejjednodušší shrnutí, které by však zůtávalo fyzikálně správným, všech aspektů, které s pojmem síla přímo souvisí (tedy uvádím stručnou rekapitulaci i tam, kde existuje samostatná wikistránka). Přesto prosím o reakci, zda toto rozšíření nepovažujete pro Wikipedii za příliš odborné.
4. Odstranil jsem (škrtáním) naprostý zmatek v oddílu objemová síla. „Plošné“ a „objemové“ veličiny jsou platnými normami definovány jako plošné a objemové hustoty (tj. i s jiným rozměrem). Ze stejného důvodu jsem předělal pasáž o plošné síle.
5. Pasáže týkající se působení sil na soustavu hmotných bodů a tuhé těleso (s drobnými úpravami) zatím ponechávám.
6. Pro ty, co dočetli až sem, malá perlička pro pobavení/naštvání: „Otevřená encyklopedie Navajo“ („Experimentální strojový překlad internetové encyklopedie Wikipedia. Naší snahou je zpřístupnit českému uživateli rozsáhlé informační bohatství, které se v tomto obdivuhodném díle nachází.“) parazituje na anglické wikipedii a nabízí např. pro pojem „Síla“ namísto české stránky Wikipedie paskvil (http://sila.navajo.cz), který je tak srandovní, že mi při čtení vyhrkly slzy. Než to někdo opraví, vybírám a přepisuji některé vydařené pasáže (neporušuji autorská práva?), abyste mohli i vy ocenit „informační bohatství tohoto obdivuhodného díla“:
   • Síť (nebo resultant) síla je suma všech různých sil jednat podle těla.
   • Starověcí spisovatelé, takový jako Aristotle, nedokázal ocenit to nejobyčejnější objekty se nepohybují, protože oni jsou v sevření nepřátelský ale se rovnat sílám. Aristotle a jiní věřili, že to bylo přirozený stát objektů na Zemi být nehybný, a že oni inklinovali k tomu státu (nakonec se připravovat na inertness), jestliže vlevo osamocený. Toto bylo obyčejný zážitek lidí s obyčejnými podmínkami ve kterém tření byl zahrnován, tak Newton je nápad, který unopposed síly přirozeně konstanta produkce zvýšení v rychlostech, byl ne zřejmý.
   • Správné a jednoduché vztahové právo mezi sílou a pohybem je historicky považováno za “Newtonovo druhé právo”
   • Další císařská jednotka hmoty je slimák, definovaný jak 32.174 lb….Analogií s slimákem, tam je zřídka použitá jednotka hmoty volala “metrického slimáka”.
   • Kilogram-síla není část moderní systém Sie, ale je ještě použit v aplikacích takový jak:
     • Strčení proudového letadla a raketové motory
     • Napětí špice kol
     • Remízová váha úklon…

Byl jsem nemístně zvědavý a podíval jsem se na uvedený odkaz http://sila.navajo.cz. Bohužel mne to automaticky přesměrovalo jinam, na stránku https://www.luxusnipradlo.cz/?utm_source=trinahp . Co se dá dělat. Kočky ve spodním prádle jsou tam parádní, všechna čest stranou, ale síla to néjni... :-) A k věcné stránce: plný souhlas. Bohaté zkušenosti z diskuzí při tvorbě norem ISO a IEC. Zejména "pravidlo", že se nesmí použít termín předem nedefinovaný vede doslovně vzato k tomu, že není čím začít. Pragmaticky vzato je nutno - jako v matematice axiomy, jejichž pravdivost se předpokládá - především připustit colloquial language bez předchozí definice a s ní "vysvětlit" pár pojmů prohlášených za výchozí. Ve fyzice bych bral právě sílu mezi nimi a konstatoval, že "Síla je v klasické mechanice vektorová veličina popisující interakci dvou objektů nebo objektu a jeho okolí." Pokus o definici užitím F=ma vylučuje statiku, kde není pohyb, a tedy ani žádné zrychlení. Rovněž rozklad výslednice na jednotlivé složky typu tíže, tření s různými předměty současně atd. je u pojmu "síla" přijatelnější než "částečná zrychlení".--JOb (diskuse) 27. 11. 2022, 22:01 (CET)

@JOb: Pro článek v encyklopedii Navajo viz webový archiv. --Harold (diskuse) 27. 11. 2022, 23:30 (CET)

Trochu jiná "definice" síly?

Síla násobená skalárně zprava jednotkovým vektorem ve směru dráhy je rovna parciální derivaci dráhového účinku síly dle vektoru dráhy.

Takto formulovaná věta umožňuje pracovat se silou například s jako tensorem vyššího řádu než prvního, ikdyž ve většině fyzikálních úvah postačuje uvažovat silu jako tenzor prvního řádu, tedy vektor.

Je zřejmé, že výše uvedená věta umožňuje uvažovat dráhový účinek síly i jako tensor vyššího řádu než nultého.--213.192.60.137 25. 6. 2010, 00:07 (UTC)

Pár poznámek: Nelze definovat kruhem. Buď je nutno mít jasně nezávisle definován onen "zobecněný" dráhový účinek síly, nebo onu "zobecněnou sílu". (Zejména u gyroskopických sil - jako je magnetická Lorentzova síla - to nebude triviální. "Klasický" dráhový účinek na volnou částici je nulový - síla je vždy kolmá k dráze.) Navíc nelze hovořit o DEFINICI, ta je u tak základního pojmu nemožná a zavedení této veličiny uvažuje řadu implicitních předpokladů. (Z jiného oboru: Přímku také nelze definovat jednou větou.) K vlastnímu návrhu zavedení: Je potřeba zavést intuitivní pojem na jenoduše stanovitelné situaci a postupně zobecňovat. Proto považuji za vhodnější začít klasickým Newtonovským zavedením síly. A jak je již v článku uvedeno, analytická mechanika volí zobecnění podobné navrhovanému a zavádí zobecněné síly a namísto onoho dráhového účinku si volí příslušný kinetický potenciál (U, L, H). --Petr Karel 25. 6. 2010, 08:55 (UTC)

Dráhový účinek lze definovat zobecněním pojmu změny energie, tedy zobecněné změny časového invariantu. Mluvit o orthogonalitě v případě skalárního součinu nenulových tenzorů výšších řádů a jednotkového vektoru je docela odvážné tvrzení a je třeba ji nejprve dokázat. Pokud souhlasíme s tvrzením, že časoprostor je zakřivený, pak pojem orthogonality postrádá jakýkoliv smysl.

Douška

V makroskopických systémech platí makroskopické zákony mezi makroskopickými fyzikálními veličinami. Makroskopické fyzikální veličiny jsou střední kvadratické hodnoty fyzikálních mikroskopických veličin. Makroskopické zákony tudíž neplatí v mikrosvětě. V mikrosvětě platí zákony mikrosvěta!

Sílu je lépe definovat přes zobecněný výkon ( Viz. stavové veličiny fenomenologických rovnic nerovnovážné termodynamiky též Zobecněná síla). Zde narážíme na zatím nevyřešený problém definice času. Čas je možné definovat tautologicky: Čas je invariant času, neboť čas je také možné hypoteticky zavést jako invariant zrcadlení a otáčení disjunktních vesmírů potažmo rekurentního Universa --Wikipedista:kenabob 7. 2. 2018, 07:45 (UTC)

--JOb (diskuse) 27. 11. 2022, 22:36 (CET) Myslím, že výstižnější tautologii objevili na té koleji, co měli na dveřích záchodku napsáno "Čas je způsob, jak Bůh zařídil, aby se všecko nestalo najednou."