[FISICA] Che cosa è veramente la forza?!

[Matrixbob]

Dopo 3 esami di fisica: 1-2-generale.
spulciamento di appunti, libri e Wikipedia mi viene da chiedere.

Dato che elettroni o fotoni, si comportano come onde & particelle, ma probaiblmente non sono nessuna delle due, ma cmq non li comprendiamo.

Allora la forza cos'è?!

1 proprietà dello spazio?!

Sono quei discorsi 1 po' filosofici, ma che vorrei rendere pratici in sitle:
[D] che cosa è l'energia?
[R] qualcosa che può produrre del lavoro.

[morpheus85]

Stavo cercando il maestro yoda

[Barbalbero]

Originariamente inviato da Matrixbob

Allora la forza cos'è?!

m per a

[jesusquintana]

beh esistono 4 tipi di forza, non uno solo

[Matrixbob]

Originariamente inviato da jesusquintana

beh esistono 4 tipi di forza, non uno solo

Ma che risposta è?
Anche la carica è 1 proprietà della materia, ma di cariche ne esistono di 2 tipi!
Mah ...

[jesusquintana]

intendo dire che ogni forza e' riconducibile alle 4 fondamentali, che pero' tra loro sono molto diverse e si spiegano con teorie diverse...

[D.O.S.]

Originariamente inviato da Matrixbob

1 proprietà dello spazio?!

la manifestazione a livello macroscopico di 1 proprietà dello spazio e della materia
quando studierai meccanica quantistica e la teoria standard , la forza avrà un significato diverso. ( diverrà una particella )

[fsdfdsddijsdfsdfo]

la forza è una misura dell'energia.


L'energia è la capacità di mettere ordine.


Ordine è il contrario di entropia.


L'entropia è uno stato privo di forze.

[GoldenAxe79]

A che facoltà sei ?

[fsdfdsddijsdfsdfo]

Originariamente inviato da GoldenAxe79

A che facoltà sei ?

nessuna.
Per ora, niente uni.

[fsdfdsddijsdfsdfo]

Originariamente inviato da D.O.S.

la manifestazione a livello macroscopico di 1 proprietà dello spazio e della materia
quando studierai meccanica quantistica e la teoria standard , la forza avrà un significato diverso. ( diverrà una particella )

meglio dire che le particelle diverranno piu simili alle forze


o meglio, si abbandona il concetto di forza (onda) e di particella e si giunge ad una nuova formulazione.

Diciamo che si abbandonano i concetti per usare funzioni che servono a descriverne il comportamento.

[fsdfdsddijsdfsdfo]

Originariamente inviato da jesusquintana

intendo dire che ogni forza e' riconducibile alle 4 fondamentali, che pero' tra loro sono molto diverse e si spiegano con teorie diverse...

piu correttamente possiamo dire che a determinate energie scompaiono le carice e compaiono vari tipi di plasma. Oltre quelle energie non si distinguono piu le forze.

A un certo punto scompare la carica (elettrodebole), poi la carica di colore (forza forte). Scomparirà anche la gravità? boh.

Ovviamente le definizioni cambiano a seconda che si pensi se le forze sono 3, 4 o 5.

[fsdfdsddijsdfsdfo]

Originariamente inviato da Matrixbob

Dopo 3 esami di fisica: 1-2-generale.
spulciamento di appunti, libri e Wikipedia mi viene da chiedere.

Dato che elettroni o fotoni, si comportano come onde & particelle, ma probaiblmente non sono nessuna delle due, ma cmq non li comprendiamo.

Allora la forza cos'è?!

1 proprietà dello spazio?!

Sono quei discorsi 1 po' filosofici, ma che vorrei rendere pratici in sitle:
[D] che cosa è l'energia?
[R] qualcosa che può produrre del lavoro.

la forza si puo manifestare in vari modi, ma sempre in un campo.

Esiste il cosiddetto campo di massa. La massa è un energia, quindi potenzialmente una forza e non riusciamo a scoprirla se non con un altra massa.

Esiste il campo elettromagnetico, anch'esso è una forza.


Diciamo una proprietà dello sapzio, si. Che varia da punto a punto.

Se pensi lo spazio discretamente puoi immaginarti un enorme matrice a cui a ogni punto associ un valore determinato dall'intensità del campo in quel punto.

Se si pensa lo spazio cosi potrai vedere bellissime figure geometrice formarsi quando perturberai i campi.

[Matrixbob]

Originariamente inviato da dijo

la forza è una misura dell'energia.
L'energia è la capacità di mettere ordine.
Ordine è il contrario di entropia.
L'entropia è uno stato privo di forze.

Pare tutta 1 conseguenza logica, ma secondo me non è corretto dire

la forza è una misura dell'energia.

Perchè ci si riconduce a qualcos'altro di astratto come l'energia.
1 qualcosa che ha energia è 1 qualcosa che è in grado di compiere del lavoro fisico.

Quindi secondo me non è corretto nemmeno fare l'associazione energia = lavoro.

[Matrixbob]

Originariamente inviato da dijo

la forza si puo manifestare in vari modi, ma sempre in un campo.

Esiste il cosiddetto campo di massa. La massa è un energia, quindi potenzialmente una forza e non riusciamo a scoprirla se non con un altra massa.

Esiste il campo elettromagnetico, anch'esso è una forza.


Diciamo una proprietà dello sapzio, si. Che varia da punto a punto.

Se pensi lo spazio discretamente puoi immaginarti un enorme matrice a cui a ogni punto associ un valore determinato dall'intensità del campo in quel punto.

Se si pensa lo spazio cosi potrai vedere bellissime figure geometrice formarsi quando perturberai i campi.

Semplicemente campo vettoriale o campo scalare no?!

Quindi quelle che 1 volta erano le misteriose forze, nella fisica moderna diventano proprietà di campo?!

[Matrixbob]

Originariamente inviato da dijo

piu correttamente possiamo dire che a determinate energie scompaiono le carice e compaiono vari tipi di plasma. Oltre quelle energie non si distinguono piu le forze.

A un certo punto scompare la carica (elettrodebole), poi la carica di colore (forza forte). Scomparirà anche la gravità? boh.

Ovviamente le definizioni cambiano a seconda che si pensi se le forze sono 3, 4 o 5.

... questa proprio non la ho capita.

In fisica, il plasma è un gas ionizzato.
Quindi un insieme di molecole cariche.

Quindi che che significa?!

[AleX_ZeTa]

Originariamente inviato da dijo

la forza è una misura dell'energia.
L'energia è la capacità di mettere ordine.
Ordine è il contrario di entropia.
L'entropia è uno stato privo di forze.

Ehm... sai che non ho minimamente capito cosa intendi?
In che teoria sono vere queste "definizioni" (che evidentemente definizioni non sono)?
Come può la forza misurare una grandezza definita a meno di costanti additive?
L'entropia a me risulta essere una funzione di stato, un potenziale termodinamico, non uno stato..


Tornando alla richiesta del topic... bisogna prima di tutto decidere quale definizione di forza si vuole... in fisica le teorie non sono tutte parte di un "disegno generale" e sono in evidente cotraddizione fra di loro: questo perchè sono solo modelli matematici che vogliono spiegare una parte, piccola o grande che sia, di fenomeni naturali con la migliore approssimazione possibile. Quindi di che forza si parla? Di quella della meccanica classica? Della quadriforza relativistiva? Della forza in meccanica quantistica? etc...

Personalmente non ho nessuna conoscenza rilevante di mq e simili quindi evito di parlarne. Ma la forza nasce con la meccanica newtoniana... partiamo da questa: com'è definita la forza esterna agente su un corpo puntiforme? Come la derivata prima totale rispetto al tempo della quantità di moto. Cos'è la quantità di moto? m*dx/dt.
Ora, questa definizione sembra artificiosa: definiamo la forza come dipendente dalla massa... e la massa come la definiamo? Non ci stiamo mangiando la coda? La questione è in realtà complessa: la forza in fisica viene introdotta direttamente da Newton in quanto è un concetto intuitivo, sicuramente più intuitivo della quantità di moto o dell'energia, con il quale si può subito lavorare... F=m*a è una bella relazione... se sappiamo misurare la forza (e per i problemi che doveva risolvere Newton almeno in piccolo era possibile: prendi un dinamometro - una molla - associ ad un certo allungamento una determinata forza, e siccome la dipendenza forza/allungamento è lineare hai un modo per misurare le forze) sappiamo misurare le masse...e così via...
Ma la meccanica classica che è stata sviluppata nei secoli successivi è ben diversa. E' la cosiddetta meccanica razionale, sviluppata soprattutto grazie ai lavori di Lagrange, Hamilton e Jacobi... una trattazione richiederebbe moltissimo tempo, e non potrebbe mai essere esauriente quanto quella che trovi su un libro come il Goldstein (Classical Mechanics), che è matematicamente avvicinabile. Ma qualcosa lo possiamo comunque dire... quando si vuole risolvere un problema cosa bisogna fare? Bisogna prima di tutto tradurre il problema nel linguaggio del modello scelto per affrontarlo: la meccanica che studi al liceo o all'inizio dell'uni è fatta da problemi del tipo: abbiamo una forza di... calcolare la forza agente su... etc... in pratica si parte dal concetto intuitivo di forza, senza meglio specificare cosa sia (cosa che purtroppo si fa spesso insegnando fisica). In meccanica razionale, invece, quando si affronta un problema la prima cosa da fare, per tradurre il problema nel linguaggio del modello, è scrivere l'energia cinetica e quella potenziale (o meglio, scrivere la Lagrangiana o l'Hamiltoniana del sistema), poi la risoluzione diventa meccanica. E la quantità di moto diventa una semplice derivata parziale della Lagrangiana rispetto alla velocità (detto velocemente): a questo punto possiamo tornare alla definizione della forza come derivata della quantità di moto. Ovviamente abbiamo solo spostato il problema (guadagnando però nuovi strumenti matematici per risolvere le equazioni del moto...): ma cos'è l'energia cinetica? e quella potenziale? Una loro definizione la meccanica classica non la dà (se non ponendo limiti sulle dipendenze dalle variabili cinematiche), questo rientra nei modelli costruiti per ogni singolo fenomeno: un esempio, la gravitazione... definiamo energia cinetica di un corpo come 1/2m*(dx/dt)^2 e il potenziale come il potenziale gravitazionale -GmM/r dove G,m,M sono costanti da determinare sperimentalmente (ad esempio misurando i periodi di rivoluzione...). Ora che abbiamo tradotto il problema possiamo risolverlo coi metodi della meccanica classica, trovando le ben note eq. del moto.
Quindi cosa sia la forza, o l'energia, dipende dal fenomeno che si vuole descrivere, e per ognuno di essi bisogna formulare una nuova ipotesi... per alcuni problemi la soluzione è evidente, non ci vuole poi così tanto a scrivere l'energia di un sistema di particelle puntiformi... e questo può dare la sensazione che ci sia una definizione intrinseca di energia che ci è sfuggita. Ma poi si guarda l'elettrodinamica classica (che, vabbe, non è coerente con la meccanica classica ma solo con quella relativistica... ma tutti i discorsi fatti finora valgono più o meno invariati in relatività ristretta) e ci si accorge che scrivere l'energia associata ai campi elettrico e magnetico non è più così banale... come non è banale scrivere la forza di Lorentz (non ha proprio una bella forma^^)

[Lucrezio]

Wow!
Mi aspettavo una tua risposta Alex
Bel lavoro

[Matrixbob]

Originariamente inviato da AleX_ZeTa

Tornando alla richiesta del topic... bisogna prima di tutto decidere quale definizione di forza si vuole... in fisica le teorie non sono tutte parte di un "disegno generale" e sono in evidente cotraddizione fra di loro: questo perchè sono solo modelli matematici che vogliono spiegare una parte, piccola o grande che sia, di fenomeni naturali con la migliore approssimazione possibile. Quindi di che forza si parla? Di quella della meccanica classica? Della quadriforza relativistiva? Della forza in meccanica quantistica? etc...

Quindi per le forze non vale la stessa ideaa che ho avuto per la carica elettrica?! Cioè che c'è ne sono di + tipi?!
Quindi la F è 1 strumento matematico?!
1 alieno potrebbe aver strutturato in maniera diversa il fenomeno?!

Originariamente inviato da AleX_ZeTa

Ma la forza nasce con la meccanica newtoniana... partiamo da questa: com'è definita la forza esterna agente su un corpo puntiforme? Come la derivata prima totale rispetto al tempo della quantità di moto. Cos'è la quantità di moto? m*dx/dt.

Senza Newton e la sua immaginazione/intuizione saremmo ancora a 0?!
Ma mi pare che Newton pensasse che le F non fossero astrazioni matematiche di 1 qualche concetto, ma oggetti reali ... giusto?!

Originariamente inviato da AleX_ZeTa

Quindi cosa sia la forza, o l'energia, dipende dal fenomeno che si vuole descrivere, e per ognuno di essi bisogna formulare una nuova ipotesi... per alcuni problemi la soluzione è evidente, non ci vuole poi così tanto a scrivere l'energia di un sistema di particelle puntiformi... e questo può dare la sensazione che ci sia una definizione intrinseca di energia che ci è sfuggita. Ma poi si guarda l'elettrodinamica classica (che, vabbe, non è coerente con la meccanica classica ma solo con quella relativistica... ma tutti i discorsi fatti finora valgono più o meno invariati in relatività ristretta) e ci si accorge che scrivere l'energia associata ai campi elettrico e magnetico non è più così banale... come non è banale scrivere la forza di Lorentz (non ha proprio una bella forma^^)

Ma allora quella "informazione" che viaggià a velocità C e permette alle cariche di "avvertirsi" cos'è?! Di cosa è fatta?!

Sai che secondo me quando dijo ha parlato di F ed energia pensandoci bene qualcosa ci ha azzeccato.

Originariamente inviato da dijo

la forza è una misura dell'energia.
L'energia è la capacità di mettere ordine.
Ordine è il contrario di entropia.
L'entropia è uno stato privo di forze.

Se tu pensi al pilotar 1 satellite intorno a Plutone, allora quelle onde EM che emettiamo dalla nostra antenna viaggianti a C verso l'antenna del satellite energia ne portano!

Portano energia perchè solo le "onde stazionarie" non ne portano e non sono in grado di fare lavoro.
Le onde EM si ... non è che ci siamo chiariti tanto le ideee mi sa ... almeno io sono testone!

[AleX_ZeTa]

Comincio la risposta alle tue domande con una digressione su cosa sia, per me, la fisica: credo sia utile per inquadrare meglio quello che ho detto e quello che dirò più avanti, per capire come io guardo il problema... nota a margine: parlo quasi solo di fisica classica.

Cos'è la fisica (oggi)? E' una scienza sperimentale, prima di tutto. Quindi si fonda essenzialmente su una cosa: la capacità di misurare (più volte) un fenomeno, di associare un numero a qualcosa che percepiamo. Per forza di cose questo numero sarà razionale, anzi avrà un numero finito di cifre decimali, e quindi una precisione limitata. E sarà affetto da un errore, dovuto a più cause concorrenti. Inoltre è sempre stata affetta, inevitabilmente, da una sorta di antropocentrismo: misuriamo quello che percepiamo coi nostri, limitati, sensi... questo è andato un po' scemando con l'avvento della fisica moderna, ora indaghiamo quello che una macchina - comunque creata dall'uomo - può registrare, ma rimane un grosso limite. E' però evidente che fare solo misure e salvarcele da qualche parte è di dubbia utilità... vorremmo saper anche prevedere qualcosa, in modo da poter applicare le conoscenze che derivano dagli esperimenti.
E questo vuole fare la fisica: formulare teorie che permettano di associare a dei dati iniziali una previsione sull'evoluzione del fenomeno. Come sono strutturate (o come dovrebbero esserlo) le teorie fisiche e che pretese hanno/possono avere? L'ideale di una teoria fisica dovrebbe essere quello di avere un modello matematico, quindi un sistema di definizioni e assiomi, corredato da una serie di legami fra osservabili e grandezze matematiche, cioè fra quello che misuriamo e la nostra grandezza matematica presente nel modello... in pratica un modo per associare il numerino che ci dà il nostro strumento di misura alla letterina che usiamo nelle varie formule. Una volta che abbiamo questi strumenti possiamo sviluppare la matematica del modello e arrivare a fare previsioni, sfruttando la relazione di cui sopra al contrario: pensare che il valore assunto da una delle nostre variabili sia, grosso modo, il numerino che troveremmo effettuando la misura. E la bontà di un modello dipende da quanti fenomeni, e con quale approssimazione, riesce a prevedere. Non esistono modelli esatti, non possono esistere dato che le nostre misure sono irrimediabilmente affette da errore... possiamo solo cercare di migliorare da una parte la precisione degli strumenti dall'altra l'errore commesso dal modello.
Quindi quello che si vuole fare NON è spiegare l'universo, è semplicemente prevedere con un'approssimazione accettabile alcuni fenomeni. Una comprensione più profonda non può venire dal metodo sperimentale, ergo una scienza sperimentale non può avere tale pretesa.
Personalmente non rintengo cosa necessaria il fatto che la nostra realtà sia dominata da precise leggi fisiche, che sia completamente descrivibile da leggi matematiche. Ergo cade la necessità di attribuire particolare valore agli enti introdotti nel modello: cosa sia un elettrone in realtà, se esista o meno, è indifferente... l'importante è la sua descrizione matematica; è semplicemente un oggetto all'interno di una teoria, un modo per chiamare una cosa con determinate proprietà. Cos'è il campo elettrico? Un campo vettoriale, e basta. E abbiamo definito un modo per assegnargli un valore... ma non c'è nessun motivo per cui quello che andiamo a misurare sia qualcosa fatto come la modellizzazione matematica... semplicemente abbiamo degli strumenti in grado di fornire dei numeri, e abbiamo visto che associando a questi numeri il valore del campo elettrico otteniamo previsioni abbastanza precise sull'evoluzione di alcuni fenomeni.

L'incapacità attuale (che lo si possa fare o meno non credo oggi lo possa dire nessuno) di includere in un'unica teoria fisica la totalità dei fenomeni che si vuole studiare ha portato alla nascita di molte teorie, profondamente diverse tra di loro, volte a spiegare fenomeni diversi. Teorie che vanno l'una in contraddizione con l'altra (prima della formulazione della relatività generale le due grandi teorie classiche, la meccanica e l'elettromagnetismo, erano assolutamente incoerenti... le equazioni di Maxwell non soddisfano il principio di relatività galileiano), e bisogna stare molto attenti a trasportare risultati dell'una nell'altra. Questo intendevo quando parlavo di "più forze": non alludevo tanto al fatto che secondo il modello standard ci sono 4 forze fondamentali (stavo parlando di fisica classica...) quanto piuttosto al fatto che non c'è nessun motivo per cui la definizione di forza in meccanica classica corrisponda a quella della meccanica quantistica o della relatività. Quando si parla di una grandezza fisica bisogna specificare anche all'interno di quale teoria la si vuole considerare.
Quello che di "reale" ha una forza è la possibilità di associarle un numerino... trovato facendo misure in un certo esperimento. Per questo vi sono micro-modelli, all'interno delle macro-teorie (ad esempio la forza gravitazionale, o quella di una molla all'interno della meccanica classica), che ci dicono cosa dobbiamo andare a misurare. Perciò l'allungamento di una molla è, all'interno di quel modello, il modo che abbiamo di misurare una forza. Ma se già andassimo in meccanica relativistica le cose si complicherebbero: supponi di avere una luuunga molla... secondo la relatività un effetto si diffonde al massimo alla velocità della luce... quindi che senso può avere associare a tale sistema una sola forza? Dovremmo considerare, per non commettere un errore troppo altro, l'allungamento parziale in tantissimi punti e poi provare a interpolare i dati per pensare che la nostra teoria ci dia una descrizione abbastanza precisa del fenomeno.

Questa è però una visione piuttosto moderna della scienza... quando lavorava Newton la conoscenza del nostro mondo era più che limitata, i fenomeni che studiava erano semplici fenomeni di meccanica e gli strumenti di cui disponeva non erano abbastanza precisi per cogliere alcuni effetti (ad esempio il fatto che la precessione dell'orbita di mercurio non era coerente con la sua teoria). Inoltre la matematica che conosceva Newton è completamente differente da quella moderna... non solo per risultati ottenuti, ma proprio per la struttura: il concetto di dimostrazione, gli elementi di logica, erano frammentari e non ben definiti: un grande matematico come Cauchy credeva di aver dimostrato che limite puntiforme di funzioni continue è continuo (il che è falsissimo)... nonostante avesse dato una precisa definizione di continuità non vi era un chiaro concetto di dimostrazione matematica, e la sua - poco più di un disegnino - gli pareva funzionare. Quindi non ci si può aspettare, neanche da persone geniali come sir Isaac Newton, una teoria formale come quelle formulate nei secoli successivi. Si lavorava ad intuizione, e la forza, intesa proprio come interazione fisica, come contatto (mi pare infatti che l'etere sia stato introdotto per la prima volta per giustificare l'interazione a distanza), era intuitiva... nessuna teoria fisica oggi prevede l'esistenza di un "contatto" tra corpi, tutte parlano di campi, quindi di interazione a distanza. Molte delle teorie che abbiamo sono contro-intuitive (la relatività per prima...) e non parlano di oggetti reali, ma di grandezze matematiche. Danno però poi quelle "regole" per legare una misura ad un oggetto matematico.
Saremmo ancora a zero senza Newton (o altri come lui)? Probabilmente sì... la ricerca procede sempre per intuizione, la formalizzazione viene dopo (anche in matematica!). Era necessario partire da oggetti intuitivi, da cose facili che si potevano scrivere senza troppa difficoltà... F=m*a è decisamente più immediato del principio di minima azione, ma quando si è visto che il secondo portava a risultati identici al primo, era più generale e sicuramente meglio formalizzato si è abbandonato F=m*a e si è sviluppata la meccanica razionale dal secondo. Ma senza il primo probabilmente non ci si sarebbe mai arrivati.

Veniamo alla richiesta sull'informazione... ancora una volta stai facendo riferimento a elementi che, per la fisica, esistono solo all'interno della teoria. Cosa succeda esattamente in natura non lo sa nessuno, anzi, nessuno sa se lo si può sapere... la stessa domanda è dubbia, trascende la conoscenza sperimentale (e direi anche quella razionale)... quello che sappiamo è che il nostro modellino di universo, nel quale supponiamo esistano onde elettromagnetiche, nel quale abbiamo definito - matematicamente - cos'è l'energia e cos'è il trasporto di energia, nel quale l'informazione (cioè i legami causa - effetto) può passare da un evento a un altro solo se questi sono tra di loro collegati da una linea d'universo di tipo tempo (questo in relatività), funziona abbastanza bene, cioè dà risultati coerenti, nell'errore sperimentale, con le misurazioni fatte.

Per quanto riguarda quello che dice dijo io continuo a non capire... e non capisco cosa c'entri il tuo ragionamento con le sue 4 frasi... le onde em esistono solo nella nostra teoria, cosa succede in realtà, ancora una volta, non credo qualcuno lo possa dire. E equivalentemente per il trasporto di energia: sono termini che acquistano senso solo se collocati all'interno di un modello, e quel modello ci dà alcuni risultati. All'esperimento stabilire se sono più o meno adeguati a descrivere il mondo in cui viviamo e quindi a poter trovare qualche applicazione... che c'entra come pilotiamo un satellite su Plutone con "la forza è una misura dell'energia"? O con "L'energia è la capacità di mettere ordine"?
E soprattutto, e mi rivolgo ora a dijo, cosa intendi con "misura"? E con ordine? magari se precisassi un po' meglio i termini che usi sarebbe più facile comprendere quello che vuoi dire...