Concetto di forza in fisica e definizione rigorosa
Salve, volevo chiedervi se conoscete qualche valida lettura sul concetto fisico di forza, che, da tutti i testi di fisica e di meccanica che ho a mia disposizione, viene definito come "primordiale", un pò come quello di "insieme" in matematica.
Sul mencuccini-silvestrini ricordo che si accennava ad una definizione rigorosa della forza, che però non mi soddisfa appieno.
Insomma, esiste una definizione operativa precisa di forza? C'è qualche lettura interessante che conoscete?
Grazie!
Sul mencuccini-silvestrini ricordo che si accennava ad una definizione rigorosa della forza, che però non mi soddisfa appieno.
Insomma, esiste una definizione operativa precisa di forza? C'è qualche lettura interessante che conoscete?
Grazie!
Risposte
Interessante questione.
Vorrei anch'io trovare un libro di Fisica che sviluppi bene, dal punto di vista fisico e non filosofico, questo argomento. Normalmente i libri (in particolare quelli di testo) non lo considerano a fondo per varie ragioni. In primo luogo perché sono finalizzati a insegnare come risolvere problemi piuttosto che a ragionare sui fenomeni e sui concetti (e su questo ci sarebbe molto da discutere). Inoltre, i Fisici, soprattutto i teorici che sono quelli che in genere scrivono i libri, pensano che la meccanica classica (entro la quale il concetto di forza è definito) sia obsoleta e sbagliata, al più la considerano una approssimazione della meccanica relativistica. In meccanica relativistica non serve la nozione di forza (se non come retaggio dell'uso della meccanica classica) in quanto si può fare tutto con massa a riposo, quantità di moto ed energia.
Personalmente non la vedo così. Considero la meccanica classica uno strumento predittivo ottimo quando usata nel suo ambito (certo non per studiare il moto di neutrini o i raggi cosmici) e che richiede un atteggiamento fisico corretto e coerente sulle definizioni delle sue grandezze, tra le quali quella fondamentale di Forza.
Per una lettura di tipo generale sulla definizione delle grandezze fisiche ti consiglio l'ottimo libro di Brigdman 'La logica della Fisica moderna' che parla dell'approccio operativo. Un classico è anche Mach 'La meccanica nel suo sviluppo storico-critico'.
Se vuoi ti posso dare la mia modesta idea sul concetto fisico di forza.
Vorrei anch'io trovare un libro di Fisica che sviluppi bene, dal punto di vista fisico e non filosofico, questo argomento. Normalmente i libri (in particolare quelli di testo) non lo considerano a fondo per varie ragioni. In primo luogo perché sono finalizzati a insegnare come risolvere problemi piuttosto che a ragionare sui fenomeni e sui concetti (e su questo ci sarebbe molto da discutere). Inoltre, i Fisici, soprattutto i teorici che sono quelli che in genere scrivono i libri, pensano che la meccanica classica (entro la quale il concetto di forza è definito) sia obsoleta e sbagliata, al più la considerano una approssimazione della meccanica relativistica. In meccanica relativistica non serve la nozione di forza (se non come retaggio dell'uso della meccanica classica) in quanto si può fare tutto con massa a riposo, quantità di moto ed energia.
Personalmente non la vedo così. Considero la meccanica classica uno strumento predittivo ottimo quando usata nel suo ambito (certo non per studiare il moto di neutrini o i raggi cosmici) e che richiede un atteggiamento fisico corretto e coerente sulle definizioni delle sue grandezze, tra le quali quella fondamentale di Forza.
Per una lettura di tipo generale sulla definizione delle grandezze fisiche ti consiglio l'ottimo libro di Brigdman 'La logica della Fisica moderna' che parla dell'approccio operativo. Un classico è anche Mach 'La meccanica nel suo sviluppo storico-critico'.
Se vuoi ti posso dare la mia modesta idea sul concetto fisico di forza.
Ciao, grazie per la risposta, mi procurerò i libri che mi hai consigliato.
Si, intanto potremmo discuterne qui sul forum!
Si, intanto potremmo discuterne qui sul forum!
Io partirei dalle nozioni di meccanica classica (non lo ripeterò più!) che riteniamo basilari, insomma l'analogo di quello che in geometria sono i postulati.
Direi che i principi sono:
1) La misura dello spazio (assunto euclideo e descritto dalla relativa geometria) che definisce operativamente la distanza e la sua unità (il metro), in pratica assuminamo di poter effettuare la misura suff. accurata con un regolo della distanza di due punti
2) La misura del tempo (assunto assoluto: ovvero indipendente dal misuratore e dal suo moto, ciò comporta che per noi la luce propaga a velocità infinita, o meglio, considereremo solo fenomeni molto più lenti del moto della luce, questo è necessario per definire il concetto di contemporaneità e la sua proprietà transitiva) e l'unità di misura (il secondo): possiamo misurare con un cronometro suff. preciso gli intervalli di tempo
3) La misura della massa (per esempio con la bilancia a piattelli) e l'unità il kg.
Ci serve inoltre la nozione di osservatore inerziale che definiamo, con il suo sistema di riferimento, in modo che veda le posizioni delle stelle fisse immutabili nel tempo.
Sono ben consapevole che anche tutto questo può richiedere ulteriori precisazioni, ma da qualcosa dobbiamo pur partire e questa è la mia proposta. Se vuoi possiamo scavare ancora un po'.
Ti faccio peraltro notare che ho indicato seppur approssimativamente le modalità di misura delle grandezze e delle definizioni date (almeno a livello concettuale) per cui si tratta di definizioni operative e non filosofiche o nominalistiche.
Direi che i principi sono:
1) La misura dello spazio (assunto euclideo e descritto dalla relativa geometria) che definisce operativamente la distanza e la sua unità (il metro), in pratica assuminamo di poter effettuare la misura suff. accurata con un regolo della distanza di due punti
2) La misura del tempo (assunto assoluto: ovvero indipendente dal misuratore e dal suo moto, ciò comporta che per noi la luce propaga a velocità infinita, o meglio, considereremo solo fenomeni molto più lenti del moto della luce, questo è necessario per definire il concetto di contemporaneità e la sua proprietà transitiva) e l'unità di misura (il secondo): possiamo misurare con un cronometro suff. preciso gli intervalli di tempo
3) La misura della massa (per esempio con la bilancia a piattelli) e l'unità il kg.
Ci serve inoltre la nozione di osservatore inerziale che definiamo, con il suo sistema di riferimento, in modo che veda le posizioni delle stelle fisse immutabili nel tempo.
Sono ben consapevole che anche tutto questo può richiedere ulteriori precisazioni, ma da qualcosa dobbiamo pur partire e questa è la mia proposta. Se vuoi possiamo scavare ancora un po'.
Ti faccio peraltro notare che ho indicato seppur approssimativamente le modalità di misura delle grandezze e delle definizioni date (almeno a livello concettuale) per cui si tratta di definizioni operative e non filosofiche o nominalistiche.
Ok, fatte queste premesse in che modo è possibile dare un senso matematico al concetto intuitivo di forza?
Scusa mi serve un ulteriore concetto: il punto materiale. Il modello essenziale di corpo fisico. Per definire il punto materiale deve essere sufficiente conoscere la sua posizione (rispetto al sistema dell'osservatore) e la sua massa (assunta costante). Questo comporta che il punto materiale ha estensione trascurabile rispetto alle altre dimensioni del problema, non ha forma estensione e struttura interna significative e il suo moto può essere considerato traslatorio (insomma non gira su se stesso).
Detto ciò, definisco la forza complessiva agente sul punto il vettore:
$F=ma$
Detto ciò, definisco la forza complessiva agente sul punto il vettore:
$F=ma$
"mircoFN":
Detto ciò, definisco la forza complessiva agente sul punto il vettore:
$F=ma$
Uhmmm, sul mencuccini silvestrini, invece, viene adottata la seguente procedura. Si definisce operativamente la forza come quell'ente che provoca la deformazione della molla di un dinamometro e poi, tramite misure di forza e di accelerazione, si cerca di trovare la relazione che esiste tra queste due grandezze.
Se si segue questa procedura, l'equazione F=ma, valida per un certo corpo, stabilisce una relazione tra due grandezze che ESISTONO INDIPENDENTEMENTE L'UNA DALL'ALTRA: cioè, posso parlare di forza anche se non ho definito preliminarmente l'accelerazione e viceversa.
Nella tua definizione, invece, si può parlare di forza solo se si è definita prima che cos'è l'accelerazione.
Che ne pensi?
Lo so che la forza può definirsi anche 'staticamente' con il dinamometro oltre che dinamicamente. So anche che di fatto le forze si misurano in tal modo in pratica, ma qui stimao dando una definizione. La definzione con le molle richiede però ulteriori orpelli teorici:
1) devi definire il concetto di corpo esteso deformabile (se no, cos'è la molla?) e ti assicuro non è un modello elementare
2) sulla molla non agisce una sola forza ma una coppia di forze e anche questo modello meccanico non è semplice
3) le molle permettono di valutare direttamente solo le forze di contatto
4) supponi vera la definizione di forza con la molla: come puoi definire la forza con cui il sole attrae la terra? (ricorda che questa è stata una delle prime forze misurate sperimentalmente nella Fisica moderna)
E' vero, nella definizione dme proposta serve misurare l'accelerazione ma quella la ricavo da misure di spazio e di tempo che immagino di avere disponibili con l'eslcusivo impiego delle cose che ho dichiarato.
1) devi definire il concetto di corpo esteso deformabile (se no, cos'è la molla?) e ti assicuro non è un modello elementare
2) sulla molla non agisce una sola forza ma una coppia di forze e anche questo modello meccanico non è semplice
3) le molle permettono di valutare direttamente solo le forze di contatto
4) supponi vera la definizione di forza con la molla: come puoi definire la forza con cui il sole attrae la terra? (ricorda che questa è stata una delle prime forze misurate sperimentalmente nella Fisica moderna)
E' vero, nella definizione dme proposta serve misurare l'accelerazione ma quella la ricavo da misure di spazio e di tempo che immagino di avere disponibili con l'eslcusivo impiego delle cose che ho dichiarato.
La definizione che tu hai dato è dunque uguale alla definizione di quantità di moto, di energia cinetica, di lavoro ecc...Infatti, queste sono grandezze derivate, che non esistono per conto loro, ma che esistono solo se preliminarmente ne sono definite altre. A questo punto mi sorge spontanea la domanda: siccome in base alla definizione che tu hai dato di forza si evince che essa non è una grandezza assoluta, ma derivata, in base a quale criterio la forza è stata definita come F=ma? Non poteva essere definita anche come F=ma^2? Se si misura la forza staticamente, la relazione con l'accelerazione non può che essere F=ma, in quanto ce lo dicono gli esperimenti; però, se la forza è una grandezza derivata, allora anche una definizione del tipo F=m*a^n avrebbe avuto senso. Spero tu abbia capito la mia domanda.
Grazie!
Grazie!
Buona pensiero .. 
il principio di sovrapposizione degli effetti: l'effetto dell'azione di due forze è uguale alla somma degli effetti delle due forze considerate una per volta.
per esempio
sistema corpo (libero) soggetto a una certa forza $F_1$, proiettiamo lungo la direzione della forza
\[ F_1=ma^2\rightarrow a=\sqrt{F_1/m}\]
sistema corpo (libero) soggetto a una certa forza $F_2$, proiettiamo lungo la direzione della forza, la stessa di $F_1$
\[F_2=ma^2\rightarrow a=\sqrt{F_2/m}\]
sistema corpo (libero) soggetto alle due forze
\[F_2+F_1=ma^2\rightarrow a=\sqrt{(F_1+F_2)/m}\]
ovvero non si potrebbe applicare il principio di sovrapposizione degli effetti
senza contare che ci sarebbe un'ambigutà che io non ho evidenziato.. quale?
per esempio
sistema corpo (libero) soggetto a una certa forza $F_1$, proiettiamo lungo la direzione della forza
\[ F_1=ma^2\rightarrow a=\sqrt{F_1/m}\]
sistema corpo (libero) soggetto a una certa forza $F_2$, proiettiamo lungo la direzione della forza, la stessa di $F_1$
\[F_2=ma^2\rightarrow a=\sqrt{F_2/m}\]
sistema corpo (libero) soggetto alle due forze
\[F_2+F_1=ma^2\rightarrow a=\sqrt{(F_1+F_2)/m}\]
ovvero non si potrebbe applicare il principio di sovrapposizione degli effetti
senza contare che ci sarebbe un'ambigutà che io non ho evidenziato.. quale?
"lisdap":
La definizione che tu hai dato è dunque uguale alla definizione di quantità di moto, di energia cinetica, di lavoro ecc...Infatti, queste sono grandezze derivate, che non esistono per conto loro, ma che esistono solo se preliminarmente ne sono definite altre. A questo punto mi sorge spontanea la domanda: siccome in base alla definizione che tu hai dato di forza si evince che essa non è una grandezza assoluta, ma derivata, in base a quale criterio la forza è stata definita come F=ma? Non poteva essere definita anche come F=ma^2? Se si misura la forza staticamente, la relazione con l'accelerazione non può che essere F=ma, in quanto ce lo dicono gli esperimenti; però, se la forza è una grandezza derivata, allora anche una definizione del tipo F=m*a^n avrebbe avuto senso. Spero tu abbia capito la mia domanda.
Grazie!
Non sono proprio sicuro di aver capito la domanda. Comunque il mio tentativo di risposta è in linea con quella di Steven: si tratta in sostanza di motivi di semplicità. Si può anche vedere la cosa così: se un punto è privo di interazioni con altri (è senza forze) si muove di moto rettilineo uniforme (principio di ineria di Galileo). Il modo più naturale per quantificare la condizione di moto non uniforme (quindi l'azione di perturbazioni del moto o forze) è considerare la variazone nel tempo della velocità, ovvero la sua derivata temporale che è proprio l'accelerazione. Da lì la definizione: quel qualcosa che altera la velocità nel tempo è $ma$ che mi sembra immediata e naturale.
Non credo ci siano impedimenti di principio a definire il concetto con un'altra funzione della massa e della accelerazione purché rimanga una grandezza vettoriale (quindi una funzione quadratica la vedo un po' male). Se però si sceglie tale strada, come evidenziato da Steven, il principio di sovrapposizione e la semplice legge di combinazione basata sul parallelogramma vanno in crisi, quindi a che scopo?
[OT]
@lisdap: Abbiamo finito con l'Algebra e cominciato con la Fisica?...
Ad ogni modo, credo tu sia in debito di un chiarimento qui, dopo aver fatto incazzare tutti gli utenti che ti erano venuti dietro in una discussione chilometrica (come si vede questo post e seguenti).
Un post credo sia il mininimo che la buona educazione possa esigere.
[/OT]
@lisdap: Abbiamo finito con l'Algebra e cominciato con la Fisica?...
Ad ogni modo, credo tu sia in debito di un chiarimento qui, dopo aver fatto incazzare tutti gli utenti che ti erano venuti dietro in una discussione chilometrica (come si vede questo post e seguenti).
Un post credo sia il mininimo che la buona educazione possa esigere.
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"gugo82":
@lisdap: Abbiamo finito con l'Algebra e cominciato con la Fisica?...
Io invece mi chiedo: perchè continui a "rincorrere" i miei post e, anziché rispondere seriamente come un buon moderatore dovrebbe fare, banalizzi le mie domande?
Se non sai rispondere ti prego di non postare inutlimente e farmi incazzare.
Per quanto riguarda l'altro post, io, come già detto, non ho più nulla da aggiungere.
[OT]
Io invece mi chiedo: perchè continui a "rincorrere" i miei post[/quote]
Perché non sopporto la gente che ha scarsa educazione, suppongo.
Purtroppo, quando si hanno i paraocchi è difficile interpretare le risposte.
Paura...
Ah, l'intimidazione! Il tipico argomento di chi non ha argomenti.
Ok, ne prendo atto.
Non pensare di passarla liscia, però.
[/OT]
"lisdap":
[quote="gugo82"]@lisdap: Abbiamo finito con l'Algebra e cominciato con la Fisica?...
Io invece mi chiedo: perchè continui a "rincorrere" i miei post[/quote]
Perché non sopporto la gente che ha scarsa educazione, suppongo.
"lisdap":
[...] e, anziché rispondere seriamente come un buon moderatore dovrebbe fare, banalizzi le mie domande?
Purtroppo, quando si hanno i paraocchi è difficile interpretare le risposte.
"lisdap":
Se non sai rispondere ti prego di non postare inutlimente e farmi incazzare.
Paura...
Ah, l'intimidazione! Il tipico argomento di chi non ha argomenti.
"lisdap":
Per quanto riguarda l'altro post, io, come già detto, non ho più nulla da aggiungere.
Ok, ne prendo atto.
Non pensare di passarla liscia, però.
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la butto li, una forza è una qualsiasi forma di interazione capace di indurre variazioni dello stato cinetico di un sistema.. boh
"gugo82":
Non pensare di passarla liscia, però.
Gugo, credo che la tua testa sia, con buona approssimazione, assimilabile ad un corpo rigido.
lisdap, gugo82 ha ragionissima: devi una risposta agli utenti che si sono "sbattuti" per rispondere alle tue domande, nell'altro thread.
Scusate, provo a riprendere il filo, anche se temo che questo post sia ormai condannato
Questa va bene come idea embrionale di forza, sono infatti d'accordo vogliamo descivere fisicamente proprio quello. Una definizione in Fisica, però, deve essere operativa. Pertanto è necessario descrivere come la grandezza si misura (almeno in line di principio) perché si possa considerare definita.
La definizione che ho riportato (non è ovviamente una mia definizione!!!) non contrasta con quanto proposto da cyd, anzi, mi sembra che sia una sua possibile esplicazione operativa.
"cyd":
la butto li, una forza è una qualsiasi forma di interazione capace di indurre variazioni dello stato cinetico di un sistema.. boh
Questa va bene come idea embrionale di forza, sono infatti d'accordo vogliamo descivere fisicamente proprio quello. Una definizione in Fisica, però, deve essere operativa. Pertanto è necessario descrivere come la grandezza si misura (almeno in line di principio) perché si possa considerare definita.
La definizione che ho riportato (non è ovviamente una mia definizione!!!) non contrasta con quanto proposto da cyd, anzi, mi sembra che sia una sua possibile esplicazione operativa.
Su questo sito (http://www.sapere.it/enciclopedia/f%C3% ... ca%29.html) c'è scritto questo:
"La nozione di forza ha subito profondi mutamenti nel corso della storia del pensiero filosofico e scientifico. Aristotele concepì la forza sia come un'entità insita nella materia, sia come emanazione da una sostanza a un'altra che, ingenerando pressioni e tensioni, sarebbe in grado di spiegare il moto dei corpi. Nonostante alcuni contributi della filosofia antica e medievale, è solo con Keplero che il concetto di forza acquista nuova e moderna caratterizzazione; nell'Astronomia Nova (1609), infatti, egli pervenne a una precisa definizione della forza, rappresentata come una relazione matematica che si suppone esista in un dato sistema fisico. Su questa linea si mosse Newton, che nelle tre leggi fondamentali del moto, poste all'inizio dei Principia(1687), diede la definizione più completa della forza come causa dell'accelerazione dei corpi, capace anche, secondo la teoria della gravitazione universale, di far sentire i suoi effetti a distanza nel vuoto. L'impostazione newtoniana, nonostante il notevole successo conseguito, andò incontro a gravi obiezioni d'indole filosofica proprio per quanto riguarda le idee di forza come causa e di forza a distanza. G. Berkeley e D. Hume sostennero che la parola forza è solo una comoda finzione concettuale che non trova riscontro nella realtà. Seguendo quest'indirizzo, G. Kirchhoff, G. Hertz e E. Mach tentarono di liberare la meccanica dalla nozione di forza ritenuta oscura e del tutto inessenziale. I dibattiti scaturiti in questo contesto spinsero ad approfondire il problema delle origini psicologiche del concetto di forza già individuate da T. Reid nella coscienza che l'individuo ha dello sforzo muscolare occorrente per provocare determinati effetti nel mondo esterno. Tale indirizzo di studi portò a dare sempre maggiore importanza al concetto di forza sino a sostenere, agli inizi del sec. XX con W. James, che esso, lungi dall'essere una mera finzione, rappresenta una di quelle idee universali che sono alla base della conoscenza intellettuale. Il concetto di forza presente nella fisica moderna è ormai del tutto privo di ogni caratterizzazione ontologica. "
Cosa vuol dire l'ultima frase "il concetto di forza presente nella fisica moderna è ormai del tutto privo di ogni caratterizzazione ontologica"?
Grazie.
"La nozione di forza ha subito profondi mutamenti nel corso della storia del pensiero filosofico e scientifico. Aristotele concepì la forza sia come un'entità insita nella materia, sia come emanazione da una sostanza a un'altra che, ingenerando pressioni e tensioni, sarebbe in grado di spiegare il moto dei corpi. Nonostante alcuni contributi della filosofia antica e medievale, è solo con Keplero che il concetto di forza acquista nuova e moderna caratterizzazione; nell'Astronomia Nova (1609), infatti, egli pervenne a una precisa definizione della forza, rappresentata come una relazione matematica che si suppone esista in un dato sistema fisico. Su questa linea si mosse Newton, che nelle tre leggi fondamentali del moto, poste all'inizio dei Principia(1687), diede la definizione più completa della forza come causa dell'accelerazione dei corpi, capace anche, secondo la teoria della gravitazione universale, di far sentire i suoi effetti a distanza nel vuoto. L'impostazione newtoniana, nonostante il notevole successo conseguito, andò incontro a gravi obiezioni d'indole filosofica proprio per quanto riguarda le idee di forza come causa e di forza a distanza. G. Berkeley e D. Hume sostennero che la parola forza è solo una comoda finzione concettuale che non trova riscontro nella realtà. Seguendo quest'indirizzo, G. Kirchhoff, G. Hertz e E. Mach tentarono di liberare la meccanica dalla nozione di forza ritenuta oscura e del tutto inessenziale. I dibattiti scaturiti in questo contesto spinsero ad approfondire il problema delle origini psicologiche del concetto di forza già individuate da T. Reid nella coscienza che l'individuo ha dello sforzo muscolare occorrente per provocare determinati effetti nel mondo esterno. Tale indirizzo di studi portò a dare sempre maggiore importanza al concetto di forza sino a sostenere, agli inizi del sec. XX con W. James, che esso, lungi dall'essere una mera finzione, rappresenta una di quelle idee universali che sono alla base della conoscenza intellettuale. Il concetto di forza presente nella fisica moderna è ormai del tutto privo di ogni caratterizzazione ontologica. "
Cosa vuol dire l'ultima frase "il concetto di forza presente nella fisica moderna è ormai del tutto privo di ogni caratterizzazione ontologica"?
Grazie.
Che la forza in realtà non esiste, ce la siamo inventata per costruitre un modello
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