Vis viva

Vis viva (от латинского «жизненная сила») — исторический термин, используемый для описания величины, аналогичной кинетической энергии, в ранней формулировке принципа сохранения энергии .

Обзор

Предложенная Готфридом Лейбницем в период 1676–1689 годов, теория была спорной, поскольку, казалось, противоречила теории сохранения количества движения, отстаиваемой Рене Декартом . Количество движения Декарта отличалось от импульса , но Ньютон определил количество движения как соединение количества материи и скорости в определении II своих «Начал». В определении III он определил силу, которая сопротивляется изменению движения, как инерцию Декарта. Третий закон движения Ньютона (на каждое действие есть равное и противоположное противодействие) также эквивалентен принципу сохранения импульса . Лейбниц принял принцип сохранения импульса, но отверг его картезианскую версию. Разница между этими идеями заключалась в том, было ли количество движения просто связано с сопротивлением тела изменению скорости (vis inertia) или же количество силы тела, вызванной его движением (vis viva), было связано с квадратом его скорости. .

Эта теория в конечном итоге была поглощена современной теорией энергии , хотя этот термин все еще сохраняется в контексте небесной механики через vis viva уравнение . Английский эквивалент «жизненная сила» также использовался, например, Джорджем Уильямом Хиллом .

Этот термин принадлежит немцу Готфриду Вильгельму Лейбницу , который первым предпринял попытку математической формулировки с 1676 по 1689 год. Лейбниц заметил, что во многих механических системах (из нескольких , m i _каждая со скоростью vi _масс ) величина

$\sum _{i}m_{i}v_{i}^{2}$

был законсервирован. Он назвал эту величину vis viva или «жизненной силой» системы. Этот принцип представляет собой точное утверждение о сохранении кинетической энергии при упругих столкновениях , которое не зависит от сохранения импульса .

Однако многие физики в то время не знали об этом факте и вместо этого находились под влиянием престижа сэра Исаака Ньютона в Англии и Рене Декарта во Франции , оба из которых выдвинули сохранение импульса в качестве руководящего принципа. Таким образом, импульс :

$\,\!\sum _{i}m_{i}\mathbf {v} _{i}$

конкурирующий лагерь считал консервируемым vis viva . В основном инженеры , такие как Джон Смитон , Питер Юарт , Карл Хольцман , Гюстав-Адольф Хирн и Марк Сеген , возражали, что сохранения импульса само по себе недостаточно для практических расчетов, и использовали принцип Лейбница. Этот принцип также отстаивали некоторые химики , такие как Уильям Хайд Волластон .

Французский математик Эмили дю Шатле , хорошо разбиравшийся в механике Ньютона, развил концепцию Лейбница и, объединив ее с наблюдениями Виллема Гравезанда , показал, что vis viva зависит от квадрата скоростей.

Представители академического истеблишмента, такие как Джон Плейфейр, сразу же отметили, что кинетическая энергия явно не сохраняется. Это очевидно для современного анализа, основанного на втором законе термодинамики , но в XVIII и XIX веках судьба потерянной энергии была еще неизвестна. Постепенно стали подозревать, что тепло, неизбежно порождаемое движением, является еще одной формой vis viva . В 1783 году Антуан Лавуазье и Пьер-Симон Лаплас рассмотрели две конкурирующие теории: vis viva и теорию калорийности . ^[1] Наблюдения графа Румфорда в 1798 году за выделением тепла во время растачивания пушек . еще больше усилили мнение о том, что механическое движение может быть преобразовано в тепло Vis viva стала называться энергией после того, как Томас Янг впервые использовал этот термин в 1807 году.

Отрывок из Даниэля Бернулли , датированной 1736 годом: статьи с определением vis viva с 1 ⁄ множитель .

Перекалибровка vis viva для включения коэффициента половинного, а именно:

$E={\frac {1}{2}}\sum _{i}m_{i}v_{i}^{2}$

во многом был результатом работы Гаспара-Гюстава Кориолиса и Жана-Виктора Понселе в период 1819–1839 гг. хотя современное определение иногда можно встретить и раньше (например, в Даниила Бернулли текстах ).

Первый называл его quantité de travail (количество работы), а второй — travail mécanique (механическая работа), и оба выступали за его использование в инженерных расчетах.

См. также

• Сохранение энергии: историческое развитие
• Элан дебаты
• Кинетическая энергия
• Ортогенез
• Потенциал и актуальность
• Уравнение Vis-viva

Ссылки

• Джордж Э. Смит, «Спор Vis Viva: полемика на заре динамики» , Physics Today 59 (октябрь 2006 г.), выпуск 10, стр. 31–36. [2] (см. также опечатка )