A fizikatanítás pedagógiája című felsőoktatási tankönyv(letölthető ...

gondoljuk, mint fizikai mennyiséget, s ezután három, egymástól eredetileg független
mennyiség (a tömeg, a gyorsulás és az erő) között kimondjuk az összefüggést, amit
természetesen mérésekkel igazolhatónak tartunk. A másik esetben az összefüggést
definíciós szerepben láthatjuk viszont, az F = ma az erő meghatározásává válik.
Nézzük meg mindkét eljárás lényegét, s azonnal adjuk meg a kritikájukat is! Hogy
tisztábban lássunk, s igényeinket megfogalmazhassuk ezen eljárásokkal szemben,
gondoljuk végig a következőket:
1. Egy fizikai leírás, a fizikai jelenségek magyarázata nem más, mint fizikai
objektumok (testek és mezők) állapotleírása az idő és a kölcsönhatásokban
résztvevő fizikai objektumok állapotainak függvényében.
2. A fizikai objektumok állapotát állapotleírók adják meg (absztrakt értelemben ezek
tetszőleges halmazok elemei lehetnek, a fizikában rendszerint matematikai
struktúrával rendelkező halmazokról van szó). Állapotleírók pl. egy tömegpont
tömege, helyvektorának és sebességvektorának 3-3 koordinátája.
3. A fizikai rendszerleírásokban tehát állapotleírók szerepelnek, s minden
törvényszerűség megadásában ezek és csakis ezek szerepelhetnek.
4. A fizikai állapotleírókból a matematika segítségével függvényeket hozhatunk létre,
s ezzel fizikai mennyiségeket definiálhatunk. Maguk az állapotleírók is fizikai
mennyiségek.
5. A fizikai mennyiségek definiálásában teljes szabadságot élvezünk, ennek „kiélését”
azonban érdemes mégis azzal korlátozni, hogy csakis a fizikai rendszerleírások
számára hasznos fizikai mennyiségeket érdemes definiálni.
6. A fizika törvényszerűségeinek matematikai leírásában használhatjuk a fizikai
mennyiségeket, ezek általában egyszerűsítik, vagy szemléletesebbé teszik
mondandónkat. De a konstrukció alapján valójában ezekben az esetekben is az
állapotleírók használatával adjuk meg a törvényeket.
Az erő nem állapotleíró. Az erő nem rendelhető hozzá a mechanikai
kölcsönhatásban résztvevő testek egyikéhez sem. Ha már mindenképpen hozzárendelést
akarunk, akkor az erő valójában a kölcsönhatáshoz rendelhető hozzá. Ha az erő nem
állapotleíró, akkor nyilván állapotleírók segítségével felépített függvény, fizikai
mennyiség. Két lehetőségünk van:
a) Az erőt értelmezhetjük a megfigyelt tömegpont tömegének és gyorsulásának
szorzataként (a tömeg és a gyorsulás állapotleírók, illetve mondhatjuk azt is, hogy az
erőt az impulzus (lendület), mint állapotleíró differenciálhányadosaként értelmezzük, ha
ilyen felépítést választunk). Ez a megoldás a fent említettek közül a második, hiszen itt
Newton II. törvénye nem más, mint az erő nevű fizikai mennyiség definíciója.
b) Az erőt értelmezhetjük a kölcsönhatásban résztvevő testek állapothatározóinak
egy függvényeként, amely valamilyen módon a hatást, a kiszemelt tömegpont
mozgásállapota változásának okát írja le. Ez az erőhatás megragadására való törekvést
rejti magában, s a fent már jelzett megoldások közül az első juthat róla eszünkbe.
Azonnal látnunk kell azonban, hogy ebben az esetben az erő nem definiálható
általánosan, a konkrét körülményektől függetlenül, hiszen az egyes mechanikai
kölcsönhatásokban más és más paraméterek, más és más állapotleírók játszanak
szerepet. Ezen megoldás szerint az erő valójában nem definiálható általánosan,
262