A fizikatanítás pedagógiája című felsőoktatási tankönyv(letölthető ...

ütközésüket úgy írjuk le, hogy egy időpontban, az ütközés pillanatában a sebesség-idő
függvényeiknek szakadása van. Ezért a sebességfüggvény nem differenciálható az
ütközés időpontjában, vagyis természetes szemléletünkkel ellentétes modellt alakítunk
ki. Minden tapasztalatunknak ellentmond, hogy a sebességfüggvénynek szakadása, s a
gyorsulásnak pedig végtelen nagy értéke legyen. A modell nem is igazán jó, hiszen nem
is lehet vele meghatározni az impulzusok (lendületek) ütközés utáni irányát. Csak ha
külön feltételezéssel élünk, vagyis feltesszük, hogy az ütközés egy egyenes mentén
zajlik le (centrális ütközés), akkor mondhatunk pontosat a tömegpontok ütközés utáni
mozgásáról.
Más megoldást is választhatunk, kiterjedt, gömb alakú testek „valóságos”
ütközéséről beszélhetünk, amikor is számításba kell vennünk a rugalmas anyag
behorpadását, majd eredeti formájának visszanyerését, miközben a mechanikai energia
fokozatosan a golyók belső energiájává alakul, majd innen az ideális, modellszerű
esetben visszaalakul teljes egészében mozgási energiává, s e folyamat közben
megváltozik a testek sebessége és sebességük iránya is. Ha értelmes feltételezésekkel
élünk a közben ható, egyszerűbb modell esetében elektromos természetűnek gondolt
erők irányára és nagyságára vonatkozóan, akkor van reményünk arra, hogy az ütközési
folyamatot leírjuk. De ehhez valóban be kell vonni a tárgyalásba a fizika más területeit
is (elektrodinamika, esetleg kvantummechanika), s a helyzet máris sokkal
bonyolultabbá válik.
Ha a zárt fizikai rendszerek leírása során azt szeretnénk elérni, hogy a
rendszerelemek korábbi állapotaiból meghatározhassuk a későbbi állapotaikat, akkor az
impulzus- és az energia megmaradásának törvényeivel önmagukban nem érhetünk el
eredményt. Ha értelmes kiegészítő feltételeket alkalmazunk, akkor lehetséges, hogy a
két megmaradási tétel négy egyenlete lehetőséget biztosít négy nem ismert állapotleíró
meghatározására, de ehhez valóban kevés a két megmaradási törvény. Pl. két tömegpont
ütközése esetén az egyikhez rögzített inerciarendszerben (laboratóriumi rendszer) az
ütközés utáni állapotleírók közül hat sebességkomponens (tömegpontonként háromhárom)
ismeretlen, de csak négy egyenletünk van. Ha centrális ütközést feltételezünk,
akkor a hatból négy sebességkomponens értéke 0 lesz, a négy egyenletből kettő
semmitmondóvá válik, de a megmaradt két egyenlet már meghatározhatóvá teszi a
megmaradt két ismeretlen sebességkomponenst.
Az erőtörvények azonban lehetővé teszik a jól kialakított modellek és a számítások
technikai elvégezhetősége esetén a megfelelő problémamegoldást. Alkothatunk működő
fizikai modelleket, amelyek aztán gyakorlati feladatokban is helytállnak. Ezekhez
azonban már nem elég a mechanika, szinte minden erőtörvény valamilyen egyéb fizikai
terület ismereteinek a bevonását igényli, vagy pedig bizonyos feltételezésekkel kell
élnünk az erők természetét illetően. Az előbbire példák az elektromos, a mágneses, a
gravitációs erőkkel kapcsolatos vizsgálatok, az utóbbira pedig a súrlódási, a
közegellenállási erő. Pl. a közegellenállási erő esetén azt feltételezzük, hogy a testet
lassító erő annak sebességével mindig ellentétes, s nagysága nem túl nagy sebességek
esetén a test sebességének nagyságával arányos. Valójában egy modellt hozunk létre,
amelyben ilyen erőt feltételezünk, s e „tiszta” helyzetre végezzük el a számításokat.
Bizonyos célokra ez a modell jó, megfelelő előrejelzéseket tesz lehetővé, más esetekben
azonban már nem megfelelő. Kiderül, hogy a mérések nem pontosan adják vissza a
266