Systemen met variabele massa

[Professor Puntje]

Het is maar net hoe je de zaken benoemt, men tikt elkaar ook in professionele kring op de vingers over hoe Newtons Tweede Wet in het geval van systemen met variabele massa's moet worden toegepast. Ik noem zoiets dan een controverse. De Tweede Wet wordt inderdaad niet verworpen, maar dat heb ik ook niet beweert. Het gaat om de juiste toepassing, en daarover verschillen ook onder deskundigen de meningen.

En wat betreft fysisch inzichten maak ik mij geen illusies. En bewijs, een afleiding of een berekening zegt mij duizend keer meer dan wat Jantje of Pietje vanuit zijn fysisch inzicht meent dat het geval is. En onder Jantje en Pietje schaar ik hier ook mijzelf, met dit verschil dat ik het zelf heb afgeleerd nog op mijn fysisch inzicht te vertrouwen. Fysisch inzicht heeft volgens mij even weinig waarde als dat iemand in een publiek debat maar wat roept zonder een deugdelijke onderbouwing te verschaffen. Een groot deel van de vooruitgang in de natuurwetenschap bestaat zelfs uit de correctie op basis van experimenten en berekeningen van eerdere fysische inzichten. Die experimenten en berekeningen geven de doorslag en vormen volgens mij dan ook de eigenlijke basis van de natuurwetenschap.

[Gast]

Je blijft mijn punt ontwijken met rode haringen over terminologie, zogenaamd wantrouwen in fysisch inzicht en uitspraken als ‘het is maar hoe je het noemt’. Dat is precies het probleem: je roept verwarring op en noemt dat vervolgens ‘controversieel’, terwijl je eigen bronnen die verwarring helemaal niet steunen. Daar heb ik nu uitgebreid op gewezen.

Je gebruikte zelf ooit de termen “hopeloos” en “rode haringen” tegen HansH. Wat je nu doet, is juist dat, alleen blijf je het zelf maar niet zien.

Als jij fysisch inzicht afdoet als irrelevant en alleen nog waarde hecht aan afleidingen zonder context, dan mis je precies waarom natuurkunde werkt: je moet weten wat je afleidt, en waarvoor. En ja, dat vraagt inzicht. Niet het soort 'alles is subjectief dus iedereen heeft gelijk'-denken.

Opmerking moderator

geknipt

[Professor Puntje]

Heb je de links wel gelezen?

[Professor Puntje]

Laat ook maar, hier heb ik geen zin meer in. Als een discussie op basis van feiten, bewijzen, afleidingen , bronvermeldingen, etc. onmogelijk blijkt hoeft het voor mij niet meer.

[vijv]

Sinds de reeks post over impuls en massaverandering op dit forum, heb ik me ook vragen gesteld over de geldigheid van het gebruik van dp/dt. Onafhankelijk van de geciteerde artikels van PP kom ik tot dezelfde conclusie als wat er in de artikelen beschreven wordt en wat ook 2up1down stelt., nl dat F =dp/dt steeds geldig is mits de correcte toepassing en correct gedefinieerde afbakening van het systeem.

[HansH]

dat F =dp/dt steeds geldig is mits de correcte toepassing en correct gedefinieerde afbakening van het systeem.

precies dat. dus de basis begint bij het inzicht in de natuurkunde met als resultaat toepassen van wiskunde en niet andersom want dan loop je in de al eerder opgetreden valkuilen van bv het verdwijnen van massa terwijl er helemaal geen massa kan verdwijnen, hooguit omgezet kan worden in straling, maar met behoud van impuls.

[Professor Puntje]

Sinds de reeks post over impuls en massaverandering op dit forum, heb ik me ook vragen gesteld over de geldigheid van het gebruik van dp/dt. Onafhankelijk van de geciteerde artikels van PP kom ik tot dezelfde conclusie als wat er in de artikelen beschreven wordt en wat ook 2up1down stelt., nl dat F =dp/dt steeds geldig is mits de correcte toepassing en correct gedefinieerde afbakening van het systeem.

De controverse gaat erover wat de correcte toepassing is. Niet of Newton met zijn Tweede Wet ongelijk had, wat 2up1down ervan probeert te maken. Vanuit een veronderstelde correcte toepassing bezien zijn de mensen die een dergelijke toepassing afwijzen abuis. Maar op die manier bekeken bestaan er helemaal geen controverses nooit en nergens, want dan je heb je enkele lieden die weten hoe het zit, en anderen die dwalen. Zelfs als dat laatste zo zou zijn (dat is: dat het altijd wetenden tegenover dwalenden zou zijn), dan nog neemt dat nog niet weg dat er evengoed over het discussiepunt controverses kunnen zijn. Zelfs tussen deskundigen, zoals hier het geval is.

Maar dergelijke woordspelletjes zijn voor mij des te meer reden om mij te focussen op bewijzen, afleidingen en berekeningen. De laatst genoemden methoden leiden tot duidelijke en controleerbare conclusies. In tegenstelling tot gekissebis over woordbetekenissen, verondersteld fysisch inzicht, verstrekte context, etc. Wie het over laatstgenoemde zaken wil hebben moet dat dan maar doen, maar ik hoop niet langer in die valkuil te trappen. Exacte wetenschap is voor mij nog steeds exacte wetenschap.

[Marko]

Volgens mij lees je in de berichten van 2up1down wat dingen die er niet staan. 2up1down geeft aan dat er niet 1 juiste methode is, maar dat de juistheid valt of staat met een duidelijke definitie van het systeem en consequente toepassing van een aanpak. Dus niet "er is maar 1 methode correct", maar "er is maar 1 correcte manier om een methode toe te passen".

Dat is volgens mij precies de exacte wetenschap die jij graag ziet - en ik denk de meesten in dit topic.

[Professor Puntje]

Daarin heeft 2up1down gelijk. Ik beweer ook niet dat er maar één correcte methode is, maar enkel dat er een controverse is over wat wel of niet een juiste methode is. En dat niet alleen onder de posters op internetfora, maar ook onder professionals. (Waarmee ik weer niet wil zeggen dat die twee groepen disjunct zijn.) Dat die controverse over de toepassing van Newton's Tweede Wet op systemen met variabele massa er is blijkt uit mijn geposte links. En die controverse is er bovendien al decennia lang. Om helderheid te krijgen over wat hier aan de hand is heb ik dit topic geopend. Inmiddels denk ik er door het lezen van heel veel artikelen en andere teksten uit te zijn, en ben ik de relevante artikelen aan het uitprinten om te bewaren. Ook is het duidelijk dat je moet weten over welke systemen je het hebt om te kunnen bepalen welke invloeden je in je afleidingen en berekeningen mee moet nemen. 2up1down meende mij daar tot vervelens toe aan te moeten herinneren, alsof ik daar standaard een potje van maak. Of je dat nu open en gesloten systemen noemt of niet is niet zo interessant, opletten waar je mee bezig bent is veel belangrijker. Dus alleen effecten of invloeden in rekening brengen daar waar ze van invloed zijn, daar gaat het om. Een dergelijk elementair fysisch inzicht is inderdaad nodig, maar dat spreekt voor zich.

[Gast]

Volgens mij lees je in de berichten van 2up1down wat dingen die er niet staan. 2up1down geeft aan dat er niet 1 juiste methode is, maar dat de juistheid valt of staat met een duidelijke definitie van het systeem en consequente toepassing van een aanpak. Dus niet "er is maar 1 methode correct", maar "er is maar 1 correcte manier om een methode toe te passen".

Dat is volgens mij precies de exacte wetenschap die jij graag ziet - en ik denk de meesten in dit topic.

Inderdaad. En volgens mij praatten PP en ik daarmee ook wat langs elkaar heen.

@PP

Ik heb nooit gezegd of gedacht dat je er “een potje van maakt”. Wat ik probeerde, was gewoon helderheid creëren.

Nu zie ik dat je wel inziet dat het van belang is over welke systemen je het hebt, maar om één of andere reden niet waarom het van belang is wat je als gesloten of open systeem neemt. Dus waarom je zegt "Of je dat nu open en gesloten systemen "noemt" of niet" begrijp ik niet. Die terminologie is juist relevant, omdat je bij elk probleem óf een open, óf een gesloten systeem kiest en die keuze bepaalt welke fysische processen en grootheden je wél of niet expliciet moet modelleren.

De voorbeelden "kar+regen" of "massa+straling+vloer" zijn gesloten systemen. De kar of massa afzonderlijk zijn dan open subsystemen. Dat zijn vrij eenvoudige gevallen, dus misschien is een raketlancering een beter voorbeeld:

Daarbij moet je bewust kiezen: werk je alleen met de raket als open systeem, dan heb je een "impulsflux-term" nodig in je afleiding van \(F = \frac{dp}{dt}\) (een kracht door de verandering van impuls via massa-uitstroom). Neem je de raket plus uitgestoten brandstof als systeem, dan is het gesloten en beschrijf je een ander dynamisch geheel. Oftewel ..

Open systeem (alleen raket):

\(F = \frac{d}{dt}(m v) = m \frac{dv}{dt} + v \frac{dm}{dt}\)

Met de "impulsflux-term":


\(m \frac{dv}{dt} = F + u \frac{dm}{dt}\)


Hier is \(u\) de relatieve uitlaatsnelheid, dus \(u \frac{dm}{dt}\) werkt als stuwkracht.

Gesloten systeem (raket+uitgestoten brandstof):

\(\frac{d}{dt} (m v + m_{\text{uit}} v_{\text{uit}}) = F\)

De raketvergelijking geldt alleen bij sterk vereenvoudigde, ideale omstandigheden. Natuurlijk handig, leuk en aardig. En prima als je enkel daarmee rekenen wilt.
Maar in een echte lancering verandert de zwaartekracht met de hoogte, de luchtweerstand speelt een rol, en dus de benodigde stuwkracht varieert voortdurend. Dan werk je niet puur met impuls, maar met krachten in veranderende omstandigheden, impulsbehoud is dan wel één aspect binnen een veel breder fysisch model. Waarvoor overigens allerlei simulaties gemaakt worden.
(Bij Elon Musk zijn avonturen wat minder, maar ik neem aan dat ze bij SpaceX niet afgaan op de analogie met een leeglopende ballon...)

Iig, dat is precies waarom het zinvol is om dat onderscheid tussen open en gesloten systemen expliciet te maken: het bepaalt wat je wél of niet mag negeren. En is geen overbodige etikettenplakkerij.

Als je het storend vindt dat ik op dergelijke dingen wijs, dan zal ik me daarin voortaan terughoudender opstellen. Maar het was nooit bedoeld als gezeur, alleen als poging tot helderheid.

(Sowieso is hierover dit mijn laatste reactie. En ik hoop dat we hiermee weer verder kunnen, zonder onnodige kloven te slaan maar juist bruggen, over troebel water, te bouwen. Het draait om mekaars standpunten serieus nemen en samen vooruitkomen, in plaats van tegenover elkaar te staan lijkt mij.)