הכוח החי

ויס ויוה (מלטינית: Vis viva, מילולית: "כוח חי") הוא מונח היסטורי במכניקה, ששימש לתיאור הגודל הפיזיקלי  (מכפלת המסה במהירות בריבוע). המונח, ובעיקר הרעיון העומד מאחוריו, נוסח לראשונה על ידי הפילוסוף והמדען הגרמני גוטפריד וילהלם לייבניץ בשנים 1676–1689.

ה"ויס ויוה" נחשב כיום לביטוי של אנרגיה קינטית, אך הוא שונה ממנו בפקטור קבוע של 2 (האנרגיה הקינטית המודרנית היא ). המונח עמד במרכזה של מחלוקת מדעית חשובה בתולדות הפיזיקה, כאשר לייבניץ טען שה"כוח החי" הוא הגודל הפיזיקלי הנשמר במערכת, בניגוד לטענתו של אייזק ניוטון וקודמו רנה דקארט, שגרסו כי הגודל הנשמר הוא התנע (שנקרא אז "כמות התנועה").
שני המושגים נחשבים כיום לגדלים נשמרים מהותיים בפיזיקה: חוק שימור התנע וחוק שימור האנרגיה.

 היסטוריה 
 מקור המושג 
מקורו של עקרון ה"ויס ויוה" הוא בחוק שגילה המדען ההולנדי כריסטיאן הויגנס בנוגע להתנגשויות בין גופים. במהלך מחקריו על מטוטלת, הויגנס מצא כי סכום מכפלת המסות בריבוע המהירויות של שני גופים לפני התנגשות, שווה לסכום של אותם גדלים לאחר ההתנגשות. במילים אחרות, במערכת המורכבת משני גופים, הגודל  נשאר קבוע. הויגנס האמין כי עיקרון זה נכון באופן כללי לתנועת גופים, אך לא פיתח תיאוריה כוללת סביבו.
 הוויכוח המדעי 
את המושג "ויס ויוה" טבע גוטפריד וילהלם לייבניץ, אשר התבסס על עבודתו של הויגנס. הוא טען כי סך ה"ויס ויוה" () נוטה להישמר במערכות מכניות סגורות, כלומר מערכות שאינן נתונות להשפעת כוחות חיצוניים. הוא הציב את רעיון השימור הזה כחלופה לחוק שימור התנע, שנוסח על ידי רנה דקארט ואומץ על ידי אייזק ניוטון. דקארט טען כי "כמות התנועה" (הגודל שאנו מכנים כיום תנע, ), היא הגודל היסודי הנשמר בטבע.
הוויכוח בין שתי הגישות נמשך למעלה ממאה שנה והעסיק את גדולי המדענים של התקופה. המחלוקת נבעה, בין היתר, מבלבול בין סוגים שונים של התנגשויות. ה"ויס ויוה" (אנרגיה) נשמר בהתנגשויות אלסטיות (כמו בין שני כדורי ביליארד), אך אינו נשמר בהתנגשויות פלסטיות (כמו במקרה ששני גופים מתנגשים ונדבקים זה לזה), שבהן חלק מהאנרגיה הופך לחום. לעומת זאת, התנע נשמר בשני סוגי ההתנגשויות.
המדענים באותה תקופה עדיין לא הבינו את תפקידם של חום וצורות אנרגיה אחרות, ולכן לא יכלו להסביר את "אובדן" ה"ויס ויוה" בהתנגשויות פלסטיות. הוויכוח נראה היה פילוסופי כמעט כמו שהוא היה מדעי, ונשאלה השאלה: מהו הגודל היסודי האמיתי שהטבע "בוחר" לשמר?

בשנת 1722, הפיזיקאי ההולנדי וילם 'סחרווסנדה ערך ניסויים שבהם הפיל כדורי פליז לתוך משטח חימר רך. הוא גילה כי כדור שמהירותו הוכפלה חדר לעומק גדול פי ארבעה, וכדור שמהירותו שולשה חדר לעומק גדול פי תשעה. תוצאה זו הראתה שעומק החדירה, המייצג את "כוח" התנועה, פרופורציונלי לריבוע המהירות (), ולא למהירות עצמה () כפי שציפו תומכי התנע של דקארט.

את המשמעות העמוקה של ניסויים אלו ואת ההסבר התאורטי המלא סיפקה הפיזיקאית והמתמטיקאית הצרפתייה אמילי דה שאטלה. בספרה "יסודות הפיזיקה" (Institutions de Physique), שפורסם בשנת 1740, היא שילבה בין הפיזיקה של ניוטון לרעיונותיו של לייבניץ. היא חזרה על הניסויים של 'ס חראווסאנדה, פרסמה אותם בהרחבה, והראתה באופן חד-משמעי שה"כוח החי" של גוף נע פרופורציונלי ל-. עבודתה של דה שאטלה סייעה לבסס את רעיון שימור ה"ויס ויוה" והייתה צעד מכריע לקראת ניסוח חוק שימור האנרגיה.

הוויכוח הוכרע סופית רק כאשר התברר כי גם התנע וגם ה"ויס ויוה" הם גדלים נשמרים, אך תחת תנאים שונים ובמובנים שונים. התנע הוא גודל וקטורי שנשמר תמיד במערכת סגורה, בעוד שה"ויס ויוה" הוא גודל סקלרי המייצג את מה שהיום אנו קוראים אנרגיה קינטית, והוא נשמר רק כאשר אין המרה של אנרגיה מכנית לצורות אחרות של אנרגיה, כמו חום.
 המעבר לאנרגיה קינטית 
המונח "ויס ויוה" יצא משימוש הדרגתי במהלך המאה ה-19. בשנת 1829, המהנדס הצרפתי גספאר גוסטב קוריוליס פרסם מאמר בשם Du Calcul de l'Effet des Machines ("על חישוב האפקט של מכונות"). במאמר זה הוא הציג את המושג עבודה (Work) במובנו המודרני, והגדיר מחדש את "הכוח החי" כ - .

במהלך 50 השנים הבאות, המונח "ויס ויוה" הוחלף בהדרגה במונח אנרגיה קינטית (Kinetic Energy), שטבע הפיזיקאי הבריטי לורד קלווין בסביבות 1850. קוריוליס וז'אן-ויקטור פונסלה היו הראשונים שהראו כי העבודה הנדרשת כדי להאיץ גוף ממנוחה למהירות  שווה בדיוק ל - . קשר זה, המוכר כיום כמשפט עבודה-אנרגיה, ביסס סופית את חשיבותו של הגודל הזה כביטוי לאנרגיית התנועה של גוף.

ראו גם
 כוח החיים

קישורים חיצוניים
 יגאל גלילי ומיכאל צייטלין, הבנת המכניקה הקלאסית: דיאלוג עם תאוריית התנועה של דקארט, האוניברסיטה העברית בירושלים
 פרופסור שמואל סמבורסקי (עורך), המחשבה הפיזיקאלית בהתהוותה מן הפילוסופיה הקדם־סוקראטית ועד הפיזיקה של הקוואנטים אנתולוגיה, על גוטפריד וילהלם לייבניץ, עמ' 231, הוצאת מוסד ביאליק, תשל"ב, כותר
 מה הייתה המחלוקת מול viva, כולל ההיבטים הפילוסופיים שלה? באתר hsm.narkive.co.il



 הערות שוליים 

קטגוריה:תרמודינמיקה
קטגוריה:מכניקה