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Re: [Phys-L] spontaneity and irreversibility

On 8/9/24 1:27 PM, Matthew Heaney wrote:

y stock answer would be that the ball drops (or a weight is lifted, or a
piston is moved) because there potential energy is stored in the system.
The fact that there's a potential gradient means there's a force and so the
ball accelerates downward.

I like the last part best.

Saying the ball lands on the floor is a statement about position.
Saying the ball drops downward is a statement about velocity.
Saying the ball /accelerates/ downward is a statement about acceleration.

If we differentiate the potential w.r.t position we get the force.
There may be other force terms as well.
(The force on a charged particle in a betatron is not the gradient
of any potential.)
Given the force we can figure out the acceleration.
We can integrate the acceleration to get the velocity.
We can integrate the velocity to get the position.

If we release the ball *from rest* we can afford to be a little bit
sloppy, but if we release the ball from a trebuchet that's a whole
different story.

The chemistry notion of spontaneity is problematic. It works OK for
freshman-level chemistry but the closer you look the uglier it gets.
Most questions about spontaneity are improved by rephrasing them in
terms of irreversibility.

Irreversibility has to do with entropy.

A simple harmonic oscillator is reversible.
A simple pulley/counterweight system is reversible.
If you want it to be irreversible you have to add some damping,
some sort of shock absorber.

Force is not motion.
Do not assume the ball moves in the direction of the force, unless
the system is grossly overdamped.

In a great many situations, such as a planet in its orbit, the motion
is /never/ in the same direction as the force.

My advice: Stick to the basic physics concepts: Force, acceleration,
velocity, position. The force might or might not be the gradient of
some potential.

If you want the ball to roll downhill and *stay* down, you have to
introduce some damping.