Термодинамика и второй закон Ньютона

Вы должны быть немного осторожны с тем, что вы имеете в виду, когда спрашиваете, является ли ньютоновская механика обратимой или нет. Как сказано в одном из комментариев, ньютоновская механика — это всего лишь набор правил, говорящих вам, как ускоряются объекты, если на них действует какой-то набор сил. Это не обязательно говорит вам о природе этих сил или о том, откуда они берутся.

Чтобы понять, какие процессы обратимы, т.е. могут идти своим путем, рассмотрим несколько примеров.

Гравитация: Здесь силы зависят только от расстояния между двумя частицами, и поэтому не заботятся о направлении движения частицы. Следовательно, уравнения движения симметричны относительно времени (изменение направления времени означает изменение направления всех скоростей), и поэтому любой гравитационный процесс обратим.

Трение: Трение в основном зависит от скорости объекта, на который действует трение. Как таковые, эти силы не являются симметричными по отношению к обращению времени, а вымышленные процессы необратимы. С точки зрения статистической механики это объясняется необратимым рассеянием энергии из системы.

Магнетизм: магнитные силы (сила Лоренца) также не являются симметричными по отношению к обращению времени, так как зависят от скорости частицы. Однако при обращении времени происходит забавная вещь. Если частица движется в постоянном магнитном поле (очерчивая круг), а вы измените направление движения, она все равно будет двигаться по кругу того же размера, но этот новый круг будет касаться старого круга только в единственная точка.

Я сейчас немного уточнил. Надеюсь, это помогло.

Я пытаюсь сказать, что в ньютоновской системе в равной степени имеет смысл катиться шарик вниз по подносу или вверх (без трения). Тогда «процесс» обратим. В термодинамике процесс будет идти только в одну сторону в данной ситуации, поэтому необратим. — Хамид Мохаммад 18 часов назад

Когда вы думаете о мяче, катящемся вверх или вниз по склону, легко представить, что у вас нет никакого трения. «В термодинамике процесс» часто является необратимым из-за того, что некоторая часть энергии рассеивается в тепле из-за того, что микроскопически представляет собой явления трения между молекулами. Так что ваш вопрос не совсем справедлив

Второй закон Ньютона и второй закон термодинамики не исключают друг друга. Некоторые виды механических процессов обратимы, даже если они протекают самопроизвольно в изолированной системе (и не являются квазистатическими). Двумя примерами таких процессов являются (а) взаимное преобразование потенциальной энергии и кинетической энергии без трения и (б) системы пружины-массы, демонстрирующие простое гармоническое движение. Такие процессы не связаны с сухим трением или вязким рассеянием механической энергии (иногда называемым влажным вязким трением), оба из которых генерируют энтропию.

Итак, каковы общие характеристики механически обратимых и необратимых процессов, оба из которых согласуются со 2-м законом Ньютона и 2-м законом термодинамики?

В механически обратимых процессах участвуют только консервативные силы (такие как массовые гравитационные силы) и чисто упругие деформационные силы (такие как пружины или более сложные упругие твердые тела), а также взаимное превращение потенциальной энергии, упругой энергии и кинетической энергии. Но нет ни кинетического трения, ни вязкостного демпфирования. В механически обратимых процессах не происходит генерации энтропии внутри системы в процессе и увеличения энтропии системы в результате процесса.

Необратимые механические процессы всегда идентифицируются как процессы, связанные с кинетическим трением или вязким демпфированием: системы, включающие фактический демпфер, системы, включающие очень быструю деформацию газов (таким образом, включающую поведение вязкого газа), жидкостные системы, включающие деформацию вязких жидкостей, системы, включающие сопротивление воздуха. Все эти процессы приводят к генерации энтропии внутри системы, а в изолированной системе, таким образом, приводят к увеличению энтропии системы.

В дополнение к необратимости, связанной с фрикционным/вязкостным механическим поведением, также может быть необратимость, связанная с теплопередачей. Это происходит, когда во время процесса внутри системы существуют конечные (в отличие от бесконечно малых) градиенты температуры. Это также приводит к генерации энтропии в процессе и увеличению энтропии изолированной системы.

Конечно, во время процесса в системе могут также присутствовать оба вида необратимости.