قوانین کپلر

قوانین کپلر

قوانین کپلر
علم فیزیک – قوانین کپلر

یوهانس کپلر، ریاضیدان و منجم سرشناس آلمانی قرون ۱۶ و ۱۷ میلادی که در رصدخانه سلطنتی امپراتور سرزمین بوهمیا، رودولف یازدهم، استخدام شده بود، در موقعیتی قرار داشت که می‌توانست به انبوهی از اطلاعات دقیق رصدی تیکو براهه دسترسی داشته باشد. کپلر به مدل زمین مرکزی براهه اعتقادی نداشت و می‌دانست که مدل خورشید مرکزی کپرنیک با قوانین ریاضی و نتایج رصدی مطابقت خوبی دارد. اما او که فردی مذهبی بود و اعتقادات کهن دینی دربارهٔ زمین مقدسی که مرکز عالم قرار داده شده بود، در اعماق وجودش لانه داشت به سختی می‌توانست خود را به پیروی از این مدل جدید قانع کند و از طرفی هم نمی‌توانست آنچه را می‌دید انکار کند

تا بدان روز به جز مدل بهاسکارای هندی و سجزی سیستانی، در همه مدلها مدار گردش سیارات و ستاره‌ها به دور جرم مرکزی را دایره می‌دانستند. دایره شکل مقدس و متقارنی بود که از نظر قدما با نظم مورد انتظار از آفریننده منظم گیتی، همخوانی بیشتری از خود نشان می‌داد. کپلر نیز به پیروی از همین عقیده به سختی تلاش می‌کرد تا حرکت سیاره مریخ را در مدلهای گوناگونی که تا آن روز ارائه شده بود توجیه نماید. کپلر مریخ را از آن جهت انتخاب کرده بود که در اطلاعات به ارث رسیده از براهه، عدم تقارن زیادی در حرکت این سیاره مشاهده نمود.

همه تلاش‌ها و محاسبات ناموفق بود تا زمانی که به عقیده خود کپلر بر وی وحی نازل گردید. سرانجام زمانی که کپلر مدار مریخ را بیضی شکل فرض کرد، مدل خورشید مرکزی را به کار برد و مریخ را سیاره‌ای بیرونی نسبت به زمین در نظر گرفت، صاحب مدلی از سپهر گردون شد که در آن همه اجرام سماوی در جای خود شروع به حرکتی منظم، دقیقاً مطابق با واقعیت رصدی نمودند.

حاصل بیش از ۲۰ سال تحقیقات کپلر در زمینه دینامیک سیارات منظومه خورشیدی در قالب سه قانون که در دو مرحله منتشر شد و به قوانین حرکت سیاره‌ای کپلرو یا به اختصار قوانین کپلر مشهورند، سرنوشت دنیا را عوض کرد. ما امروزه از قوانین کپلر به منظور بررسی حرکت ماهواره‌ها به دور زمین، ارسال کاوشگران فضایی به اعماق بیکران فضا و اعزام فضانورد به مدار زمین و سطح ماه استفاده می‌کنیم. کپلر ابتدا دو قانون اول را منتشر نمود و پس از حدود ۱۰ سال قانون سوم را نیز معرفی کرد.

انتشار عمومی قوانین کپلر نگاه مردم را به مقدسات سماوی که سال‌ها بر فراز آسمان‌ها جولان می‌دادند، تغییر داد. اما سال‌ها طول کشید تا این تغییر صورت پذیرد. افکار و ایده‌های مترقی یوهان کپلر پس از مرگ وی مدت‌ها فراموش شد تا اینکه دانشمندان دیگری مانند گالیله و نیوتن به بررسی مجدد آنها پرداختند. کپلر خود در یکی از نوشته‌هایش آورده‌است: «من کتاب خود را می‌نویسم، تفاوتی ندارد اگرخوانندگان آن مردان امروزی باشند یا مردمی از آینده، این کتاب می‌تواند سالها انتظار خوانندگان واقعی خود را بکشد، مگر نه اینکه خداوند نیز شش هزار سال انتظار کشید تا تماشاگری برای آفرینش او پیدا شود.»

قانون اول

قانون اول کپلر

قراردادن بیضی به جای دایره مستلزم رها کردن تمایل زیبا شناختی بودکه از زمان فیثاغورث به بعدبر نجوم حاکم بود. دایره را شکل کامل می پنداشتندوافلاک آسمانی نیز اجسام کامل شناخته می‌شدند که در اصل مقام خدایی داشتند.

قانون دوم

قوانین کپلر
علم فیزیک – قوانین کپلر
 
قانون دوم کپلر

قانون دوم کپلر به سرعت متغیر سیاره در نقاط مختلف مدارش است. سیاره در نزدیکترین فاصله خود به خورشید بیشترین سرعت و در دورترین فاصله از خورشید کمترین سرعت را دارد. این نکته هم حیرت می‌شد زیرا با وقار و متانت سیاره مغایر بود که گاهی شتابان و گاهی خرامان حرکت کند.

قانون سوم

قانون سوم کپلر از این لحاظ مهم بود که حرکت سیارات مختلف را نسبت به هم می‌سنجید.

این قانون می‌گوید اگر فاصله متوسط یک سیاره نسبت به خورشید را به توان ۳ برسانیم و بر توان۲ دوره آن تقسیم کنیم در مورد همهٔ سیارات به یک اندازه است.

سه قانون کپلر از رویدادهای بسیار مهم علم است که به طور کامل تقدس دایره‌ها را در هم شکست.

این قوانین علاوه بر تشریح حرکت سیارات نسبت به خورشید، برای تمام سیستم‌هایی که در آنها یک جرم به دور جرم دیگر می‌گردد نیز صادق است و کاربرد دارد. با این تفاوت که قانونِ اول کپلر تنها ناظر بر یک شکل خاص و عام از مسیرهای ممکن فضایی است. در واقعیت شکل مدار اجرام سماوی و یا مدارگردهای مصنوعی نظیر ماهواره‌ها می‌تواند یکی از اشکال گوناگون مقاطع مخروطی نظیر دایره، بیضی، سهمی و هذلولی باشد.

قوانین کپلر ، اخبارفیزیک ، مقالات فیزیک ، مطالب فیزیک ، فیزیک مدرن ، علم فیزیک

کوپرنیک و مساله حرکت زمین

کوپرنیک و مساله حرکت زمین

پس از قرون وسطی و با ورود به رنسانس یا دوره باززایی، تحولات شگرفی رخ می‌نماید. رنسانس که حد واسط و دوران گذار بین قرون وسطی و دوران جدید است، بستر انقلاب‌های فکری و هنری متعددی بود که از آن میان می‌توان به دو اتقلاب علمی مهم اشاره کرد.

کوپرنیک و مساله حرکت زمین
علم فیزیک – کوپرنیک و مساله حرکت زمین

حرکتی که امروزه ما به عنوان انقلاب کوپرنیکی می‌شناسیم، یکی از آن دو است. لکن کوپرنیک واقعاً یک انقلابی نبود. در واقع انقلاب کپرنیکی سال‌ها بعد یعنی حدود نیم قرن پس از مرگ وی بروز کرد و از طرف دیگر سابقهٔ نظریات انقلابی او را می‌توان در آراء فیلولائوس یافت. او نخستین کسی است که قائل به حرکت وضعی زمین (چرخش زمین به دور خود) شد. پس از او هراکلیدس پونتسی فرضیه حرکت انتقالی زمین (چرخش زمین به دور یک کانون مشخص) را مطرح کرد. همان‌طور که در مقالهٔ پییشین نیز اشاره شد، آریستارخوس ساموسی با ترکیب نظریه‌های این دو، اولین نظریه خورشیدمرکزی را پیشنهاد کرد؛ ولی تناقضات فلسفی حاصل از مرکزیت خورشید برای یونانیان قابل پذیرش نبود و به این دلیل او را کافر دانستند!.

 
تمبر یادگار خواجه نصیرالدین طوسی در جمهوری آذربایجان منتشره در سال ۲۰۰۹ میلادی

از طرف دیگرمنجمین دورهٔ اسلامی از زمان ابن هیثم به تناقضات فیزیکی و فلسفی موجود در مدل بطلمیوس پی برده و تلاش‌های بسیاری برای حل آن از خود نشان دادند. خواجه نصیرالدین طوسی و سایر دانشمندان در رصدخانهٔ مراغه به تهیه و تنظیم مدل‌های جدید غیربطلمیوسی برای حل این مشکلات پرداختند. این مدل‌ها با کارهای کسانی مانند ابن شاطر دمشقی در قرون بعدی به اوج خود رسید. اگر چه تمام این مدل‌ها همچنان زمین مرکزی بودند، ولی تناقضات مدل بطلمیوسی را حل می‌کردند

همان‌طور که در قسمت قبلی نیز مطرح شد، امروزه پس از کشف نظریات غیر بطلمیوسیِ مکتب مراغه، مشخص شده که بعضی از راهکارهای هندسی کپرنیک برگرفته از کتب منجمین اسلامی است.

از سوی دیگر، کپرنیک تحت تأثیر تفکرات فیثاغورثی رایج در عصر خود بود. بر این اساس طبیعت می‌بایست همیشه منطبق بر ساده‌ترین نظریه بوده و همیشه طبق روش هندسی و ریاضی قابل شناخت و بررسی باشد. این نکته او را به دنبال یافتن راهکاری داشت که مدلی ساده و هندسی برای عالم ارائه دهد تا با نظریات فلاسفه و دانشمندان قبلی نیز هم‌خوانی داشته باشد. سرانجام کپرنیک نظریه خورشید مرکزی را ارائه کرد. وی پیشنهاد کرد که در بعضی اصول فلسفی ارسطو تغییراتی ایجاد شود تا با نظریه وی هماهنگ گردد. اما تا زمان اختراع تلسکوپ و بکارگیری آن توسط گالیله هیچ مشاهده‌ای وجود نداشت که موید نظریهٔ او باشد.

از طرف دیگر نه تنها دستگاه کاتولیک، بلکه رهبر پروتستان‌ها هم با نظریات کپرنیک مخالفت کرد و کتاب او از سوی کلیسا تا چند قرن جزء کتب ممنوعه و ضاله قرار داشت! کپرنیک تقریباً چهل سال برای تکمیل پژوهش‌های خود وقت صرف کرد. افکار او در کتاب «دربارهٔ حرکت افلاک آسمانی» سر انجام در سال ۱۵۴۳ م چاپ شد و یک نسخه از آن قبل از مرگ و در بستر بیماری به دستش رسید. سرانجام پس از گذشت سال‌ها از مرگ کپرنیک، دانشمندان اندیشه‌های او را پذیرفتند.

کوپرنیک و مساله حرکت زمین ، اخبارفیزیک ، مقالات فیزیک ، مطالب فیزیک ، فیزیک مدرن ، علم فیزیک

منبع : ویکی کتاب

بن‌بست فیزیک در یونان

بن‌بست فیزیک در یونان

یونانیان دانشی را که با زندگی روزمره ارتباط داشت کم ارزش می‌شمردند؛ ولی در ریاضیات موفقیت چشمگیری کسب کردند. ریاضیاتی که به اعتقاد آنان بر اساس یک سری اصول بدیهی شکل گرفته بود و سایر قضایا را بوسیله منطق قیاسی استنتاج می‌کردند. یونانیان چنان دلباختهٔ آن شدند که قیاس را تنها وسیلهٔ معتبر کسب دانش می‌پنداشتند. اما می‌دانستند؛ که قیاس برای پاسخگویی به برخی از پرسش‌ها کافی نیست. مثلاً فاصله دو شهر را بوسیله قیاس نمی‌توانستند به دست آورند، بلکه باید اندازه‌گیری می‌کردند. هرگاه که لازم بود، طبیعت را مشاهده می کرند، ولی این امر با رقبت انجام نمی‌گرفت. در هیچ جا ثبت نشده که ارسطو دو سنگ ناهم وزن را بسوی زمین رها کرده باشد تا نظر خود را بیازماید. آزمایش کردن به نظر یونانیان کاری بیهوده و معارض با زیبایی قیاس خالص بود و از ارزش آن می‌کاست.

بن‌بست فیزیک در یونان
علم فیزیک – بن‌بست فیزیک در یونان
 
ارسطو

اعتقاد به ارزش قیاس که بر بدیهیات پایه‌گذاری شده بود، سرانجام به لبه پرتگاهی رسید که راهی برای عبور نداشت. کشفیات بیشتری برای ریاضیات و فیزیک مطرح نبود. همه را به این راضی می‌کردند که بگویند ارسطو چنین گفته است و یا اقلیدس گفته است؛ بنابراین دستگاه زمین مرکزی بطلمیوس توام با نظریه‌های فیزیکی ارسطو که اکثراً با تناقض همراه بود، برای توجیه جهان کافی می‌پنداشتند. دانشمندان اسلامی نیز که دست‌آوردهای علمی یونانیان را در طول قرون وسطی حفظ کردند، و دارای کشفیات مهمی نیز می‌باشند، نتوانستند بگونه‌ای منسجم عمل کنند. هرچند خیام را می‌توان نخستین کسی دانست که اصل توازی اقلیدس زا زیر سئوال برد، اما بعد مدتی به فراموشی سپرده شد.

جای بسی تاسف است که جمشید کاشانی و ملا باقر یزدی به اثبات قضیه‌ای در ریاضیات پرداختند که صدها سال قبل از ایشان توسط کمال الدین فارسی ثابت شده بود؛ که نشان از بی اطلاعی مجامع علمی ایرانییان از کارهای یکدیگر بود.

بن‌بست فیزیک در یونان
علم فیزیک – بن‌بست فیزیک در یونان
 
افلاطون

سرانجام متفکران رنسانس در برابر نظریه‌های قدیم فلسفهٔ طبیعی که دیگر قانع کننده نبود، چشم انداز جدیدی گشودند.

بن‌بست فیزیک در یونان ، اخبارفیزیک ، مقالات فیزیک ، مطالب فیزیک ، فیزیک مدرن ، علم فیزیک

منبع : ویکی کتاب

فیزیک در تمدن یونان

فیزیک در تمدن یونان

یونانیان با تقسیم بندی گنبدهای آسمان برای هر یک از سیارات گنبدی خاص قائل بودند. نخستین کشفیات فیزیکی هنگامی صورت گرفت که تلاش گسترده‌ای برای برهانی کردن ریاضیات آغاز شده بود. در این زمان الکتریسیته و مغناطیس جدا از یکدیگر کنجکاوی انسان را برانگیخت. ذرات تشکیل دهندهٔ جهان تقسیم بندی شد و نظریهٔ اتمی ماده مطرح و اتر به عنوان عنصر کامل، این تقسیم بندی را تکامل بخشید. کروی بودن شکل زمین بطور مستدلل اثبات و حرکت دوار کائنات به دور زمین که تصور می‌شد دایره منحنی کامل است، از بدیهیات محسوب می‌شد. منطق قیاسی کشف گردید و تمام افکار و نظریات علمی را تحت تأثیر خود قرار داد. استفاده از هندسه در نجوم آغاز شد. فاصلهٔ زمین تا تا ماه و خورشید محاسبه و نظریه زمین مرکزی زیر سئوال رفت. اما همچنان اعتقاد عموم بر آن بود که زمین مرکز جهان است. دستگاه زمین مرکزی تحت تأثیر تقدس دایره‌ها حرکت پیچیدهٔ سیاره‌ها را با استفاده از مدارهای تدویر توجیه کرد. مکانیک یونانی بر اساس نظریه زمین مرکزی بخوبی علت سقوط اجسام به طرف زمین را توجیه می‌کرد. یونانیان حرکت مستقیم نور را بیان و به تشریح خواص آینه‌ها پرداختند. اما منطق قیاسی چنان بر افکار علمی آنان تسلط داشت که فیزیک یونانی را به بن‌بست کشید.

فیزیک در تمدن یونان
علم فیزیک – فیزیک در تمدن یونان

نخستین اندیشه‌های علمی ( فیزیک در تمدن یونان )

انسان به دلیل ارتباط مستقیم و تنگاتنگی که با طبیعت دارد از همان آغاز تفکر و تعمق خویش به پدیده‌های طبیعی نظر داشت و برداشت‌های معینی از آنها به عمل می‌آورد. طبعاً آسمان که از آن باران، برف و نور به انسان می‌رسید و نیز ستارگان شفاف در آن دیده می‌شد، جزء نخستین برداشت‌های انسان بود و در نتیجه اولین اظهار نظرهای علمی در خصوص این پدیده لایتناهی بوسیله انسان به عمل آمده است. در این راستا اولین نظریه‌های علمی توسط یونانیان ارائه شده است. در آسمان هیچ چیزی نیست که در یک نگاه ساده، خیلی دور به نظر برسد؛ بنابراین در نخستین برداشتها از جهان، طبیعی است که گمان شود آسمان سایبان محکمی است که اجسام درخشان آن، همچون دانه‌های الماس، بر سقف آن چسبیده‌اند. این چنین بود که یونانیان باستان عقیده داشتند که آسمان بر شانه‌های اطلس رب النوع یونانی قرار دارد. اسطوره‌های یونانی دلالت بر آن داشت که که آسمان از یکی دو متری بالای قله کوه‌ها چندان بالاتر نیست. در قرن ششم تا چهارم پیش از میلاد، اخترشناسان یونانی بوجود تنها یک سایبان شک کردند. زیرا در اوضاع نسبی ستارگان ثابت که به برداشت آنان حول زمین حرکت می‌کردند، ظاهراً تغییری نمی‌دیدند، اما اوضاع نسبی خورشید، ماه و پنج سیاره عطارد، زهره، مریخ، مشتری و زحل تغییر می‌کرد؛ بنابراین مسلم بنظر می‌رسید که سیاره‌ها نمی‌توانند به گنبد ستارگان متصل باشند.

یونانیان فرض کرده بودند که هر سیاره در یک گنبد نامرئی اسقرار یافته است و گنبدها یکی روی دیگری جا گرفته است. بر این اساس نزدیکترین گنبد از آن ماه است که تندترین حرکت را دارد. پس از آن به ترتیب گنبدهای مربوط به عطارد، زهره… و خورشید قرار دارند. کاملاً طبیعی است که با چنین طبقه‌بندی پرسش‌هایی در مورد ابعاد جهان و موقعیت زمین و شکل و همچنین اجزای تشکیل دهنده آن پیش آید. احتمالاً این پرسش‌ها زمانی شکل گرفت که روشهای تجربی ریاضیات دیگر کفایت نمی‌کرد؛ بنابراین می‌توان حدس زد هنگامی که این سئوال پیش آمد که چرا قطر دایره آنرا نصف می‌کند، تفکر در مورد مسیر حرکت سیارات نیز اوج گرفت. شاید منطقی باشد که کوشش برای برهانی کردن ریاضیات را با پیدایش نخستین نظریه‌های فیزیکی همزمان بدانیم، این تصور زمانی قوت بیشتری می‌گیرد که می‌بینیم نخستین کشفیات ثبت شده ریاضی و فیزیکی متعلق به یک نفر است. تالس ملطی اولین فرد شناخته شده‌ای است که کشفیات ریاضی و فیزیک به او نسبت داده شده است.

الکتریسیته و مغناطیس ( فیزیک در تمدن یونان )

در حدود ۶۰۰ سال قبل از میلاد تالس ملطی متوجه شد که هرگاه صمغ فسیل شده‌ای که در سواحل بالتیک یافته بود، که ما امروز آنرا کهربا می‌نامیم و در آنروز الکترون Electron نامیده می‌شد، با یک قطعه پوست مالش داده شود، می‌تواند پر، نخ یا کرک را بخود جذب کند. همچنین کلمهٔ ماگنت Magnet به معنی آهنربا از یک شهر قدیمی یونان بنام ماگنیا Magnesia که در نزدیکی آن نخستین سنگ آهنربا کشف شده بود، گرفته شده است. آهنربا اکسیدی از آهن است که خواص مغناطیسی یعنی آهنربایی دارد. گفته شده است که تالس نخستین کسی بود که خواص آنرا تشریح کرده است. گفته‌اند که تالس در سال ۵۸۵ قبل لز میلاد وقوع کسوفی را پیشگویی کرد و کسوف به وقوع پیوست.

عناصر تشکیل دهندهٔ جهان – اتم ( فیزیک در تمدن یونان )

امیدوکس در حدود سال ۴۸۰ قبل از میلاد نظر داد که زمین از چهار عنصر خاک، هوا، آّ و آتش تشکیل شده است. یونانیان در بارهٔ این موضوع بحث می‌کردند که آیا می‌توان ماده را به اجزایی کوچکتر و هر جزء را به جزء کوچکتر و باز هم کوچکتر تقسیم کرد و این عمل تجزی را تا بینهایت ادامه داد؟ یا اینکه این عمل تجزیه محدود است؟ دوموکریتوس در حدود ۴۵ قبل از میلاد محدود بودن عمل تجزیه را بیان کرد. وی اظهار داشت همهٔ اجسام از ذرهٔ غیرقابل تجزیه‌ای به نام اتم Atom تشکیل شده است. اتم در یونانی به معنی غیرقابل تقسیم است. وی حتی نظر داد که مواد متفاوت از اتمهای مختلف یا ترکیبات آنها ساخته شده است و با تغییر آرایش اتمها می‌توان ماده‌ای را به مادهٔ دیگر تبدیل کرد. ارسطو و سایر فلاسفه رواقی نظریه دموکریتوس را نپذیرفتند، ایشان اعتقاد داشتند که فضا و ماده بصورت پیوسته است، یعنی می‌توان یک قطعه از ماده را بدون حد و مرز به قطعه‌های کوچک و باز هم کوچکتر تقسیم کرد، بی آنکه به ذرهٔ غیرقابل تقسیمی برسیم. در مورد عناصر تشکیل دهندهٔ جهان ارسطو تصور می‌کرد، در آنسوی لایه‌های آب، هوا، خاک و آتش، عنصر کامل و غیر زمینی دیگری وجود دارد که وی آنرا اتر Ether در یونانی به معنی پنجم نامید. در این تقسیم بندی جایی برای عدم وجود نداشت. در ضمن انتهای هیچکدام از لایه‌ها مشخص نبود.

فیزیک در تمدن یونان
علم فیزیک – فیزیک در تمدن یونان

نجوم ( فیزیک در تمدن یونان )

یونانیان عقیده داشتند که زمین به شکل کره است. فیثاغورس اولین کسی بود که کروی بودن زمین را در سال ۵۲۵ قبل از میلاد بیان کرد. اما نخستین استدلال‌ها در مورد کروی بودن زمین منصوب به ارسطو است. وی در کتاب در بارهٔ افلاک نوشت، زمین جسمی کروی است و نه یک سطح صاف و برای این ادعا دو دلیل آورد. نخست آنکه او دریافته بود که ماه گرفتگی به دلیل قرار گرفتن زمین بین ماه و خورشید است، چون سایه زمین بر روی ماه همواره گرد است، پس زمین باید کروی باشد که سایه اش دایره می‌شود. دومین دلیل این بود که یونانیان طی سفرهای خود متوجه شده بودند که ستاره شمال، در مناطق جنوبی پائین تر از نواحی شالی در آسمان ظاهر می‌شود، و چ. ن ستاره شمال بر فراز زمین ظاهر می‌شود، این جابجایی تنها در صورتی می‌تواند رخ دهد که زمین کروی باشد. ارسطو به محاسبه محیط دایره استوا پرداخت و رقم چهارصد هزار استادیم را به دست آورد که با احتساب هر استادیوم یکصد و هشتاد متر، رقم به دست آمده تقریباً دو برابر رقم پذیرفته شدهٔ کنونی است. ارسطو عقیده داشت که زمین ثابت و مرکز جهان است و خورشید، ماه و سیارات و ستارگان در مدارهای کروی دور زمین می‌چرخند و بیش از پیش به تثبیت این عقیده یونانیان پرداخت که کره شکل کامل است. آریستاخوس، ریاصیات را در نجوم به کار برد. وی با استفاده از ابزاهای ابتدائی در حدود ۲۸۰ قبل از میلاد به محاسبه فاصلهٔ زمین و خورشید پرداخت. آریستاخورس متوجه شد که انحنای سایه زمین، وقتی از ماه می‌گذرد می‌بایستی ابعاد نسبی زمین و ماه را نشان دهد. وی پس از محاسبهٔ فاصله زمین و ماه و تشکیل مثلث قائم الزاویه فرضی، هنگامیکه ماه در تربیع اول بود، فاصله زمین تا خورشید را تعیین کرد. بنظر وی خورشید تقریباً بیست برابر دور تر از ماه قرار داشت. هرچند ارقام به دست آمده درست نبود، ولی آریستاخورس نتیجه گرفت که خورشید باید حداقل هفت برابر بزرگتر از زمین باشد. وی با غیر منطقی بودن گردش خورشید بزرگ به دور زمین کوچک، نظر داد که زمین باید به دور خورشید بگردد. البته نظر آریستاخورس پذیرفته نشد. چون وی نظریه خورشید مرکزی منظومه شمسی را ارائه داد، امروزه به عنوان کپرنیک عهد باستان شناخته می‌شود. اراتستن در حدود ۲۴۰ قبل از میلاد متوجه شد که روز اول تابستان در آسوان، خورشید در بالای سر است و در اسکندریه که ۸۰۰ کیلومتر با آن فاصله دارد، در بالای سر نیست. وی نظر داد که سطح زمین باید نسبت به خورشید، انحنا داشته باشد. وی با استفاده از طول سایه‌ای که هنگام ظهر اول تابستان در اسکندریه تشکیل می‌شود، و مقایسهٔ آن با طول سایه در روز اول تابستان در آسوان و با استفاده از هندسه خطوط مستقیم، انحنای زمین را با فرض کروی بودن آن حساب کرد. در نتیجه محیط و قطر زمین را تعیین کرد. ارقامی که آراتستن به دست آورد، ۱۲۸۰۰ کیلومتر برای قطر زمین و چهل هزار کیلومتر برای محیط زمین بود که تقریباً با اعداد مورد قبول امروزی مطافقت دارد. هیپارخوس در حدود ۱۵۰قبل از میلاد و با استفاده از روش آریستارخوس به محاسبه فاصلهٔ زمین و ماه پرداخت. وی فاصله زمین تا ماه را سی برابر قطر زمین به دست آورد. اگر قطر زمین را مطابق رقم اراتستن در نظر بگیریم، فاصله زمین تا ماه که هیپارخوس حساب کرد برابر ۳۸۴۰۰۰ کیلومتر می‌شود که تقریباً درست است. همچنین هیپارخوس گزارشی از انحراف ماه و خورشید از حرکت دایره‌ای داد است. چون ماه در مدار خود به دور زمین گاهی در شمال استوا و گاهی در جنوب استوا است، سبب این انحراف می‌گردد. هیپارخوس با اشاره به این امر بدون ذکر دلیل، اظهار داشت که این انحراف سبب می‌شود که خورشید در هر سال حدود پنجاه ثانیه قوسی در سمت راست مشرق به نقطه اعتدال می‌رسد. چون به این ترتیب در هر سال نقطه اعتدال جلوتر می‌آید، هیپاهرخوس این تغییر مکان را تقدیم اعتدالیون نامید که هنوز هم به همان نام شناخته می‌شود. اخترشناسان بعدی از هیپارخوس تا بطلمیوس حرکات اجرام آسمانی را بر مبنای این نظر مورد مطالعه قرار دادند که زمین ساکن و مرکز جهان است. ماه در ۳۸۴۰۰۰کیلومتری آن و اجسام دیگر آسمانی دورتر و در فاصله‌ای نامعین از آن هستند. چون دایره را منحنی کامل می‌پنداشتند، نتیجه می‌گرفتند که تمام اجرام آسمانی بایستی در مسیرهای دایره‌ای به دور زمین بچرخند. اما مشاهدات آنها که از کشتیرانی و تدوین تقویم برخاسته بود، نشان می‌داد مسیر سیاره‌ها دایره‌های کاملی و ساده‌ای نیستند؛ بنابراین هنگامیکه بطلمیوس دستگاه زمین مرکزی خود را تنظیم کرد، مسیر سیاره‌ها را در ترکیبی از دایره‌های پیچیده نشان داد.

دستگاه زمین مرکزی بطلمیوس ( فیزیک در تمدن یونان )

بطلمیوس در حدود ۱۵۰ میلادی رسالهٔ پر نفوذی به نام سونتارکنس ماتماتیکا یا مجموعهٔ ریاضی نوشت. هر چند این رساله بر نوشته‌های هیپارخوس مبتنی است، اما به خاطر فشردگی و زیبایی چشمگیرش مورد توجه قرار گرفت. شارحین بعدی برای متمایز ساختن آن از آثار کم اهمیت تر صفت مجیسته یا مجسطی به معنی بزرگترین را به آن منسوب کردند. مترجمین عرب زبان حرف تعریف ال را پیشوند کردند و آنرا المجسطی نامیدند. بطلمیوس در المجسطی پدیده‌هایی را بررسی می‌کند که بستگی به کرویت زمین دارند. سپس دستگاه زمین مرکزی نجوم را طرح ریزی می‌کند که قریب به ۱۵۰۰ سال مورد پذیرش عموم بود. المجسطی قدیمی ترین کوشش مجدانه در راه تبیین حرکت شناسی منظومه شمسی است. اما در توجیه حرکتهای پیچیدهٔ سیاره‌ها که فاصله ثابتی با زمین ندارند، روی مدارهای دایره‌ای عاجز بود؛ بنابراین مفهموم مدارهای تدویر را بکار گرفت. طبیق این نظریه هم سیاره روی دایره‌ای حرکت می‌کند که مرکز آن به نوبهٔ خود روی دایره‌ای به مرکز زمین حرکت می‌کند. بطلمیوس مجبور شد به انواع دیگر مدار هم توسل جوید، اما هر کدام از اینها نیز دایره تقدس خود را به عنوان شکل اصلی حرکات سیاره‌ها حفظ کرد.

فیزیک در تمدن یونان
علم فیزیک – فیزیک در تمدن یونان

مکانیک یونانی ( فیزیک در تمدن یونان )

هرچند مکانیک یونانی به اندیشه‌های ارسطو خلاصه نمی‌شود، اما نظریه‌های وی تاثیری بس عمیق بر افکار اندیشمندان برای قرون متمادی داشت. ارسطو ادعای ریاضیدان بودن نداشت، اما تسلطی خارق العاده بر روشهای ریاضی داشت و سازمان دهندهٔ منطق قیاسی بود. هراکلیدس در ۳۵۰ سال قبل از میلاد گفت: تصور اینکه زمین به دور خورشید می‌گردد بسیار ساده‌تر از این تصور است که تمامی گنبد آسمان به دور زمین می‌چرخد. اما این گفته مورد پذیرش ارسطو واقع نشد. ارسطو بیش از هر کی دیگری اسیر دستگاه منطق قیاسی که خود بوجود آورنده اش هست بود. با توجه به اینکه ارسطو اعتقاد داشت زمین مرکز جهان است، بخوبی می‌توان دیدگاهش را در بارهٔ علت سقوط اجسام بر سطح زمین توجیه کرد. به اعتقاد ارسطو هر شئی به اصل خویش باز می‌گردد و مکان واقعی خود را جستجو می‌کند. چ. ن سنگ از جنس خاک است به طرف زمین سقوط می‌کند و چون دود از جنس آتش است به طرف هوا صعود می‌کند. در مورد سقوط آزاد اجسام گفته است که اگر دو جسم با سنگینی مختلف را از فاصلهٔ معینی رها کنیم، جسم سنگین تر زودتر به زمین می‌رسد. این برداشت نمی‌توانست علت همه حرکت‌ها را توجیه کندّ اما دلیل سکون اجسامرا توجیه می‌کرد. به اعتقاد ارسطو نیروی خارجی عامل حرکت بود. وی در این مورد چنین گفته است: جسم متحرک هنگامی به حالت سکون در می‌آید که نیرویی که آنرا در امتداد خود به حرکت واداشته است، دیگر نتواند بر آن اثر کند و آنرا براند؛ بنابراین به برداشت ارسطو نیروی خارجی عامل حرکت بود و در غیاب نیروی خارجی همهٔ اجسام به حالت سکون در می‌آمدند.

نور ( فیزیک در تمدن یونان )

فلاسفهٔ یونان اعتقاد داشتند همانگونه که چوب دستی یک نا بینا به مانعی برخورد می‌کند و آنرا برای وی مشخص می‌کند، پرتوهای نور نیز از چشم خارج شده به اجسام برخورد می‌کنند و با بازگشت به چشم آنها را نمایان می‌سازد. اما نظریه دیگری نیز در مورد حرکت و منشاء آن وجود داشت. برخی اعتقاد داشتند نور از اجسام فروزان منتشر می‌شود و به چشم می‌رسد افلاطون از خمیدگی ظاهری اجسام در خالیکه که بخشی از آن در آب فرو رفته، سخن گفته است. اقلیدس انتشار مستقیم نور و قانون بازتابش آن را بیان کرده است. ارشمیدس از خواص آینه‌ها سخن گفته است. هرون نیز به تشریح خواص آینه‌ها پرداخته و مسائلی راجع به ساختن آینه‌ها با خواص معین را بیان کرده است. وی حتی طرز ساختن آینه‌هایی را که بوسیله آن شخص بتواند پشت سر خود را ببیند، و یا وارونه دیده شود ارائه کرده است. همچنین هرون به تشریح این امر پرداخته که نور کوتاهترین مسیر بین دو نفطه را می‌پیماید. بطلمیوس شکست نور را مورد بررسی قرار داد و به اندازه‌گیری زاویه تابش و باز تابش همت گماشت.

فیزیک در تمدن یونان ، اخبارفیزیک ، مقالات فیزیک ، مطالب فیزیک ، فیزیک مدرن ، علم فیزیک

منبع : ویکی کتاب

فیزیک چیست

فیزیک چیست ؟

فیزیک از واژه یونانی physikos به معنی « طبیعی» و physis به معنی « طبیعت» گرفته شده است. پس فیزیک علم طبیعت است به عبارتی در عرصه علم ، پدیده های طبیعی را بررسی می کند.

علم فیزیک

علم فیزیک رفتار و اثر متقابل ماده و نیرو را مطالعه می کند.مفاهیم بنیادی پدیده های طبیعی تحت عنوان قوانین فیزیک مطرح می شوند.این قوانین به توسط علوم ریاضی فرمول بندی می شوند به طوریکه قوانین فیزیک و روابط ریاضی با هم در توافق بوده و مکمل هم هستند.و دو تایی قادرند کلیه پدیده های فیزیکی را توصیف نمایند.

تاریخچه علم فیزیک

– از روزگاران باستان مردم سعی می کردند رفتار ماده را بفهمند. و بدانند که:چرا مواد مختلف خواص متفاوت دارند؟ چرا برخی مواد سنگینترند؟ و… همچنین جهان ، تشکیل زمین و رفتار اجرام آسمانی مانند ماه و خورشید برای همه معما بود.

– قبل از ارسطو تحقیقاتی که مربوط به فیزیک می شد ، بیشتر در زمینه نجوم صورت می گرفت. علت آن در این بود که لااقل بعضی از مسائل نجوم معین و محدود بود و به آسانی امکان داشت که آنها را از مسائل فیزیک جدا کنند. در برابر سوالاتی که پیش می آمد گاه خرافاتی درست می کردند، گاه تئوریهایی پیشنهاد می شد که بیشتر آنها نادرست بود.

این تئوریها اغلب برگرفته ازعبارتهای فلسفی بودند و هرگز بوسیله تجربه و آزمایش تحقیق نمی شدند. و بعضی مواقع نیز جوابهایی داده می شد که لااقل بصورت اجمالی و با تقریب کافی بنظر می رسید.

– جهان به دو قسمت تقسیم می شد: جهان تحت فلک قمر و مابقی جهان.مسائل فیزیکی اغلب مربوط به جهان زیر ماه بود و مسائل نجومی مربوط به ماه و آن طرف ماه نیز« فیزیک ارسطو» یا بطور صحیحتر« فیزیک مشائی» بود که در چند کتاب مانند« فیزیک»،« آسمان»،« آثار جوی»،« مکانیک»،« کون و فساد» و حتی« مابعدالطبیعه» دیده می شد.

– تا اینکه در قرن ۱۷ ، گالیله برای اولین باربه منظور قانونی کردن تئوریهای فیزیک ، از آزمایش استفاده کرد. او تئوریها را فرمول بندی کرد و چندین نتیجه از دینامیک و اینرسی را با موفقیت آزمایش کرد. پس از گالیله ، اسحاق نیوتن ، قوانین معروف خود «قوانین حرکت نیوتن) را ارائه کرد که به خوبی با تجربه سازگار بودند.

– بدین ترتیب فیزیک جایگاه علمی و عملی خود را یافت و روزبه روز پیشرفت کرد، مباحث آن گسترده تر شد، تا آنجا که قوانین فیزیک از ریزترین ابعاد اتمی تا وسیعترین ابعاد نجومی را شامل می شود. اکنون فیزیک مانند زنجیری محکم با بقیه علوم مرتبط است و هنوز هم به سرعت در حال گسترش و پیشرفت می باشد.

نقش فیزیک در زندگی

– هر فرد بزرگ یا کوچک، درس خوانده یا بیسواد ، شاغل یا بیکار خواه ناخواه با فیزیک زندگی می کند. عمل دیدن و شنیدن ، عکس العمل در برابراتفاقات ، حفظ تعادل در راه رفتن و… نمونه هایی از امور عادی ولی در عین حال وابسته به فیزیک می باشند.

-پدیده های جالب طبیعی نظیر رنگین کمان ، سراب ، رعد و برق ، گرفتگی ماه و خورشید و… همه با فیزیک توجیه می شوند.

فیزیک چیست
علم فیزیک – فیزیک چیست

فیزیک چیست ؟

– برنامه های رادیو ، تلویزیون ، ماهواره ، اینترنت ، تلفن و… با کمک فیزیک مخابره می شوند.

– با این نمونه های ساده ، می توان تصور کرد که اگر فیزیک نبود و اگر روزی قوانین فیزیک بر جهان حاکم نباشند، زندگی و ارتباطات مردم شدیدا دچار مشکل می شود.

فیزیک و سایر علوم

– فیزیک، دینامیک و ساختار درونی اتم ها را توصیف می کند. و از آنجا که همه مواد شامل اتم هستند، پس هر علمی که در ارتباط با ماده باشد، با فیزیک نیز مرتبط خواهد بود. علومی نظیر: شیمی ، زیست شناسی ، زمین شناسی ، پزشکی ، دندانپزشکی ، داروسازی ، دامپزشکی ، فیزیولوژی ، رادیولوژی ، مهندسی مکانیک ، برق ، الکترونیک ، مهندسی معدن ، معماری ، کشاورزی و … .

– فیزیک درصنعت ، معدن ، دریانوردی ، هوانوردی و… نیزکاربرد فراوان دارد. اینکه ابزار کار هر شغلی و هر علمی مبتنی براستفاده ازقوانین و مواد فیزیکی است، نقش اساسی فیزیک درسایر علوم و رشته ها را نمایان می کند. علاوه برآن استفاده روزافزون از اشعه لیزر در جراحی ها و دندانپزشکی، رادیوگرافی با اشعه ایکس در رادیولوژی ، جوشکاری صنعتی و… نمونه هایی از کاربردهای بیشمار فیزیک در علوم دیگرمی باشند.

فیزیک و آینده( فیزیک چیست ؟)

با این روند رو به رشدی که علم فیزیک در کنار سایر علوم دارد، می توان امیدوار بود که در آینده به چراها و چگونگی های عالم طبیعت پاسخ داده شود و این دنیای فیزیک سکوی پرتاب به عالم متا فیزیک باشد.

در آینده 

-شاید فیزیک بتواند رسیدن به سرعت نور و فراتر از آن را مقدور سازد.

– شاید فیزیک بتواند مثالهای عجیب نسبیت را عملی کند.

– شاید فیزیک بتواند معمای مثلث برمودا را حل کند.

– شاید فیزیک بتواند واقعیت یوفوها( بشقاب پرنده ها) را مشخص کند.

– شاید فیزیک بتواند به راز وجود یا عدم وجود هوش فرا زمینی واقف شود. و…

فیزیک به عنوان یک شغل

کسانی که می خواهند فیزیک را به عنوان یک شغل پیشه کنند باید دوره ی فیزیک و ریاضی را در دبیرستان بگذرانند. مسیری فارغ التحصیلی شامل فیزیک، ریاضیات وشیمی می باشد. متخصص شدن در فیزیک با کار زیاد در آزمایشگاه سروکار دارد.

دارندگان مدرک دکتری یا فوق لیسانس فیزیک قادر خواهند بود کاری در آزمایشگاههای تحقیقاتی دولتی یا خصوصی پیدا کنند. فیزیکدانان همچنین می توانند در دانشگاه ها تدریس کنند. یکی از بهترین آزمایشگاه های تحقیقاتی بین المللی سازمان اورپایی تحقیق اتمی(CERN) می باشد که در ژنوسوئیس قرار دارد.

مؤسسه ی فیزیک آمریکا در جهت پیشرفت و گسترش دانش فیزیک و استفاده از آن برای رفاه بشر کار می کند. این مؤسسه به انتشار ژورنال، تقویت آموزش فیزیک، تهیه ی اطلاعات درباره ی فیزیک برای اخبار رسانه ها، ارتقاء همکاری انجمن های فیزیک و اعطای جایزه می پردازد. نشریه ی فیزیک امروز (Physics Today) یکی از نشریات ماهیانه ی آن می باشد. این مؤسسه در سال ۱۹۳۱ تأسیس شد و حدود ۷۵ هزار عضو دارد. شعب اصلی آن در شهر نیویورک قرار دارد.

فیزیک چیست ، اخبارفیزیک ، مقالات فیزیک ، مطالب فیزیک ، فیزیک مدرن ، علم فیزیک

منبع : بیتوته

حالت های مواد

حالت های مواد

کلاً مواد در جهان در شش حالت ظاهر می شوند :

جامد، مایع، گاز، پلاسما، ماده چگال باس-اینشتین و حالت تازه کشف ‌شده: ماده چگال فرمیونی.

مواد جامد در برابر تغییر شکل مقاومت می‌کنند، آنها سخت و گاهی شکننده اند.

مایع‌ها به راحتی تغییر حالت می دهندو به سختی متراکم می‌گردند و شکل ظرف خود را می‌گیرند.

گاز‌ها کم چگال‌تر اند و ساده‌تر متراکم می‌شوند و نه‌تنها شکل ظرف محتویشان را می‌گیرند، بلکه آن‌قدر منبسط می‌شوند تا کاملا آن را پر کنند. در ترمودینامیک بررسی قوانین گاز ها از گازهای کامل استفاده می شود . این گازها معمولاً در شرایط استاندارد حالت گاز را به خود می گیرند.

علم فیزیک – حالت های مواد

حالت چهارم ماده، پلاسما، شبیه گاز است و اما ذرات سازنده آن یون ها می باشد. در جهان بیشتر مواد در حالت پلاسماهستند، مثل خورشید و سایر ستارگان . پلاسما اغلب بسیار گرم است و می‌توان آن را در میدان‌های مغناطیسی به دام انداخت.

حالت های مواد
علم فیزیک – حالت های مواد

حالت پنجم با نام ماده چگال باس-اینشتین (Bose-Einstein condensate) که در سال ۱۹۹۵ کشف شد، در اثر سرد شدن ذراتی به نام باسن‌ها (Bosons) تا دما‌هایی بسیار پایین پدید می‌آید. باسن‌های سرد در هم فرومی‌روند و ابر ذره‌ای که رفتاری بیشتر شبیه یک موج دارد تا ذره‌ای معمولی شکل می‌گیرد. ماده چگال باس-اینشتین شکننده‌است وسرعت نور در آن بسیار کم است .

حالت های مواد
علم فیزیک – حالت های مواد

دیبورا جین (Deborah Jin) از دانشگاه کلورادو که گروهش در اواخر پاییز امسال ( ۱۳۸۲ ) موفق به کشف این شکل تازه ماده شده‌است، می‌گوید: وقتی شکل جدیدی از ماده روبرو می‌شوید باید زمانی را صرف شناخت ویژگی‌هایش کنید. آنها این ماده تازه را با سرد کردن ابری از پانصدهزار اتم پتاسیم – ۴۰ تا دمایی کمتر از یک میلیونیم درجه بالاتر از صفر مطلق پدیدآوردند. این اتم‌ها در چنین دمایی بدون گران‌روی جریان می‌یابند و این نشانه ماده جدید بود. در دما‌های پایین‌تر چه اتفاقی می‌افتد؟ هنوز نمی‌دانیم.

ماده چگال فرمیونی بسیار شبیه ماده چگال باس-اینشتین (BEC) است. هر دو از فرورفتن اتم‌ها در دماهایی بسیار پایین ساخته‌می‌شوند. اتم‌های BEC باسن اند و اتم‌های ماده چگال فرمیونی، فرمیون. باسن‌ها درهم فرومی‌روند، اما فرمیون‌ها اینگونه نیستند. باسن‌ها اتم‌هایی هستند که می‌توانند در هم فرو روند. به طور کلی اگر تعداد (الکترون + پروتون + نوترون اتمی) عددی زوج باشد، آن اتم یک باسن است. مثلا اتم‌های سدیم معمولی باسن ‌اند و می‌توانند به حالت فاز چگال باس-اینشتین ادغام شوند. اما فرمیون‌ها مطابق اصل طرد پائولی نمی‌توانند در یک واحد کوآنتومی در هم ادغام شوند. هر اتمی که تعداد الکترون‌ها + پروتون‌ها + نوترون‌هایش عددی فرد باشد، مثل پتاسیم – ۴۰ یک فرمیون است. گروه جین برای مقابله با خواص ادغام‌ناپذیری فرمیون‌ها از تأثیر میدان مغناطیسی بر آنها استفاده‌کردند.

حالت های مواد
علم فیزیک – حالت های مواد

میدان مغناطیسی سبب می‌شود اتم‌های تنهای فرمیون جفت شوند. قدرت این پیوند را میدان مغناطیسی تعیین می‌کند. جفت‌های اتم‌های پتاسیم برخی از خواص فرمیونیشان را حفظ می‌کنند، ولی کمی شبیه باسن‌ها عمل خواهند‌کرد. یک جفت فرمیون می‌تواند در جفت دیگری ادغام شود – و جفت تازه در جفتی دیگر …- تا سرانجام ماده چگال فرمیونی شکل‌گیرد. در اثر این پدیده، گران‌روی (Viscosity) ماده به وجود آمده باید بسیار کم باشد. جفت‌های فرمیون می‌توانند درهم فروروند و شبیه باسن‌ها عمل کنند. مشابه این پدیده را در ابررسانایی می‌بینیم. در یک ابررسانا، جفت‌های الکترون (الکترون‌ها فرمیون اند) می‌توانند بدون هیچ مقاومتی جریان یابند. متأسفانه مطالعه و دسترسی به ابررسانا‌ها بسیار مشکل است. گرم‌ترین ابررسانای امروزی می توانند در دمای (۱۳۵- )درجه سانتیگیراد عمل می‌کند و این بزرگ‌ترین مشکل برای مطالعه و استفاده از آنهاست. قدرت جفت‌شدن شگفت‌انگیز در حالت جدید، دانشمندان را امیدوار کرده‌است که بتوانند از یافته‌های خود درباره حالت تازه ماده، برای تولید ابررساناها در دمای اتاق استفاده ‌کنند.

حالت های مواد ، اخبارفیزیک ، مقالات فیزیک ، مطالب فیزیک ، فیزیک مدرن ، علم فیزیک

اخبارفیزیک ، مقالات فیزیک ، مطالب فیزیک ، علم فیزیک ، فیزیک نور ، اپتیک ، فیزیک الکتریسیته ، الکترونیک ، فیزیک کوانتوم ، الکترومغناطیس ، هسته ای ، فیزیک مدرن ، صوت ، علوم

منبع :www.irib.ir

آزمایش سقوط آزاد

آزمایش سقوط آزاد

تعیین شتاب گرانش با استفاده از سقوط آزاد اجسام:

آزمایش سقوط آزادعلم فیزیک – آزمایش سقوط آزاد

 

 

وسایل آزمایش :

دستگاه سقوط آزاد ، منبع تغذیه ، کرنومتر الکتریکی ، منبع تغذیه ، گلوله آهنی ، سیم های رابط.

تئوری آزمایش :

دید کلی :

هنگامی که جسمی از ارتفاعی رها شود، شتاب می‌گیرد و سرعتش از مقدار صفر افزایش می یابد.

جالب توجه است که در خلا ، تمامی اجسام از قبیل سنگ ، پر ، قطراتباران و ذرات گرد و غبار بطور یکنواخت شتاب می‌گیرند و باهم به زمین می‌رسند.

این قاعده صرفا به دلیل مقاومت هوا در مقابل سقوط اجسام ، که اثر آن بر «پر» مؤثرتر از اثر آن بر سنگ است، در زندگی روزمره که در محیط خلأ صورت نمی‌گیرد، صادق نیست.

شتاب حرکت سقوط آزاد :

شتاب سقوط آزاد اجسام در خلا به طبیعت جسم بستگی ندارد. بلکه فقط به محل جسم بستگی دارد.

این شتاب ثابت است و مقدار آن باشتاب گرانشی که با علامت g نشان داده می‌شود، برابر است که آن هم تحت عنوان شتاب ثقلی مطرح است و مقدار آن بر روی زمین برابر ۹٫۸m/s2 می‌باشد.

سقوط آزاد چیست؟

برای اینکه سنگی آزادانه سقوط کند، لازم نیست که شما آنرا در امتداد قائم رها کنید. می توانید سنگ را به طرف بالا ، پایین یا به اطراف پرتابکنید. به محض اینکه سنگ در هر جهتی اختیاری از دست شما رها شود، سقوط آزاد خواهد کرد.

اگر سنگی را در امتداد قائم به طرف بالا با سرعت ۲۵m/s پرتاب کنید ، چون شتاب به سمت پایین و در خلاف جهت سرعت است، سنگ بایستی در نقطه اوج حرکتش متوقف شده وبرگردد.

چون در حالت پایین آمدن شتاب در جهت حرکت است، سنگ سرعت می‌گیرد. اگر جسم در حال سکون ، خیلی سبک و یا سطح آن تخت باشد و یا اینکه از فاصله خیلی دور سقوط کرده باشد، مقاومت هوا قابل توجه می‌شود و شتاب جاذبه زمین در چنین حالتی متغیر می‌باشد.

آزمایش ساده :

فرض کنید شخصی در پشت بام خانه ایستاده و توپی را در راستای افق پرتاب می‌کند. توپ بدون هیچگونه سرعتی در راستای قائم ، از دست شخص رها می‌شود. اما ، نیروی گرانشی اجازه نمی‌دهد که این وضعیت ادامه یابد.

توپ بعد از رها شدن از دست شخص رها می‌شود. اما ، نیروی گرانشی اجازه نمی‌دهد که این وضعیت ادامه یابد.

توپ بعد از رها شدن از دست شخص با شتاب ۹٫۸ m/s2 به طرف پایین سرعت می‌گیرد و چون حرکت در امتداد قائم یک حرکت با شتاب یکنواخت است که از صفر شروع شده است،

 می‌توانیم از مجموعه معادلات استاندارد حرکتبا شتاب ثابت استفاده کنیم.

معادلات حرکت سقوط آزاد :

 معادله مکان حرکت سقوط آزاد جسم بر حسب زمان یک معادله سهمی شکل است که نقطه ماکزیمم (قله) سهمی در نقطه اوج جسم می‌باشد:

y = -gt2/2 + V0t


در این معادله Y مکان جسم ، t زمان ،  g شتاب جاذبه زمین و V0سرعت اولیه جسم می‌باشد.

معادله سرعت حرکت سقوط آزاد بر حسب زمان یک معادله خطی است که تا نقطه اوج شیب خط منفی و حرکت کند شونده و از آن زمان به بعد حرکت شتابدار تند شونده با شیب مثبتمی‌باشد:

V = -gt + V0


در این معادله V سرعت حرکت جسم می‌باشد.

·         معادله شتاب حرکت سقوط آزاد جسم مستقل از زمان بوده و در نزدیکی سطح زمین مقداری ثابت است و مقدار آن با دقت بالایی با شتاب گرانشی بر روی سطح زمین برابر است. a = g = 9.8 m/s2

·         معادله نیرو در این حرکت همانند شتاب مستقل از زمان بوده و با نیروی وزن جسم برابر است:

F = ma = mg =9.8 m/s2

 

·         معادله مستقل از زمان حرکت سقوط آزاد : در این معادله سرعت اولیه و نهایی ، ارتفاع سقوط و شتاب جاذبه در غیاب زمان به هم مربوط می‌شوند:

V2 – V02 = -۲gy

 

مسایل کاربردی سقوط آزاد :

از این نوع حرکت و معادلاتش در توجیه حرکت جسم افتان ، پرتاب موشک ، حرکت پرتابی ، حرکت گلوله توپ ، صعود و فرود هواپیما ، حرکت نوسانی سیستم جرم و فنر آویزان و غیره که هر کدام یاخودشان کاربردهای علمی پدیده‌اند و یا مکانیزم عملشان این حرکت را در خود دارد و جهت کنترل و داشتن سیستمی پایدار با بازده بالا از مفاهیم و معادلات این حرکت در آنها استفاده می‌شود

روش انجام آزمایش :

کرنومتر را به برق وصل و دستگاه را روشن کنید . قرقره بالای آن ، خاصیت آهنربایی پیدا  و گلوله آهنی را جذب می کند ارتفاع سقوط عبارت است از فاصله زیر گلوله تا روی صفحه قطع و وصل ، طول آنرا توسط خط کش مدرجی که روی پایه نصب شده است به دست آورید.

دکمه شروع کرنومتر را را فشار دهید ، جریان برق قطع و گلوله سقوط می کند درست در همان زمان کرنومتر شروع به کار می کند ، گلوله پس ازطی مسافت  به صفحه برخورد و کرنومتر را متوقف می کند ، زمان سقوط را کرنومتر نشان می دهد.

آزمایش را چند مرتبه تکرار کنید . میانگین زمانها را به دست آورید و مقدار  را محاسبه کنید ارتفاع را دو برابر و سه برابر بگیرید و به همین نحو آزمایش را تکرار کنید . نمودار تغییرات  بر حسب   را رسم کنید . دو برابر شیب خط برابر  است .

خطاهای مطلق و نسبی را برای هریک از ارتفاعهای سقوط پیدا و اعداد حاصل را در جدول زیر یادداشت کنید .

آزمایش سقوط آزاد

اخبار فیزیک ، مقالات فیزیک ، علم فیزیک ، فیزیک کوانتوم ، فیزیک نجوم ، مکانیک ، الکترومغناطیس

 منبع : آزمایشگاه فیزیک دانشگاه آزاد بافق

اتم – ملکول – ساختار اتم

اتم – ملکول – ساختار اتم

از مدتها قبل ،انسان می داند که تمام مواد از ذرات بنیادی یا عناصر شیمیایی ساخته شده اند. از میان این مواد،مثلاً می توان از اکسیژن ،گوگرد ،و آهن نام برد .کوچکترین ذره آهن ،یک اتم آهن و کوچکترین ذره گوگرد ،یک اتم گوگرد نامیده می شود .
آهن خالص فقط دارای اتمهای آهن است و گوگرد خالصل نیز فقط اتمهای گوگرد دارد . اتمها جرمهای گوناگونی دارند .سبکترین آنها اتم هیدوژن است .
اتمهای آهن بسیار سنگینتر از هیدروژن و اتمهای “اورانیم” از اتمهای آهن سنگینترند ،یعنی جرمشان بیشتر ایت .واژه اتم ،از بان یونانی گرفته شده و معنای آن در واقع “ناکسستنی” یا “تقسیم ناپذیر” است .
امروزه ما می دانیم که امها را هم می توان به اجزاء کوچکتر تقسیم کرد.ولی به هر حال ،اگر مثلاً یک اتم آهن را درهم بشکنیم ،اجزاء شکسته شده ،و دیگر آهن نسیتند و خصوصیات آهن را ندارند به این دلیل است که در بسیاری از کتابهای شیمی تعریف زیر در باره واژه “اتم” آورده شده است :
“یک اتم کوچکترین سنگ بنای یک عنصرشیمیایی است که کلیه خصوصیات ویژه آن عنصر را دارا بوده و در صورت تقسیم آن به اجزاء کوچکتر ،این خصوصیات را از دست خواهد داد “.
اتمها در مقایسه با کلیه چیزهایی که ما در زندگی معمولی خود با آنها برخورد می کنیم ،خیلی خیلی کوچک هستند .قطر یک اتم تقریباً سانتیمتر یا ۸ – ۱۰×۱ سانتیمتراست . با ذکر یک مثال می توان پی برد که اتمها چقدر کوچک هستند :
برروی کره زمین تقریباً ۵ میلیارد نفر زندگی می کنند. اگر هر نفر را یک اتم حساب کنیم و با این اتمها یک زنجیر بسازیم طول این زنجیر به زحمت ۵۰ سانتیمتر خواهد شد .
مولکول چیست؟ اتمها می توانند برای ایجاد ذرات بزرگنر با یکدیگر پیوند پیدا کنند و به اصطلاح “مولکولها ” را تشکیل دهند.به عنوان مثال ،دو اتم اکسیژن با یکدیگر تشکیل یک مولکول اکسیژن را می دهند. در طبیعت اغلب اوقات اتفاق می افتد که امهای عناصر مختلف به صورت مولکول با یکدیگر اتحاد می یابند .
یکی از معروفترین این اتحادها مولکول آب است . که ازیک اتم اکسیژن و دو اتم هیدوژن تشکیل شده است . یک مولکول آمونیاک ،یک اتم نیتروژن وسه اتم هیدوژن دارد .
آب و آمونیاک برخلاف اکسیژن و کربن عناصر شیمیایی نیستند بلکه ترکیبات شیمیایی از عناصر متقاوت هستند .کوچکترین ذره چنین ترکیبی مولکول نامیده می شود .چنانچه یک مولکول آب را تجزیه کنیم خصوصیات آب از دست می رود و فقط ذرات تشکیل دهنده آن یعنی هیدروژن و اکسیژن باقی می مانند که خصوصیاتی کاملاً متفاوت با آب دراند .
مولکولهانیز مثل اتمها به طرز غیرقابل تصوری کوچک هستند دریک لیوان ـآب معمولی تقریباً ۶۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰ یا ۲۴ ۱۰×۶ مولکول آب وجود دارد . اگر این لوان آب را به میزان مساوی بر روی تمام اقیانوسها و دریاهای کره زمین پخش کنیم درهر لیتر از آب دریاها ،چندین هزار مولکول از آب لیوان وجود خواهد داشت .
ساختار اتم چیست ؟ تقریباً ۷۵سال پیش “ارنست رادر فورد ” در انگلستان مطلبی را کشف کرد که فیزیک اتمی جدید را نبیان گذارد . اما اکنون به این مطلب می پردازیم .این فیزیکدان بریتانیایی یک ورق نازک طلایی را مورد اصابت ذرات آلفا قرار داد تا در ون اتمها را شناسایی کند .
اگر مواد در یک چنین ورق فلزی بطور متناسب و یکنواخت پخش بودند ذرات آلفا درهمان مسیر پرواز خود به حرکت ادامه می دادند،اگر چه در این حالت کمی از سرعت ذرات آلفا کاسته می شد. تمام “ذرات آلفا” تقریباً به همین شکل رفتار کردند .البته تعداد کمی نیز کاملاً از مسیر خود منحرف شدند درست مثل اینکه به یک گلوله کوچک اما خیلی سنگین برخورد کرده باشند “رادرفورد ” از این آزمایش چنین نتیجه گیری کرد که تقریبا تمام جرم اتم طلا در یک هسته بسیار کوچک وناچیز تمرکز یافته است .
هسته اتم کشف شده بود.امروز ه ما دقیقاً می دانیم ساختار اتم چیست .”اتم مانندیک منظومه شمسی کوچک است “. در مرکز اتم یک هسته بسیار کوچک قرار دارد که از نظر الکتریکی دارای با ر مثبت است و تقریباً تمام جرم اتم را تشکیل می دهد به دور این هسته ذرات کوچک و بسیار سبکی که دارای بار الکتریکی منفی هستند یعنی الکترونها در حرکت هستند.
اتمها ی سنگین تر ین فلزات در وقاع دارای “ساختمانی اسفنجی ” هستند و تقریبا فقط از فضای خالی تشکیل شده اند اگر هسته اتم را به برزگی یک گیلاس فرض کنیم ،ساختمان اتم با مدارهای اکترونی خود تقریبا به بزرگی “کلیسای دم ” در شهر کلن خواهد بود .
قطر هستهه اتم تقریبا برابر سانتیمتر یا ۱۲- ۱۰سانتیمتر می باشد به عبارت دیگر ۱۰۰میلیارد هسته اتم درکنار هم زنجیری به طول یک میلیمترخواهند ساخت .
ساده ترین اتم هیدروژن است . دراین اتم فقط یک الکترون به دور هسته بسیار کوچکی می گردد . در شرایط عادی این اکترون فقط پنج میلیارددم سانتیمتر یا ۹- ۱۰×۵ سانتیمتر از هسته فاصله دارد .اما این الکترون می تواند روی مدارهای دور تری نسیت به هسته نیز قرار گیرد و در اینجاست که متاسفانه و جه تشابه بین اتم و منظومه شمسی از بین می رود .
حرکت الکترون فقط روی مدارهای ویژه و معین یا به عبارت دیگر”تراز انرژی ” مشخصی امکان پذیر می بادش در حالی که سیاره ها در هر فاصله دلخواهی از خورشید می توانند حرکت کنند مثلا اگریک الکترون از یک مدار داخلی یا به عبارت دیگراز یکتراز پر انرژی تر به یک مدارداخلی یا یک تراز کم انرژی تر منتقل شود مقدار انرژی به شکل یک ذره یا “کوانت نوری ” یا “فوتون” رها می وشد چون فقط مدارها یا ترازهای انرژی کاملاً معینی وجود دارد در نتیجه فقط ذره های نوری یا انرژی کاملاً معینی نیز منتشر خواهند شد و به عبارت دیگردرنمودار موجی طول موجهای کاملا معینی پدیدار می شوند که انسان ار روی آنها می تواند درتمام کیهان یک انم هیدروژن را باز شناسایی کند.
این مطلب برای سایر عناصر شیمیایی نیزصادق است زیر بنای علم “طیف نگاری و طیف شناسی ” می باشد که به کمک آن مثلا می توان تشخیص داد چه نوع اتمهایی در آتمسفر خورشید وجود دارند .

منبع :physicsir.com و نقل از هوپا

الفبای فیزیک

الفبای فیزیک

الفبای فیزیک
علم فیزیک – الفبای فیزیک

الفبای فیزیک نیروها……….

ماهمواره بااعمالی مانند کشیدن،هل دادن وبلندکردن یک جسم سروکارداریم.این عمل کشیدن یا هل دادن یک جسم،نیرونامیده می شود.

نیرو را بر حسب نیوتن N اندازه می گیرند .

بردارهای نیرو…

یکی از روش هایی که می توان از آن برای نمایش نیروها بهره برد،رسم برداراست.

یــک بـردار نـیرو، پاره خطی جهتدار است،که ابتدای آن از نقطه ی اثر نـیرو شروع می شود.طول این پاره خط ،اندازه ی نیـرو و فلش آن ، جهت نیـرو را نـشان می دهد.

نیرو های واکنش …

هنگامی که شما با نیرو بر یک سطح فشار وارد می کنید، آن سطح نیز نیرویی را که سطح بر شما وارد می کند،نیروی واکنش و نیرویی را که شما بر سطح وارد می کنید ، نیروی کنش(عمل) می نامند.

قانون سوم نیوتون…

برای هر کنشی یک واکنش مساوی و مخالف ان وجود دارد.

نیروی گرانشی(ثقل)

میان دو جسم دلخواه ،نیروی کوچکی وجود دارد که موجب می شود آن دو جسم به طرف هم کشیده شوند.اگر اجسام مورد نظر زمین باشد ، این نیرو قابل توجه خواهد بود.ما(جسم۱)در هر جای زمین(جسم۲) که باشیم، نیرویی نسبتا قوی ما را به طرف سطح زمین می کشد.ما این نیروی کشش رو به پایین را نیروی گرانشی می نامیم.

وزن نیرویی که از طرف زمین به یک جسم وارد می شود و آن را به طرف خود می کشد، وزن جسم نامیده می شود.آن را بر حسب نیوتون اندازه گیری می کنند.اگر زمینی نباشد که جسم را به طرف خود بکشد، جسم نیز وزن نخواهد داشت.اما همچنان جرم خواهد داشت.

مزاحمت نیروی اصطکاک احساس نیروی اصطکاک ــ اگر انگشت خود را بر روی پشت دستتان بمالید ،نیروی اصطکاک را (گرما)بر روی پوست دستتان احساس خواهید کرد.

مفید یا مزاحم بودن اصطکاک ــ وقتی که نیروی اصطکاک اعمال می شود ، می تواند برایمان مفید باشد ویا موجب اذیت وآزارمان شود. مثلاً نیروی اصطکاک این امکان را به ما می دهد که دوچرخه را به حرکت درآوریم امّا از طرف دیگه ، رکاب زدن را برایمان مشکل می کند.

اصطکاک مخالف حرکت ــنیروی اصطکاک وارد بریک جسم همواره با نیرویی که سعی می کند جسم را به حرکت درآورد یا آن را درحالت حرکت نگه دارد ، مخالفت می کند.

اندازه گیری نیروها

یکی از راههای اندازه گیری نیرو ، استفاده از یک نیروسنج یا نیوتون سنج است. یکای اندازه گیری نیرو نیوتون نام دارد.

اندازه گیری میزان کشش اجسام…

میزان کشش اجسام به جنس ونیرویی که به آنها وارد می شود ، بستگی دارد وقابلیّت کشش برخی از آنها نسبت به بقیه بیشتر است.

قانون هوک…

بنا به قانون هوک ، افزایش طول اجسام با نیروی وارد بر آنها نسبت مستقیم دارد. نمودار نیروی وارد بر آن ، بر حسب افزایش طول آن ، به صورت یک خط راست در می آید که از مبدأ مختصات مگذرد.

حد کشسانی (الاستیک) ــاجسام اگر بیش از حد معینی کشیده شوند ،نمودار نیرو بر حسب طول ، به صورت خط راست در نمی آید .در این حالت ، اگر نیروی وارد بر جسم را حذف کنیم ، جسم به شکل اولیه خود بر نمی گردد. این حد معین را حد کشسانی (الاستیک)می نامند.

نیروهای متعادل

اثر چر خشی یک نیرو…

اجسام می توانند حول یک محور بچرخند. نیروی وارد بر جسم باید تا حدی از محور فا صله دا شته باشد.

اثر چر خشی یک نیرو را گشتاور نیرو می نامند که مقدار آن برابر است با:حاصلضرب نیرو در فاصلهعمودی نیرو تا نقطه اثر آن.

گشتاورهای متعادل اگر چند نیرو بر یک جسم اثر کند ، می توان گشتاور نیروهایی را که جسم را در جهت ساعتگرد می چرخانند با هم جمع کرد و یک گشتاور کل در جهت سا عتگرد به دست آورد. اگر جسم در حال تعادل با شد، این گشتاور به دست آمده با گشتاور کلی که در جهت خلاف ساعتگرد اعمال می شود، برابر خواهد بود.

اندازه گیری حرکت

اندازه گیری حرکت…

برای اندازه گیری فواصل زمانی، همواره باید از یک زمان سنج استفاده کرد.در این زمان سنج هنگامی که نوار کاغذی از زیرهرم مرتعش این زمان سنج می گذرد، نقاطی بر روی آن چاپ می شود. این زمان سنج همیشه۵۰ نقطه در هر ثانیه بر روی نوار کاغذی چاپ می کند . بنابراین با شمردن تعداد نقطه ها، می توان مقدار گذشت زمان (بازه زمانی) را حساب کرد.

تندی تندی یک جسم ، برابر با مسافتی است که جسم در یک ثانیه (یا یک ساعت) طی می کند. تندی یک جسم را می توان از معادله زیر حساب کرد:زمان/مسافت=تندی .

تندی را بر حسب مایل بر ساعت ، یا کیلومتربر ساعت ، یا متر بر ثانیه ، یا سانتی متر بر ثانیه اندازه می گیرند.

الفبای فیزیک : تندی و زمان…

ما در مسیری که طی می کنیم ، بازگشت زمان ، تندی ما نیز تغییر می کند . اغلب مهم است که بدانیم در هر لحظه با چه تندیی حرکت می کنیم . سرعت سنج اتومبیل ، تندی لحظه ای را نشان می دهد . این سرعت سنج در زمان های (۷،…،۱،۰)ثانیه تندیهایی را که نشان می دهد،به ترتیب برابر۰،۶،۱۲،۱۸، ۱۸،۱۸،۹ و۰ متر بر ثانیه است. با توجه به زمان تندیهای داده شده ، می توان نمودار سرعت اتومبیل را رسم کرد.

سرعت …

سرعت، تندیی است دریک جهت معین (یعنی سرعت دو قسمت دارد تندی وجهت).

جابجایی مسافتی است که دریک جهت معین توسط جسم متحرک طی می شود.

جمع سرعت ها…

مثلاً سرعت یک هاورکرافت مجموع دو سرعت است. اگر سرعت موتور۴متر بر ثانیه وسرعت باد ۳متر بر ثانیه باشد ، سرعت هاورکرافت می تواند ۱ متر بر ثانیه یا ۷ متر بر ثانیه محاسبه گردد، که مقدار هر یک از این سرعتها به جهت باد بستگی دارد.

نیرو و حرکت

نیرو به دو روش بر حرکت اجسام تأثیر می گذارد :

(۱)اگر جسم سا کن با شد ، سا کن می ما ند واگر متحرک باشد ، با سرعت ثابتی به حرکت خود ادامه دهد.

(۲)همواره یک نیروی نا متعادل ( نیروی بر آیند ) شتاب ایجاد می کند.

نیرو وشتاب

قانون دوم نیوتون درباره حرکت …

شتاب یک جسم با نیروی وارد بر آن متناسب است. این امر موجب می شود که جرم جسم ضریب ثابتی باشد و تغییر نکند .

الفبای فیزیک : محاسبه شتاب …

با استفاده از معادله S=1/2at^2 ،شتاب (a) را حساب کنید. زمان لازم برای چاپ ۵۰ نقطه یک ثانیه است. بنا براین ، a=2s می شود.

معادله ای برای قانون دوم نیوتون …

شتاب×جرم= نیرو

F=m a

اندازه حرکت

وقتی توپ را در حال حرکت را متوقف کنیم ، ضربهای احساس می کنیم. زیرا توپ اندازه حرکت دارد ومقدار آن برابر «سرعت توپ×جرم توپ» است.

اندازه حرکت کسب شده = ضربه

اندازه حرکت کسب شده = زمان× نیرو

مدت زمانی که نیرو اثر می کند/اندازه حرکت = نیرو

و به طور کلی،

آهنگ تغییر اندازه حرکت =نیرو

رابطهاخیر، شکل دیگر قانون دوم نیوتون است.

الفبای فیزیک : فشار

مقدار نیروی وارد بر سطح ۱m^2 ، فشار نامیده می شود.

P=F/A یا مساحت/ نیرو = فشار

فشار در مایعات

آب در داخل آکواریوم به طور تعجب آوری سنگین است و حتی سنگین تر از مقداری که فکرش را می کنید. وزن آب آکواریوم به طرف پایین بوده وفشاری بر ته مخزن وارد می کند. شما می توانید با تقسیم کردن وزن آب بر مساحت ته مخزن، این فشار را حساب کنید.

معادله ای برای فشار مایعات…

فشار درون یک مایع برابر است با مساحت تقسیم بر نیرو ، که در آن نیرو عبارت است از وزن مایعی که بالای مساحت مورد نظر قرار دارد.

فشار از طریق مایعات منتقل می شود

تلمبه دو چرخهای را پر از آب کرده وانگشت خود را روی سوراخ انتهایی آن قرار دهید. اکنون سعی کنید که با فشار دادن دسته تلمبه، آب داخل آن را متراکم کنید.

حجم آب داخل تلمبه کمتر نمی شود ونیرویی که به دسته تلمبه وارد می کنید از طریق آب به انگشت شما وارد می شود.

فشار سنج مانومتر

مانومتر لوله U شکلی است که حاوی مایع است و برای اندازه گیری فشار گاز به کار می رود. مخزن گاز از طریق لوله رابط به لوله Uشکل وصل است. فشار گاز در یک شاخه لوله U موجب پایین رفتن مایع و در شاخه دیگر موجب بالا رفتن آن می شود تا آنکه فشار مایع با فشار گاز به حالت تعادل درآید. فشار گاز را با اندازه گیری اختلاف ارتفاع مایع در دو ستون (بر حسب سانتیمتر یا متر ) تعیین می کنند.

بارومتر فلزی

بارومتر (جو سنج ) وسیله ای است که فشار جو را اندازه می گیرد. در یک جو سنج فلزی از یک قوطی فلزی نازک و دربسته ، که هوای داخل آن خارج شده است، استفاده می شود.

اگر فشار هوا بالا برود، قسمت بالا و پایین قوطی اندکی به طرف داخل فرو می رود واهرمی که متصل به زنجیر است موجب حرکت عقربه می شود. هنگام کم شدن فشار هوا، قوطی توسط فنر محکمی به حالت اولیه خود بر می گردد.

 

الفبای فیزیک : ذخیره انرژی به شکلهای مختلف …

انری ذخیره شده در اجسام را انرژی شیمیایی می نامند. انرژی ذخیره شده در اجسامی که درارتفاع بالایی قرار دارند ، انرژی گرانشی نامیده می شود. انرژی ذخیره شده در اجسام کشسان را انرژی کشسانی می نامند.

انرژی پتانسیل

انرژی شیمیایی ، گرانشی وکشسانی می توانند توسط اجسام ذخیره شوند، این انرژیها که قابلیت انجام کار را دارند، انرژی پتانسیل نامیده می شوند.

انرژی جنبشی

انرژی یک جسم متحرک را انرژی جنبشی می نامند. انرژیهای ذخیره شده می توانند موجب حرکت اجسام شوند.

انواع دیگر انرژی

گرما، نور وصوت از انواع دیگر انرژی هستند که از جایی به جای دیگر منتقل می شوند. گرما انرژی را از اجسام گرم به اجسام سرد منتقل می کند. نور انرژی را از لا مپها یا خورشید به نقاط دورتر منتقل می کند. صوت انرژی را از ارتعاشات یک جسم صدادار به نقاط دورتر منتقل می کند. انرژی الکتریکی نوع دیگری از انرژی است که می تواند به راحتی منتقل شود.

تبدیلات بیشتر انرژی

انرژی می تواند به راحتی به نوع دیگر تبدیل می شود. انرژی ذخیره شده می تواند آزاد شده و به انرژیهایی تبدیل شود که برای ما کار مفید انجام دهند. در تبدیل انرژیها همیشه مقداری انرژی به صورت انرژی گرمایی به هدر می رود. منشأ انرژی کجاست ؟

۱ – منبع انرژی روزانه …

بخش اعظم انرژی روزانه مورد مصرف ما توسط نور خورشید تأمین می شود. ‌این انرژی باید به انواع دیگری از انرژی تبدیل شود تا بتوان از آن استفاده کرد.

فوتوسنتز ــ گیاهان سبز انرژی نور خورشید را جذب کرده و آن را به انرژی شیمیایی تبدیل می کنند.

فوتوسل ــ فوتوسل وسیله ای است که انرژی نوری را به انرژی الکتریکی تبدیل می کند.

۲ – منابع انرژی فسیلی …

نفت، زغال سنگ و گازهای طبیعی قسمت عمده ای از انرژی مورد نیاز ما را به صورت انرژی شیمیایی ذخیره شده تأمین می کنند.

۳ – چند منبع انرژی دیگر …

مواد رادیو اکتیو (پرتوزا) ، به خصوص اورانیوم، منابعی از انرژی هستند که می توانند به گرما و الکتریسیته تبدیل شوند.

هسته مذاب زمین مقدار زیادی انرژی گرمایی دارد و گاهی گرمای ن به سطح زمین نیز می رسد.

۴ – انرژی حاصل از خورشید و ماه …

از جزر و مد دریاها که توسط حرکت خورشید و ماه ایجاد می شوند، می توان برای چرخاندن توربینها و تولید الکتریسیته استفاده کرد.

پایستگی انرژی (بقای انرژی )

ماشـین کـوکی کوچـکی را در نـظر بـگیرید که فنـرش را کوک مـی کنیم و شتاب می گیـرد. انرژی کشسانی فنـر به انرژی جنـبشی و گرمـایی (که کمی ماشین را گرم می کند )تبدیل می شود. مجموع انرژی جنبشی و گرمایی ایجاد شده با مقدار انرژی کشسانی فنر (که آزاد می شود ) برابر است.

یکای اندازه گیری انواع انرژی ژول (J) است. اگر فنر ۲۰ ژول انرژی کشسانی را از دست بدهد، این ۲۰ ژول انرژی باید بهصورت گرمایی و جنبشی ظاهر شود. بنابراین انرژی از بین نمی رود بلکه از نوعی به نوع دیگر تبدیل می شود. این اصل را که انرژی از بین نمی رود وتولید نیز نمی شود، بلکه از نوعی به نوع دیگر تبدیل می شود، « اصل بقای انرژی یا پایستگی انرژی » می نامند.

انتقال انرژی

کار …

وقتی جسمی جا به جا می شود. در این حالت ، می گوییم که کار انجام داده ایم. درحین انجام کار، انرژی منتقل می شود.

مقدار کار انجام شده را با را بطه زیر می توان بدست آورد :

تغییر مسافت درجهت اعمال نیرو × نیرو = کار انجام شده

غلبه بر نیری گرانش …

برای انکه جسمی را از روی زمین برداریم باید کار انجام بدهیم. یعنی برای غلبه بر کشش گرانشی باید نیرویی مصرف کنیم و جسم را بالا ببریم.

توان

یک شخص یا یک موتور قوی می تواند کار را سریعتر انجام بدهد. توان ( یا قدرت ) به عنوان کار انجام شده در ثانیه تعریف می شود و مقدار آن را می توان از معادله زیرحساب کرد :

P =W/t یا زمان لازم برای انجام کار / کار انجام شده =توان

مثال : اگر شخصی برای بلند کردن یک وزنه ، ۸۰۰ژول کار را در مدت ۱۰ ثانیه انجام دهد، می گوییم که توان بازوهای او برابر است با : وات ۸۰ = ثانیه / ژول ۸۰ =۱۰ /۸۰۰ . ۰وات به جای ثانیه / ژول به کار می رود ).

انرژی نوری

نور حامل انرژی است …

اجسامی که از خود نور گسیل میکنند را اجسام نورانی ( منیر) می نامند. اما اغلب اجسام نورانی نیستند و نمی توانند از خود نور گسیل کنند. این نوع اجسام را غیر نورانی ( مستنیر ) می نامند. ما اجسام غیر نورانی را به دلیل بازتابانیدن نور می توانیم ببینیم.

نوری که اجسام نورانـی گسیل مـی کنند، با سرعت خیلی زیـادی ( Km/s 300000 ) از آنـها دور می شـود و انـرژی را مـانند موج الکترومغـناطیسی با خود مـنتقل می کند. برخی از مواد می توانند انرژی نوری را به انواع دیگر تبدیل کنند. در فیلمهای عکاسی برای ثبت تصویر از انرژی نوری استفاده می شود.

الفبای فیزیک : ذره بین …

یک عدسی می تواند تصویرهای متفاوتی را تشکیل بدهد. اگر یک عدسی را نزدیک چشم خود بگیرید و آن را روی شست خود کانونی کنید ( تنظیم کنید )، تصویر شست خود را به صورت مستقیم و بزرگتر خواهید دید. این نوع تصویر را نمی توان بر روی یک پرده نمایش داد وآن را تصویر مجازی می نامند.

الفبای فیزیک : تصاویر در آینه…

اگر در مقـابل یـک آینه بـایستید وچـشم چپ خـود را ببندید، خواهیـد دید که تصـویر شما چشم راسـت خود را می بندد. بنـابراین، چـهرهای که شمـا از خودتـان در آینه می بینید با چـهره ای که دیـگران از شما مـی بینند ، تفاوت دارد .زیـرا سمـت راست شما در آیـنه، می شود، می گویند تصویر در آینه دارای وارونی جانبی است.

الفبای فیزیک : کار و گرما

گرما نوعی انرژی است که از اجسام گرم به اجسام سرد منتقل می شود.

موتورهای حاوی گاز داغ …

ما بدون « موتورهای گرمایی » نمی توانیم به نقاط دور دست مسافرت کنیم. در این موتورها از سوخت برای ایجاد گازهای داغ منبسط شده ودرنتیجه ایجاد حرکت، استفاده می شود. همچنین، این موتورها توان اتومبیلها وقایقها وموشکها را تأمین می کنند وژنراتورهای برق را راه اندازی می کنند.

توربینهای بخار …

در نیروگاهها به کمک توربینهای بخار، گرمای تولید شده را به انرژی الکتریکی ( برق ) تبدیل می کنند. در مرکز این توربینها چرخی قرار دارد که از یکسری پره تشکیل شده و به یک میله گردان وصل است. درون دیگ، آب تحت فشار زیادی جوشیده وبخاری با فشار بسیار زیاد تولید می کند. این بخار با شدت به پره های توربین برخود کرده و موجب چرخش آنها می شود. در یک توربین بخار که با دقت طراحی وساخته شده باشد، تنها یک سوم انرژی بخار صرف چرخاندن پره ها می شود.

موتورهای بنزینی …

در موتورها ی بنزینی، دراثر یک انفجار، گاز بسیار داغی ایجاد می شود. این گاز به جای خروج از موتو، موجب حرکت یک پیستون می شود. در این نوع موتورها، مخلوطی از قطرات بنزین وهوا به عنوان سوخت موتور مورد استفاده قرار می گیرد. این مخلوط در داخل سیلنر ( استوانه ) توسط جرقهئ شمع منفجر می شود وگاز بسیار داغی تولید می کند. این گاز داغ، پیستون را به شدت به طرف پایین می راند.

داخل یک موتور بنزینی معمولی چه اتفاقی می افتد ؟ …

پیستون یک موتور بنزینی چهار ضربه ای به ترتیب، به طرف پایین، بالا، پایین وبالا حرکت می کند. حرکت پیستون به طرف پایین وبالا یک ضربه نا میده می شود و هر ضربه اثر متفاوتی بر گازهای داخل سیلندر دارد. این ضربه ها به همین ترتیب و مدام تکرار می شوند.

انبساط جامدات

چرا گرما جامدات را منبسط می کند ؟…

وقتی یک جسم جامد گرم می شود، مولکولهای آن با انرژی بیشتری ارتعاش می کنند وفاصله مولکولها از یکدیگر نیز بیشتر می شود. در نتیجه، این جسم جامد در تمام جهات، اندکی بزرگتر ( منبسط ) می شود.

جریانهای همرفتی ( جابجایی )

الفبای فیزیک : انبساط وهمرفتی گرمایی …

همرفت ، انتقال انرژی گرمایی توسط جریانهای مایع گرم ( یا گاز ) است.

هنگامی که یک قطره از مایع گرم شود‌، منبسط شده وحجمش افزایش می یابد. البته مقدار ماده ( جرم آن ) تغییری نمی کند و در حجم منبسط شده پخش می شود. بنابراین چگالی یک مایع گرم کمتر از چگالی مایع سرد اطراف آن می شود. پس در یک ظرف محتوی مایع گرم وسرد، مایع سرد به طرف ته ظرف پایین خواهد رفت ومایع گرم بالا خواهد آمد. این مثال ساده، علت ایجاد جریان همرفتی را نشان می دهد.

الفبای فیزیک : انبساط هوا

با گرم کردن هوا، انبساط آن وبا سرد کردن هوا، انقباض آن را خواهید دید.

وقتی یک بادکنک را در داخل ظرف آب جوش قرار دهید، هوای داخل آن منبسط می شود ( حجم بادکنک زیاد می شود ) و وقتی از ظرف خارج کنید، سرد شده وهوای داخل آن منقبض می شود ( حجم بادکنک کم می شود ). اندازه گیری انبساط هوا …

وقتی که فشار گاز ثابت نگه داشته شود، حجم جرم معینی از گاز، متناسب با دمای کلوین آن است. به عبارت دیگر،

C مقدار ثابت = T دمای گاز بر حسب کلوین / حجم گاز V

الفبای فیزیک : رسانش گرما

قطعه ای از سیم مسی را بر روی شعله چوب کبریت نگهدارید. گرما سریعأ در سیم مسی منتقل می شود. با اینکه حرکت گرما دیده نمی شود اما وقتی که به انگشت شما می رسد آن را احساس می کنید. به این نوع انتقال انرژی گرمایی، رسانش یا هدایت گرمایی می گویند.

آزمایش : آیا آب رسانای خوبی برای گرماست ؟

یک لوله آزمایش بلند را از آب سرد پر کنید وآن را بهصورت کج بر روی شعله ملایم چراغ نگه دارید. مقداری پودر رنگی را بالای آب بریزید و وسط لوله آزمایش را بهآرامی حرارت دهید. بالا وپایین لوله را با دست لمس کنید تا دمای این دو نقطه را امتحان کنید.

آیا هوا رسانای خوبی برای گرماست ؟

عایقهای گرمایی خوب، نظیر پرها، بلوز های پشمی و پلی استایرن دارای حفره های کوچک هوا هستند. این حفره های کوچک، رسانای بدی برای گرما هستند، و عایقهای بسیار مؤثری به شمار می روند.در دما در صحبتهای روزمره، اغلب می گوییم که « امروز هوا گرم است » یا « این چای سرد است ». اصطلاح علمی برای بیان میزان گرم بودن اجسام را دما می نامند.

الفبای فیزیک : اندازه گیری دما

دماسنـجها طوری مدرج می شوند که دمـا را بر حسب درجـه سیلسیوس نـشان بدهند. یخ هـمیشه در دمـای یکسانـی ذوب مـی شـود کـه آن را صفر درجه سیلسیوس می نامند. بخار بالای آب در حال جوش در فشار معمولی نیز همیشه دمای یکسانی دارد که آن را ۱۰۰ درجه سیلسیوس می نامند. این دو دما را بر روی یک دماسنج مشخص می کند وفاصله بین آنها را به ۱۰۰ قسمت تقسیم می کنند و هر قسمت را یک درجه سیلسیوس می گویند.

دماسنجهای پزشکی ــ از دماسنجهای پزشکی برای اندازه گیری دمای بدن انسان استفاده می شود.

دماسنجهای الکترونیکی ــ در دماسنجهای الکترونیکی از یک شاخص میله ای استفاده می شود، این شاخص، دما را به ولتاژ تبدیل می کند ودستگاه اکترونیکی، این ولتاژ را به صورت یک عدد نشان می دهد.

الفبای فیزیک ، اخبارفیزیک ، مقالات فیزیک ، مطالب فیزیک ، فیزیک مدرن ، علم فیزیک

منبع :

فشار سنج و ارتفاع یک ساختمان

فشار سنج و ارتفاع یک ساختمان

فشار سنج و ارتفاع یک ساختمان
علم فیزیک – فشار سنج و ارتفاع یک ساختمان
علم فیزیک – فشار سنج و ارتفاع یک ساختمان

دانشجویی سر امتحان فیزیک به سوال زیر برخورد کرد:
“چگونه می توان با استفاده از یک فشارسنج ارتفاع یک ساختمان را حساب کرد”؟
او جواب زیر را برای این سوال نوشت:
“یک فشار سنج (ترجیحا خراب) را از بالای ساختمان به پایین می اندازیم و زمان رسیدن آن را به زمین محاسبه می کنیم ( t ) . با استفاده از فرمول h=1/2 at^2 + V0 t
و قرار دادن a=g=9.8 و V0=0 می توان ارتفاع ساختمان ( h ) را با دقت خوبی حساب کرد”. وی در ادامه نحوه اندازه گیری دقیق زمان و جزئیات دیگر را توضیح داد.
استاد درس که انتظار چنین جوابی را نداشت مساله را با همکارانش در میان گذاشت. تصمیم بر این شد که طی یک امتحان شفاهی از دانشجو بخواهند که جواب درست سوال را پیدا کند.
دانشجو ۱۵ دقیقه وقت داشت تا به سوال جواب دهد. او با عصبانیت کاغذ و قلمی برداشت و شروع به نوشتن کرد و توضیح داد که به دلیل جوابهای متفاوتی که در ذهن دارد باید به نحوی آنها را مرتب کند و بدون اینکه حرف دیگری بزند ۱۰ دقیقه تمام نوشت و بعد نوشته هایش را تحویل داد و رفت. پاسخ او چنین بود:

۱– جوابی که شما می خواهید این است که فشارهوا را در پایین و بالای ساختمان حساب کرده، از روی اختلاف فشار در واحد طول ارتفاع ساختمان را حساب کنبم، ولی دقت این روش بسیار پایین است و روشی که در امتحان نوشتم و روشهای دیگری که در ادامه می آیند، دقیق تر هستند.

۲- فشارسنج را با طنابی از بالای ساختمان به پایین آویزان می کنیم تا نزدیک سطح زمین برسد. اگر آنرا مانند یک پاندول با دامنه کم به نوسان درآوریم با محاسبه پریود نوسان پاندول می توان فاصله بام ساختمان تا مرکز ثقل فشارسنج را حساب کرد.

۳- فشارسنج را مانند روش قبل از بالای ساختمان آویزان می کنیم تا به سطح زمین مماس شود. با متر کردن طناب مصرفی می توان ارتفاع ساختمان را محاسبه نمود.

۴- در یک روز آفتابی فشارسنج را روی زمین می گذاریم. با اندازه گیری طول سایه فشارسنج و سایه ساختمان و با معلوم بودن ارتفاع فشارسنج، جواب مساله با یک تناسب ساده حل می شود.

۵- طول فشارسنج را با خط کش اندازه می گیریم و بعد ساختمان را با همان فشارسنج متر می کنیم.

۶- یک ستون آب به ارتفاع ساختمان درست می کنیم و فشار آب موجود در عمق انتهایی ستون را اندازه می گیریم. محاسبات بعدی بدیهی هستند.

۷- فشارسنج را می فروشیم و با مقداری از پول بدست آمده، یک متر به اندازه کافی بلند می خریم.

۸- ولی بهترین روشی که پیشنهاد می کنیم این است که به سرایداری ساختمان مراجعه کنید و از او بخواهید در ازای گرفتن یک فشارسنج نو، ارتفاع ساختمان را به شما بگوید.

نتیجه اخلاقی فشار سنج و ارتفاع یک ساختمان : دانشجو نمره سوال را گرفت.
نتیجه منطقی: سعی کنید همان جوابی را که از شما می خواهند بنویسید، چون ممکن است به اندازه این دوستمان خوش شانس نباشید!

فشار سنج و ارتفاع یک ساختمان ، اخبارفیزیک ، مقالات فیزیک ، مطالب فیزیک ، فیزیک مدرن ، علم فیزیک