سیاره سرخ

سیاره سرخ : رکورد جدید قدیمی‌ترین مدارگرد ناسا در سیاره سرخ

قدیمی‌ترین مدارگرد مریخ به نام «اودیسه مریخ»، شصت‌هزارمین مدارگردی خود حول سیاره سرخ را تکمیل کرد.

سیاره سرخ
علم فیزیک – سیاره سرخ

به گزارش سرویس علمی ایسنا، اودیسه که محصول پروژه تفحص مریخ است، از زمان رسیدنش به مدار این سیاره در ۲۴ اکتبر سال ۲۰۰۱، تاکنون ۱٫۴۳ میلیارد کیلومتر حول آن چرخیده است.

در طول دوره فعالیتش تاکنون، این فضاپیما دیدگاه انسان درباره سیاره سرخ را تغییر داده و ۲۰۸ هزار و ۲۴۰ تصویر از آن را با استفاده از «سیستم تصویربرداری انتشار حرارتی» به زمین مخابره کرده است.

مهم‌ترین کشف اودیسه وجود مقادیر عظیم توده‌های یخ آب در زیر سطح مریخ بود. این مدارگرد همچنین مشاهدات حیاتی را با نظارت بر سطوح تشعشع خورشید صورت داده که برای ماموریت‌های سرنشین‌دار به مریخ کارآمد خواهد بود.

اودیسه همچنین نقشه کاملی با بالاترین تفکیک‌پذیری را از مریخ ارائه داده و در سال ۲۰۱۴، ماموریت مستندسازی عبور دنباله‌دار Siding Spring از فاصله ۱۳۹ هزار و ۵۰۰ کیلومتری این سیاره را پوشش داد.

اودیسه همچنان با قدرت به ماموریت خود ادامه می‌دهد و گفته می‌شود ذخایر پیشرانه آن‌ تا ۱۰ سال دیگر باقی خواهند ماند.

فضاپیمای مزبور ارتباطاتش را با تیم زمینی ناسا حفظ خواهد کرد در حالی که تغییر مدار مریخ به آن امکان نظارت بر شرایط جو این سیاره را هنگام تابیدن پرتوهای خورشید بر این بخش فراهم خواهد ساخت. این امر فرصت بی‌نظیری برای ادامه دستاوردهای اودیسه در اختیار می‌گذارد.

اودیسه، زمینه‌ای بنیادین برای حضور نخستین انسان‌ها بر روی مریخ در دهه ۲۰۳۰ ارائه خواهد داد.

سیاره سرخ ، اخبارفیزیک ، مقالات فیزیک ، مطالب فیزیک ، فیزیک مدرن ، علم فیزیک

 

وقتی ۶ خودروی لکسوس له شدند

وقتی ۶ خودروی لکسوس له شدند

خواب‌آلودگی راننده ترانزیت، شش لکسوس شاسی بلند صفر کیلومتر را نابود کرد.

وقتی ۶ خودروی لکسوس له شدند
علم فیزیک – وقتی ۶ خودروی لکسوس له شدند
 

به گزارش ایسنا، عصر ایران با انتشار عکس‌هایی، به نقل از شهروند ادامه داده است: صبح روز چهارشنبه سوم تیرماه خودروهای لکسوس مدل ۲۰۱۵ که از بندر عباس در یک تریلر ترانزیت بارگیری شده بودند به سمت تهران حرکت کرد. شش خودروی صفر کیلومتر پشت به پشت یکدیگر قرار گرفته بودند و هیچ‌کس باور نداشت در یک چشم بر‌هم زدن تنها آهن‌پاره‌ای از این خودروهای لوکس باقی خواهد ماند.ترانزیت میلیاردی در حال حرکت در جاده شهر بابک بود که حادثه‌ای هولناک رخ داد. در پیچ کور جاده همزمان با تکان‌های شدید تریلر شش خودروی لکسوس شاسی بلند ناگهان از قسمت بار ترانزیت به کف جاده سقوط کردند.با اعلام این خبر به پلیس راه استان کرمان بلافاصله تیمی از ماموران راهنمایی‌ و رانندگی و آتش‌نشانی به محل حادثه اعزام شدند. این حادثه که در جاده جوزم – انار رخ داده بود تصویر عجیبی را در برابر ماموران قرار داد.شش خودروی لکسوس شاسی بلند در اطراف جاده واژگون شده بودند. تحقیقات اولیه نشان می‌داد خواب‌آلودگی راننده ترانزیت باعث واژگونی تریلر در جاده شده است.راننده این تریلر که خودش در این حادثه از ناحیه دست مصدوم شده بود، به بیمارستان منتقل شد.

وقتی ۶ خودروی لکسوس له شدند
علم فیزیک – وقتی ۶ خودروی لکسوس له شدند

وقتی ۶ خودروی لکسوس له شدند
علم فیزیک – وقتی ۶ خودروی لکسوس له شدند

وقتی ۶ خودروی لکسوس له شدند
علم فیزیک – وقتی ۶ خودروی لکسوس له شدند

وقتی ۶ خودروی لکسوس له شدند
علم فیزیک – وقتی ۶ خودروی لکسوس له شدند

وقتی ۶ خودروی لکسوس له شدند

در سال ۱۹۸۳ مدیرعامل و رییس هیئت مدیره وقت شرکت تویوتا، ایجی تویودا، جلسه‌ای فوق‌العاده با مدیران ارشد کمپانی تویوتا ترتیب داد و در آن جلسه از آنان پرسید، که آیا امکان دارد که تویوتا بتواند وارد کلاس خودروهای لوکس شده و با نام‌های بزرگ این کلاس رقابت کند؟! این پرسش تویوتا را وارد پروژه‌ای به نام اف۱ (فلگ‌شیپ ۱) کرد، که هدف آن، تولید خودرویی قابل رقابت با سایر اتومبیل‌های مطرح این کلاس بود.محصول نهایی پروژه اف۱ خودروی لکسوس ال‌اس بود. ولی در پی موفقیت تویوتا در فروش دو مدل جدید تویوتا کریسیدا و تویوتا سوپرا، مجریان پروژه اف۱ توسعه این دو مدل را آغاز کردند. همچنین طراحان این پروژه بر روی توسعه دو مدل دیگر تویوتا کراون و تویوتا سده نیز شروع بکار نمودند.در ماه مه سال ۱۹۸۵ تیمی از مهندسان پروژه اف۱ جهت توسعه طرح‌ها و مطالعات انجام شده و پیدا کردن نقطه شروع، به ایالات متحده سفر کردند و یک خانه در لاگونا بیچ، کالیفرنیا اجاره نمودند. در ژوئیه همان سال، ساخت اولین خودروی لکسوس در دستور کار قرار گرفت.ماه مه سال بعد یعنی ۱۹۸۶ زمان تست اولین خودروی تولید شده توسط پروژه اف۱ در شبکه اتوبان‌های آلمان بود. در سپتامبر همان سال شروع گسترده تست خودروی ساخته شده، در خیابان‌های آمریکا شروع شد.
وقتی ۶ خودروی لکسوس له شدند ، اخبارفیزیک ، مقالات فیزیک ، مطالب فیزیک ، فیزیک مدرن ، علم فیزیک

منشور

منشور

دید کلی

  • آیا تا به حال به چگونگی تشکیل رنگین کمان فکر کرده‌اید؟
  • طیف رنگی نور تابشی بر بلورها از جمله ساده‌ترینش خودکار شیشه‌ای یا پلاستیک شفاف را دیده‌اید؟
  • هاله رنگی دور لامپ الکتریکی را در هوای مه آلود مشاهده نموده‌اید؟
  • لایه‌های رنگی موجود در سطح مایعات مخلوط از جمله نفت و آب و … فهمیده اید و ماهیت فیزیکی اینها را لمس کرده اید؟در طبیعت از این پدیده‌ها بسیار است و همه آنها ماهیت نوری تقریبا واحدی دارند.
  •  
  • ماهیت منشور

  •  

    نوری که از شیشه منشور می‌گذرد، به لحاظ بستگی ضریب شکست به طول موج و یا پاشندگی مواد ، به رنگهای تشکیل دهنده آن تجزیه می‌شود (تجزیه نور سفید). مثلا نور سفید به طیف وسیع هفت رنگ خود تجزیه می‌گردد. بنابراین در بحث منشورها از پاشندگی نور می‌گذریم و منشورهایی را بررسی می‌کنیم که پاشنده نیستند، یعنی ضریب شکست آنها بستگی طول موجی ندارد، منشورهایی که می‌توان از آنها در آرایش سطوح بازتابنده چندگانه استفاده کرد. مزیت منشور بر مجموعه چند آینه این است که منشورها پس از تعبیه شدن در سیستم ، سمتگیری طراحی شده را حفظ می‌کنند و نیازی به تنظیم در دستگاه نهایی را ندارند. به غیر از اینکه خود منشور به عنوان یک مجموعه کل تنظیم شده باشد.
  • ساختار کلی

  •  

    • از آنجا که کلیه منشورها جهت بازتابیدگی به لایه‌های مواد فلزی و دی الکتریکها در سطح خود لازم ندارند، برعکس ، آینه‌ها وقتی مورد استفاده قرار می‌گیرند، کارآیی آنها تقریبا بدون اتلاف تابش است. و تنها اتلاف ناشی از ناخالصی و ناهمواریهای سطح منشور و بازتابشهای فرنل مربوط می‌شود که ناچیزند. آنچه مهم است تنظیم دائمی سطوح بازتابنده و بازتابش داخلی کلی است، استفاده از این منشورها در بیشتر دستگاههای نوری توصیه می‌شود.
     
     

    • دو مانع عمده در کاربرد منشورها وجود دارد آنها هم هزینه و وزن آنهاست; اگر مساحت سطح مقطع ورودی و خروجی یک منشور خیلی بیشتر از ۵ سانتیمتر مربع باشد، وزن آن قابل ملاحضه خواهد بود. همچنین هزینه ساخت و تولید یک تکه شیشه کلفت و صیقل دادن آن و تعبیه دقیق آن در جای مناسب قابل توجه خواهد بود، لذا در ابعاد سطح مقطعی بزرگتر از ۵ سانتیمتر مربع استفاده از آینه‌ها امتیاز بیشتری دارد و یا اینکه با تقریبی از منشورهای پلاستیکی شفاف استفاده می‌کنند.
    • در حالت کلی منشورهای باز تابش داخلی کلی و آینه‌های تخت به لحاظ کاربرد در سیستمهای مختلف با ملاحظه تمام پارامترهای طراحی دستگاه ، مکمل هم هستند.
    • باید بخاطر بسپاریم که در دستگاههای نوری کل یک منشور ظاهر نمی‌شود بلکه بعد از تنظیم منشور آن قسمتی از منشور که عمل می‌کند و در مسیر پرتوی ردیابی شده قرار می‌گیرد را نگه می‌داریم و سایر قسمتهای اضافی را جهت کاهش وزن و حجم می‌بریم و از دستگاه نوری خارج می‌کنیم.
    •  

    انواع منشورها و کاربردهای آنها

    منشور قائم الزاویه

  •  

    سطح مقطع این منشور ساده و از یک مثلث (درجه۴۵ – ۹۰ – ۴۵) ساخته شده است. نوری که از یک وجه کوچک آن وارد می‌شود در وتر آن بازتابیده می‌شود و از وجه کوچک دیگر خارج می‌گردد، به شرطی که ضریب شکست منشور بزرگتر از مقدار ۱٫۴۱۴ باشد یعنی (n1 > 1.414) که نور باز تابش داخلی کلی خواهد کرد که این هم یک مزیت دیگر منشور بر آینه‌هاست.

    منشور پنج وجهی

    منشور پنج وجهی یک منشور انحراف ثابت است، بدین معنی که پرتوی ورودی را ۹۰ منحرف می‌کند، بخاطر همین ویژگی به چنین منشوری گونیای اپتیکیمی‌گویند. در تنظیم و طراحی سیستمهایی که دارای مسیرهای متقاطع پرتویی به اندازه ۹۰ هستند، بسیار سودمند واقع می‌شوند. به سبب زاویه تابش کوچک نخستین بازتابش داخلی ، بازتابش داخلی کلی در اینجا صورت نمی‌گیرد. بنابراین سطوح بازتابنده یک منشور پنج وجهی باید با فیلمهای (پوششهای) بازتابنده پوشش یابند.

    منشور پورو

    این منشورها از ترکیب دو منشور راست گوشه بدست می‌آیند و در پیکر بندیهای انحراف ثابت ۱۸۰ درجه مورد استفاده قرار می‌گیرند، در حالیکه هر دو منشور تولید معکوس می‌کنند، ترکیب آنها تولید وارونی می‌کند. این دو منشور ، مسیر یک سیستم اپتیکی را تا می‌کنند (سیستم را در ادامه فرآیند از مسیر نور خارج می‌کنند) و همچنین یک تصویر را به اندازه نصف طول وتر در هر دو جهت افقی و عمودی جابجا می‌کنند. از منشور پورو می‌توان برای کاهش طول یک تلسکوپ کپلری استفاده کرد و همزمان با آن یک وارونی دیگر که برای راست کردن تصویر وارون تلسکوپ ضرورت دارد، بدست آورد. به همین دلیل ، در بسیاری از دوربینها و سایر دستگاههای دو چشمی ، از این منشور استفاده می‌شود.

  • منشور دوه
  •  

    نوری که به موازات قاعده یک منشور وارد آن می‌شود در درجه اول به قاعده منشور شکسته می‌شود، در آنجا بازتابش داخلی کلی می‌یابد. سپس در وجه مقابل می‌شکند تا دوباره به نوری موازی با قاعده تبدیل شود، از آنجا که قسمت رأس منشور اثری بر پرتوهای بازتابیده از سطح قاعده ندارد، معمولا حذف می‌شود (برش داده می‌شود). آنچه باقی می‌ماند یک منشور دوه نامیده می‌شود.پیمایش پرتوهای نور در یک منشور دوه معادل عبور آنها از یک تیغه شیشه‌ای است. بنابراین در زاویه تابش غیر عمودی پاشیدگی روی نخواهد داد. اگر هم باشد داخلی است و در سطح دوم جمع می‌شود. یکی از سودمندترین خواص منشور دوه آن است که چرخش منشور حول محوری به موازات جهت انتشار نور در بیرون منشور ، منجر به چرخش تصویر معکوس به اندازه دو برابر زاویه چرخش منشور می‌شود. تعداد ترکیبهای منشوری دیگر خیلی زیاد هست و برخی از آنها برای دستگاه نوری خاصی طراحی شده است.

  • محاسبه ضریب شکست منشورها
  •  

    ضریب شکست شیشه منشور به توسط رابطه زیر داده می‌شود:

    n = sin(A – Dm)/2 / sin(A + Dm)/2
    که در آن A زاویه رأس منشور بوده و Dm زاویه کمترین انحراف منشور است. زاویه کمترین انحراف منشور آنچنان زاویه‌ای است که با کوچکترین انحراف از آن زاویه ، منشور از حالت تنظیم خود خارج می‌شود و طیف منشور حذف می‌شود. به عبارتی در چنین زاویه‌ای ، منشور در آستانه تشکیل طیف نور تابشی است.

منبع : دانشنامه رشد

سایه صوت

سایه صوت (OMBRE ACOUSTIQUE)

آیا سایه صوت قابل مشاهده است؟

سایه صوت چه شکلی تشکیل می‌شود ؟

آیا سایه صوت را می‌توان همانند سایه نور تشخیص داد؟

چرا هنگام مکالمه با تلفن هر چند بلند حرف بزنیم باز صدای رسیده به طرف مقابل چندان تغییر نمی‌کند؟

چرا صوت موسیقی که ما در خارج از تالار می‌شنویم، به اندازه صدای داخل تالار برای ما جذاب نیست؟

بین صوت و نور ظاهرا جزئی اختلاف مشاهده می‌شود که لازم است راجع به آن توضیح دهیم. می‌دانیم که صوت و نور هر دو ماهیت موجی دارند و اکثر آنچه را که در مورد امواج نوری مشاهده می‌کنیم ، در مورد فیزیک امواج صوتی نیز قابل مشاهده است.

علل تشکیل سایه صوت

از جمله چیزهایی که وجودش در مورد فیزیک امواج نوری بخوبی قابل روئیت و مشاهده است سایه نور است. در صورتی که در فیزیک امواج صوتی معمولا سایه واضح مشاهده نمی‌شود. علت حقیقی این امر این نیست که امواج صوتی در برخورد با مانع ، تولید سایه نمی‌کنند. زیرا در عمل مانعی که ابعادش به اندازه طول موج صوت بزرگ باشد، در دسترس ما نیست.

پراش نور

بزرگی طول موج نور در حدود اعشار میکرونی می‌باشد. بنابرین ، هر گونه مانعی ولو کوچک هم که باشد ابعادش نسبت به طول موج نور بی‌نهایت بزرگ است. مثلا ابعاد در ، دیوار ، پرده و دسته صندلی ، برگ درختان و غیره هر کدام میلیونها دفعه و بیشتر بزرگتر از طول موج نور می‌باشند و البته وقتی مانع خیلی کوچک و یا باریک شود ، مثلا به کوچکی سوزن و یا به باریکی رشته مویی باشد. دیگر نمی‌تواند برای نور ، سایه خوبی درست کند. و در این حالت پدیده دیفراکسیون حادث می‌گردد و در پشت مانع بطریق خاصی نور مشاهده می‌شود.

دیفراکسیون صوت

طول موج صداهای انسانی در حدود متر است (برای حرف زدن معمولی مردان طول موج از ۲٫۵ -۳ متر و برای حرف زدن معمولی زنها طول موج از ۱٫۲ متر تا ۱٫۵ متر تغییر می‌کند) بنابرین مثلا دیواری که دارای ده متر باشد. نسبت به طول موج چندان بزرگ نیست و نمی‌تواند برای آن حائل خوبی باشد و از این جهت در اثر دیفراکسیون صوت صدای صحبت کننده از پشت آن شنیده می شود.

نمایش سایه صوت

اگر نت صوت خیلی زیر باشد مشاهده سایه آن آسانتر است. و می‌توان در آزمایشگاه با آنها سایه صوت را درست کرد. مثلا ممکن است با سوت گالتن (سوتی است که طول موج آن در حدود دسیمتر و اعشار آن می‌باشد) با بکار بردن مقوایی به ابعاد متر تا اندازه سایه صوت را قابل مشاهده نمود.

می‌دانیم که هر نوع صوتی با مشخصات سه گانه خود یعنی شدت ، ارتفاع ، طنین مشخص می‌گردد. و چون هر گونه صدایی مخلوط از صدای اصلی و هارمونیکهای آن و در نتیجه مخلوطی از صداهایی با ارتفاع مختلف می‌باشد. و لذا وقتی مانع در جلو فیزیک امواج صوتی قرار می‌گیرد ممکن است بعضی از آن صداها زیرترند بکلی متوقف گردند و برای آنها تولید سایه شود و یا بطور ناقص به پشت مانع برسند. بنابراین عمل مانع نسبت به صداهای زیر و بم یکسان نمی‌باشد. نتیجه اینکه ممکن است در خلا ، دیوار مشخصات صوتی که در جلوی آن درست شده است موجود نباشد. و بطور خلاصه صدا در رسیدن به پشت مانع تغییر نماید.

منبع : دانشنامه رشد

کشف شواهد بیشتر از شباهت قمر زحل به زمین

کشف شواهد بیشتر از شباهت قمر زحل به زمین

 

اخترشناسان موفق به کشف شواهدی از شباهت قمر تیتان به سیاره زمین شده‌اند.

کشف شواهد بیشتر از شباهت قمر زحل به زمین
علم فیزیک – کشف شواهد بیشتر از شباهت قمر زحل به زمین

به گزارش سرویس علمی ایسنا منطقه خراسان، طبق تحقیقات پیشین دانشمندان، تیتان که یکی از بزرگترین قمرهای سیاره زحل است، تنها جرم آسمانی بعد از زمین محسوب می‌شود که دارای منابع اثبات شده سطحی مایعات از جمله رودخانه، دریا و باران است. این قمر با اندازه‌ای بزرگتر از سیاره عطارد، از سطحی جامد و صخره‌ای برخوردار است.

دانشمند در کشف شواهد جدید خود از شباهت تیتان به زمین، نشان داده‌اند که گاز موجود در جو این قمر به صورت جریان بادهای قطبی از فضای آن خارج می‌شود.

دکتر اندرو کوتس، استاد فیزیک کالج دانشگاهی لندن در انگلیس و سرپرست پروژه بادهای قطبی گفت: درک مکانیسمی که به موجب آن، تیتان جو خود را از دست می‌دهد، جزو اولویت‌های تحقیقاتی ماست. تمایل داریم این مکانیسم را در تیتان و سایر اجرام آسمانی بررسی کنیم تا به درک بهتری درباره این پدیده دست یابیم.

دکتر کوتس و همکارانش با تجزیه و تحلیل داده‌های دریافتی از دستگاه طیف‌سنج پلاسمای فضاپیمای کاسینی ناسا (CAPS)که دور سیاره زحل در حال چرخش است، موفق به کشف گازهای خروجی حاوی ذرات معلق از جو قمر تیتان شدند.

طیف مشخصی از ذرات کشف شده، محققان را به این نتیجه رساند که در سطح این قمر، بادهای قطبی گسترده‌ای وجود دارد.

کوتس اعلام کرد: جو تیتان اساسا از نیتروژن و متان تشکیل شده و فشار این گازها، ۵۰ درصد بیشتر از سطح زمین است.

وی در ادامه افزود: طبق اطلاعات دریافتی از فضاپیمای کاسینی در چند سال گذشته، روزانه هفت تن هیدروکربن و نیتریل از جو تیتان خارج می‌شود، اما در آن زمان، توضیحی برای این پدیده وجود نداشت. این مطالعه جدید، شواهدی مستدل برای این رویداد ارائه کرده است.

فضاپیمای کاسینی برای اولین بار در سال ۲۰۰۶ از وجود ابرهایی بر فراز قطب شمال تیتان خبر داد. دانشمندان ناسا دریافتند که این ابرها بسیار شبیه به ابرهای قطبی موجود در لایه استراتوسفر بوده و حاوی مقادیری یخ متان است. پیش از این وجود ذرات یخ در جو تیتان کشف نشده بود.

این تحقیق در مجله Geophysical Research Letters منتشر شده است.

کشف شواهد بیشتر از شباهت قمر زحل به زمین ، اخبارفیزیک ، مقالات فیزیک ، مطالب فیزیک ، فیزیک مدرن ، علم فیزیک

 

کشف حسگر میدان مغناطیسی زمین

کشف حسگر میدان مغناطیسی زمین در مغز حیوانات برای نخستین بار

گروهی از دانشمندان دانشگاه تگزاس در آستین برای نخستین بار نورون‌های حساس به میدان مغناطیسی زمین را در مغز یک نماتود غیرانگلی کشف کردند.

کشف حسگر میدان مغناطیسی زمین
علم فیزیک – کشف حسگر میدان مغناطیسی زمین

به گزارش سرویس علمی ایسنا منطقه خراسان، تنها در چند گونه زیستی، نورون‌های مغزی به میدان مغناطیسی زمین پاسخ می‌دهند. ولی تا کنون نورون‌های حساس به مغناطیس در هیچ حیوانی کشف نشده‌ بود و محققان برای نخستین بار آن را در مغز نماتودهای Caenorhabditis elegans مشاهده کردند که که در آب‌های نواحی جزر و مدی زندگی کرده و از باکتری‌ها تغذیه می‌کند.

محققان دریافتند که C. elegansهای گرسنه که در لوله‌های پر شده با ژلاتین قرار می‌گیرند، تمایل دارند که به سمت پایین لوله حرکت کنند و این سازوکاری است که این حیوانات احتمالا زمانی که در جست‌و‌جوی غذا هستند، در پیش می‌گیرند.

وقتی دانشمندان این کرم‌ها را از دیگر نقاط جهان به آزمایشگاه منتقل کردند، دریافتند که کرم‌ها به سمت پایین لوله‌ حرکت نکرده، بلکه بر حسب منطقه‌ای که کرم‌ها از آنجا آمده‌ بودند – هاوایی، انگلستان یا استرالیا – با درجه انحراف مشخصی نسبت به میدان مغناطیسی زمین به جهات مختلف حرکت می‌کنند. به عنوان مثال C. elegans‌های استرالیایی به سمت بالای لوله حرکت می‌کنند.

جهت میدان مغناطیسی زمین از یک نقطه به نقطه دیگر فرق می‌کند و سیستم حسگرهای حساس به میدان مغناطیسی در هر کرم بر حسب محیط محلی خودش تنظیم شده‌است که باعث می‌شود کرم به سمت بالا یا پایین حرکت کند.

مشخص شده است که نورون‌های حساس به نیروی مغناطیسی که نورون AFD خوانده می‌شوند، به سطوح دی اکسید‌کربن و دما حساس‌اند.

کشف حسگر میدان مغناطیسی زمین ، اخبارفیزیک ، مقالات فیزیک ، مطالب فیزیک ، فیزیک مدرن ، علم فیزیک

منبع : ایسنا

انرژی پتانسیل

انرژی پتانسیل

انرژی پتانسیل صورتی از انرژِی است که در اجسام به‌صورت نهفته وجود دارد و قابل تبدیل به انرژی جنبشی می‌باشد. به‌طور مثال انرژی پتانسیل شیمیایی نهفته در مواد غذایی پس از فعل و انفعالات شیمیایی در ماهیچه‌ها تبدیل به انرژی جنبشی می‌گردد.

انرژی پتانسیل
علم فیزیک – انرژی پتانسیل

انرژی به شکلهای مختلف پدیدار می‌شود. یکی از آنها انرژی پتانسیل یا انرژی ذخیره‌ای است. این شکل انرژی چه شباهتها یا چه تفاوتهایی با صورتهای دیگر انرژی دارد؟ چگونه می‌توانیم از آن بهره گیری کنیم؟ انرژی شیمیایی به انرژی هسته‌ای، انرژیِ گرانشی، انرژیِ الکتریسته ساکن و انرژی مغناطیسی، نمونه‌هایی از انرژی پتانسیل هستند. انرژی ذخیره‌ای می‌تواند برای ما اهمیت زیادی داشته باشد.

برای مثال، هنگامی که تلویزیون روشن می‌کنیم و مأموریت رفت و برگشت سفینه‌ای فضایی را به تماشا می‌نشینیم، در واقع از انرژی الکتریکی استفاده می‌کنیم که از انرژی ذخیره‌ای (مثلا انرژی ذخیره‌ای گرانشی آب ذخیره شده در پشت سد) حاصل می‌شود. یا تبدیل انرژی ذخیره‌ای شیمیایی موجود در سوخت موشکها به انرژی جنبشی است، که سفینه از سکوی پرتاب به فضا پرتاب می‌شود. باتریهای مورد استفاده از فلاش دوربینها یا در رادیوهای کوچک، بنزین مصرفی برای راندن اتومبیلی و بالاخره، غذایی که می‌خوریم همه و همه محتوی انرژی ذخیره‌ای هستند.

سیر تحولی و رشد با توجه به نقش مهم انرژی پتانسیل در عرصه‌های دانش به فناوری زندگی روزانه، ممکن است چنین تصور شود که از زمان تشخیص شناسایی این انرژیِِ مدتی طولانی گذشته است، اما اینطور نیست. مفهوم نیرو را که بستگی نزدیکی با انرژی ذخیره‌ای دارد. اولین بار آیزااک نیوتن در قرن هفدهم مطرح کرد. ولی مفهوم انرژی یا پایستگی انرژی تا قرن نوزدهم مطرح نشد. مدتها قبل از آن، در اواخر قرن هفدهم، هویگنس در بحث حرکت، به انرژی ذخیره‌ای اشاره کرده بود؟ اما اصطلاح انرژی پتانسیل را بکار نبرده بود و اهمیت آن را نیز در نیافته بود. در اوایل قرن هیجدهم ژاک برنولی کار مجازی را که مشابه انرژی ذخیره‌ای است توصیف کرده، ولی به اهمیت آن پی نبرد.

در اواخر قرن هیجدهم و اوایل قرن نوزدهم، ژوزف لاگرانژ، لاپلاس، پواسون و جورج گرین مفهوم پتانسیل الکتریکی را (که به انرژی ذخیره‌ای الکتریکی بسیار نزدیک است). در فرمول بندی ریاضی اثرات الکتریکی بکار بردند، اما آن هم به اهمیت انرژیِ پتانسیل پی نبرد. تمرکز این دانشمندان روی مباحث مکانیک و گرما بود. بحثهای بعدی تمام حوزه‌های علوم فیزیکی را در برگرفت. پس از این کارها بود که با تلاش بسیاری از مهندسان و دانشمندان توجه به اهمیت انرژی ذخیره‌ای بیشتر و بیشتر شد.

انرژی پتانسیل در کجا و چگونه ذخیره می‌شود؟ انرژی پتانسیل، نوعی انرژی ذخیره شده است. انرژی ذخیره‌ای ، اثری سیستمی است و برای جسمی کاملا منزوی وجود ندارد. جسم به اعتبار خود کمیت مکانی‌اش نسبت به سایر اجسامی که بر آن نیرو وارد می‌کنند و یا به دلیل موقعیت مکانی‌اش در میدانی که بر آن نیرو وارد می‌کنند، دارای انرژی ذخیره‌ای است. هیچ جسم منفردی انرژی ذخیره‌ای ندارد. همه اجسامی که برهمکنش متقابل دارند، بطور جمعی انرژی ذخیره می‌کنند.

توپی که روی میز است انرژی ذخیره‌ای گرانشی دارد و این به گونه‌ای است توپ و زمین هر دو در ذخیره سازی این انرژی سهیم‌اند. این انرژی از آنجا ناشی می‌شود که زمین و توپ بر یکدیگر نیرو وارد می‌کنند. اگر توپ با زمین در مکان خود نبودند انرژی ذخیره‌ای گرانشی نمی‌توانست وجود داشته باشد. در دور و میدان نیز انرژی ذخیره‌ای  از فضایی که میدان وجود دارد ذخیره می‌شود.

انرژی پتانسیل
علم فیزیک – انرژی پتانسیل

ویژگیهای انرژی پتانسیل

در واقع، این تغییرات انرژی پتانسیل است که در خور اهمیت است نه مقدار آن قبل یا بعد تغییر. اگر چه مکانی که در آن انرژی ذخیره‌ای صفر می‌تواند انتخاب مفیدی باشد به مانند سطح دریا به عنوان مبنای صفر انرژی ذخیره‌ای گرانشی زمین و یا سطح داخلی خازن استوانه‌ای به عنوان مبنای صفر انرژی الکتریکی ذخیره شده در آن، اما این انتخابها هیچ یک الزامی نیست. زیرا آنها اختلاف انرژی ذخیره‌ای بین مکانهای مختلف است که اهمیت دارد. اندازه اختلاف پتانسیل هرگز هیچ ربطی به چگونگی پیدا شدن آن ندارد. یعنی این تغییر مستقل از مسیر است. این یکی از ویژگیهای اساسی انرژی ذخیره‌ای است.

تغییرات انرژی ذخیره‌ای ممکن است به پیدایش انرژی جنبشی، انرژی الکتریکی، یا انرژی گرمایی منجر شود. فناوری نوین بر همین پایه استوار است، دستیابی به چنین تغییری به پایداری انرژی ذخیره شده بستگی دارد. برای انرژی ذخیره‌ای سه نوع منحنی می‌توان در نظر گرفت: اگر چه این سخنها معرف همه حالتها نیستند، اما نشان می‌دهند که چگونه انرژی ذخیره‌ای ممکن است با مکان تغییر کند.

می‌توان جسم کوچکی مثل گلوله‌ای مرمرین را روی یک کاسه وارونه (در حالت ناپایدار)، درون کاسه (در حالت پایدار) یا در فرورفتگی کاسه وارونه‌ای که لبه دارد (در حالت شبه پایدار) در نظر گرفت. آنگاه کاسه نقش منحنی انرژی پتانسیل هسته‌ای را خواهد دانست.

در حالت پایدار تغییر نامحتمل است.

در حالت شبه پایدار غلبه بر سد پتانسیل (یعنی بالا رفتن از لبه) مستلزم انرژی اضافی است، مثلا این انرژی اضافی می‌تواند از جرقه‌ای که بخار بنزین را در سیلندرهای موتور خودرو مشتعل می‌کند ناشی می‌شود. در برخی موارد نادر هیچ انرژی اضافی لازم نیست. مثل وقتی که ذره‌ای در هسته اتم سد پتانسیل را طی فرآیندی به نام تونل زنی سوراخ می‌کند. کاربرد حالتهای انرژی پتانسیل در صنعت در فناوری نوین تعادل شبه پایدار ترجیح داده می‌شود. زیرا انرژی پتانسیل می‌تواند تا زمانی که ما بخواهیم در حالت تعلیق باقی بماند. که نمونه آن در روشن کردن رادیوی ترانزیستوری و تبدیل انرژی شیمیایی باتری به انرژی الکتریکی می‌توان نشان داد.

تغییر انرژی پتانسیل هر تغییر انرژی پتانسیلی به پیدایش نیرویی می‌انجامد. نیروی گرانشی ای که در حالت تعادل ناپایدار موجب می‌شود که گلوله روی سطح خارجی کاسه به پایین بلغزد. اندازهٔ نیرو را از شیب سختی می‌سنجیم. هر چه این شیب تندتر باشد قویتر است. البته همه نیرو، از تغییر انرژی پتانسیل ناشی نمی‌شوند. نیروهایی که این گونه‌اند. نظیر نیروی گرانشی و نیروی کولنی نیروی تابعی پایستاری، داریم:

F = – du/dx و u = -∫F dx

که در آن F نیرو ، u انرژی پتانسیل و x مکان است.

نیروهایی که از تغییر انرژی پتانسیل ناشی نمی‌شوند، نظیر نیروی اصطکاک، نیروهای ناپایستارند. برای چنین نیروهایی، انرژی پتانسیل قابل تبیین نیست.

انرزی پتانسیل گرانشی با حرکت دادن جسم در خلاف جهت نیروی گرانشی در جسم ذخیره می‌شود. هر چه فاصله جسم از مرکز زمین بیشتر باشد و یا به عبارت دیگر ارتفاع بیشتری داشته باشد انرژی ذخیره شده در جسم بیشتر است. جسمی که در مرکز زمین قرار گرفته کمترین انرژی پتانسیل و جسمی که در فاصله بی‌نهایت از مرکز زمین قرار گرفته است بیشترین انرژی پتانسیل را داراست. آبی که در پشت سد ذخیره شده است دارای انرژی پتانسیل گرانشی می‌باشد که توربینژنراتور این انرژی را به انرژی الکتریکی تبدیل می نمایید. فرض کنید شخصی پایین یک تپه ایستاده است و به یک توپ ضربه می زند توپ شروع به حرکت می‌کند و از تپه بالا می رود سرعت توپ لحظه لحظه کم و بالاخره توپ برای یک لحظه متوقف می‌شود یعنی سرعت توپ صفر می‌شود انرژی که توپ در این لحظه دارد انرژی پتانسیل گرانشی نامیده می شود. انرژی پتانسیل گرانشی از رابطهٔ زیر به دست می‌آید :

u = mgh

انرژی پتانسیل ، اخبارفیزیک ، مقالات فیزیک ، مطالب فیزیک ، فیزیک مدرن ، علم فیزیک