تبلیغات
دانش ما - فیزیک2

کنکور و نمونه سوال
پاد ماده (ضد ماده)
طبقه بندی : فیزیک - مقالات


ضدماده ما انسانها و هر آنچه در اطراف ماست از موجودات زنده زمین و سیارات ، خورشید و دیگر ستارگان ، همه از ماده ساخته شده‌ایم. اما با تصور وجود یك جهان دیگر كه مانند تصویر آینه‌ای جهان كنونی ما باشد، چه احساسی به شما دست میدهد؟ البته وجود چنین جهانی پذیرفته نیست. با این حال جهان ذرات زیر اتمی (الكترون ، پروتون ، نوترون ، ...) چنین همتایی دارد و هر یك از این ذرات برای خود همتایی در آن جهان دارند كه به اصطلاح پاد ذره آن ذرات مینامند. تاریخچه دیراك فیزیكدان معروف در 1928 چنین استنباط كرد كه همه مواد میتوانند در دو حالت وجود داشته باشند. وی در آغاز نظریه خود را در مورد الكترون بیان كرد و اظهار داشت كه باید ذراتی به نام ضد الكترون هم وجود داشته با شد. این گفته تحقق یافت و فیزیكدان آمریكایی كارل اندرسون در 1932 ضد الكترون و یا پوزیترون را كشف كرد. پس از اكتشاف دیراك و اندرسون ، سرانجام در اكتبر 1955 اییلوگسلر ، فیزیكدان اهل ایتالیا توانست در شتابدهنده بیوترون در آزمایشگاهی در كالیفورنیا پاد پروتون و یك سال بعد 1956 پاد نوترون را آشكار كند. اما دانشمندان پارا فراتر گذاشته و در پی ساخت پاد اتم و پاد مولكول برآمدند. مكانیزم اینكه اصلا پاد ذرات چیستند ، چه خواصی دارند و در قیاس با همتای ماده‌ای خود چگونه رفتار میكنند، مدتی فیزیكدان را به خود مشغول كرد؟ ابتدا این تصور وجود داشت كه پاد ماده در واقع تصویری از ماده در آینه است. این بدان مناست كه پاذرات ، باید باری مخالف و هم اندازه و جرمی قرینه جرم تصویری خود در دنیای ماده داشته باشند. بحث بار الكتریكی كاملا پذیرفته شده بود. اما جرم منفی بسیار دشوار مینماید. ویژگی دیگر پاد ذرات ، ویژگی نابودی در صورت برخورد و تماس با پاد ماده خود است. در این انهدام مشترك هر دو نابود میشوند، و به مقدار قابل توجهی انرژی كه بیشتر به صورت پرتوهای گاما ظاهر میشود، در میآیند. البته اگر این انرژی به اندازه كافی زیاد باشد، میتواند به جفت ماده و پاد ماده دیگری نیز تبدیل شود كه این تصویر خوبی از تبدیل ماده و انرژی به یكدیگر و بیان فرمول معروف انیشتن است. پاد ذرات از برخورد شدید ذرات دیگر بوجود میآیند. این وظیفه به عهده شتابدهنده‌ها است. در توضیح اینكه چرا ما بیشتر ماده را میبینیم تا ضد ماده ، در تاریخ كیهان آمده است. در مرحله دوم از هشت مرحله یا مقطع تاریخ كیهان آمده است كه اولین سنگ بناهای ماده (مثلا كوارك و الكترون و پاد ذرات آنها) از برخورد پرتوها ، با یكدیگر بوجود میآیند. قسمتی از این سنگ بناها دوباره با یكدیگر برخورد میكنند و به صورت تشعشع فرو میپاشند. در لحظه های بسیار بسیار اولیه ، ذرات فوق سنگین نیز میتوانسته‌اند بوجود آمده باشند. این ذرات دارای این ویژگی هستند كه هنگام فروپاشی ، ماده بیشتری نسبت ضد ماده (مثلا كوارك‌های بیشتری نسبت به آنتی كواركها) ایجاد كنند. ذراتی كه فقط در میان اولین اجزای بسیار كوچك ثانیه‌ها وجود داشتند، برای ما میراث مهمی به جا گذاردند كه عبارت از فزونی ماده در برابر ضد ماده بود. آزمایش ساده برای تصور جسم منفی ، ماهی باهوشی را تصور كنید كه به سطح آب میآید و به قعر آن نمیرود. همچنین فرض كنید حباب‌هایی از داخل بطری كه در كف اقیانوس قرار دارد به سمت بالا حركت میكنند. ماهی باهوش با مشاهده حباب‌ها شدیدا علاقمند خواهند شد به آن جرمی منفی نسبت دهد. زیرا در خلاف جهت نیروی وارد از سوی جاذبه زمین حركت میكنند. با این تصورات ، فیزیكدانان وجود چنین حالتی را برای پاد ماده غیر تحمل میدانند. آینده پاد ماده نویسندگان داستان غیر علمی ، تخیلی بر این باورند كه میتوان با استفاده از ماده و پاد ماده ، فضاپیماهایی را به جلو راند. یك فضاپیمای مجهز به موتور ماده - پاد ماده در كسری از مدت زمان كه امروزه یك فضاپیمای مجهز به موتور هیدروژن مایع لازم دارد تا به ستارگان همسایه خورشید برسد، ما را به آن سوی مرزهای منظومه شمسی (خورشیدی) خواهد برد. سرعت این چنین فضاپیمایی در مقایسه با سرعت شاتلهای فضاهای كنونی هم ، چون سرعت یك یوزپلنگ در مقابل لاك پشت است. این فضاپیما میتواند سفر یازده ماهه جستجوگر سیاره بهرام را یك ماهه به انجام رساند. دیگر توانایی پاد ماده در ایجاد سرعتهای بسیار بالا و نزدیك به سرعت نور است. اما این بار به جای سفر در كیهان ، سفر در زمان مورد نظر است. این تصور جدید از زمان ، به ما میآموزد كه میتوان با سرعت گرفتن ، نقطه خاصی از فضا- زمان را كمتر منتظر گذاشت و این همان جایی است كه پاد ماده به كمك ما میشتابد

منبع :
متن از elmiran1.mihanblog.ir

تشعشعات چرنکوف (Cherenkov Radiation)
طبقه بندی : فیزیک - مقالات

اشعه ی چرنکوف (Cherenkov Radiation) اولین بار در چندی قبل از سال 1900 میلادی در آزمایشات ماری و پیر کوری (Mary-Pierre Curie) هنگامیکه آنها پرتوزایی مواد رادیواکتیویته را بررسی می کردند دیده شد.
طبیعت پدیده ی جدید به صورت تشعشع اما نامخشص بود.

اولین تلاش برای درک ماهیت این پدیده ی جدید در سال 1926 میلادی توسط مالت (Mallet) انجام شد.
او فهمید نوری که از مواد مجاور یک منبع رادیواکتیو منتشر می شوند همیشه به صورت آبی فام – سفید و طیف آنها پیوسته است.
به همین دلیل این خاصیت فلئورسانس (Fluorescence) نبود. (در خاصیت فلئورسانس در بین رنگ ها در طیف ماده گستگی وجود دارد).
او همچنین فهمید که این پدیده ین نوع پرتوزایی است اما از طبیعت آن چیزی در نیافت!
این ناشناختگی تا سالهای 1937-1934 ادامه داشت تا آنکه آزمایشات پی. ای. چرنکوف (P.A.Cherenkov) در سال 1934 و در تکمیل آن نظریات آی. ای. تم (I.E.Tamm) و آی. ام. فرانک (I.M.Frank) در سال 1937 طبیعت این تشعشعات را آشکار کرد.
اگرچه اثرات آن تا سال 1958 به خوبی شناخته نشد. در میان آن نیز آزمایشات زیادی انجام گرفت.
برای مثال در سال 1947 اولین وسیله برای شناخت این تشعشعات توسط گتینگ (Getting) اختراع شد. وظیفه ی این دستگاه اکتشاف ذره ای بود که از خود تشعشعات چرنکوف منتشر می کرد.
البته لازم به ذکر است که اولین دستگاهی که موفق به انجام این کار شد (توانست دنباله ای از این تشعشعات را در گاز پیدا کند) را اسکل (Ascoll) در سال 1953 اختراع کرد.
اگرچه در همان سال دستگاه دیگری توسط گالبیراث (Galbraith) و جلی (Jelley) اختراع شد که توانست این تشعشعات را همراه با افزایش نور در نزدیکی آسمان مشاهده کند.
از آن به بعد آزمایشات همگی سعی می کردند که تشعشعات چرنکوف را در اتمسفر دنبال کنند.

قبل از معرفی تشعشعات چرنکوف باید این مطلب را ذکر کرد که این تشعشعات هیچ ارتباطی با برامزاشتراهلونگ (Bremsstrahlung) ندارند. اثر مذکور اثری است که در آن پرتوزایی با حرکت الکترون ها و برخورد اتم ها ایجاد می شوند.
اما اثر چرنکوف پرتوزایی را با توجه به حرکت ذرات در میادین بررسی می کند.
تفاوت بین این دو نوع پرتوزایی هنگامی بسیار مشخص می شود که دو جرم بسیار بزرگ را برای ذرات در نظر بگیریم.
در این صورت ذره ی تحت تاثیر برامشترالنگ ناپدید می شود اما ذره ی متاثر از چرنکوف بدون تاثیرپذیری باقی می ماند.
تشعشع چرنکوف همراه با حرکت تاکیونی ذرات باردار در اتمسفر منتشر می شوند. (حرکت تاکیونی حرکتی با سرعت بالاتر از نور است).
پرتوزایی تحت تاثیر مقدار n در معادله ی (1.1) می باشد که در آن مقدار انکسار (n) متناسب با چگالی اتمسفر است.
شکل هندسی ساده از این فرآیند برای این است که ذرات ماورای روشنایی حرکت می کنند(به صورت Superluminal) که در این حرکت یک تصادم (تلاطم) معمولی در امواج به دلیل انرژی کم در پشت ذرات ایجاد می شود. (تصادم امواج در امواج پشت ذرات بعد از حرکت ایجاد می شود).
شکل: ساختمان هایجن ها (Huygens) برای مشخص کردن ارتباط :
(از این شکل با توجه به مسیر حرکت ذره می توان فهمید که این تشعشعات تنها در زوایای خاصی (θ) با نام زاویه ی چرنکوف منتشر می شوند. این زاویه مکانهایی را نشان می دهد که در آنها امواج از نقاط دلخواه مانند P1,P2,P3 بر مسیر AB وابسته و مرکب در مقابل خط مسطح BC هستند. این وابستگی هنگامی رخ می دهد که ذره از A به B حرکت کند که زمان حرکت این ذره برابر با زمانی است که نور طول می کشد تا از A به C سفر کند).

 

اگر سرعت ذره V یا β.C باشد که در آن C سرعت نور در خلا و (C/n) سرعت اشعه ی چرنکوف به صورت میانگین است. آنگاه می توانیم زاویه ی چرنکوف را با توجه به محاسبات هندسی بنویسیم:
معادله ی (1.1):

معادله ی (1.2):


که در آن n میانگین مقدار انحراف و TΔ زمانی است که طول می کشد تا ذره از A به B برسد.
از معادله ی (1.2) می توانیم چند نکته را اشاره کنیم:

1) برای هر میانگین مقدار انحراف n یک سرعت آستانه ای وجود دارد.

که در آن تشعشعی در کار نخواهد بود.
در این سرعت مداری مسیر حرکت تشعشع بر مسیر حرکت ذره منطبق می شود. برای دیدن این پدیده باید معادله ی (1.2) را به شکل زیر بنویسیم: معادله ی (1.3):

 

بنابراین این فرآیند می تواند در ساختمان آستانه ای استفاده شود.
البته تشعشع چرنکوف تنها زمانی مشخص می شود که ذره با سرعت بیشتری از (C/n) حرکت کند.

2) برای یک ذره ی فرا نسبیتی که در آن β = 1 است حداکثر زاویه ی پرتوزایی را خواهیم داشت:
معادله ی (1.4):


تشعشعات در ناحیه ی طیفی پدید و نیمه پدید رخ می دهد که در آن میانگین مقدار انکسار بیشتر از یک است.
یک میانگین واقعی همواره پراکنده کننده است. بنابراین این تشعشات محدود به فرکانس های (طول موج های) n(u) > (1/β) می باشد.
در ناحیه ی طیفی اشعه ی X (ایکس) n(u) همیشه بزرگتر از یک است و به همین دلیل جز اشعه های ممنوعه می باشد. (از نظر طول موج).
بنابراین پرتوزایی در ناحیه ی اشعه ی X غیر ممکن برای n کمتر از اشتراک می باشد و در غیر این صورت معادله ی (1.4) توجیه نخواهد شد.

تنها دو نکته مانده تا موفقیت تکمیل شود.
علاوه بر این بیان کرده ایم که نقطه ی (i) و طول مسیر ذره (l) باید به طور میانگین در مقایسه با طول موج (λ) اشعه زیادتر باشد.
در غیر این صورت انحراف زمان برای ذره در سمت افق و در فواصل متوالی (λ) باید نسبت به دوره ی انتشار نور (λ/C) کمتر باشد.

اگر به معادله ی ماکسول (Maxwell) در مورد امواج الکترومغناطیس (Electromagnetic waves) توجه کنیم ذرات باردار در هنگام حرکت با سرعت ثابت نباید بدرخشند.
همین امر اثباتی است بر اینکه تشعشعات چرنکوف به طور کامل با برامزاشتراهلونگ (تابش ترمزی) متفاوت هستند.

بخش اصلی در این کار بر تخمین متغیر پایه گذاری شده است و کشف میزان انزوای کیهانی در مقابل انرژی کم می تواند تشعشعات چرنکوف را برای ما در اتمسفر مجسم کند.
تلسکوپ (IACT) MAGIC و ما می خواهیم روشی جدید برای نقض انزوا به همراه منابع اضافی از انرژی کم را بیان کنیم.

قبل از تمام کردن این مطلب ما می خواهیم به طور مختصر ظاهری از تشعشات چرنکوف را توضیح دهیم.

در صورتیکه تشعشعات چرنکوف طیف انرژی و مقداری از ذرات پرتوزا را داشته را داشته باشند تعداد فوتون هایی که با تغییر ذرات باردار منتشر می شوند (Ze) همراه با وقفه ی انرژی یا مترادف λ برای فوتون ها برابر است با: معادله ی (1.5):

شکل: متغیر طیف فوتون چرنکوف
خط پیوسته نشان دهنده ی جذب اوزون و پراکندگی ریلی (Rayleigh) – می (Mie) می باشد.

برای مورد مخصوص حرکات الکترون ها در طول یک مسیر به طول l همراه با یک ناحیه ی طیفی پیدا می شود. توسط طول موج های 1λ و 2λ خواهیم داشت: معادله ی (1.6):

که در آن α (آلفا) مقدار ثابت برابر با:


می باشد و n میانگین مقدار انکسار است. (که این همان وظیفه ی انرژی فوتون و یا مترادف فرکانس می باشد).
این بدان معناست که بخش عظیمی از چرنکوف و فوتون ها در رده ی اشعه های ماورای بنفش منتشر می شوند. زیرا:


و طیف منتهایی (حداکثری) در اطراف 330 نانومتر دارد.

 

تاریخ انتشار : یکشنبه 23 آبان 1389 - 17:30


جوش پذیری چدن ها
نویسنده : یونس عسکری
طبقه بندی : مکانیک - مقالات
چدنها در مقایسه با فولادهای كربنی دارای قابلیت جوشكاری كم و محدود تری هستند . در میان چدن ها ، چدن با گرافیت كروی بهترین جوشپذیری را دارا است و بعد از آن چدن چكش خوار قرار دارد . جوشكاری چدن خاكستری به مهرت و توجه ویژه نیاز دارد و چدن خاكستری را به دشواری زیاد می توان جوشكاری كرد .
با این ملاحظات دامنه جوشكاری چدنها بسیار محدود می شود و صرفا به تعمیر و اصلاح قطعات ریخته شده و قطعات فرسوده و شكسته شده منحصر می گردد .
علت های جوش پذیری محدود چدن ها :
- بعلت زیادی كربن در فلز مبنا ، سیكل جوشكاری باعث ایجاد كاربیدهایی در منطقه فلز جوش و تشكیل فاز مارتنزیت پركربن در منطقه متاثر از حرارت HAZ میشود . هردوی این ریز ساختار ها شكننده بوده و باعث ایجاد ترك در حین جوشكاری و یا بعد از آن می شود . این مطلب در مورد تمامی چدن ها مصداق دارد .
- به علت ضعف چقرمگی ، چدن ها قابلیت تغییر شكل پلاستیكی را ندارند و از این رو نمی توانند تنش های حرارتی ایجاد شده جوشكاری را تحمل كنند . هرچه نرمی چدن بهبود یافته باشد احتمال ترك خوردگی آن كاهش می یابد . لذا چدن چكش خوار و چدن با گرافیت كروی كمتر از چدن خاكستری ترك خواهند خورد .
با توجه به عامل اول شكنندگی منطقه HAZ به میزان و سهولت حل شدن گرافیت در آستنیت در حین جوشكاری بستگی پیدا میكند . در مورد چدن خاكستری كه دارای پولك های گرافیتی با سطح رویه نسبتا وسیعی می باشند ، انحلال این نوع گرافیت در آستنیت به سهولت انجام می شود . در حالیكه در مورد چدن با گرافیت كروی ، چون نسبت حجم رویه به حجم كره گرافیت كم می باشد بنابراین مقدار گرافیت كمتری در آستنیت حل میگردد و در نتیجه كاربید های درشت كمتری و مارتنزیت كم كربن تری در منطقه HAZ تشكیل میشود . این مطلب گواه دیگری بر قابلیت بهتر جوش پذیری چدن با گرافیت كروی در مقایسه با سایر انواع چدن ها ست .
برای اجتناب از تمایل منطقه حرارت پذیرفته به ترك خوردن لازم است كه قطعه چدنی را در موقع جوشكاری با قوس برقی با انرژی حرارتی كم جوشكاری نمود . زیرا این روش باعث كاهش پهنای منطقه سخت و شكننده كنار فلز جوش می شود . برای غلبه بر سختی و تردی منطقه حرارت پذیرفته اعمال تدابیری نظیر پیش گرمایش و خنك كردن تدریجی قطعه جوشكاری شده ضرورت دارد .
در مورد جوشكاری چدن با قوس برقی دامنه درجه حرارت پیش گرم از درجه حرارت محیط كارگاه تا 300 درجه سانتی گراد توصیه میشود . این حرارت برای جوشكاری با استیلن در محدوده 450-650 درجه سانتی گراد قرار دارد . چدن خاكستری به حرارت پیش گرم بیشتری زیادتری و چدن با گرافیت كروی و چدن چكش خوار به درجه حرارت پیشگرم كمتری نیاز دارند. درجه حرارت پیش گرم و محدوده آن به نوع چدن ، اندازه قطعه ، روش جوشكاری ، نوع الكترود و مقدار فلز جوشی كه باید رسوب داده شود بستگی پیدا میكند .
در مورد قطعات حساس ریختگری چدنی ، درست پس از خاتمه جوشكاری عملیات تنش زدایی از طریق حرارت دهی قطعه تا حدود 600 درجه سانتی گراد و نگهداری در این حرارت بمدت كافی صورت می پذیرد.
تاریخ انتشار : یکشنبه 21 آذر 1389 - 15:22


تبدیل اورانیوم به انرژی
طبقه بندی : فیزیک - مقالات
در تأسیسات تولید سوخت توجه زیادی به شکل و اندازه مخزن های عملیاتی می شود تا از اتفاقات خطرناک جلوگیری شود. (یک زنجیر محدود واکنش پرتو آزاد می کند). با سوخت غنی شده ضعیف امکان اتفاق افتادن این حوادث بعید به نظر می رسد. اما در تأسیسات هسته ای بررسی سوخت های مخصوص برای تحقیقات راکتورها عملی حیاتی است.

تولید نیرو
درون یک راکتور هسته ای اتم های اورانیوم ۲۳۵ (u-۲۳۵) شکافته می شوند و در جریان عملیات پردازش انرژی آزاد می کنند. این انرژی اغلب برای حرارت دادن آب و تبدیل کردن آن به بخار استفاده می شود.
بخار توربینی را که به ژنراتور متصل است به حرکت می اندازد و باعث تولید الکتریسیته می شود. مقداری از اورانیوم ۲۳۸ (u-۲۳۸ به شکل سوخت) در هسته و مرکز راکتور به پلوتونیوم تبدیل می شود و این یک سوم انرژی در یک راکتور هسته ای معمولی را حاصل می کند. شکافتن اورانیوم به عنوان منبع حرارت در راکتورها استفاده می شود. همان گونه که سوزاندن زغال سنگ، گاز و یا نفت به عنوان سوخت فسیلی در تأسیسات نیرو استفاده می شود.

سوخت مصرف شده (خرج شده)
با گذشت زمان، غلظت قطعات و عناصر سنگین شکافته شده مانند پلوتونیوم در مجموعه سوخت افزایش خواهد یافت تا جایی که دیگر هیچ سودی در استفاده دوباره از سوخت نیست. بنابراین پس از گذشت ۱۲ الی ۲۴ ماه سوخت مصرف شده از راکتور خارج می شود. مقدار انرژی که از مجموعه سوختی تولید شده است با نوع راکتور و سیاست و کاردانی گرداننده راکتور تغییر می کند.
معمولا بیش از ۴۵ میلیون کیلو وات ساعت الکتریسیته از یک تن اورانیوم طبیعی تولید می شود. تولید این مقدار انرژی الکتریکی با استفاده از سوخت های فسیلی ملزم به سوزاندن بیش از ۲۰ هزار تن زغال سنگ سیاه و ۳۰ میلیون مترمکعب گاز است.

انبار کردن سوخت مصرف شده
وقتی یک مجموعه سوختی، از راکتور خارج می شود از خود پرتو ساطع می کند که اساساً بیشتر از شکافتن قطعات و حرارت آن است. سوخت مصرف شده فوراً در استخرهای انبار که در اطراف راکتور برای کاهش میزان پرتوزایی آن است تخلیه می شوند. در استخرها، آب جلوی پرتوزایی را می گیرد و همچنین حرارت را به خود جذب می کند.
سوخت مصرف شده در چنین استخرهایی برای ماه ها و یا سال ها نگه داشته می شوند.
وابسته به سیاست کشورهای مختلف در بعضی از آنها مقداری از سوخت مصرف شده به امکانات و تأسیسات انبار مرکزی انتقال می یابند. سرانجام، سوخت مصرف شده یا باید دوباره پردازش شود و یا برای دفع اتمی آماده شود.

پردازش دوباره
سوخت مصرف شده چیزی حدود ۹۵ درصد اورانیوم ۲۳۸ است ولی دارای حدود یک درصد اورانیوم ۲۳۵ که شکافته شده نیز نیست، و در حدود یک درصد پلوتونیوم و سه درصد محصولات شکافته شده که در حد زیادی پرتوزا هستند و دیگر عناصر ترانزورانیک (که عدد اتمی بیشتری نسبت به اورانیوم دارد) که در راکتور شکل گرفته اند در دستگاه های دوباره سازی سوخت مصرف شده به سه جزء تشکیل دهنده خود تفکیک می شوند: اورانیوم، پلوتونیوم و پس مانده که شامل محصولات شکافته شده است. دوباره سازی امکان بازسازی مجدد اورانیوم و پلوتونیوم به سوخت تازه را می دهد و بخش عمده ای از پس مانده کاهیده را تولید می کند. (مقایسه با به حساب آوردن کل سوخت مصرف شده به عنوان پس مانده)

بازسازی مجدد اورانیوم و پلوتونیوم
اورانیوم حاصل از دوباره سازی که معمولا غلظتی کمی بیشتر از اورانیوم ۲۳۵ دارد و در طبیعت رخ می دهد، می تواند اگر نیاز باشد پس از تبدیل کردن و غنی شدن به عنوان سوخت استفاده شود. پلوتونیوم می تواند مستقیماً به MOX (سوخت مخلوط اکسید) تبدیل شود که در آن اورانیوم و پلوتونیوم مخلوط شده اند.
در راکتورهایی که از سوخت MOX استفاده می کنند، پلوتونیوم به جای اورانیوم ۲۳۵ جانشین سوخت اورانیوم اکسید معمولی می شود.

دفع سوخت مصرف شده
در حال حاضر، هیچ گونه امکاناتی برای دفع سوخت مصرف شده (برخلاف امکانات انبارسازی) وجود ندارد که برای دوباره سازی استفاده می شود و پس مانده های به جا مانده از دوباره سازی می توانند در محلی انباشته شوند. هرچند نتایج فنی و تکنیکی مرتبط با دفع سوخت ثابت کرده اند که هیچ احتیاجی به تأسیس چنین امکاناتی در برابر حجم کم پس مانده ها نیست. انبار کردن با توجه به کاهش در حال رشد پرتوزایی برای مدت طولانی آسان تر است. همچنین مقاومت مغناطیسی در سوخت دفع شده وجود دارد، چون منبع قابل توجهی از انرژی در آن است که می تواند دوباره فرآوری شود و امکان بازیافت دوباره را به اورانیوم و پلوتونیوم بدهد.
تعدادی از کشورها در حال انجام مطالعاتی در زمینه تصمیم گیری بهترین راه برای نزدیک شدن به دفع سوخت مصرف شده و پس مانده های پس از دوباره سازی هستند. روش متداولی که امروزه استفاده می شود قرار دادن سوخت مصرف شده در انبارهای زیرزمینی است:

پس مانده ها
پس مانده های حاصل از چرخه سوختی هسته ای در رده های: شدید، متوسط و کم دسته بندی می شوند و این تقسیم بندی براساس تشعشعات رادیواکتیوی که از خود ساطع می کنند، است.
این پس مانده ها از منابعی سرچشمه می گیرند که شامل موارد زیر است:
پس مانده های رده پایین (Low-level) که در تمام مراحل چرخه سوختی تولید می شوند.
پس مانده های رده متوسط (Intermediat-level) که در جریان عملکرد راکتور و دوباره سازی تولید می شوند.
پس مانده های رده بالا (High-Level) که شامل محصولات شکافته شده حاصل از دوباره سازی و در بسیاری از کشورها خود سوخت مصرف شده هستند.
فرآیند غنی سازی تولیدات را به سوی تهی کردن اورانیوم هدایت می کند. غلظت اورانیوم ۲۳۵ به طور عمده کمتر از ۷/۰ درصد است که در طبیعت پیدا می شود. تعداد کمی از این مواد که اصولاً اورانیوم ۲۳۸ هستند زمانی استفاده می شوند که چگالی بسیار زیاد نیاز است. مثل استحفاظ پرتوافشانی و گاهی استفاده در تولید سوخت Mox. در حالی که اورانیوم ۲۳۸ قابل شکافتن نیست ماده ای پرتوافشانی کم است و باید درمورد آن احتیاط کرد، از این رو یا آن را انبار و یا دفع می کنند.

میزان مواد موجود در چرخه سوختی هسته ای
موارد زیر فرضیات مختلفی ایجاد می کنند. (پاورقی شماره ۲ را ملاحظه فرمایید) اما مورد ملاحظه عملکرد راکتور انرژی هسته ای NWE ۱۰۰۰ قرار می گیرند.
۲۰۰۰۰ تن از یک درصد سنگ معدن اورانیوم استخراج
۲۳۰ تن از اورانیوم اکسید غلیظ شده (همراه ۱۹۵ تن اورانیوم) آسیاب سازی
۲۸۸ تن UF۶ (همراه ۱۹۵ تن اورانیوم) تبدیل کردن
۳۵ تن UF۶ (همراه ۲۴ تن اورانیوم غنی شده) غنی سازی
۲۷ تن UO۲ (همراه ۲۴ تن اورانیوم غنی شده) ساخت و تولید سوخت
۷۰۰۰ میلیون کیلووات ساعت (kwh) نیروی الکتریسیته عملکرد راکتور
۲۷ تن شامل ۲۴۰ کیلوگرم پلوتونیوم، ۲۳ تن اورانیوم(u-۲۳۵ ۸/۰ درصد)، ۷۲۰ کیلوگرم محصولات شکافتی، همچنین ترانزورانیک سوخت مصرف شده


**غلیظ کننده های اورانیوم بعضی اوقات در شرایط u۳o۸ قرار می گیرند که حجم آن (مخلوطی از دو اورانیوم اکسیدی که نسبتاً همان چیزی است که در طبیعت یافت می شود. محصول u۳o۸ خالص شامل حدوداً ۸۵ درصد فلز اورانیوم است.
**غلظت اورانیوم ۸۰ درصد است، غنی سازی در ۴ درصد اورانیوم ۲۳۵ به همراه ۳ درصد دنباله آزمایش شده، ۸۰ درصد برای عملکرد راکتور ۷۲ تن اورانیوم بارگزاری می شوند. سوخت گیری سالانه است و هر سال یک سوم سوخت را عوض می کنند.
منبع :
متن از academist.ir

 

تاریخ انتشار : شنبه 28 دی 1387 - 23:2


انفجار هسته ای
طبقه بندی : فیزیک - مقالات
تعریف انفجار
انفجار اعم از عادی یا هسته ای عبارتست از رهایی مقدار زیادی انرژی در مدت زمانی بسیار کوتاه و در فضای محدود .

ساختار انفجاری هسته ای
در انفجار هسته ای حرارت و فشار حاصل از اندازه ای است که جرم بمب و همه مواد موجود در فضای مزبور را در آن واحد زمان بصورت توده ای از گاز داغ ، ملتهب و فشرده در آورده و تشکیل گوی آتشین که در حدود چند میلیون درجه حرارت است می دهد این گوی آتشین بلافاصله انبساط کرده و به لایه های بالای جو صعود می کند.انبساط سریع گوی آتشین فشار اطراف خود را بالا برده و موج انفجاری بسیار شدیدی و یا موج ضربه فوق العاده ای در زمین یا آب یا در زیر زمین ایجاد می کند که اثر تخریبی انفجار مربوط به آنها است .

مشخصات انفجاری هسته ای
- در نزدیکی انفجار سرعت موج از یک کیلومتر درثانیه یعنی هزارها کیلومتر در ساعت بیشتر است .
- قسمت عمده ای از انرژی انفجار بصورت حرارت و نور آزاد می شود که در منطقه وسیعی ایجاد آتش سوزی نموده و حتی در فاصله های دورتر سبب سوختگی در پوست بدن موجودات زنده ای که در معرض آنها قرارگرفته باشند می گردد .
- مقدار زیاری اشعه نامریی هسته ای به نام تشعشع هسته ای اولیه بوجود می آید که قدرت نفوذی فوق العاده ای داشته و بر حسب شدت تشعشع آنها آثار بیولوژیکی تشعشعات هسته ای وخیم یا کشنده در موجودات زنده بوجود می آورند .
- مواد حاصل از انفجار های هسته ای به شدت رادیو اکتیو بوده ومنطقه وسیعی را بطوری الوده می سازد که بر حسب نزدیکی یا دوری از مرکز انفجار تامدتی غیر قابل سکونت خواهند بود مانند هیروشیمای ژاپن .
- در انفجارهای معمولی درجه حرارت در مرکز انفجار به حدود ۵۰۰۰ درجه سانتیگراد درمورد انفجارهای هسته ای به ده ها میلیون درجه می رسد .

حوزه انفجارهسته ای
قطر کره آتشین از بمب هسته ای یک مگاتنی در یک هزارم ثانیه به حدود ۱۵۰ متر رسیده ودر هر ثانیه به حداکثر اندازه خود که حدود ۲۰۰۰ متر است می رسد و پس از یک دقیقه نسبتا سرد شده و روشنایی خود را از دست می دهد این زمانی است که انفجار ۷ کیلو متر صعود کرده است برای تصور میزان درخشندگی آن کافیست اشاره کنیم که :
- از فاصله یکصد کیلومتری از نور خورشید در وسط روز درخشنده تر است .
- در پاره ای از آزمایش ها که در طبقات بالای جو انجام گرفته نور حاصله از فاصله ۱۰۰۰ کیلومتری محسوم بوده است که تحت بعضی شرایط این نور می تواند موجب کوری موقتی یا سوختگی دایمی شبکیه چشم شود .
- در موقع آزمایشات هسته ای در معرض بودن تصادفی اشخاص موجب سوختگی شبکیه چشم درمسافت ۱۰ مایلی در سلاح ۲۰ کیلو تنی شده است .
- گوی آتشین همانطور که به سرعت بزرگ شده و صعود می کند تغییر شکل داده و پهن تر می شود ضمناً هوا و خاک و عناصر دیگر را از پایین به داخل خود می مکد و به همین ترتیب دنباله ای از غبار تشکیل می شود که گوی آتشین را به زمین وصل می کند کره آتشین بتدریج سرد شده و بصورت ابری متلاطم در می آید که ابتدا سرخ رنگ بوده و بعد سفید می شود در این حال با دنباله خود شکل قارچی به خود می گیرد .

تخریب بعد از انفجار هسته ای
- چنانچه انفجار در سطح زمین یا نزدیکی آن اتفاق بیافتد مقدار زیادی خاک و شن و مواد مختلف بخار شده و همراه با گوی آتشین بالا می روند یک صدم انرژی سلاح مگاتنی در تر کش سطحی کافی است که ۴۰۰۰ تن خاک و شن و سنگ را بخار نماید این مواد که بدین ترتیب به داخل گوی آتشین کشیده شده با مواد رادیو اکتیو مخلوط می شوند و ابر اتمی قارچ شکل انفجارات اتمی را شکل می دهند ذرات این باد بتدریج به زمین بازگشته و یا در اثر برف و باران به زمین ریخته خواهد شد این عمل ریزش اتمی نامیده شده و منبع تشعشعات باقیه خواهند بود .
- در انفجارهای زیر آبی مقدار زیادی آب بخار خواهد شد یک صدم انرژی سلاح یک مگاتنی کافیست که ۲۰۰۰۰ تن آب را بخار کند .
- انفجار زیر زمینی اتمی ایجاد تکانهایی مانند زمین لرزه می نماید در اثر این لرزش و جابه جاشدن قسمتی از سطح زمین خرابی بوجود می آید اما انرژی یک زلزله قوی با انرژی یک میلیون بمب اتمی برابر است!

تقسیم بندی انرژی انفجار سلاح اتمی
مجموع انرژی حاصله که به نام قدرت بمب نامیده می شود به سه اثر اولیه تقسیم می شود . گرچه تقسیم بندی انرژی تا اندازه ای به نوع سلاح و سوختنش وشرایط انفجار بستگی دارد ولی بطور کلی بصورت زیر تقسیم بندی می شود .
- ۵۰% انرژی به توسط موج انفجاری یا موج ضربه حمل می شود .
- ۳۵% انرژی را تشعشع حرارتی و امواج نورانی در خود دارند .
- ۱۵% انرژی را تشعشع هسته ای ( ۵% تشعشع ابتدایی ۱۰% تشعشع باقیه ) دارد.

با عرض پوزش به علت
ارائه تصاویری دلخراش  ، از مصدومان بمباران های اتمی


















به امید روزی که دیگر شاهد چنین صحنه های دلخراشی نباشیم
منبع :
متن از academist.ir

 


عداد ثابت در فرمولهای فیزیک معنی ندارند
حقیقت گرانش

earth pull
گردآورنده : وهاب نوتاش
طبقه بندی : فیزیک - مقالات
قوانین علی و معلولی فیزیکی در هستی مابین پارامترهای موجود و قابل اندازه گیری نمایان می شود . مثلا نیروی f به جسمی به جرم m وارد می شود و با تکرار مقادیر و اندازه گیری a به فرمول زیر f = m / a دسترسی می یابیم . همین استدلال برای فرمول سرعت یکنواخت نیز ، می باشد .
بسیاری از فرمول های فیزیک دارای مقادیر ثابت هستند ، مانند فرمول نیروی جاذبه و نیروی بارهای الکتریکی . ترتیب بدست آمدن این گونه فرمول ها به قرار زیر است :
مثلا با آزمایشات تجربی می فهمیم که تغییرات پارامتر x به تغییرات پارامتر y , z بستگی دارد و می نویسیم تغییرات x با تغییرات y , z متناسب است و برای تبدیل تناسب به مساوی ضریب فرضی k وارد می شود که مقدار تجربی آن را با قراردادن اعداد در پارامتر های فرمول بدست می آوریم :
x = k * f ( z , y)  که ( f ( z , y  رابطه ریاضی مابین z و y می باشد .
اشتباه بزرگ در اینجا اتفاق می افتد که عدد k یعنی چه ؟
به صراحت بگویم که این عدد جز راه گریز برای ایجاد فرمول نیست و ما را از رسیدن به حقیقت دور کرده و سرمست از بدست آوردن یک فرمول واحی .
سوالی که باعث پدید آمدن یک نگرش جدید به فرمول بندی فیزیکی می شود ، این است که :
آیا می توان گفت تغییر مقدار پارامتری به کسری از تغییرات دیگر پارامتر های بوجود آورنده آن ، بستگی دارد یا نه ؟
لطفا دقت کنید :
به یک فیزیک دان چندین اطاق که نصف آن روشن است را نشان میدهند و فیزیک دان می داند نور باعث روشنایی اطاق شده ولی نمی داند با قرار دادن یک مانع از رسیدن نور به نصف اطاق ممانعت شده . آقای فیزیک دان سریع می فهمد پارامتر روشنایی اطاق با پارامتر نور متناسب است و طبق معمول یک ضریب k را برای تبدیل تناسب به مساوی قرار می دهد که با قراردادن عدد در پارامترها ، k را بدست می آورد و چون تمام اطاق ها را نصفه روشن دیده می نویسد :
روشنایی اطاق = ۲/۱ * تاثیر نور
آیا عقل سلیم باور می کند اگر نور باعث روشنایی اطاق شده ، آنگاه فقط نیمی از آن است که در روشنایی اطاق تاثیر گذاشته .

تمام مسئله همین جاست . عدم روشنایی کل اطاق ، از تاثیر نور نیست ، بلکه تاثیر پارامتر دیگری به نام مانع است که در فرمول نیامده . در حقیقت باید می نوشتیم :
روشنایی اطاق = تاثیر نور - تاثیر مانع
تمام هدف از این مسال ساده این است که :
اگر در یک فرمول ، پارامتر فیزیکی x ، به تغییرات پارامتر های y , z بستگی پیدا کرد ، هرگز نمی توان گفت قسمتی از تغییرات z , y در x تاثیر می گذارد ( یعنی اعداد ثابت در فیزیک ) بلکه پارامتر دیگری هست که تاثیرش در نظر گرفته نشده و یا مقادیر اندازه گیری شده اشتباهند .
به عبارت دیگر نمی توان انتضار داشت یک فرایند مافوق طبیعی مقدار تاثیر پارامتر ها را در یک پدیده تغییر دهد .
در خصوص فرمول گرانش زمین که به قرار زیر می باشد :

F = G * ( Me * m ) /( ( Re + r ) ^ ۲
در این فرمول داریم :
F: نیروی وارد بر جسم m از طرف کره زمین به جرم Me .
G : ثابت گرانش زمین که برابر است با ۶/۷ * ۱۰ ^ -۱۱ .
Re : شعاع کره زمین
r : شعاع جسم مورد نظر ( در حالت چسبیده به کره زمین )
با نادیده گرفتن شعاع جسم و جرم جسم فرمول بالا به صورت تغریبی مناسب به صورت زیر نوشته می شود :
F = G * Me / ( Re ^ ۲
به صراحت باید گفت که نیروی وارده از طرف زمین به جرم جسم برابر مقدار فرمول زیر می باشد :
F = Me / ( Re ^ ۲)
به عبارت دیگر مقادیر نیروی وارد بر جسم از طرف دیگر اجرام آسمانی که قبلا تقریبا صفر در نظر گرفته می شد ، اکنون برابر با مقدار فرمول زیر می باشد :
F = ( ۱-G ) * Me / ( Re ^ ۲
جالب اینجاست که مقدار این نیرو خیلی بیشتر از مقدار نیروی وارده از طرف کره زمین بر همان جسم می باشد ، البته با تفکر فرمول قدیم . یعنی اگر با فرمول قدیم می گفتیم که مقدار نیروی وارده برابر زیر است :
F = G * Me / ( Re ^ ۲
جهت بدست آوردن شتاب گرانش واقعی کره زمین ( g ) که قبلا از رابطه زیر استفاده شده :
F = G * ( Me * m ) /( ( Re + r ) ^ ۲) = m * a
a = g
و مقدار آن به صورت تغریبی برابر ۸/۹ آمده اکنون دارای مقدار متفاوتی خواهد بود :
F = ( Me + m ) /( ( Re + r ) ^ ۲)= m * a
a = g
البته درست است که شتاب منفی ایجاد شده در همان جسم مقدار g را در روی کره زمین همین مقدار کنونی به نظر می رساند ولی باید دانست که مقدار واقعی آن همان فرمول بالاست .
اکنون به سادگی میتوان فهمید که مقادیر واحد جرم که ۱ kg در نظر گرفته شده نادرست است و یا باید مقدار واحد نیرو را تغییر داد و نام یک نیوتون را بر آن گذاشت :
دلیل :
قبلا شتاب کره زمین برابر ۸/۹ بود ولی اکنون بیشتر می باشد . اگر بنویسیم :
F = m * g
یعنی می خواهیم جسمی را وزن کنیم و چون مقدار واقعی g بیشتر است پس مقدار طرفین مساوی با هم برابر نخواهند بود . یا باید واحد نیرو مقدارش بیشتر شود و یا باید واحد جرم مقدارش بیشتر شود .
البته درست این است که مقدار واحد جرم تغییر کند . زیرا در حقیقت ما اکنون فهمیده ایم که اجسام سنگین تر از آن هستند که ما می پنداشتیم . و مقدار جرم ۱ kg باید بیشتر شود با همان نام ۱ kg .
حال یک سوال مطرح میشود :
چرا مجموع برآیند نیروهای کل هستی بر یک جسم در روی کره زمین فقط در راستای مخالف حرکت یک جسم ظاهر میشود ؟
جواب آن ساده است برآیند نیروهای کل هستی برای کره زمین معرف زمان برای زمین می باشند .
این نیروها با هرگونه تغییر زمان برای اجسام جرم دار ، در چهارچوب زمان تعریف شده برای کره زمین مخالفت میکنند . به عبارتی هستی موافق تعدیل است .
منبع :

academist.ir

تاریخ انتشار : جمعه 8 آذر 1387 - 23:13

موج صوتی
sound wave
طبقه بندی : فیزیک - مقالات

امواج صوتی ، امواج مکانیکی طولی هستند. این فیزیک امواج می‌توانند در جامدات ، مایعات و گازها منتشر شوند. ذرات مادی منتقل کننده این فیزیک امواج ، در راستای انتشار موج نوسان می‌کنند. فیزیک امواج مکانیکی طولی در گستره وسیعی از بسامدها به وجود می‌آیند و در این میان بسامدهای فیزیک امواج صوتی در محدوده‌ای قرار گرفته‌اند که می‌توانند گوش و مغز انسان را برای شنیدن تحریک کنند.
این محدوده تقریبا از ۲۰ هرتز تا حدود ۲۰۰۰۰ هرتز است و گستره شنیده شدنی نامیده می‌شود. فیزیک امواج مکانیکی طولی را که بسامدشان زیر گستره شنیده شدنی باشد امواج فرو صوتی ، و آنهایی که بسامدشان بالای این گستره باشد ، امواج فراصوتی گویند.

تولید صوت :
هر گاه به جسمی ضربه می‌زنیم لایه‌های هوا بین دست ما در جسم جابجا می‌شوند و اگر این جابجاییها بیش از ۱۶ بار در ثانیه باشند، صدا ایجاد می‌شود. برای اینکه بهتر بتوانیم نقش اندامهای گفتار را در تولید آواهای زبان فارسی مورد مطالعه قرار دهیم، ابتدا به نظر می‌رسد لازم است مطالب مختصری درباره چگونگی تولید آوا یا صوت ارائه کنیم.
آوا یا صوت از ارتعاش مولکولهای هوا حاصل می‌شود. ارتعاش یعنی حرکت مولکولهای هوا از جای خود در مسیر معین و بازگشت آنها به جای اولیه. این پدیده فیزیکی را اصطلاحا موج می‌نامیم. برای آنکه بتوانیم یک تصویر تقریبی از طرز بوجود آمدن موج صوتی را مجسم کنیم پاندولی را در نظر می‌گیریم. اگر وزنه پاندول را به یک طرف کشیده آن را رها سازیم، پاندول با سرعت ، به منتهی الیه طرف دیگر رفته دوباره در همان مسیر بجای اول می‌گردد. این حرکت به دفعات زیاد صورت می‌گیرد، ولی در هر دفعه خط سیر آن اندکی کوتاهتر می‌شود تا اینکه وزنه پاندول دوباره به حالت اولیه یعنی سکون در آید.
وزنه پاندول در این حرکت ، لایه‌ای از مولکولهای هوا را با خود به جلو می‌راند و این عمل موجب می‌شود که در یک سوی وزنه ، رقت مولکولی در سوی دیگر تراکم مولکولی ایجاد شود. رقت یعنی زیاد شدن فاصله بین مولکولها و تراکم یعنی کم شدن فاصله آنها. اگر با دو دست یک لاستیک را بکشیم طول لاستیک زیاد می‌شود یا به سخن دیگر ، لاستیک کش می آید.
علت این موضوع آن است که فاصله بین مولکولها در قسمتهای میانی لاستیک زیاد شده و مولکولها بین دو سر لاستیک زیاد شده و مولکولها به طرف دو سر لاستیک کشانده می‌شوند و در نتیجه فاصله میان مولکولها در دو سر لاستیک کم می‌شود. بدین ترتیب در قسمت میانی لاستیک رقت مولکولی و در دو سر آن تراکم مولکولی ایجاد می‌شود. اکنون اگر دو سر لاستیک را رها کنیم مولکولها دوباره به جای اولیه خود بر می‌گردند.

خاصیت ارتجاعی هوا :

هوا نیز دارای همین خاصیت ارتجاعی است، منتهی به مراتب بیشتر از لاستیک. هر رقت و تراکم مولکولی در هوا موجب رقت و تراکمهای دیگر می‌گردد. بدین معنی که ، هنگامی که یک لایه از مولکولهای هوا به جلو رانده می‌شود این لایه به نوبه خود لایه دیگری را به جلو می‌راند و خود به حال اول بر می‌گردد. لایه جدیدی نیز لایه دیگری را ، و به همین ترتیب این عمل بارها و بارها تکرار می‌گردد تا انرژی به پایان برسد. این جابجایی مولکولها اگر بیش از ۱۶مرتبه در ثانیه تکرار گردد صدا بوجود می‌آید.
اگر کتابی را از ارتفاع معینی به طرف زمین رها کنیم بر اثر سقوط کتاب ، فشار هوای بین کتاب و زمین زیاد می‌شود و این فشار ، مولکولهای هوا را به اطراف می‌راند. مولکولهای رانده شده به نوبت مولکولهای مجاور خود را به جلو رانده و خود به حالت اول بر می‌گردند. این عمل آنقدر تکرار می‌شود تا انرژی حاصل از سقوط کتاب به پایان برسد. هنگام تماس کتاب با زمین صدایی به گوش می‌رسد، در صورتی که در اثنای سقوط آن صدایی شنیده نمی‌شود.
علت این است که هنگام تماس کتاب با زمین ، بر اثر زیاد بودن مقدار انرژی جابجا شدن مولکولها یا همان رقت و تراکم هوا خیلی بیشتر از ۱۶ مرتبه در ثاینه است و به این علت صدای حاصله قابل شنیدن می‌باشد. هر رقت و تراکم یک سیکل نام دارد و تعداد سیکل در ثانیه تواتر یا بسامد نامیده می‌شود. بنابراین ، وقتی می‌گوییم فرکانس (تواتر) موج مثلا ۵۰۰ سیکل است، یعنی ۵۰۰ مرتبه رقت و تراکم در مولکولهای هوا ایجاد شده است. هر قدر بسامد بیشتر باشد صدا به اصطلاح زیرتر است و نیز قدر بسامد کمتر باشد صدا اصطلاحا بمتر است.

چشمه فیزیک امواج فروصوتی و فراصوتی :
فیزیک امواج فروصوتی که با آنها سروکار داریم معمولا توسط چشمه‌های بزرگ تولید می‌شوند. امواج زمین لرزه‌ای از آن جمله‌اند. بسامدهای بالای مربوط به فیزیک امواج فراصوتی را می‌توان به وسیله ارتعاشات کشسان یک بلور کوارتز که بر اثر تشدید با یک میدان الکتریکی متناوب در بلور القا شده است ، ایجاد کرد. به این طریق می‌توان بسامدهای فراصوتی به بزرگی ۶×۱۰۸ هرتز تولید کرد. طول موج متناظر با این بسامد در هوا در حدود ۵×۱۰-۵ سانتی‌متر است که همان حدود طول موج نور مرئی است.

مشخصات فیزیکی :
جابجایی یا ارتعاش مولکولهای هوا در تمام جهات صورت می‌گیرد و بسته به مقدار انرژی موجود ، هر لایه از مولکولها مسافتی را طی می‌کنند. به سخن دیگر هر چه انری بیشتر باشد مسافتی را که موج می‌پیماید بیشتر است. طول مسافتی را که هر طبقه از مولکولهای هوا طی نموده و دوباره به جای اولیه خود بر می‌گردد دامنه نوسان نامند. هر چه آن مسافت زیادتر باشد صدا بلندتر است. بلندی صدا را با زیر و بمی آن نباید اشتباه کرد، زیرا بلندی صدا مربوط به تعداد ارتعاش در ثانیه است.
بنابراین صدای ممکن است بم ولی بلند باشد. بالعکس صدای دیگری ممکن است زیر ولی کوتاه باشد. اگر امواج صوتی در مسیر حرکت خود به جسمی از قبیل پرده گوش برخورد کنند و آن را به همان اندازه مرتعش سازند، ارتعاش پرده گوش بوسیله اندامهای گوش داخلی به مراکز اعصاب شنوایی منتقل گشته و در نتیجه صدا شنیده می‌شود و عکس العمل لازم صادر می‌شود.

چشمه فیزیک امواج شنیده شدنی :
فیزیک امواج شنیده شدنی در تارهای مرتعش (بلندگو ، طبل) ایجاد می‌شوند. همه این عناصر مرتعش به تناوب هوای پیرامون خود را در حرکت به طرف جلو ، فشرده و در حرکت به طرف عقب ، رقیق می‌کنند. هوا این آشفتگیها را بصورت موج از چشمه به خارج انتقال می‌دهد. این فیزیک امواج به هنگام وارد شدن در گوش ، احساس صوت را بوجود می‌آورند. موجهایی که تقریبا متناوب هستند و یا تعداد کمی از مؤلفه‌های تقریبی متناوب را شامل می‌شوند، احساس خوشایندی بوجود می‌آورند (اگر شدت خیلی زیاد نباشد) اصوات موسیقی از این جمله‌اند. صوتی که شکل موج آن متناوب نباشد ، بصورت نوفه شنیده می شود. نوفه را می‌توان برهمنهشی از امواج متناوب دانست که در آن تعداد مؤلفه‌ها خیلی زیاد است.

یک آزمایش ساده :
دو سر یک سیم فولادی به طول یک متر و به قطر یک میلیمتر را که کشیده شده و بوسیله دو قطعه سنگ یا آهن محکم شده است ، در نظر می‌گیریم. حال اگر وسط سیم را به کناری کشیده و رها کنیم صدایی شنیده نمی‌شود، در صورتی که ارتعاش آن کاملا به چشم دیده می‌شود. ولی اگر یک طرف سیم را به کنار یک لنگه در تخته‌ای متصل کنیم و آزمایش را دوباره انجام دهیم، صدای آن کاملا شنیده می‌شود، با وجود آنکه ارتعاش آن مشهود نیست. علت این امر آن است که در دفعه اول هوای مجاور سیم بجای اینکه تراکم و انبساط پیدا کند، روی سیم لغزیده است و در مرتبه دوم هوای مجاور لنگه در ، مجال لغزیدن و رسیدن به کنار آن را قبل از تجدید ارتعاش نداشته است.

امواج صوتی در جامدات و مایعات :
همانطور که درون هوا ارتعاشات طولی توام با تراکم و انبساط منتشر می‌شود، به همان طریق نیز ارتعاشات طولی توأم با تراکم و انبساط در داخل مایعات و جامدات انتشار پیدا می‌کنند. اگر میله فلزی را برای لحظه کوتاهی در امتداد خودش کشیده و رها کنیم ، تراکم و انبساط در طول میله انتشار پیدا خواهد کرد و همین طور اگر نقطه‌ای از جسم جامد را مرتعش سازیم (به عنوان مثال با چکش به گوشه یک قطعه سنگ یا فلز بزنیم) تراکم و انبساط به شکل سطوح کروی در تمام جسم مرتعش منتشر می‌شوند.
مخصوصا نباید چنان کرد که انتشار تراکم و انبساط درون اجسام مختص به ارتعاشات شنیدنی است، بلکه هر نوع ارتعاش با هر فرکانس ممکن است در آنها انتشار یابد. تنها فرقی که جامدات و مایعات در انتقال صوت با هوا و گاز دارند در زیاد بودن سرعت انتشار صوت در آنهاست.

مشاهدات تجربی :
چیزی که در موقع انتشار صوت در هوا انتقال می‌یابد، هوا نیست. به دلیل اینکه صدای هواپیما از ابر و دود غلیظ عبور کرده و به ما می‌رسد. بدون آنکه ابر را پراکنده ساخته و با خود به طرف ما بیاورد.
هوا در حین انتشار صوت جلو و عقب می‌رود. یعنی مرتعش می‌شود. برای مشاهده این امر کافی است یک قطعه فیلم عکاسی را بین دو انگشت گرفته و در مقابل آن با آواز بلند بخوانیم، در اینصورت حرکت رفت و آمد تند فیلم را به خوبی در محل اتصال انگشتان خود با فیلم حس می‌نماییم.

عبور فیزیک امواج صوتی در هوا با کم و زیاد شدن فشار (انبساط و تراکم) همراه می‌باشد. در جدار لوله صوتی سوراخی درست کرده و سپس ورقه نازک کاغذی روی آن می‌چسبانیم و از خارج به این کاغذ پاندول سبک ساده از چوب آقطی آویزان نموده و لوله را بطور افقی نگاه به بالا و پایین رفتن می‌کند. اگر تنها هوا حرکت می‌کرد و اختلاف فشار در آن وجود نداشت پاندول رفت و آمد نمی‌کرد زیرا حرکت ارتعاشی هوای درون لوله موازی با سطح کاغذ بوده و ممکن نبود که تولید حرکت متناوب در ورقه کاغذ بنماید.
در نتیجه وجود همین انبساط و تراکم ، در فیزیک امواج صوتی ، اختلاف چگالی متناوب پیدا می شود. زیرا اگر تغییر فشار را در فیزیک امواج صوتی قبول کنیم لازم است که تغییر چگالی در آنها رانیز قبول کنیم. به کمک چندین پاندول که در طول لوله صوتی افقی بطریق فوق آویزان کرده‌ایم می‌توانیم ثابت کنیم که هنگام ایجاد صوت در لوله ، پاندولی که نزدیکتر به دهانه لوله است زودتر از پاندولهای دیگر به ارتعاش در می‌آید.
پس وقتی قسمتی از هوای درون لوله در داخل آن به سمت انتهای آن حرکت کرده و قسمت دیگری از هوای درون لوله ساکن است، ناچار چگالی قسمتی که بین این دو قسمت متحرک و ساکن قرار دارد ، تغییر کرده است. موضوع وجود اختلاف چگالی در هوای مرتعش عملا به تحقیق رسیده است و از تغییر چگالی هوا در موقع ارتعاش که باعث تغییر ضریب شکست می‌شود، استفاده کرد. و فیزیک امواج صوتی را به کمک جرقه الکتریکی عکسبرداری نموده‌اند.
منبع :

academist.ir

تاریخ انتشار : جمعه 8 آذر 1387 - 21:19






Admin Logo
themebox Logo