تبلیغات
دانش ما - فیزیک 3

کنکور و نمونه سوال
تاریخ علم فیزیک
طبقه بندی : فیزیک - مقالات

سرچشمه اصلی علم فیزیک
رسیدن به منبع و سرچشمه اصلی علم فیزیک به اندازه رسیدن به سرچشمه بسیاری از رودهای بزرگ دشوار است. همانگونه که یک رود بزرگ از چندین چشمه کوچک حاصل می‌گردد، چشمه‌هایی که رود عظیم علم فیزیک را بوجود آورده‌اند، در سراسر زمین پراکنده بودند که انسان اولیه ، یعنی انسان متفکر بر آن سکونت داشته است. اما به نظر می‌رسد که بیشتر این مردم در دامنه جنوبی شبه جزیره بالکان (یونان باستان) بوده‌اند. جالب توجه است که ملل قدیمی دیگر مانند بابلیان و مصریان که در توسعه ریاضیات و نجوم سهیم بوده‌اند، در پیشرفت فیزیک هیچ سهمی نداشته‌اند.
چون خدایان بابلیان و مصریان دور از مردم و در میان ستارگان می‌زیستند، حال آنکه خدایان یونانیان در ارتفاعی تنها در حدود ۳۰۰۰ متر بر قله کوه اولمپ زندگی می‌کردند. و اصطلاح مانیتیسم (مغناطیس) از نام چوپانی به نام (σηυγαm) سرچشمه می‌گیرد. تشخیص تقدم یا تأخر زمانی این کشفیات افسانه‌ای دشوار است.

نقش دانشمندان در پیدایش فیزیک
* کشف فیثاغورث کاملاً مستند است. وی با اطمینان از اینکه اعداد بر جهان حکومت می‌کنند، به تحقیق درمورد رابطه میان طول تارها در آلات موسیقی پرداخت که ترکیبات هماهنگی از اصوات تولید می‌کنند. این کشفیات او شاید نخستین بیان ریاضی یک قانون فیزیکی باشد و بتواند نخستین گام در پیدایش فیزیک نظری باشد.
* یکی دیگر از افرادی که در پیدایش فیزیک سهم داشته است، ارسطو می‌باشد. هر چند ارسطو در تمام مباحث کارهای بزرگی انجام داده است که اندیشه انسانی را مدت ۲۰۰۰ سال پس از مرگ خود تحت تأثیر قرار داده ، اما مهمترین سهم او در فیزیک نام گذاری این علم می‌باشد که از کلمه‌ای یونانی به نام طبیعت اقتباس شده است.
* ارشمیدس دانشمند نامدار دیگری است که حدود یک قرن بعد از ارسطو زندگی می‌کرد. وی دانشمند علم مکانیک بوده که قوانین اهرمها را بیان نموده و مسأله یافتن مرکز ثقل هر جسم معین را مورد بحث قرار داد. مهمترین کشف ارشمیدس قانون او درمورد اجسام غوطه ور در یک مایع می‌باشد.

تحولات اولیه علم فیزیک
با زوال فرهنگ یونانی ، تکامل علم بطور کلی و علم فیزیک ، بخصوص به یک حالت رکود مجازی در آمد و این مدت تقریباً هزار سال طول کشید، تا اینکه سرانجام امپراطوری عربی در قرن هشتم تمام سرزمینهای جنوبی دریای مدیترانه را احاطه کردند و از تنگه جبل الطارق تا اسپانیا پیش رفتند. اعراب کتابهای به جا مانده از کتابخانه‌های یونانیان را ترجمه کرده و پرچمدار علم شدند. اما اعراب در زمینه علم فیزیک چندان کار زیادی انجام ندادند.
سرانجام در قرن ۱۲ امپراطوری عرب با حمله چنگیزخان مغول و سیر تاریخی جنگهای صلیبی در بیت المقدس به سرعت رو به زوال رفت و در همین دوران کشورهای اروپایی به تدریج از دوران هرج و مرج و تاریکی قرون وسطی خارج شدند. و آموزش دوباره رونق گرفت، اما این آموزش بیشتر زیر نظر کلیسا بود و لذا بیشتر مطالعات بر نوشته‌های ارسطو مبتنی بود. و چون ارسطو در زمینه علوم طبیعی چندان تبحری نداشت، لذا به تجدید حیات علم فیزیک در اروپا کمکی نکرد.

سیر تکاملی علم فیزیک
* درهم آمیختگی علوم طبیعی با علوم الهی را در این دوره می‌توان از کتاب هیأت مردوز یوهان کپلر دریافت.
* یکی از افرادی که در این دوره در علم دینامیک به پیشرفتهای خوبی نایل شد، گالیله بود که با مطالعه حرکت آونگ شروع کرد. وی از نخستین فیزیکدانان نظری و عملی بود.
* بعد از گالیله ، اسحاق نیوتن دومین دانشمند فیزیک به شمار می‌رود که مطالعات ثمربخشی را در زمینه‌های مختلف فیزیک انجام داد، بطوری که بعد از او دانشمندان زیادی مانند پاسکال (Pascal) ، برنولی (Bernoulli) ، هویگنس و غیره هر کدام در زمینه خاصی مطالعات اسحاق نیوتن را ادامه دادند.
* هویگنس به ادامه مطالعات اسحاق نیوتن در زمینه نور پرداخت. اسحاق نیوتن نور را ذره می‌دانست، اما هویگنس عقیده داشت که نور موج است، اما چون اسحاق نیوتن در این زمان در میان معاصرانش شخصیت برجسته‌ای بود و نیز به دلیل ناتوانی هویگنس در تکمیل نظریه‌هایش با دقت ریاضی ، با وجود برتری ظاهری نظریه او بر نظریه نیوتن ، نظریه هویگنس پذیرفته نشد و لذا این بحث معلق ماند. تا اینکه در سال ۱۸۰۰ تامس یانگ توانست پدیده حلقه‌های نیوتن را بر مبنای طبیعت موجی نور توضیح دهد.
* کارهای یانگ و معاصر فرانسویش فرنل (Fresnel) صحت و اعتبار نظریه موجی نور را به طرز قاطعی برقرار ساختند. بعد از این ، تقریباً علم فیزیک به شاخه‌های مختلف تقسیم شد و دانشمندان مختلف در زمینه‌های گوناگون فیزیک مطالعات ارزنده‌ای را انجام دادند که پایه و مبنای این مطالعات را می‌توان همان کارهای اسحاق نیوتن و گالیله دانست و بدین ترتیب علم فیزیک در شاخه‌های مختلف توسعه یافت.

سهم بکرل در تکامل علم فیزیک
در سال ۱۸۹۶ هانری بکرل (Becquerel) که از کشف اشعه ایکس توسط رونتگن اطلاع یافته بود، بر آن شد که ببیند آیا چیز دیگری هم شبیه اشعه ایکس از مواد فلورسانس که براثر تابش نور درخشان می‌شوند، صادر می‌شود یا نه. لذا بلورهایی از کانی (سنگ معدن) معروف به اورانیل (سولفات مضاعف اورانیوم و پتاسیم) را انتخاب کرد. چون بکرل عقیده داشت که تابش نتیجه روشنایی خارجی است، یک بلور اورانیل را در صفحه کاغذ سیاه قرار داد و آنرا جلوی پنجره گذاشت. وقتی که بعد از چند ساعت قرار دادن در مقابل نور خورشید فیلم عکاسی را ظاهر کرد، لکه‌های تیرهایی را بر روی فیلم مشاهده کرد.
او این آزمایش را چند بار تکرار کرد و هر بار با آنکه کاغذ سیاه بیشتری دور صفحه می‌پیچید، باز هم لکه را مشاهده می‌کرد. چون هوای پاریس چندین روز بارانی بود، لذا بکرل صفحه عکاسی لفاف پوش با بلور اورانیل را در کشوی میز خود قرار داد تا هوا مساعد شود. خورشید تا چند روز در هوا نمایان نشد و روزی هم که خورشید در آسمان ظاهر می‌شد، اغلب ابرهایی آنرا پوشانده بود.
با این حال بکرل بازهم صفحه عکاسی را درمعرض نور آفتاب قرار داد. بعد از مدتی که صفحه عکاسی را ظاهر کرد، برخلاف تصور ملاحظه کرد که بجای لکه های سیاه که قبلاً در روزهای آفتابی ملاحظه می کرد، لکه سیاه قیر مانندی در زیر جایی که اورانیل قرار داشت روی صفحه ظاهر شده بود. لذا وی دریافت که ظاهر شدن لکه های سیاه ربطی به قراردادن در مقابل نور آفتاب ندارد.
بکرل بلور اورانیل را گرم کرد، سپس آنرا سرد کرد و بصورت گردی درآورد و در اسیدها حل کرد. خلاصه دریافت که این خاصیت تازه کشف شده ماده که نام رادیواکتیویته بر آن داده شده است، هیچ سر و کاری با راه فیزیکی یا شیمیایی که بوسیله آن اتمها به یکدیگر پیوسته‌اند، ندارد بلکه خاصیتی نهفته در خود اتم است.
منبع :

academist.ir

تاریخ انتشار : شنبه 18 آبان 1387 - 23:42

سفر در زمان
طبقه بندی : فیزیک - مقالات

 

 

 

سفر در زمان چطور انجام میشود؟
یکی از جالبترین افکار بشر، ایده جابجایی در بعد زمان است.
البته اگر از یک بعد دیگر به قضیه نگاه کنیم همه ما مسافر زمان هستیم. همین الان که شما این را میخوانید، زمان در حول و حوش و به پیش میرود و آینده به حال و حال به گذشته تبدیل میشود. نشانه اش هم رشد موجودات است. ما بزرگ میشویم و میمیریم. پس زمان در جریان است.

آلبرت اینشتین با ارایه نظریه نسبیت خاص نشان داد که این کار از نظر تیوری شدنی است. بر طبق این نظریه اگه شییی به سرعت نور نزدیک شود گذشت زمان برایش آهسته تر صورت میگیرد. بنابراین اگر بشود با سرعت بیش از سرعت نور حرکت کرد، زمان به عقب برگردد. مانع اصلی این است که اگر جسمی به سرعت نور نزدیک بشود جرم نسبی ان به بینهایت میل میکند لذا نمیشود شتابی بیش از سرعت نور پیدا کرد. اما شاید یه روز این مشکل هم حل شود. بر خلاف نویسنده ها و خیالپردازها که فکر میکنند سفر در زمان باید با یک ماشین انجام شور، دانشمندان بر این عقیده هستند که اینکار به کمک یک پدیده طبیعی صورت میگیرد. در این خصوص سه پدیده مد نظر است: سیاهچاله های دوار، کرم چاله ها و ریسمانهای کیهانی.

سیاهچاله ها: اگر یه ستاره چند برابر خورشید باشد و همه سوختش را بسوزاند، از انجا که یک نیروی جاذبه قوی دارد لذا جرم خودش در خودش فشرده میشود و یک حفره سیاه رنگ مثل یه قیف درست میکند که نیروی جاذبه فوق العاده زیادی دارد طوری که حتی نور هم نمیتواند از ان فرار کند.

 
اما این حفره ها بر دو نوع هستد. یه نوعشان نمی چرخند لذا انتهای قیف یک نقطه است. در انجا هر جسمی که به حفره مکش شده باشه نابود میشود. اما یه نوع دیگر سیاهچاله نوعی است که در حال دوران است و برا همین ته قیف یه قاعده داره که به شکل حلقه اس. مثل یک قیف واقعی است که تهش باز است. همین نوع سیاهچاله است که میتواند سکوی پرتاب به آینده یا گذشته باشد. انتهای قیف به یک قیف دیگر به اسم سفیدچاله میرسد که درست عکس ان عمل میکند. یعنی هر جسمی را به شدت به بیرون پرتاب میکند. از همین جاست که میتوانیم پا به زمانها و جهان های دیگر بگذاریم.

کرم چاله : یک سکوی دیگر گذر از زمان است که میتواند در عرض چند ساعت ما را چندین سال نوری جابجا کند. فرض کنید دو نفر دو طرف یک ملافه رو گرفته اند و میکشند. اگر یک توپ تنیس بر روی ملافه قرار دهیم یک انحنا در سطح ملافه به سمت توپ ایجاد میشود.

 

 


اگر یک تیله به روی این ملافه قرار دهیم به سمت چاله ای که ان توپ ایجاد کرده است میرود. این نظر اینشتین است که کرات آسمانی در فضا و زمان انحنا ایجاد میکنند؛ درست مثل همان توپ روی ملافه. حالا اگه فرض کنیم فضا به صورت یک لایه دوبعدی روی یه محور تا شده باشد و بین نیمه بالا و پایین ان خالی باشد و دو جرم هم اندازه در قسمت بالا و پایین مقابل هم قرار گیرد، آن وقت حفره ای که هر دو ایجاد میکنند میتواند به همدیگر رسیده و ایجاد یک تونل کند. مثل این که یک میانبر در زمان و مکان ایجاد شده باشد. به این تونل میگویند کرم چاله.
این امید است که یک کهکشانی که ظاهرا میلیونها سال نوری دور از ماست، از راه یک همچین تونلی بیش از چند هزار کیلومتر دور از ما نباشی. در اصل میشود گفت کرم چاله تونل ارتباطی بین یک سیاهچاله و یه سفیدچاله است و میتواند بین جهان های موازی ارتباط برقرار کند و در نتیجه به همان ترتیب میتواند ما را در زمان جابجا کند. آخرین راه سفر در زمان ریسمانهای کیهانی است. طبق این نظریه یک سری رشته هایی به ضخامت یه اتم در فضا وجود دارند که کل جهان را پوشش میدهند و تحت فشار خیلی زیادی هستند. اینها هم یه نیروی جاذبه خیلی قوی دارند که هر جسمی را سرعت میدهند و چون مرزهای فضا زمان را مغشوش میکند لذا میشود از انها برای گذر از زمان استفاده کرد.

منبع :

academist.ir

تاریخ انتشار : شنبه 18 آبان 1387 - 23:15

پراش صوتی
طبقه بندی : فیزیک - مقالات
بازتابش ، شکست و پراش فیزیک امواج صوتی عینا مانند بازتاب ، شکست و پراش نور صورت میگیرد. زیرا آثار امواج نوری از بسیاری جهات شباهت به آثار امواج صوتی دارند و تنها فرق موجود این است که طول موج فیزیک امواج نورانی نسبت به طول موج فیزیک امواج صوتی بسیار کوچک میباشد. ولی قوانین هندسی آنها کاملا با هم شباهت دارد.
وقتی که بین منبع صوت و گوش مانعی قرار دهیم بر حسب بزرگی و کوچکی مانع نسبت به طول موج ، ممکن است آثار مختلف پیدا شود. اگر فیزیک امواج صوتی به جدار محکمی که در آن سوراخی تعبیه شده است برخورد کنند، قسمتی از فیزیک امواج که به سطح دیواره برخورد میکنند منعکس میگردند و قسمت دیگر که به لبه جداره و یا به لبه سوراخ برخورد میکنند ممکن است پراشیده شوند.

مشاهده پدیده تفرق در زندگی روزمره
پدیده تفرق فیزیک امواج صوتی در مشاهدات روزانه ما زیاد است. مثلا وقتی اشخاص در مقابل دهنه بوقی شکل بلندگو واقع میشوند، آنهایی که در وسط و در نزدیکی محور قرار دارند، تمام صداها را میشنوند، ولی آنهایی که در اطراف محور و خارج از میدان بوق شده‌اند فقط آن کلمات و با قسمتی از موزیک را میشنوند که با صدای بم ادا نشده باشد. همچنین وقتی دو نفر در اطاقی مکالمه میکنند اگر در دیوار مشترک با اطاق مجاور ، سوراخ کوچکی باشد ممکن است صدای آنها را در اتاق مجاور تشخیص داد. در صورتیکه اگر درب همان دو اطاق باز باشد آنکه در همسایگی واقع است ممکن است درست صدای مکالمه در همان اطاق مجاور را بخوبی و مانند سابق نشنود.
همینطور وقتی که در سینما یا تیاتر پشت سر شخص چاق یا قد بلندی بنشینم ، به گونه‌ای که مشاهده صحنه برای ما مقدور نباشد باز صدای آرتیستها را میشنویم. فیزیک امواج صوتی که به بدن آن شخص میرسند قسمتی جذب شده و قسمتی منعکس میگردند و قسمتی که به حدود اطراف بدن او برخورد میکنند، به واسطه پدیده پراش در پشت سر او در هر نقطه که گوش ما قرار گیرد قابل شنیدن میباشند.

یک آزمایش ساده
قطعه‌ای از نمد را که تقریبا به مساحت یک متر مربع باشد اختیار کنید و در وسط آن سوراخی به قطر ۱۵ سانتی متر ایجاد نمایید. اگر یک فرفره آلمانی (نوعی فرفره است که در جدار آن چند سوراخ وجود دارد، وقتی که میچرخد، تولید صدا میکند) را در فاصله ۳۰ سانتی متری از سوراخ بچرخانیم در هر جایی که در پشت نمد قرار گیریم صدای آن به آهستگی و به طور یکنواخت شنیده میشود. و اگر خود را در مقابل سوراخ طوری قرار دهیم که فرفره را با چشم خود ببینیم، صدای آن از وقتی که خود را در جای دیگر قرار دهیم بلندتر شنیده نمیشود. تنها وقتی در ناحیه پشت قطعه نمد صدای قویتر شنیده میشود که نمد را از میان برداریم و این مطلب برای این است که در صورت اخیر انرژی صوتی بیشتری در گوش ما داخل میشود.

اگر بجای فرفره ، یک ساعت جیبی قرار دهیم (طول موج امواجی که ساعتها تولید میکنند از یک الی هشت سانتی متر تغییر میکند) در این حالت برای اینکه صدای تیک تیک آن را در پشت قطعه نمد بشنویم باید خود را در روی محور قرار دهیم، به گونه‌ای که ساعت از پشت نمد قابل رویت باشد. وقتی که این شرط حاصل شد‌، صدای آن عینا مانند وقتی شنیده میشود که نمد وجود نداشته باشد و چون در خارج محور واقع باشیم صدای ساعت تقریبا دیگر شنیده نمیشود.

شرایط پراش
- فرض کنید فیزیک امواج صوتی به سطح دیواری که سوراخی در آن تعبیه شده است، برخورد میکنند. امواج صوتی را با طول موج معینی در نظر میگیریم. هرگاه طول موج نسبت به قطر سوراخ بزرگ باشد، چون طبقه متراکم (موج) به دیوار برسد، قسمت کوچکی از آن که از سوراخ عبور میکند خود مانند مرکز صوت شد. و با آن طرف جدار طبقات کروی متراکم و منبسط ، پشت سر هم بمرکز سوراخ درست میشوند. نتیجه اینکه در پشت مانع در همه جا صدا وجود خواهد داشت.
- برعکس اگر طول موج نسبت به قطر سوراخ کوچک باشد ، فیزیک امواج در حین عبور از سوراخ عینا به همان حالت باقی میمانند. بدیهی است که در این حالت قسمتی از موج تابشی که با دیوار برخورد میکند، خود به خود حذف میگردد، و فقط قسمت مواجه با سوراخ از آن عبور می کند.
- بنابراین در حالت اول ، در هر نقطه از پشت جدار که واقع باشیم، صدای منبع آهسته‌تر ولی به یک اندازه شنیده میشود، در صورتی که در حالت دوم ، فقط اگر در ناحیه مقابل سوراخ باشیم صدای منبع را به خوبی میشنویم و در خارج آن صدای منبع مسموع نیست. علت اینکه در حالت اول صدا آهسته‌تر شنیده میشود، آنست که انرژی صوتی که از سوراخ عبور میکند روی سطح کروی توزیع شده و ضعیف میگردد، در صورتی که در حالت دوم تمام مقدار انرژی صوتی که از سوراخ عبور میکند روی فیزیک امواج با سطوح کوچک در پشت مانع متمرکز میباشند.
منبع :

academist.ir

تاریخ انتشار : شنبه 18 آبان 1387 - 21:52

طرز کار موتور موشک های فضایی
طبقه بندی : فیزیک - مقالات

مقدمه:
یکی از عجیب ترین کشفیات انسان دسترسی به فضا است که پیچیدگی و مشکلات خاص خود را دارد. راه یابی به فضا پیچیده است، چرا که باید با بسیاری از مشکلات روبرو شد. مثلا:
- وجود خلا در فضا
- مشکلات گرما و حرارت
- مشکل ورود مجدد به زمین
- مکانیک مدارها
- ذرات و باقی مانده های فضا
- تابش های کیهانی و خورشیدی
- طراحی امکانات برای ثابت نگه داشتن اشیا در بی وزنی
ولی بزرگترین مشکل ایجاد انرژی لازم برای بالا بردن فضاپیما از زمین است که برای درک این موضوع باید به بررسی طرز کار موتورهای موشک پرداخت.
در یک دیدگاه ساده، می توان موتورهای موشک را به آسانی و با هزینه ای نسبتا کم طراحی کرد و حتی آن را به پرواز درآورد اما اگر بخواهیم مسیله را در سطح کلان بررسی کنیم با مشکلات و پیچیدگی های بسیاری مواجه هستیم و این موتورهای موشک (و به خصوص سیستم سوخت آن ها) آنقدر پیچیده است که تا به حال تنها سه کشور توانسته اند با استفاده از این فناوری انسان را در مدار زمین قرار دهند.
در این مقاله ما موتورهای موشک های فضایی را مورد بررسی قرار می دهیم تا با طرز کار و پیچیدگی های آن ها آشنا شویم.
نکات پایه ای:
عموما وقتی کسی درباره موتورها فکر می کند، خود به خود مطالبی درباره چرخش برایش تداعی می شود.برای مثال حرکت متناوب پیستون در موتور بنزینی که انرژی چرخشی برای به حرکت در آوردن چرخ ها را تولید می کند. و یا موتور الکتریکی که با تولید میدان الکتریکی که با تولید میدان مغناطیسی نیروی چرخشی برای پنکه یا سی دی رام تولید می کنند. موتور بخار هم به طور مشابه کار می کنند.
ولی موتور موشک از لحاظ ساختار متفاوت است. موتور موشک ها موتورهای واکنشی هستند.اساس کار موتور موشک برپایه ی قانون معروف نیوتون است که می گوید: “برای هر کنش واکنشی وجود دارد به مقدار مساوی ولی درجهت مخالف آن”. موتور موشک نیز جرم را در یک جهت پرتاب می کند و از واکنش آن در جهت مخالف سود می برد.
البته تصور این اصل (پرتاب جرم و سود بردن از واکنش) ممکن است در ابتدا کمی عجیب به نظر بیاید، چرا که در عمل بسیار متفاوت می نمایاند. انفجار، صدا و فشار چیزهایی است که در ظاهر باعث حرکت موشک می شود و نه “پرتاب جرم”.
بگذارید تا با بیان چند مثال تصویری بهتر از واقعیت را روشن کنم:
● اگر تا به حال با اسلحه ی(به خصوص سایز بزرگ آن) shotgun شلیک کرده باشید، متوجه می شوید که ضربه ی بسیار قوی ای، با نیروی بسیار زیاد به شانه شما وارد می کند.
یک اسلحه مقدار ۱ انس فلز را به یک جهت و با سرعت ۷۰۰ مایل در ساعت شلیک می کند و در واکنش شما را به عقب حرکت می دهد.
● اگر تا به حال شیر آتش نشانی را دیده باشید، متوجه می شوید که برای نگه داشتن آن باید نیروی بسیار زیادی را صرف کنید (اگر دقت کرده باشید گاهی ۲ یا ۳ آتش نشان یک شیر را نگه می دارند) که در این جا شیر آتش نشانی مثل موتور موشک عمل می کند.
شیر آتش نشانی، آب را در یک جهت پرتاب میکند و آتش نشان ها از نیرو و وزن خود استفاده می کنند تا در برابر واکنش آن مقاومت کنند. اگر آن ها اجازه بدهند تا شیر رها شود، شیر به این طرف و آن طرف پرتاب می شود.
حال اگر آتش نشان ها روی یک اسکیت برد ایستاده باشند شیر آتش فشانی آن ها را با سرعت زیادی به عقب می راند.
● اگر یک بادکنک را باد کنید و آن را رها کنید، بادکنک به پرواز در می آید، تا وقتی که هوای داخل آن به طور کامل خالی شود. پس می توان گفت که شما یکم موتور موشک ساخته اید. در این جا چیزی که به بیرون پرتاب می شود مولکول های هوای درون بادکنک هستند.
بسیاری از مردم فکر می کنند که مولکول های هوا اهمیتی ندارند، در حالی که اینطور نیست. هنگامی که شما به آن ها اجازه می دهید تا از دریچه بادکنک به بیرون پرتاب شوند، بر اثر واکنش به وجود آمده بادکنک به جهت مخالف پرتاب می شود.
در ادامه برای درک بهتر موضوع، به مثالی دقیق تر اشاره می کنم:
● سناریوی توپ بیسبال در فضا:
شرایط زیر را تصور کنید،
مثلا شما لباس فضانوردان را پوشیده اید و در فضا در کنار فضاپیما معلق مانده اید و چندین توپ بیسبال در دست دارید. حال اگر شما توپ بیسبال را پرتاب کنید، واکنش آن بدن شما را به جهت مخالف توپ حرکت می دهد.
سرعت شما پس از پرتاب توپ به وزن توپ و شتاب وارده بستگی دارد. همانطور که می دانیم حاصلضرب جرم در شتاب برابر نیرو است، یعنی:
F=m.a

همچنین میدانیم که هر نیرویی که شما به توپ وارد کنید، توپ نیز نیرویی مساوی ولی در جهت مخالف به بدن شما وارد میکند که همان واکنش است. پس می توان گفت:

m.a=m.a
حال فرض می کنیم که توپ بیسبال ۱ کیلو گرم وزن داشته باشد و وزن شما و لباس فضایی هم ۱۰۰ کیلوگرم باشد. پس با این حساب اگر شما توپ بیسبال را با سرعت ۲۱ متر در ساعت پرتاب کنید. یعنی شما با دست خود به یک توپ بیسبال ۱ کیلو گرمی، شتابی وارد کرده اید که سرعت ۲۱ متر در ساعت گرفته است. واکنش آن روی بدن شما تاثیر می گذارد، ولی وزن بدن شما ۱۰۰ برابر توپ بیسبال است. پس بدن شما با ۱۰۰/۱ سرعت توپ بیسبال (یا ۰.۲۱ متر بر ساعت) به عقب حرکت می کند.
حال اگر شما می خواهید از توپ بیسبال خود قدرت بیش تری بگیرید، شما دو انتخاب دارید: افزایش جرم یا افزایش شتاب وارده
شما می توانید یا یک توپ سنگین تر پرتاب کنید و یا اینکه شما می توانید توپ بیسبال را سریع تر پرتاب کنید (شتاب آن را افزایش دهید)، و این دو تنها کارهایی است که می توانید انجام دهید.
یک موتور موشک نیز به طور کلی جرم را در قالب گازهای پرفشار پرتاب می کند؛ موتور گاز را در یک جهت به بیرون پرتاب می کند تا از واکنش آن در جهت مخالف سود ببرد. این جرم از مقدار سوختی که در موتور موشک می سوزد بدست می آید.
عملیات سوختن به سوخت شتاب می دهد تا از دهانه خروجی موشک با سرعت زیاد بیرون بیاید.
وقتی سوخت جامد یا مایع می سوزد و به گاز تبدیل می شود، جرم آن تغییر نمی کند بلکه تغییر در حجم آن است. یعنی اگر شما مقدار یک کیلو سوخت مایع موشک را بسوزانید مقدار یک کیلو جرم با حجمی بیشتر، از دهانه خروجی موشک با دمای بالا و سرعت زیاد خارج می شود. عملیات سوختن، جرم را شتاب می دهد.
بیایید تا بیش تر درباره ی نیروی پرتاب بدانیم:

قدرت موتور یک موشک را نیروی پرتاب آن می گویند. نیروی پرتاب در آمریکا به صورت (پوند) ponds of thrust و در سیستم متریک با واحد نیوتون شناخته شده است (هر ۴.۴۵ نیوتون نیروی پرتاب برابر است با ۱ پوند نیروی پرتاب).

هر یک پوند نیروی پرتاب (۴.۴۵ نیوتون) مقدار نیروی است که می تواند یک شی ۱ پوندی (۴۵۳.۵۹ گرم) را در حالت ساکن مخالف نیروی جاذبه زمین نگه دارد.

بنابر این در روی زمین شتاب جاذبه ۲۱ متر در ساعت در ثانیه (۳۲ فوت در ثانیه در ثانیه) است.

منبع :

academist.ir

تاریخ انتشار : پنجشنبه 16 آبان 1387 - 23:16

نیشتین و فیزیک نوین
طبقه بندی : فیزیک - مقالات
از میان مجموعه مقاله هاى انیشتینمقاله اى که او در سال ۱۹۰۵ عرضه کرد، اثر مهمى در پیشرفت علم داشته است. در آن مقاله پدیده فوتوالکتریک را شرح مى دهد و با استفاده از نظریه کوانتوم پلانک نظریه فوتونى نور را بیان مى کند. بر طبق این نظریه نور مانند انرژى هاى دیگر حالت کوانتومى دارد. کوانتوم نور را که فوتون مى نامیم مقدار مشخص انرژى است که اندازه آن، E، از رابطهhv = Eبه دست مى آید که v بسامد موج و h ثابت پلانک است.

بنابر این نظریه هر چه بسامد نور بیشتر یا طول موج آن کمتر باشد، انرژى فوتون بیشتر است. چنانچه این فوتون ها در مسیر حرکت خود به الکترون هایى برخورد کنند، جذب الکترون مى شوند و انرژى الکترون را بالا مى برند و در نتیجه الکترون مى تواند از میدانى که در آن قرار گرفته است، آزاد و خارج شود. انیشتینبه مناسبت توضیح پدیده فوتوالکتریک جایزه نوبل سال ۱۹۲۱ فیزیک را دریافت کرد. نظریه فوتونى او نه فقط نور بلکه سراسر طیف موج هاى الکترومغناطیسى از موج هاى گاما تا موج هاى بسیار بلند را دربرمى گیرد و توضیح مى دهد.

موضوع دومین مقاله انیشتین حرکت براونى بود. در سال ۱۸۲۷ رابرت براون (۱۸۵۸- ۱۷۷۳) گیاه شناس و پزشک انگلیسى حرکت مداوم معلق دو مایع را مشاهده کرد و متوجه شد که این ذره ها با قطرى حدود یک میکرون پیوسته به این سو و آن سو حرکت مى کنند. انیشتین همین آزمایش را در مقاله اى با استفاده از نظریه جنبشى ذره ها تعبیر و تفسیر کرد و از روى آن عدد آوودگادرو را به دست آورد.

انیشتین نظریه نسبیت خاص را در مقاله سوم معرفى کرد. در این مقاله بود که مفاهیم اساسى طبیعت موجى فضا، حجم، زمان و حرکت به طور کامل تغییر کرد. انیشتین ضمن مطالعه هاى خود توانست مسیله سرعت نور را که از مدت ها پیش تعجب دانشمندان را برانگیخته بود، حل وفصل کند. او نظریه خود را براساس دو اصل زیر قرار داد:

۱- سرعت نور در جهان ثابت است

۲- قانون هاى طبیعت براى ناظرین مختلف که یکنواخت حرکت مى کنند یکسان است.

انیشتین نشان داد که اگر ثابت نبودن سرعت نور را بپذیریم، نتیجه هاى شگفت انگیزى به بار مى آید. براى مثل هر چه سرعت حرکت جسمى بیش تر شود، طول آن کوتاه تر و جرمش بیشتر مى شود. نتیجه دیگر آنکه به زمان مطلق و فضاى مطلق به شکلى که پیشینیان تصور مى کردند نمى توان قایل شد و زمان و فضا را جدا و مستقل از یکدیگر نمى توان در نظر گرفت. دنیاى مادى یک فضا و زمان چهاربعدى است. جرم یک جسم نیز ثابت نیست و با تغییر سرعت تغییر مى کند به طورى که مى توان جرم را نوعى انرژى متراکم در نظر گرفت و یا انرژى را جرم پراکنده دانست. انیشتینبا بیان نظریه نسبیت خاص، قانون بقاى ماده لاوازیه و اصل بقاى انرژى مایر را به اصل بقاى مجموع ماده و انرژى درآورد و رابطه معروف جرم و انرژى را به دست آورد. انیشتیندر سال ۱۹۱۶ نظریه نسبیت عام را تنظیم و اعلام کرد. در این نظریه نه تنها حرکت با سرعت ثابت و مسیر مستقیم، بلکه هر نوع حرکتى در نظر گرفته شده بود. در بسیارى موارد دلیل آنکه سرعت و مسیر حرکت هر متحرکى تغییر مى کند، وجود نیروى جاذبه است. بنابراین در نظریه نسبیت عام باید نیروى جاذبه در نظر گرفته شود. انیشتینیک رشته معادله تنظیم کرد که نشان مى داد اگر در هیچ جا ماند و نیروى جاذبه وجود نداشته باشد، جسم متحرک مسیر مستقیمى را طى مى کند و اگر ماده وجود داشته باشد فضاى پیرامون جسم متحرک دگرگون شده، جسم مسیر منحنى را طى مى کند. نظریه نسبیت عام نشان مى دهد که این منحنى ها چگونه باید باشند و این به طور کامل با آن چه در نظریه جاذبه نیوتن پیش بینى شده بود، تطبیق نمى کرد. براى مثال بر طبق نظریه انیشتینمسیر نور تحت تاثیر میدان جاذبه قوى تغییر مى کند. در صورتى که از قانون هاى نیوتن چنین نتیجه اى به دست نمى آمد. کسوف سال ۱۹۱۹ نظریه انیشتینرا ثابت کرد. در سال ۱۹۶۹ دو سفینه پژوهشى که به سمت مریخ فرستاده شدند، اثر خورشید بر مسیر موج هاى رادیویى را مورد مطالعه و مشاهده قرار دادند.

ایران و سال جهانى فیزیک

سال جهانى فیزیک فرصت مناسبى است تا در ایران به نقد آموزش علوم و پژوهش هاى علمى بپردازیم و مشخص کنیم آیا راه و روشى را که از زمان بنیانگذارى دارالفنون تاکنون برگزیده ایم درست و بجا بوده و توانسته است بسترى مناسب براى فعالیت هاى علمى و پژوهشى به وجود آورد. آیا با همه سرمایه گذارى هاى مادى و معنوى توانسته ایم جامعه ایرانى را به حالتى برسانیم که به علم باور داشته باشند، علمى بیندیشند، بتوانند تولیدکننده علم باشند و بدانند که براى رساندن جامعه به خودکفایى و توسعه پایدار، کارى مداوم و جدى و همگانى لازم است.

گرچه نمى توان منکر تلاش هاى صمیمانه افراد و سازمان هاى مؤثر در آموزش علوم جدید در ایران شد لیکن در این مدت نتوانسته ایم به سطح مورد انتظار جامعه برسیم، ولى توانسته ایم پایه هاى اولیه را طرح ریزى و شروع به سازندگى کنیم. این کار از یک سو از دبستان ها و از سوى دیگر از دانشگاه ها آغاز شده است. در دبستان ها فعالیت آموزش علوم با طرح جدیدى که هم اکنون در مدرسه ها اجرا مى شود، آغاز شد. کودکان را به مشاهده مستقیم طبیعت و کارگروهى برانگیخته اند و به جاى آنکه فقط دانستنى ها را به ذهن آنها منتقل کنند، معلمان، کودکان را به مشاهده طبیعت، جمع آورى اطلاعات، طبقه بندى و حتى طراحى آزمایش، فرضیه سازى و نتیجه گیرى تشویق مى کنند و همه اینها مقدمه اى است براى آنکه کودکان با روش علمى آشنا شوند.

در دانشگاه ها تحقیقات سازمان یافته آغاز شده است. پروژه هاى تحقیقاتى گرچه در ابتدا حالت تقلیدى و کتابخانه اى داشت، کم کم به مرحله علمى نزدیک مى شود و امید است، تحقیقات به معناى واقعى در کشور آموزش داده شود و جریان یابد.

اکنون مشکل بزرگ در برنامه دبیرستان ها وجود دارد. دانش آموزان به جاى آموختن روش حل مسیله به حفظ کردن پاسخ ها مى پردازند تا آنها را تحویل آزمون ها و کنکور دانشگاه دهند و به مدرک هاى بالاتر دست یابند. با توجه به آنکه مخاطبان سال جهانى فیزیک، دانش آموزان نیز هستند مى توان امیدوار بود که با نیروهاى مخلصى که در میان معلمان وجود دارد و نیز تشویق هایى که از طرف سازمان ها صورت مى گیرد و کارگاه هاى علمى که از سوى کشورهاى پیشرفته صنعتى در کشور تشکیل و اجرا مى شود، به هدف هاى مورد نظر دست یافت و روش علمى را در فعالیت هاى آموزشى و پژوهشى یاد گرفت و به کار برد.

نویسنده این نوشته تاکنون شاهد همایش ها و جلسه هاى متعددى بوده که از سوى دبیران فیزیک و انجمن هاى علمى تشکیل شده و دانش آموزان و دبیران به تهیه و عرضه مقاله هاى علمى و تولید نرم افزارهاى کامپیوترى و نیز ابزارهاى آزمایشگاهى و کارگاهى دست زده اند. همه این کارها به علاقه مندان این کشور امید مى دهد که جامعه علمى ما در حال بیدار شدن است. بیدارگران پرتلاش و پر امید به بیدار کردن خواب آلودگان مشغولند. گرچه برخى از سازمان ها و افراد هنوز در کار متوقف کردن جریان علمى در کشور هستند، اما در جامعه نه تنها زنگ ها بلکه ناقوس هاى بیدارى به صدا درآمده و هیچ فردى را فرصت و مهلت خوابیدن نمى دهد.

روزى که انیشتینرمق فکر کردن نداشت

انیشتیندر نوجوانى علاقه چندانى به تحصیل نداشت. پدرش از خواندن گزارش هایى که آموزگاران درباره پسرش مى فرستادند، رنج مى برد. گزارش ها حاکى از آن بودند که آلبرت شاگردى کندذهن، غیرمعاشرتى و گوشه گیر است. در مدرسه او را «باباى کندذهنى» لقب داده بودند. او در ۱۵ سالگى ترک تحصیل کرد، در حالى که بعدها به خاطر تحقیقاتش جایزه نوبل گرفت!

شاید شما نیز این جملات را خوانده یا شنیده باشید و شاید این پرسش نیز ذهن شما را به خود مشغول کرده باشد که چگونه ممکن است شاگردى که از تحصیل و مدرسه فرارى بوده است، برنده جایزه نوبل و به عقیده برخى از دانشمندان، بزرگ ترین دانشمندى شود که تاکنون چشم به جهان گشوده است؟

با مطالعه دقیق تر زندگى این شاگرد دیروز، پاسخ مناسبى براى این پرسش پیدا خواهیم کرد. آلبرت بچه آرامى بود و والدینش فکر مى کردند که کندذهن است. او خیلى دیر زبان باز کرد، اما وقتى به حرف آمد، مثل بچه هاى دیگر «من من» نمى کرد و کلمه ها را در ذهنش مى ساخت. وقتى به سن چهار سالگى پاگذاشت، با بیلچه سر خواهر کوچکش را شکست و با این کار ثابت کرد که اگر بخواهد، مى تواند بچه ناآرامى باشد!

پدر و مادر آلبرت به بچه هاى کوچک خود استقلال مى دادند. آنان آلبرت چهارساله را تشویق مى کردند که راهش را در خیابان هاى حومه مونیخ پیدا کند. در پنج سالگى او را به مدرسه کاتولیک ها فرستادند. آن مدرسه با شیوه اى قدیمى اداره مى شد. آموزش از طریق تکرار بود. همه چیز با نظمى خشک تحمیل مى شد و هیچ اشتباهى بى تنبیه نمى ماند و آلبرت از هر چیزى که حالت زور و اجبار و جنبه اطاعت مطلق داشته باشد، متنفر بود. اغلب کسانى که درباره تنفر انیشتیناز مدرسه، معلم و تحصیل نوشته اند، به نوع مدرسه، شیوه تدریس معلم و مطالبى که این دانش آموز باید فرا مى گرفت، کمتر اشاره کرده اند. بازخوانى یک واقعه مهم در زندگى انیشتینما را با مدرسه محل تحصیل او آشناتر مى کند: روزى آلبرت مریض بود و در خانه استراحت مى کرد. پدرش به او قطب نماى کوچکى داد تا سرگرم باشد. انیشتینشیفته قطب نما شد. او قطب نما را به هر طرف که مى چرخاند، عقربه جهت شمال را نشان مى داد. آلبرت کوچولو به جاى این که مثل سایر بچه ها آن را بشکند و یا خراب کند، ساعت ها و روزها و هفته ها و ماه ها به نیروى اسرارآمیزى فکر مى کرد که باعث حرکت عقربه قطب نما مى شود. عموى آلبرت به او گفت که در فضا نیروى نادیدنى (مغناطیس) وجود دارد که عقربه را جابه جا مى کند. این کشف تاثیر عمیق و ماندگارى بر او گذاشت. در آن زمان، این پرسش براى آلبرت مطرح شد که چرا در مدرسه، چیز جالب و هیجان انگیزى مثل قطب نما به دانش آموزان نشان نمى دهند؟! از آن به بعد، تصمیم گرفت خودش چیزها را بررسى کند و به مطالعه آزاد مشغول شود. انیشتینده ساله بود که در دبیرستان «لویت پولت» ثبت نام کرد. در آن موقع، علاقه بسیارى به ریاضى پیدا کرده بود. این علاقه را عمویش اکوب و یک دانشجوى جوان پزشکى به نام ماکس تالمود در وى ایجاد کرده بودند. تالمود هر پنجشنبه به خانه آنان مى آمد و درباره آخرین موضوعات علمى با آلبرت حرف مى زد. عمویش نیز او را با جبر آشنا کرده بود. انیشتیندر دوازده سالگى از تالمود کتابى درباره هندسه هدیه گرفت. او بعدها آن کتاب را مهم ترین عامل دانشمند شدن خود عنوان کرد. با این که آلبرت در خانه چنین علاقه اى به ریاضیات و فیزیک نشان مى داد، در دبیرستان چندان درخششى نداشت. او در نظام خشک و کسل کننده دبیرستان، علاقه اش را به علوم از دست مى داد و نمراتش کمتر و کمتر مى شدند. بیشتر معلمانش معتقد بودند که او وقتش را تلف مى کند و چیزى یاد نمى گیرد. هرچند انیشتینبه قصد این درس مى خواند که معلم شود نه فیزیکدان، اما از معلمان خود دل خوشى نداشت و از زورگویى آنان و حفظ کردن درس هاى دبیرستان، دل پرخونى داشت. از این رو، خود را به مریضى زد و با این حیله، مدتى از دبیرستان فرار کرد! چون معلم ها نیز از او دل خوشى نداشتند، شرایط را براى اخراج او از مدرسه فراهم کردند. انیشتینبعدها در این باره گفت: «فشارى که براى از بر کردن مطالب امتحانى بر من وارد مى آمد، چنان بود که بعد از گذراندن هر امتحان تا یک سال تمام، رمق فکر کردن به ساده ترین مسیله علمى را نداشتم!» انیشتینبعدها مجبور شد در دبیرستان دیگرى دیپلم خود را بگیرد و سرانجام با هزار بدبختى گواهینامه معلمى را دریافت کند. بعد از آن، مدتى معلم فیزیک در یک مدرسه فنى شد، اما چون روش هاى خشک تدریس را نمى پسندید، پیشنهادهایى در مورد تدریس به رییس مدرسه داد که پذیرفته نشدند و به این ترتیب بهانه اخراج خود را فراهم کرد.انیشتینپس از این واقعه، زندگى دانشجویى را برگزید و پس از فارغ التحصیلى، در اداره ثبت اختراعات به کار مشغول شد. او از کار کردن در این اداره راضى بود. عیب دستگاه هاى تازه اختراع شده را پیدا مى کرد و در ساعت ادارى، وقت کافى داشت تا به فیزیک فکر کند. در همین اداره بود که مقاله هاى متعددى نوشت و در مجلات معتبر منتشر کرد. جالب این که دانشمند بزرگ که با فرضیات خود انقلابى در جهان دانش به پا کرد، در شرایطى کار مى کرد که براى هر دانشمند دیگرى غیرممکن بود! او نه با فیزیکدان حرفه اى تماس داشت و نه به کتاب ها و مجلات علمى مورد نیاز دسترسى داشت. در فیزیک فقط به خود متکى بود و کس دیگرى را نداشت که به او تکیه کند! اکتشافات او چنان خلاف عرف بودند که به نظر فیزیکدانان حرفه اى، با شغلى که او به عنوان یک کارمند جزء در دفتر ثبت اختراعات داشت، سازگار نبودند.
منبع :

academist.ir

تاریخ انتشار : چهارشنبه 15 آبان 1387 - 22:48


فرضیه نسبیت اینشتین چیست؟

طبقه بندی : فیزیک - مقالات

بنا بر فرضیه نسبیت اینشتین، که او آن را در سال ۱۹۰۵ میلادى ارایه کرد، ساعت هایى که به سرعت تغییر مکان داده مى شوند نسبت به ساعت هایى با ساخت همسان که در مکان ثابتى قرار گرفته اند، آهسته تر کار مى کنند. این پدیده که به صورت تحت اللفظى «کش آمدن زمان» نامیده مى شود، احتمالاً یکى از نتایج اعجاب برانگیز تیورى انقلابى اینشتین در مورد فضا و زمان است. اینکه مدت یک ثانیه، بایستى به سرعت حرکت خود ساعت بستگى داشته باشد، از لحاظ حسى، قابل تصور نیست و با تجارب همه روزه ما، همخوانى ندارد. با این وجود، «انبساط زمان» که در سال ۱۹۷۱ توسط ساعت هاى اتمى در داخل هواپیماهاى پر سرعت ثابت شد، یک واقعیت است. اما فیزیکدانان آلمانى درصدد برآمدند تا این موضوع را دقیق تر بررسى کنند.

قلب تپنده انستیتوى فیزیک هسته اى ماکس پلانک، یک دستگاه شتاب دهنده ذرات است که در مکانى به بزرگى جایگاه نگهدارى هواپیماها قرار گرفته است. «گیدو زاتهوف» که به هنگام کار ترانسفورماتورها و دستگاه هاى تولیدکننده خلاء به زحمت مى توانست صداى خود را به گوش ما برساند، گفت: «داستان از اینجا آغاز مى شود. ما اینجا یک قفس فارادى داریم که درون آن یک منبع یونى جاى گرفته است.»

این فیزیکدان متخصص به تانکى نارنجى رنگ و به شکل یک سوسیس بسیار بزرگ اشاره مى کند و مى افزاید: «در درون این محفظه، یک جریان الکتریکى فشار قوى، یون هاى عنصر لیتیم را تحریک کرده و به میزان ۱۹ هزار کیلومتر در ثانیه به شتاب در مى آورد. این سرعت که یک ششم سرعت نور است براى گردش هر ۲ ثانیه یکبار یون ها به دور زمین کفایت مى کند.»
بر اساس فرضیه نسبیت اینشتین، بایستى ساعت درونى ذرات پرسرعت یون ها نسبت به ساعت مچى زاتهوف آهسته تر کار کند. به گفته او: «بر اساس نظریه اینشتین، تقریباً 1/002مرتبه آهسته تر. یعنى 0/002 ثانیه آهسته تر از ساعت هاى آزمایشگاه و ما مى توانیم به وسیله اسپکتروسکوپ لیزرى این فاکتور را تا رقم دهم بعد از ممیز نیز دقیقاً محاسبه کنیم.»
در زیرزمین موسسه ماکس پلانک، زیر نورى ضعیف و در پس یک پرده پلاستیکى سیاه رنگ، یک میز به بزرگى میز پینگ پونگ قرار دارد. ۳ دستگاه بزرگ لیزر و شمار زیادى عدسى و آینه، بر این میز جاى گرفته اند. تنها سوار کردن این سیستم دقیق نورى ۳ سال تمام زمان نیاز داشت.
تاکنون کارشناسان آلمانى موفق شده اند فرمول اینشتین را با دقت ۱۰ رقم بعد از ممیز نیز تایید کنند. اما آنها قصد دارند به زودى این آزمایش ها را با دستگاه قوى ترى در شهر «دارمشتات» به انجام برسانند.

منبع :

.bedanid.com

تاریخ انتشار : دوشنبه 13 آبان 1387 - 23:8


امواج فروسرخ
مادون قرمز

Infrared
طبقه بندی : فیزیک - مقالات
امواج فروسرخ یا به عبارتی اشعه مادون قرمز در علم فیزیک به قسمی از طیف پرتوهای الکترومغناطیسی اطلاق می‌گردد که دامنه طول موج آنها از بالای نور سرخ مرئی آغاز و تا امواج غیرمرئی ریزموج یا مایکروویو را دربر می‌گیرند.
* دامنه طول اینگونه امواج تقریبا بین ۱ میلی متر تا ۷۵۰ نانومتر (معادل ۷۸۰۰-۱۵۰۰۰۰۰ آنگستروم )متغیر بوده بنابراین کوتاه تر از امواج رادیوئی مرسوم طبقه بندی می‌گردند.
* فرکانس ( تواتر) امواج فروسرخ حداکثر ۴۰۰ تریلون بار در ثانیه(در محدوده بسیار نزدیک به رنگ سرخ قابل دید) تا ۸۰۰ بیلیون بار در ثانیه (نزدیک به محدوده پایانی پرتوهای مایکروویو) اندازه گیری می‌گردند.
* اصطلاح تابش فروسرخ گرته‌برداری از نام انگلیسی آن یعنی Infrared است. واژه انگلیسی Infrared از ترکیب دو کلمه لاتین Infra به معنی فرو یا پایین و کلمه انگلیسی red به مفهوم سرخ به وجود می‌آید. وجود طول موجی بلندتر از رنگ سرخ (بلند ترین طول موج در عرصه نور مرئی)و بسامد کمتر و یا کوتاهتراز آن را میتوان علت این نامگذاری دانست.(امواج فرو سرخ طول موجشان فروتر ویا پائین تر از دامنه موج مرئی می‌باشد ).
* تابش فروسرخ رادر فیزیک، عموما با نام دیگری بنام گرمای تابشی و یابه عبارتی از جنس همان گرمائی که از منابعی همانند خورشید، لامپ برقی،ویا حتی از شعله هائی که از یک شمع به اطراف تابیده می‌گردنند، همسان می‌شناسند، زیرا بطور سنتی، چه درست وچه غلط، همه گونه تابش‌های حرارتی رامعمولا به امواج فروسرخ نسبت می‌دهند.
* این فرض بعضا باطل، با توجه به تعاریف فوق، البته دلیل مقبولی برای توجیه اینکه چرامنبعی هما نند خورشید در مجموع، تنها قادر به تامین ۵۰٪ گرمای مورد نیاز کره خاکی از منابع تابش غیر مرئی است ومابقی آن ازبرکت تابش امواج طیف تابشی مرئی، تامین می‌شوند،نخواهد بود. نکته ظریف در اینجا، بسیار ساده‌است: هر دو نوع تابش حرارتی مرئی و غیر مرئی دارای گرمای تابشی و یا از نوع گرمای تابشی هستند. تنها تفاوت راباید نزدیکی تابش‌ها به سوی طیف مرئی سرخ و یا دوری از آن به سوی امواج ماکروویو، دانست. طیف خورشید در حالت مرئی به سمت سرخ و زرد متمایل است.
* هر چند که اینگونه تابش در برخی دامنه‌های نزدیک فروسرخ از طریق پوست کاملا قابل حس بوده اما اینکه الزاما منبع تابش،حتما مبایستی با تابانیدن نور مرئی از خود،آنراقابل ثبت و حس نماید ، منتفی یا مردود است.
بطور مثال ،اشعه مادون قرمز با طول موج کوتاهتر از ۱٫۵ میکرومتر از پوست می‌گذرند و بقیه جذب شده و تولید حرارت می‌کنند، اما دیده نمی‌شوند. همانگونه که می‌دانیم ، یک اطوی برقی باوجود اینکه هیچگاه ازشدت داغی به سرخی نگرایده و در تاریکی قابل رویت نمی‌باشد وایضا حرارت قسمت‌های مختلف بدن یک گربه در یک غروب پائیزی، همچنان می‌توانند نمونه هائی از منابع تابش فروسرخ را به ما بنمایانند.

خلاصه: تابشهای فروسرخ معمولااز طریق ابزار مرسوم از قبیل دوربین‌های چشمی و عکاسی معمولی، عینک‌های آفتابی یا لنزی متعارف، چشمان غیرمسلح انسان وبسیاری دیگر ازموجودات، قابل دیدن نمی‌باشند .
سپس می‌توانید تصویر یک سگ کوچک را که در طیف رده بندی تابشی نیمه-فروسرخ یا حرارتیدر رده بندی تابش‌ها گرفته شده‌است، ملاحظه کنید. توجه شمارا به دو نکته در این عکس جلب می‌کنم:
* - رنگها غیرواقعی جلوه میکنند.
- عکس مذکور با فیلم حساس به IR گرفته شده‌است.

پس ّبه گونه‌ای ساده تر میتوان گفت که هر چیزی یا موجودی ویادستگاهی ،برای نمونه از یک رادیاتور معمولی شوفاژ تا یک موجود زنده ، که بتواند گرمائی غیر مرئی و بیش از گرمای محیط اطراف خود ایجاد نماید، منبع فرآوری انرژی حرارتی و یا به تعریف دیگر تابنده امواج فروسرخ شناخته می‌شود. بعدا ملاحظه خواهید نمود که تمامی موارد یاد شده در بالا،تنها دردامنه‌های متفاوتی از رده بندی تابش ها (جدول زیر ) با هم تفاوت دارند.
جهت سهولت در تعاریف، طیف تابشی فروسرخ معمولا به زیرمجموعه هائی به شکل زیر هم نامگذاری می‌شود:
* رده بندی تابش‌ها:
*-نزدیک فروسرخ با دامنه طول موج ۰٫۷۵-۱٫۴ میکرومتر
-موج کوتاه فروسرخ با دامنه طول موج ۱٫۴-.۰۳ میکرومتر
-موج متوسط فروسرخ با دامنه طول موج ۳٫۰-۸٫۰ میکرومتر
-موج بلند فروسرخ با دامنه طول موج ۸٫۰-۱۵ میکرومتر
-موج بسیار دور فروسرخ Far IR
با دامنه طول موج ۱۵-۱۰۰۰ میکرومتر
هت رویت طیف‌های الکترو مغناطیسی
* منابع تولید تابشهای فروسرخ
منبع طبیعی بزرگترین منبع تابشهای فروسرخ ، خورشید است. میزانی از نور آفتاب که به ما می‌رسد، دارای اشعه مادون قرمز کوتاه است، زیرا پرتوهای تابشهای فروسرخ بلند آن قبلا درلایه‌های مختلف جو (هوا) جذب شده‌اند.
*منابع مصنوعی:اجسام ملتهب
بهترین منابع مصنوعی برای امواجفروسرخ ، اجسام ملتهب می‌باشند که طول موج آنها بر حسب درجه حرارت تغییر می‌کند. اگر بخواهیم اشعه مادون قرمز خالص داشته باشیم، باید نور این قبیل منابع مصنوعی را بوسیله شیشه‌هایی که در ترکیب آنها ید و یا اکسید منگنز (MnO) وجود دارد، از صافی بگذرانیم. این نوع صافیها طیف مرئی را جذب کرده و فقط اشعه فروسرخ را عبور می‌دهند.
* عبور جریان الکتریکی از مقاومتها
روش دیگر که هم سهل وهم عملی است، عبور جریان الکتریکی از مقاوتهای فلزیست، بطوری که این مقاوتها سرخ شوند. این مقاومتها غالبا از آلیاژهای آهن و نیکل ساخته شده‌اند. چراغ با مفتول زغال چراغهایی که مفتول آنها از زغال چوب ساخته شده‌است، نیز به نسبت زیاد امواجفروسرخ دارند. در این نوع چراغ نسبت اشعه کوتاه بین ۱ میکرومتر و ۷ میکرومتر خیلی کم ، ولی نسبت اندازه گیری اشعه مادون قرمز بلند آن زیاد است.
چراغ بخار جیوه نیز، امواجفروسرخ با طول موج کوتاه بین ۰٫۹۲ میکرومتر و ۱٫۳ میکرومتر تولید می‌کند، ولی نسبت اشعه حاصله نسبت به سایر منابع کمتر است.
* اندازه گیری امواج فروسرخ
برای اندازه گیری امواجفروسرخیا اشعه مادون قرمز از جذب انرژی حرارتی آن استفاده می‌نمایند، یعنی اشعه را به جسمی می‌تابانند که بتواند کلیه انرژی را جذب کند و آنگاه مقدار حرارت تولید گشته در جسم مزبور را ، اندازه می‌گیرند.
۳*- کاربردها
۳-۱دید در شب
* -دستگاه دید در شب وسیله‌ای برای دیدن در شرایط کمبود یا نبود نور کافی جهت مشاهده اشیاء است. دستگاه مذکور قادر به شناسائی اشیاء گرمتر نسبت به محیط، توسط ثبت سایه هائی متفاوت از اجسام سردتر از هدف در رده‌های متفاوت بوده که به نیروهای پلیس و نظامی ، امکان شناسائی انسان و یا اتوموبیل و غیره را به راحتی فراهم می‌سازد.
یک تفنگ مجهز به دوربین دید در شب، بعنوال مثال، از آنجائی که تابش فروسرخ غیرمرئی بوده، اما رفتاری عینا مانند نور مرئی را از خود نشان می‌دهد، پس بنابراین توسط بازتاب و کنترل آن می‌توان به مثابه یک ابزار کاراء در درگیری‌های جنگی یا پلیسی از خواص آن بهره مند شد.
چنین سلاحی به یک منبع تابش فروسرخ و یک عامل بازتاب امواج برگشتی ، در راستای هدف گیریست.
*امواج بازیافتی از هدف و یا به عبارت دیگر انرژی بازگشت شده، دریافت و توسط یک سامانه الکترونیکی بصورت یک صحنه مرئی در معرض دید تک تیرانداز ( بعنوان تنها تاظر صحنه)، قرار می‌گیرد.
* ۳-۲اندازه گیری حرارت از راه دور
*سنداژ زمین از راه دور (آکموترا) یا دید در شب بعلاوه رصد اجرام آسمانی
* ۳-۳تصویر برداری / نقشه برداری
*عکسبرداری توسط دوربین‌های حساس به انواع تابش فروسرخ با هواپیما ، بالن، سفینه‌ها وغیره
* ۳-۴
سنداژ زمین از راه دور (آکموترا) یا دید در شب
عکسبرداری هواپیمایی حرارتی فروسرخ امکان نقشه‌برداری از موقعیت و حالتهای معین خطوط لوله و از جمله خطوط لوله انتقال نفت و گاز را اعم از باز و زیرزمینی فراهم می‌کند. هر دوی آنها از حرارتی بالاتر از محیط اطراف برخوردارند و لذا حتی در صورت ساخت زیرزمینی خطوط لوله، تفاوتهای حرارتی کافی برای ثبت آنها به وجود می‎آیند. از ارتفاعات پایین با دقت ۲/۰-۱/۰ متری انجام بگیرد. عکسهایی که با این کیفیت گرفته می‎شوند، نشانه‌های بارز خط لوله، قسمتهای وجود آبهای زیرزمینی دور لوله (محل وجود خطر بالای زنگ‌زدگی و فرسایش فلز) و محل ایجاد دهانه‌بند هیدراتی به وضوح دیده می‌شود. امکان ریزش محصولات به گونه‌های مختلف جلوه می‎کنند.
در خطوط لوله انتقال گاز به علت انبساط آدبیتیک گاز این قسمتها بسیار سرد نشان داده می‎شوند در حالی که در خطوط لوله انتقال نفت این قسمتها از محیط اطراف گرم‌تر هستند. قسمتهای ریزش نفت در عکسها دقیقاً نشان داده می‎شوند چرا که قدرت بازتاب محل آلوده شده تغییر می‌کند. عکسبرداری هواپیمایی حرارتی فروسرخ امکان تشخیص نه تنها احتمال وقوع سانحه بلکه آن قسمتهای خط لوله را می‎دهد که در آستانه سانحه قرار دارند (یعنی کشف سوراخها، جاخالی فراز گاز و غیره
* ۳-۵مخابرات
-انتقال امواج صوتی و تصویری از باندهای پائین تابش فروسرخ (مایکروویو) نزدیک امواج رادیویی جهت تقویت و تکرار پایداری از مبداء تا به مقصد.
* ۳-۶گرمادهی

+ -گرما دهی به افراد در سوناها
+ -آب کردن یخ روی بال‌ها و یا سایر اجزاء وادوات پروازی هواپیماها
+ -گرم کردن غذا و سایر خوراکی‌ها بدون گرم کردن هوای اطراف مایکرفر
+ -خشکبار سازی میوه جات در یک دهم زمان متعارف، بدون آلودگی

* ۳-۷ارتباطات نزدیک بصورت‌های مختلف دیجیتال
*
انتقال اطلاعات ازطریق تابش فروسرخ در دامنه کوتاه -فروسرخ بین رایانه‌ها و لوازم جانبی دیجیتالی که از استاندارد IrDA برخوردارند، قابل انجام است.

دستگاه‌های متناسب با The Ifra Red Data Association ) IrDA )لوازمی اند که قادرند با استفاده ازدیود‌های نور افشان LEDs توسط لنز‌های پلاستیکی، امواج بسیار باریک فروسرخ را منتشر سازند.
۲-۶طیف سنجی
این تصویر با رنگ آمیزی کاذب با تلسکوپ فضایی فروسرخ اسپیتزر گرفته شده‌است و خوشه کروی را نشان می‌دهد که تا چندی پیش در صفحه غبارآلود راه شیری پنهان مانده بود. نوار قرمز رنگ پشت هسته خوشه یک ابر غبار است که احتمالاً نشان دهنده برهمکنش خوشه و صفحه پر گاز و غبار راه شیری است.شاید هم این ابر به طور تصادفی در خط دید اسپیتزر قرار گرفته‌است.

درست هنگامی که منجمان فکر می‌کردند آخرین فسیل‌های راه شیری را هم پیدا کرده‌اند یکی دیگر از آنها در نزدیکی خودمان پیدا شد. صفحه کهکشان جای مناسبی برای کشف ناشناخته هاست. زیرا توده‌های غبار و گاز موجود در صفحه اجازه گذر اجرام پشتی را در نور مریی نمی‌دهند اما آنها در نور فروسرخ شفافند. به کمک رصد‌های بعدی که با رصدخانه فروسرخ دانشگاه ویومینگ انجام شد فاصله این خوشه کروی از ما ۹۰۰۰ سال نوری تعیین شد - نزدیکتر از بسیاری از خوشه‌های دیگر - با جرمی معادل ۳۰۰ هزار برابر خورشید. این خوشه در صورت فلکی عقاب جای دارد و اندازه ظاهری آن از زمین مانند دانه برنجی دیده می‌شود که آن را به فاصله یک دست کشیده از چشمان خود نگه داشته‌اید.

* ۳-۸سامانه‌های فیزولوژیک/ بیولوژیکی
* تابش امواج فروسرخ سبب گرم شدن پوست و نسج سلولی زیر جلدی شده وممکن است در پوست سوختگی‌های نسبتا شدیدی ایجاد نمایند.اگر تابش امواج فروسرخ را به مقدار مناسب بکار برند، در نتیجه اتساع رگهای زیر پوست ، سبب تسهیل اعمال فیزیولوژیک پوست می‌شود و حتی از راه عکس‌العمل پوستی در بهبودی حال عمومی نیز می‌تواند موثر واقع شود.
این تابش خاصیت تسکین درد را نیز دارد که علت آن همان اتساع عروق و بهتر انجام گرفتن عمل رفع سموم و تغذیه بافتها است.
منبع :

bedanid.com

تاریخ انتشار : دوشنبه 13 آبان 1387 - 22:54






Admin Logo
themebox Logo