فیزیکدانان موسسه ملی معیارها و تکنولوژی واقع در بولدر (ایالت کلورادو) تحت هدایت "کریس مونرو" و "دیوید واین لند" با اشعه لیزر روی یک واحد اتم بریلیوم (سنگ گرانبهای سبز رنگ) کار ظریفی انجام دادند. به نوشته نشریه "ساینس" بنظر می آید که اتم همزمان در دو نقطه فیزیکی (مادی) جداگانه قرار دارد. هدف فیزیکدانان از این آزمایش، کشف این نکته بود که آیا یک اتم در کلیت خود میتواند همان رفتار عجیب ذرات زیر ـ اتمی (نظیر الکترونها، فوتونها، کوارکها، نئوترینوها و سایر تقسیمات زیر ـ اتمی) را داشته باشد. در سطح زیر ـ اتمی ماده که به دنیای کوانتوم مشهور است، عملکرد ذرات ریز بر مبنای قوانینی فیزیکی صورت میگیرد که با "قوانین کلاسیک فیزیکی" مربوط به عملکرد اجسام بزرگتر در سطح "ماکروسکوپی" ماده تفاوت بسیار دارد.برای مثال در مشاهده ذرات زیر اتمی که "بیان سیزو" آنها را "ویویکل" (موجذره ـ ترکیب موج و ذره) می نامند، بسته به روش مشاهده، بنظر میرسد گاه عملکرد مشخصه ذرات را دارند و گاه مشخصه امواج را. و در عین حال، تئوریهای با نفوذ در عرصه غالب فیزیک مدرن ادعا میکنند که ذرات زیر ـ اتمی برخلاف ماده ماکروسکوپی، یک "مکان" (استقرار) ندارند.در تاریخ فیزیک کوانتوم، بر سر اینکه چرا اجسام در سطح ماکرو به همین نحو عمل نمیکنند، مشاجره زیادی درگیر بوده است. و در مورد امکان تعمیم قوانین فیزیک کوانتوم که در مورد ذرات زیر ـ اتمی مطرح است به اجسام ماکروسکوپی (شامل ملکول ها یا حتی اشیاء قابل رویتی که ما در زندگی روزمره با آن سر و کار داریم)، نظراتی ابراز شده است.در آزمایش فوق الذکر، فیزیکدانان کوشیدند ببینند "زمانیکه اصل شرایط فوق العاده کوانتوم را به سیستمهای ماکروسکوپی که بطور سنتی توسط فیزیک کلاسیک تشریح شده اند بسط دهیم، چه اتفاقی می افتد. "بنا بر گزارش فیزیکدانان در نشریه "ساینس"، آنها یک واحد اتم بریلیوم را در یک حصار مغناطیسی حبس کرده و سپس از طریق جدا کردن یکی از الکترون هایش، یک بار الکتریکی به اتم دادند. (اتمی که بار الکتریکی یافته را یون می نامند.) "یون حاصله فورا حصار مغناطیسی را حس میکند و درونش محبوس میشود. به گفته "مونرو" گام بعدی، سرد کردن یون توسط لیزر است تا اینکه یون در مرکز حصار واقعا بی حرکت بایستد. حال که یون نمیتواند بجنبد، فیزیکدانان از دو اشعه لیزر که رنگهایشان با هم تفاوت اندکی دارد استفاده میکنند تا یون را با شرایط فوق العاده وضعیتهای درونی کوانتوم همساز کنند. منظور وضعیتهای فوق العاده ریزی است که به آن چرخش صعودی و چرخش نزولی (چرخش همزمان روی دو محور ـ فرفره ای یا اسپینی) میگویند..." یون بریلیوم همزمان دو وضعیت متفاوت را بنمایش میگذارد؛ به همان نحوی که آن را "شرایط فوق العاده" می نامند. تا اینجای آزمایش چندان عجیب نبود. اما سپس "مونرو" و گروهش از اشعه لیزر برای ایجاد یک موج استفاده کردند تا "یون را با فرکانسی مشابه فرکانس نوسان طبیعی خودش در حصار حرکت دهند." نیروی حاصله، یون را به حرکت در می آورد؛ بسیار شبیه به نیروی متناوبی که شما ممکنست برای حرکت دادن یک کودک روی تاب بکار ببرید. "مونرو" میگوید که لیزرها طوری تنظیم شده که فقط بر یکی از دو وضعیت فوق العاده ریز تاثیر بگذارد. گروه مذکور از طریق تغییر در تنظیم لیزرها، نخست یکی از وضعیتهای فوق العاده ریز را به حرکت درآوردند. سپس، دومی را خارج از فاز اولی حرکت دادند... در واقع فیزیکدانان مذکور جهت اندازه گیری فاصله بین دو وضعیت، نخست آنها را بسمت یکدیگر هل دادند تا آنجا که بر هم منطبق شده و در هم تداخل کردند."بعبارت دیگر، "مونرو" و "واین لند" مدعیند که دو وضعیت این واحد اتم را با کشش از هم جدا کرده اند. بدین ترتیب، این اتم در آن واحد، در دو مکان ظاهر میشود. چون این دو "بخش موج یونی" ظاهرا در دو مکان متفاوت قرار داشتند، دیگر بنظر نمی آمد که خود اتم آنگونه که معمول ماده ماکروسکوپی است، یک مکان واحد داشته باشد. فیزیکدانان ادعا کردند که دو وضعیت حدودا ۸۰ نانومتر از هم دور شدند ـ که این از معیارهای اتمی بسیار دور است. نشریه "ساینس" گزارش میدهد که این فاصله "از هر بخش موجی بزرگتر بوده و از یون موجود هم بسیار بزرگتر است."گربه شرودینگر حول و حوش این آزمایش، مباحثه فراوانی در مورد پارادکس گربه شرودینگر براه افتاده است. اروین شرودینگر یک دانشمند اتریشی بود. او در دهه ۱۹۳۰ لطیفه ای در هجو برخی دانشمندان ساخت. این دانشمندان مدعی بودند که رفتار غیر قابل پیش بینی ذرات زیر ـ اتمی نشان میدهد، دنیای واقعی فقط زمانی موجودیت دارد که شخص به مشاهده اش بپردازد. لطیفه شرودینگر میگفت: تصور کنید گربه ای در یک جعبه گیر افتاده و در آنجا شیشه زهری هم هست. یک قطعه جسم رادیواکتیوی نظیر اورانیوم هم در جعبه قرار دارد. اگر یک اتم اورانیوم زوال یابد، یک ردیاب الکترونیکی چکشی را به حرکت در خواهد آورد؛ آن چکش شیشه زهر را خواهد شکست و گربه کشته خواهد شد. اما بعلت غیر قابل پیش بینی بودن ذرات در سطح زیر ـ اتمی (نظیر زوال رادیواکتیو هسته اورانیوم) شما فقط میتوانید بر امکان زوال یک اتم واقف باشید، اما نمیتوانید لحظه دقیق را پیش بینی کنید. بعبارت دیگر، شما نمیتوانید از قوانین فیزیک زیر ـ اتمی برای پیش بینی اینکه گربه مرده است یا نه استفاده کنید. تنها راه پی بردن به این مسئله، نگاه کردن به داخل جعبه است. برخی دانشمندان میگفتند از آنجا که نمیشود عملکرد یک ذره زیر ـ اتمی را در لحظه دقیقا گمان زد، معنایش اینست که تا وقتی شما چیزی مشاهده نکرده اید این ذره واقعا کاری انجام نداده است ـ یعنی یا ذرات بنوعی در چارچوب کوانتوم مسکوت گذاشته میشوند و یا اینکه مشاهده شما به تردید خاتمه می بخشد. شرودینگر این نظریه را مسخره میکرد و میگفت ما تا وقتی جعبه را باز نکرده ایم این را هم نمیتوانیم بگوئیم که گربه مرده است یا زنده. پس بر مبنای منطق برخی افراد، تا وقتی جعبه باز نشده گربه هم زنده است و هم مرده! یک اتم اورانیوم ممکنست زوال یافته باشد ـ اما این مشاهده ماست که واقعا گربه را خواهد کشت. شرودینگر به افسانه معتقد نبود. یکی از نقطه نظرات وی این بود که قوانین ماده زیر ـ اتمی را نمیتوان در مورد ماده ماکروسکوپی (مثلا یک گربه) بکار بست. اما داستان گربه زنده ـ مرده بعنوان یک تبارز سمبلیک از شکاف بین رفتار ماده در دو دنیای زیر ـ اتمی و ماکرو بر سر زبانها باقی ماند.فیزیکدانان "موسسه ملی معیارها و تکنولوژی" واقعا ادعا نمیکنند که یک "گربه شروی دینگر" حقیقی پیدا کرده اند. یعنی نمیگویند یک پدیده ماکروسکوپی بر مبنای قوانین فیزیک کوانتوم عمل کرده است. اتم بریلیوم در مقایسه با سایر اتمها، بسیار کوچک است. این اتم فقط از ۴ اکترون، ۴ پروتون و ۵ نئوترون ساخته شده است. بعبارت دیگر، اتم بریلیوم در محدوده اتمها بسیار به دنیای زیر ـ اتمی نزدیک است. بنابراین آزمایش بر روی یک واحد اتم بریلیوم، آنقدرها هم در سطح ماکروسکوپی ماده نمیگنجد. این عمل در سطح "مزوسکوپی" ماده انجام میگیرد. یعنی در سطح گذاری بین سطوح زیر ـ اتمی و ماکروسکوپی. به قول یکی از دانشمندان، برای اینکه بتوان ادعا کرد فیزیکدانان مذکور یک گربه شرودینگر پیدا کرده اند، یعنی پلی بین دو دنیای زیر ـ اتمی و ماکرو یافته اند، "دو وضعیت (یون بریلیوم) باید از لحاظ ماکروسکوپی صاحب مختصاتی بوضوح متمایز باشند... نه اینکه صرفا به لحاظ فیزیکی با هم ۸۰ نانومتر فاصله داشته باشند."مجله "ساینس" گزارش داده که وقتی جدائی دو بخش موج یونی به حد ماکروسکوپی رسید، عمر آنها ظاهرا "بینهایت کوتاه شد." ـ "زمانیکه جدائی را بیشتر (یا کلاسیک تر) کردند، عمر شرایط فوق العاده به پایان رسید. " بعبارت دیگر، وقتی دانشمندان کوشیدند دو بخش موج یونی را بیش از حد با کشش از هم دور کنند، نتوانستند دو وضعیت جداگانه باثبات را حفظ نمایند.فیزیکدانان امیدوارند که آزمایشات بیشتر در این راستا، تصویر گسترده تری از تضادهای بین دنیای کوانتوم و "دنیای کلاسیک" بدست دهد. اینهاست زمینه بحثی که بر سر پیدا شدن "گربه شروی دینگر" در آزمایش موسسه ملی براه افتاده است.علم و مبارزه طبقاتیبه لحاظ تاریخی، اکتشافات جدید علمی به برخی تلاشها در ارائه درک متافیزیکی و ایده الیستی از رفتار ماده دامن زده است. برای مثال، کشف این مسئله که اتمهای رادیوم بر اثر تشعشع زوال می یابند، باعث شد برخی افراد قانون قبلی فیزیک کلاسیک که میگفت "ماده را نه میتوان آفرید و نه نابود کرد" را زیر سئوال برند. زمانیکه برخی افراد اعلام کردند "ماده ناپدید میشود"، این ایده پا گرفت که نوع بشر نمیتواند واقعا بداند که یک واقعیت مادی عینیتا موجود است. سپس برخی افراد نظیر دانشمندی بنام "ارنست ماخ" اصرار کردند که ما نسبت به پدیده ها فقط "احساسات" داریم؛ اما واقعا نمیتوانیم شناخت مطمئنی از آنها داشته باشیم. در سالهای قبل از انقلاب روسیه، این ایده ها تاثیر مهمی بر مبارزه طبقاتی داشت. در همان دوره، لنین علیه تئوریهای ماخیستی که توانائی مردم در شناخت واقعی جهان و تغییر آن را نفی میکرد بحث و استدلال نمود.در قرن نوزدهم، مردم فکر میکردند که نور صرفا یک موج الکترومغناطیسی است. اما بعدا کشف شد که نور از ذراتی هم درست شده است. این ذرات، فوتون نام گرفتند. مردم دریافتند که نور فقط بعنوان موج وجود نداشته بلکه بعنوان ذره هم موجود است. اکتشافات بیشتر در قرن بیستم روشن کرد که اتمها از ذرات بسیار کوچکتری ساخته شده اند. اینها را ذرات زیر ـ اتمی نامیدند. این کشف به مباحثه بر سر قوانین ماده در سطح زیر ـ اتمی پا داد. بعلاوه این بحث هم جریان یافته که آیا نوعی ذره زیر ـ اتمی "نهائی" که واحد پایه ای ساختمان کائنات باشد و نتوان آن را به بخشهای کوچکتری تقسیم کرد وجود دارد یا نه.مقاله "بیان سیزو" سابقه این مباحثات را ذکر نموده و مطرح میکند که "ماده تا بینهایت قابل تقسیم است."امروز، ۹۰ سال بعد از لنین و ۲۰ سال بعد از نگارش مقاله "بیان سیزو"، حرفهای زیادی درباره "عصر اطلاعات"، "جامعه پسا ـ صنعتی" و حتی (مجددا) درباره "ناپدید شدن ماده" براه افتاده است. "سیاستهای هویتی" رایج این نظر را جلو میگذارند که واقعیات برای افراد مختلف، بسته به تجربه اجتماعی آنها، متفاوت است. بنابراین ضروری است که یکبار دیگر موجودیت واقعیت عینی را مورد بحث قرار دهیم.آزمایش اخیر "موسسه ملی معیارها و تکنولوژی" همانند آزمایشات علمی قبلی، به اظهار نظراتی انجامیده که کشفیات جدید علمی را در تقابل با درک رایج از قوانین ماده مطرح میکنند. روزنامه "نیویورک تایمز" فورا در صفحه اول خود مقاله ای با این عنوان منتشر کرد: "یک فیزیکدان اتم را در آن واحد، در دو مکان قرار داد." این مقاله همچنین بسیار نگران تاثیر احتمالی وضعیتهای جداگانه یون بر سیستم بانکی بین المللی سرمایه داری بود. این حدس در مقاله مذکور مطرح شده که اگر "پدیده بتواند در آن واحد در دو نقطه باشد"، میتوان کامپیوترهای کوانتوم فوق العاده سریع جدیدی ابداع کرد که بسادگی بتوانند همه کدهای رمزی مورد استفاده در موسسات عظیم مالی بین المللی را باز کنند. (تصورش را بکنید! از امکان ابداع کامپیوترهای فوق العاده سریع جدید بحث میکنند و تنها مسئله مهم اجتماعی که بنظرشان می آید تاثیر این کامپیوترها بر اسرار بانکی است!) بعدا همین روزنامه، مقاله جدی تری نوشت که علیه معرفی نادرست آزمایش مورد بحث هشدار میداد. اما حتی در مقاله دوم هم حدسیاتی درباره امکان "کائنات دوگانه" مطرح شده است. این موضوع، باب طبع سریال "پیشتازان فضا" بود. در چارچوب این تصور، کائنات های جداگانه و در کنار هم موجودند که از وجود یکدیگر بی خبرند؛ مگر اینکه کسی به کائنات "دیگر" برود و آن را مشاهده کند.علاوه بر آزمایش فوق الذکر، هم اکنون یک مباحثه داغ دیگر در مورد رابطه میان علم و جامعه جریان دارد. آیا مبارزه طبقاتی هیچ ربطی به تئوری علمی دارد؟ برخی دانشمندان نافی میشوند که فعالیتشان در یک چارچوب فرهنگی، اجتماعی و طبقاتی صورت میگیرد و این چارچوب بر مشاهدات، نتیجه گیریها و تئوریهایشان تاثیر میگذارد. و برخی دانشمندان فکر میکنند که غیر متخصصان نمیتوانند مباحثات علمی مدرن را حقیقتا درک کنند و بنابراین نمیتوانند آگاهانه در آن شرکت جویند. آنها معتقدند غیر متخصصان مسلما هیچ حقی ندارند که عینی بودن و معتبر بودن تئوریهای علمی یا (دقیقتر گفته باشیم) تئوریهای مطرح شده توسط دانشمندان را زیر سئوال ببرند.
موضوعات مرتبط: مقالات فیزیک ، ،
برچسب‌ها:

در این مقاله، تمامی مطالب مربوط به دیوار صوتی و چگونگی شکست آن و موارد مرتبط بررسی و مطالعه خواهند شد. در اعصار آغازین دوران هوانوردی ابتدایی، هواپیما ها بیشتر با سرعت های بسیار پایین نسبت به هواپیما های امروزی پرواز می کردند که حتی به بیشتر از ۳۰۰ کیلومتر در ساعت نمی رسید؛ در حالی که چنین سرعتی، سرعت مطلوب برای تیک آف یا برخاست یک هواپیمای جنگنده امروزی است و رسیدن به چنین سرعتی، ابداً مستلزم تلاش بسیار و فشار آوردن بیش از حد به موتور نمی باشد. اما رفته رفته، سرعت هواپیما ها حتی با موتورهای پیستونی به گاه بالای ۶۵۰ کیلومتر بر ساعت رسیده و از آن زمان بود که دانشمندان علوم آیرودینامیک دریافتند که با افزایش سرعت، به تدریج میزان پسا افزایش پیدا کرده و در سرعت معینی، دیگر هواپیما قادر به سرعت گرفتن نبوده، گاه نیز استال می شوند. در آن زمان، علت این موضوع بدین گونه بیان شد که با افزایش سرعت، به تدریج سرعت گردش انتها یا نوک پره های پروانه ی موتور، به سرعت صوت نزدیک شده و سرانجام در حداکثر سرعت یک هواپیمای پیستونی که حدود ۹۵۰ کیلومتر می باشد، سرعت انتهای پره ها از سرعت صوت گذشته و پسا یا درگ بسیاری ایجاد می شود که خود مانع سرعت گرفتن بیشتر هواپیماست. در چنین سرعت هایی، پروانه موتور هواپیماهای پیستونی، نه تنها تراست یا نیروی کشش تولید نمی کند، بلکه در اثر سرعت بسیار زیاد، تبدیل به یک دیسک یا دایره توپر چرخنده می شود که جز ایجاد درگ و پسا، کار دیگری انجام نمی دهد. آیرودینامیست های آن زمان این حد را یک محدوده سرعت یا همان دیوار صوتی در نظر گرفته و بسیاری از آنان نیز بر این عقیده بودند که گذشتن از دیوار صوتی و پشت سر گذاشتن آن، کاریست غیر ممکن؛ اما با ورود به عصر جت و پیشرفت علم آیرودینامیک، همه ما شاهد هستیم که این کار برای جنگنده های امروزی کاری بس سهل و آسان است. حال، پس بررسی تاریخچه آن، بهتر است به اصل موضوع بپردازیم و نخست، ببینیم که خصوصیات صوت و دیوار صوتی چیست و چرا گذر از آن نیازمند قدرت و کشش و توانایی زیادی است. صوت، در شرایط عادی (دما، فشار و ... معمولی) در سطح دریا دارای سرعتی معادل ۳۳۲ متر بر ثانیه یا ۱,۱۹۵ کیلومتر بر ساعت می باشد که این سرعت، با افزایش ارتفاع و کاهش فشار و تراکم هوا، کاهش یافته و در ارتفاعات بالاتر، صوت فواصل را با سرعت کمتری می پیماید. این مسئله بدین صورت است که صوت همانطور که می دانیم، از طریق ضربات ملکول های هوا به یکدیگر و انتقال انرژی آن ها فضا را طی می کند و هرچه تعداد مولکول ها در یک حجم معین بیشتر باشند، انتقال انرژی زودتر صورت پذیرفته و صوت با سرعت بیشتری انتقال می یابد؛ چنانکه سرعت صوت در مایعات بیشتر از هوا و در جامدات بسیار بیشتر از مایعات و هوا و معادل ۶۰۰۰ کیلومتر بر ساعت است. پس در نتیجه افزایش ارتفاع، تعداد ملکول ها در یک حجم معین کاهش یافته و صوت با سرعت کمتری فضا را می پیماید. دیوار صوتی، شیئی فیزیکی و قابل روئیت نیست؛ بلکه، به دلیل اینکه گذشتن از سرعت صوت نیازمند توان بسیار بالای موتور و آیرودینامیک بسیار خوب می باشد، این حد را یک مانع برای رسیدن به سرعت های بالاتر دانسته و از آن به نام دیوار صوتی یاد می کنند. عدد ماخ، در حقیقت همان نسبت سرعت شی پرنده یا همان هواپیما به سرعت صوت محیط است که به احترام دانشمندی آلمانی که برای اولین بار چنین مقیاسی را در نظر گرفت، آن را «ماخ» نام نهادند. پس عدد ماخ، کمیتی متغیر است و بسته به خصوصیات هوا مانند دما و فشار، تغییر کرده و کاهش یا افزایش می یابد. اما حال که با عدد ماخ آشنا شدیم، به مهمترین و اصلی ترین عامل ایجاد دیوار صوتی یعنی همان «امواج ضربه ای یا Shockwaves» پرداخته و دلیل ایجاد درگ و پسای زیاد را در سرعت های نزدیک سرعت صوت، بررسی خواهیم کرد. امواج ضربه ای یا شاک ویو ها، در حقیقت همان عامل اصلی ایجاد دیوار صوتی هستند. امواج ضربه ای، تغییری ناگهانی در فشار و دمای یک لایه از هواست که می تواند به لایه های دیگر منتقل شده و به صورت یک موج فضا را بپیماید. برای درک بهتر مطلب، وقتی که سنگی در آب انداخته می شود، موج های در آب به وجود می آیند که به سمت خارج در حال حرکتند. این امواج، نتیجه افزایش سرعت یا اعمال نیرو به لایه ای از ملکول های آب است که قادر به انتقال به لایه های دیگر نیز می باشد، و امواج ضربه ای نیز، همان امواج درون آب هستند، با این تفاوت که آن ها در سیالی دیگر به جای آب به نام هوا، تشکیل می شوند. در سرعت های نزدیک سرعت صوت، فرضیه غیر قابل تراکم بودن هوا رد شده و ضریب تراکم هوا به ۱۶% در می رسد، که مقداری غیر قابل چشم پوشی است. در این سرعت ها هوای جلوی بال یا لبه حمله به شدت متراکم گشته و دما و فشار آن به طرز قابل توجهی افزایش می یابد، همین مسئله، یکی از عوامل ایجاد امواج ضربه ای است. هواپیما با حرکت خود در هوا، نظم فشار هوای محیط را بر هم می زند و همانند قایقی که در آب در حال حرکت است، امواجی از آن ساطع شده و به دلیل اینکه این امواج با سرعت صوت حرکت می کنند و هواپیما زیر سرعت صوت در حال سیر است، از آن دور می شوند. اما کم کم، با نزدیک شدن به سرعت های ترانسونیک و حدود سرعت صوت، این امواج فرصت دور شدن از هواپیما را نداشته و در جلوی بال متراکم می شوند. در مناطقی از بدنه هواپیما که سطوح ناموزونی نسبت به جهت حرکت هواپیما دارد، سرعت گذر هوا افزایش یافته و بر اساس اصل برنولی، با افزایش سرعت سیال، فشار آن کاهش می یابد. در چنین سرعت هایی، هوای اطراف این سطوح به سرعت صوت می رسد، گرچه هواپیما هنوز به سرعت صوت نرسیده باشد. در نتیجه رسیدن بعضی سطوح به سرعت صوت، امواج ضربه ای تولید شده و درگ یا پسای فراوانی را قبل از رسیدن به سرعت صوت تولید می کنند، که همین مسئله گذر از دیوار صوتی را مشکل می نماید. به سرعتی که در آن حداقل یکی از سطوح هواپیما به سرعت صوت رسیده باشد،( گرچه این پدیده در مورد خود هواپیما صادق نباشد)، عدد ماخ بحرانی یا Critical Mach Number می گویند. عدد ماخ بحرانی را می توان به سرعتی که نمودار پسا در مقابل سرعت سیر صعودی می گیرد، نیز تعریف نمود. در این سرعت، فرامین هواپیما کم کم شروع به درست جواب ندادن کرده و حالتی شبیه به کوبیدن بر روی بال توسط امواج ضربه ای به وجود می آید که با گذر از دیوار صوتی، فرامین هواپیما به حالت طبیعی خود باز می گردند. بنابراین، در سرعتی که هواپیما به عدد ماخ بحرانی خویش می رسد، پسا به دلیل ایجاد امواج ضربه ای به طور قابل توجهی افزایش می یابد، پس، باید تلاش بر آن باشد تا عدد ماخ بحرانی هر چه بیشتر با بهبود ویژگی های آیرودینامیکی افزایش یابد، چون اگر این اتفاق در سرعت های پایین تر رخ دهد، هواپیما نیز باید از سرعت پایین تری جدال با افزایش پسا را شروع کند. حال ببینیم که چرا با تولید امواج ضربه ای، پسا افزایش می یابد. قانونی در مبحث دیوار صوتی بیان می کند که هر جریان هوایی که از یک موج ضربه ای بگذرد، موج ضربه ای انرژی کنتیکی یا جنشی سرعتی آن را گرفته و در خور تبدیل به گرما و افزایش فشار می کند، در نیتجه سرعت جریان هوای گذرنده از موج ضربه ای به میزان قابل توجهی کاهش می یابد. با کاهش سرعت جریان هوا در جلوی بال ها در سرعت های نزدیک سرعت صوت، تلاش پیشرانه یا موتورهای هواپیما باید چند برابر شود تا اثر کاهش سرعت در اثر موج ضربه ای را خنثی نماید. در صورتی که عدد ماخ بحرانی هواپیمایی پایین باشد، در سرعت های پایین باید نیروی رانشی هواپیما چند برابر شود که مصرف سوخت فوق العاده ای را برای گذر از دیوار صوتی به دنبال خواهد داشت؛ اما، در صورت بالا بودن عدد ماخ بحرانی، هواپیما فقط مدت کوتاهی نیازمند قدرت و کشش بسیار زیاد برای شکستن دیوار صوتی می باشد. با اعمال نیروی فراوان رانشی، سرانجام هواپیما بر مشکل پسای زیاد فائق آمده و از دیوار صوتی می گذرد. در نتیجه این عمل، امواج تولید شده توسط هواپیما از آن جا مانده و پشت سر هواپیما حرکت می کنند. در این حالت، وضعیت به حالت عادی بازگشته و پسای ایجاد شده به وضعیت نرمال باز می گردد. بعضی از هواپیما ها از تمام نیروی پس سوزشان یا ۱۰۰% قدرت موتور برای گذر از دیوار صوتی و یا سرعت ۱,۱۹۵ کیلومتر بر ساعت استفاده می کنند، در حالی که در سرعت های بسیار بالاتر، تنها از ۳۰% قدرت موتور برای رانش به جلو بهره می جویند. با دقت در این مثال، می توان به خوبی افزایش درگ و پسا و قدرت فروان لازم برای غلبه بر آن در سرعت های نزدیک به سرعت صوت را درک و تجزیه و تحلیل نمود. امواج ضربه ای توسط هواپیما در سرعت صوت، بسیار قدرتمند می باشند، چنانکه در صورت پرواز هواپیما نزدیک به زمین و گذر آن از دیوار صوتی، امواج ضربه ای با منتهای قدرت به اجسام زمینی مانند شیشه های منازل و ساختمانها برخورد نموده و باعث شکستن آن ها می شود، یا حتی اگر شخصی در معرض امواج ضربه ای به طور مستقیم قرار گیرد، احتمال از دست دادن شنوایی و پاره شدن پرده گوش بسیار است. از امواج ضربه ای، در بمب ها و تسلیحات دیگر نیز استفاده می شود. بمب ها با یک افزایش دما و فشار ناگهانی در لایه هایی از هوا، امواج ضربه ای به وجود آورده که از طریق هوا انتقال یافته و باعث شکستن شیشه ها و تخریب دیوار ها نیز می شود. اگر شخصی در فاصله ای نسبتاً نزدیک در فضایی تهی از هوا و خلاء، حتی نزدیک یک بمب ده تنی ایستاده باشد، بر فرض منفجر کردن بمب، آسیبی به وی نخواهد رسید، چون هوایی برای انتقال امواج ضربه ای وجود ندارد. به دلیل تولید امواج ضربه ای در سرعت های حدود سرعت صوت، خلبانان سعی می کنند فقط مدت کوتاهی در چنین سرعت هایی ترانسونیک پرواز کرده و به زودی از دیوار صوتی گذر کنند، چون پرواز در این سرعت ها نیروی بسیار زیاد موتور در نیتجه افزایش فوق العاده میزان مصرف سوخت را در پی دارد. اما حال ببینیم صدایی انفجار مانند که در هنگام شکستن دیوار صوتی تولید می شود نتیجه چیست. امواج حاصله از حرکت هواپیما یا صدای تولید شده در اثر حرکت، هر بار در سرعت های زیر سرعت صوت از هواپیما دور شده و به گوش شنونده می رسد. اما با رسیدن هواپیما به سرعت صوت، این صداها دیگر فرصت دور شدن از هواپیما را نداشته و کلاً در جلوی هواپیما جمع می شوند. با گذر از سرعت صوت، صدایی چند ده برابر شده از حرکت هواپیما با هم به گوش شنونده می رسد که مانند یک انفجار شدید یا صدای رعد و برقی بسیار قدرتمند می باشد. شاید در تصاویر هواپیماهای در حال گذر از دیوار صوتی، هاله ای سفید رنگ را در اطراف هواپیما مشاهده کرده باشید. در هنگام گذر از دیوار صوتی، اگر هواپیما نزدیک به زمین و در محیطی مرطوب با درصد بخار آب زیاد باشد، بخار آب هوا در اثر امواج ضربه ای فشرده شده و ابر سفیدی را برای چند ثانیه پدید می آورند که همان هاله سفید رنگ قابل روئیت در تصاویر است. اما از امواج ضربه ای در موتورهای جت نیز استفاده می شود. بدین گونه که، هوا ورودی در موتورهای جت، حتی اگر هواپیما با سرعت های بالای صوت پروزا نماید، باید زیر سرعت صوت باشد تا قابلیت احتراق را در موتور داشته باشد. بنابراین، اکثراً در ورودی موتورهای هواپیماهای جنگنده مخروطی را به شکل کامل یا نصف مانند هواپیماهای میگ ۲۱ یا اف ۱۰۴ ستارفایتر می بینیم، که فلسفه ایجاد این مخروط تولید عمدی امواج ضربه ای است. در صورت تولید امواج ضربه ای، هوای عبوری از میان آن با سرعت کاهش یافته یا زیر صوت وارد موتور می شود و فرآیند احتراق به طور کامل انجام می پذیرد. برای انجام پرواز های مافوق صوت، اغلب هواپیماهای جنگنده از مقطع بال های ویژه ای که عدد ماخ بحرانی را به حداکثر می رسانند، استفاده می نمایند و مقطع بال ها معمولاً بسیار نازک و متقارن می باشد. به عقب برگشتگی بال های هواپیماهای مدرن نیز در نتیجه تلاش برای افزایش عدد ماخ بحرانی بوده چرا که آزمایش های تونل باد نشان داده که با به عقب برگشتگی بال ها به میزان چند درجه عدد ماخ بحرانی به میزان قابل توجهی افزایش می یابد، تا جایی که هواپیماهای مسافربری سریع السیر مانند بوئینگ ۷۴۷ که در حدود سرعت صوت یا حدود ۹۸۰ کیلومتر بر ساعت پرواز می کنند، نیز به بال هایی به عقب برگشته مجهزند. در برخی از هواپیماها، مانند هواپیمای اف ۱۴ تامکت، از سیستم بال های متغیر استفاده شده که در این سیستم، در سرعت های پایین که از عدد ماخ بحرانی خبری نیست بال ها گسترده می شوند و برای فراوانی تولید می کنند، ولی رفته رفته با نزدیک شدن به سرعت صوت، کامپیوتر موجود در این سیستم خود زاویه لازم برای افزایش عدد ماخ بحرانی را محاسبه کرده و بال را متناسب با زوایه آن تغییر داده و به عقب بر می گرداند. این سیستم به دلیل هزینه های بالا و سنگینی بیش از حد آن، دارای استفاده محدودی می باشد. هواپیماها کلاً از نظر سرعت نسبت به سرعت صوت به چند دسته زیر تقسیم می شوند: ـ هواپیماهای زیر سرعت صوت یا مادون صوت با محدوده سرعت ۳۵۰ تا ۹۵۰ کیلومتر بر ساعت، Subsonicـ هواپیماهای حدود سرعت صوت با محدوده سرعت ۹۵۰ تا ۱۲۰۰ کیلومتر بر ساعت، Transonic ـ هواپیماهای سرعت صوت با محدوده سرعت دقیقاً سرعت صوت نسبت به محیط، Sonic ـ هواپیماهای بالای سرعت صوت یا مافوق سرعت صوت با محدوده سرعت ۱ ماخ تا ۵ ماخ، Supersonic ـ هواپیماهای با سرعت بسیار بیشتر از سرعت صوت با محدوده سرعت ۵ ماخ و بالاتر، Hypersonic لازم به ذکر است، اولین بار، خلبانی آزمایشی آمریکایی به نام چاک ییگر، با انجام اصلاحاتی بر روی یک بمب افکن قدیمی آن را به چهار موتور موشکی مجهز کرده و بر فراز بیایانی در آمریکا، پس از جدا شدن از هواپیمای مادر، به پرواز در آورد. پس چند ثانیه پرواز هواپیمای پرتقالی رنگ ملقب به X-۱ به صورت گلاید، خلبان چهار موتور موشکی خود را روشن کرده و پس از چند لحظه صدایی رعد آسا در آسمان شنیده شد که همان نتیجه شکستن دیوار صوتی برای اولین بار در جهان بود. در این آزمایش، این هواپیما به سرعت ۱۶/۱ ماخ دست یافت، و با ورود به عصر جت، رویای شکستن دیوار صوتی و پا گذاشتن به سرعت صوت نیز به واقعیتی بسیار قابل لمس مبدل گشت.
موضوعات مرتبط: مقالات فیزیک ، ،
برچسب‌ها:

دنیای اطراف از ماده و انرژی ساخته شده است ابتدا باید در مورد انرژی و ماهیت آن صحبت کنیم . خیلی از آدمها حتی نمی دانند که این دنیایی که در آن زندگی می کنیم از چه چیزی ساخته شده است پس ابتدا باهم طبق نظریه های علمی راه خود را پیش می بریم و به این می پردازیم که دنیا از چه چیز ساخته شده است : دنیای اطراف از ماده و انرژی ساخته شده است : ماهیت انرژی هنوز به طور کامل کشف نشده است اما می دانیم که انرژی با فرکانس نیز سنجیده می شود . هرچه فرکانس یک انرژی بالاتر باشد قوی تر است . ماده از چه ساخته شده است ؟ از ملکول ملکول از چه ساخته شده است ؟ از اتم اتم از چه ؟ از پروتون و الکترون و نوترون . الکترون که جرم ندارد و در حقیقت فقط انرژی است . پروتون تمام جرم اتم را در بر دارد . و اما پروتون از چه ساخته شده است ؟ در کتاب استفان هاوکینگ آمده است : " تقریبا بیست سال پیش چنین فکر می شد که پروتونها و نوترونها ذراتی بنیادین هستند ولی آزمایشهای که در آنها پروتونها با سرعتهای زیادی به پروتونها یا الکترونهای دیگر برخورد می کردند نشان دادند که آنها در واقع از ذرات کوچکتری تشکیل یافته اند و آنها کوارک هستند . " و اما آخرین سوال کوارک ها از چه ساخته شده اند ؟ جواب سوال را خود استفان هاوکینگ به ما داده است می دانیم که استفان هاوکینگ بزرگترین دانشمند زنده قرن است . او می گوید کوارک ها از انرژی ساخته شده اند . پس می توانیم بگوییم همه چیز در این دنیا از انرژی ساخته شده است . چون طبق نظریه نیوتون جهان از ماده + انرژی ساخته شده است که دیدیم که اخیرا کشف شده است که ماده نیز از انرژی ساخته شده است . تنوع نوع ماده در دنیا به فرکانس و طول موج انرژی مربوط می شود اگر همه چیز در دنیا دارای یک فرکانس و ارتعاش بود همه چیز یکی می شد . هرچه فرکانس بالاتر باشد پس جنس لطیف تر می شود . لطیف ترین جنسی که قابل دیدن و لمس کردن است آتش است . و سخت ترین سنگ و فلز هستند که ارتعاش پایینی دارند . و اما ما می خواهیم بپردازیم به جنسهای لطیف و در آنها کنکاش کنیم . افکار ما و خاطرات و ذهن ما ماده ای هستند با انرژی و فرکانس بسیار بالا بخاطر همین غیر قابل دیدن هستند . اما می بینیم که قابل درک هستند . برای همین است که وقتی فکر می کنیم یا درس می خوانیم گرسنه می شویم چون از توان موجود در خود برای تولید انرژی فکر استفاده کرده ایم و حال باید انرژی از دست رفته را بر گردانیم . طی آزمایش بسیار دقیقی که در یکی از دانشگاههای آمریکا در سال ۱۹۶۵ انجام گرفت دانشجویی را بر روی ترازویی با حساسیت بسیار بالا قرار دادند و از او خواستند که که یک ضرب ۵ رقمی را در ۵ رقمی انجام دهد و هنگام محاسبه مشخص شد که وزن دانشجو در حد بسیار کم افزایش یافته است . بنابر این انرژی نیز وزن هم دارد . پس افکار منفی و مثبت هر کدام دارای وزن و ارتعاش خاص خود هستند . و حتی می توانند بر روی محیط اطراف و انسانهای دیگر تاثیر بگذارند . به خاطر همین است که وقتی موسیقی ملایم گوش می دهیم آرام می شویم اما وقتی به موسیقی تند و خشن گوش می کنیم مشوش می شویم این تنها به خاطر تفاوت فرکانسهای دو موسیقی می باشد . رمز و راز دنیایی که در آن زندگی می کنیم در انرژی و ماهیت آن نهفته است . به خاطر همین است که انیشتین بزرگترین دانشمند مهمترین فرمول را E = MC^۲ می داند و حاصل سالها تفکر و تحقیق در همین فرمول گنجانده شده است . فرمولی که به برسی وضعیت و رابطه میان ماده و انرژی می پردازد . البته توضیح این فرمول از حوصله این بحث خارج است . وقتی با دید انرژی به هستی نگاه کنیم می توانیم خیلی از ناشناخته ها را کشف و برای تمام عجایب دلیل بیاوریم . البته این نکته بسیار ضروری است که بدانیم : ما هیچگاه نمی توانیم بگوییم طرز فکر خاصی عین واقعیت است و طبیعت دقیقا از همین قانون پیروی می کند زیرا انیشتین می گوید : " جهان هستی مانند ساعتی است که بر روی دیوار نصب شده است ما هیچگاه نمی توانیم به درون ساعت نگاه کنیم ما از شواهد و قرائنی که وجود دارد ( مثل عقربه ها و اعداد روی صفحه ) و از رفتاری که جهان دارد مثل حرکت عقربه ها قانون درونی آنرا حدس میزنیم اما هیچ گاه نمی توانیم بگوییم که دقیقا داخل ساعت همانطور که ما حدس زده ایم کار می کند . ما فقط باید دستگاهی را بوجود آوریم که جهان هستی آن را تایید کند . این دستگاه یکتا نیست ، بلکه می توان بیشمار دستگاه ایجاد کرد که طبیعت هم با همه آنها سازگار باشد و ما تنها می توانیم نسبت به دستگاه خاصی بگوییم که فلان چیز صحیح و فلان چیز غلط است . " و این همان نظریه نسبیت انیشتین است که در بسیار ساده شده است . بنابر این ما همیشه بدنبال آن هستیم که دستگاهی را بوجود آوریم که جواب خیلی از سوالهای ما را داشته باشد و تا به امروز انرژی اکثر آنچه که در سالهای پیش عجایب خوانده شده است را پاسخ داده است مثل کارهای عجیبی که مرتاض های هندی انجام می دهند . تنها کاری که مرتاض ها انجام می دهند بالا بردن ارتعاشات بدن و ذهن است . به خاطر همین می توانند حتی از دیوار رد شوند اجسام مختلفی را بدون درد و خونریزی وارد بدن کنند زیرا ارتعاشات خود را بالا برده اند و بدن تبدیل به یک ماده با انرژی بسیار بالا شده است و بنابراین عکس العمل ها و رفتار متفاوتی را از خود نشان می دهد . اما چطور می شود ارتعاش را بالا برد . این مسئله بحث بسیاری دارد که در این جا در یک یا دو صفحه نمی توان گفت فقط می توان به این نکته اشاره کرد که یکی از راهها تمرکز کردن است . حال می پردازیم به تیتر مطلب . خیلی وقتها وقتی به چیزی که معتقد هستیم به سرمان می آید مثلا معتقدیم که بعد از هر خنده گریه هست . این باعث می شود که ناخودآگاه ما انرژی هایی از خود ساتع کند که در جهان هستی تاثیر گذار باشد . ناخودآگاه دوست دارد ما را به سمتی ببرد که ما معتقد به ان هستیم بنابر این ما را به سمت گریه کردن می کشاند . و ما در تمام لحظات بدون اینکه خودمان بدانیم به سمت گریه کردن سوق پیدا می کنیم که در نهایت علت آنرا پیدا می کنیم (نا خودآگاه آنرا پیدا می کند ) و گریه می کنیم . انرژی افکار ما در محیط پخش می شود و روی همه چیز تاثیر می گذارد . احتمالا حتما برای شما پیش آمده که از محل و یا مکانی متنفر باشید و دوست نداشته باشید که به آنجا بروید این مسئله دقیقا به خاطر وجود انرژی های منفی موجود در آنجا است که روی شما تاثیر گذاشته و شما به صورت ناخودآگاه از آنجا فراری می شوید . و هزاران پدیده دیگر که علت همه آنها انرژی است . در مورد شانس هم همینطور است : وقتی ما احساس کنیم خوش شانس هستیم بر روی محیط و جهان هستی تاثیر می گذاریم . فکر ما احساس ما و باور های ما باعث می شود انرژی هایی در دنیا پخش شود که ما را به سمت خوش شانسی هدایت کند . و همین طور هم بدشانسی هر انسانی که معتقد است بسیار بد شانس است همیشه بدشانسی می آورد . بین افرادی که می شناسیم خیلی ها را می بینیم که به بدشانسی خود معتقد هستند و همچنان بد شانسی می آورند . بهتر است از این به بعد فکر کنیم خوش شانسیم . بهر حال اگر هم هیچ تاثیری نداشته باشد این فایده را دارد که روحیه بهتری برای زندگی داریم و در خلی از موقعیتها از اعتماد به نفس بهتری برخوردار خواهیم بود . در مطلبی که در شماره بعد می نویسم می خواهم در مورد جمله زیر بنویسم . سعی کنید روی آن فکر کنید : "ما انسانها همانی هستیم که در کودکی آینده خود را تصور می کردیم " شما در کودکی چه طور خود بزرگی خود را تصور می کردید آیا هم اکنون همان نیستید ؟
موضوعات مرتبط: مقالات فیزیک ، ،
برچسب‌ها:

اسفرومتر، یکی از وسایل بسیار ضروری (درحد لنزمتر) برای یک مؤسسه ی عینک سازی می باشد. اسفرومتر، یکی از وسایل بسیار ضروری (درحد لنزمتر) برای یک مؤسسه ی عینک سازی می باشد. این وسیله تشکیل شده از یک صفحه ی مدرج ساعتی شکل که در انتها به یک سه پایه ختم می شود که دو پایه ی آن ثابت و پایه ی وسط به داخل و خارج حرکت می کند. حرکت این پایه براساس یکسری روابط هندسی است و مقدار توان مثبت + و یا منفی - عدسی را توسط عقربه نشان می دهد. این وسیله، جهت سنجش عدسی های معمولی با ضریب شکست ۱.۵۳ تنظیم می باشد. نزدیک ترین عدسی به این ضریب شکست ، عدسی های کراون (۱.۵۲) می باشد. از آنجا که اسفرومتر، یک وسیله ی اپتیکی است و کاربرد آن در سهولت کار مؤثر و مورد نیاز عینک سازان می باشد، چند مورد از کارایی های این وسیله ارائه می گردد: ۱) تشخیص توان پایه (base curve) و متعاقباً پی بردن به نوع عدسی ۲) تشخیص توان عدسی های معمولی (کراون ) ۳) تشخیص نوع استوانه ی عدسی (استوانه از بیرون یا داخل ) ۴) تشخیص عدسی های فشرده ۵) تشخیص عدسی های تدریجی (پروگرسیو) ۶) تشخیص ضریب شکست عدسی ها ۷) تشخیص عدسی های غیر کروی درساختمان عدسی، توان یکی از سطحهای آن به عنوان توان پایه، جهت تعیین توانهای دیگر ملاک قرار می گیرد. توان اولیه ای که توان نهایی عدسی، توسط آن به دست می آید، توان پایه(Base Curve) نامیده می شود. با مشخص شدن توان بیرونی و داخلی عدسی، می توان به نوع عدسی پی برد و توان پایه (base curve) را مشخص نمود (هنگام تعویض عدسی جدید، در صورت رضایت بیمار می توان از مشخصه های اپتیکی عدسی قبلی [ PD ، ارتفاع، VD ، base curve ] استفاده نمود). ۱) توان پایه (Base Curve): در ساختمان عدسی، توان یکی از سطحهای آن به عنوان توان پایه، جهت تعیین توانهای دیگر ملاک قرار می گیرد. توان اولیه ای که توان نهایی عدسی، توسط آن به دست می آید، توان پایه(Base Curve) نامیده می شود. اگر استوانه ی عدسی مثبت باشد و به اصطلاح استوانه را از رو ساخته باشند، در سطح بیرونی خود دو توان دارد. در این حالت، توان کمتر را توان پایه (Base Curve) و توان بیشتر را توان متعامد(Cross Curve) می نامند که در این حالت، سطح داخلی آن، از توان یکسانی برخوردار است . اگر استوانه ی عدسی منفی باشد و به اصطلاح استوانه از داخل ساخته شده باشد، توان بیرونی یکسان می باشد و به عنوان توان پایه (Base Curve) به حساب می آید و از دو توان داخلی، توان بیشتر را توان متعامد (Cross Curve) و دیگری را توریک بیس (Toric Base Curve) می نامند. ۲) تشخیص توان عدسی های اسفر (کروی): از آنجا که جمع جبری توان بیرونی و داخلی عدسی های کروی مساوی است با توان عدسی ، از این طریق می توان، به توان عدسی های کروی پی برد (عدسی های معمولی ) که به توان ظاهری معروف می باشد. ـ مثال: اگر توان بیرونی یک عدسی کروی +۶ و توان داخلی آن ۴ - باشد، آنگاه خواهیم داشت: توان ظاهری عدسی کروی (+۶) + (-۴) = +۲ ۳) تشخیص نوع استوانه و تعیین توان کروی - استوانه : زمانی که توان بیرونی عدسی در تمام جهات یکسان نیست، نشانگر آن است که این عدسی ، استوانه از بیرون ساخته شده است (استوانه از رو). که از تفاضل کمترین توان و بیشترین توان بیرونی، مقدار استوانه ی عدسی مشخص می شود. (که امروزه به ندرت از روش استوانه از رو استفاده می شود). در این حالت، مقدار توان داخلی عدسی در تمام جهات یکسان می باشد. از روابط زیر می توان به توان کروی - استوانه ی این نوع عدسیها پی برد. ▪ مقدار توان کروی : ـ در عدسی های با استوانه ی منفی = (بزرگترین توان سطح بیرونی) + (توان سطح داخلی) ـ در عدسی های با استوانه ی مثبت = (کوچکترین توان سطح بیرونی) + (توان سطح داخلی) ـ مقدار استوانه = تفاضل دو توان سطح بیرونی عدسی ـ مثال: اگر سطح بیرونی یک عدسی، از دو توان +۵.۰۰ و+۲.۰۰ دیوپتر و مقدار توان داخلی-۳.۰۰ دیوپتر باشد، توان کروی - استوانه ی این عدسی، به روش زیر محاسبه می گردد. (عدسی با استوانه ی منفی) ـ مقدار توان کروی: (+۵.۰۰) + (-۳.۰۰) = +۲.۰۰ ـ مقدار توان با انتخاب استوانه ی منفی: (+۵.۰۰) - (+۲.۰۰) = +۳.۰۰ اما اگر توان داخلی عدسی، در جهات مختلف یکسان نباشد، این عدسی به اصطلاح استوانه از داخل ساخته شده است. در این حالت، مقدار توان بیرونی عدسی، در تمام جهات یکسان می باشد که امروزه بسیار رایج و اغلب عدسیهای جدید به همین روش تولید می گردد. ▪ مقدار توان کروی : ـ در عدسیهای با استوانه ی منفی = (کوچکترین توان سطح داخلی) + (توان سطح بیرونی) ـ در عدسیهای با استوانه ی مثبت = (بزرگترین توان سطح داخلی) + (توان سطح بیرونی) ـ مقدار استوانه = تفاضل دو توان سطح داخلی عدسی ـ مثال: سطح داخلی یک عدسی، از دو توان تشکیل شده که یکی۶.۰۰ - و دیگری ۴.۰۰ - دیوپتر می باشد و مقدار توان سطح بیرونی+۳.۰۰ باشد. توان کروی - استوانه ی این عدسی (با استوانه ی منفی) به شرح زیر محاسبه می شود: مقدار توان کروی: (- ۱.۰۰ - ۴.۰۰) + (+۳.۰۰) = مقدار توان با انتخاب استوانه ی منفی:( ۲.۰۰ - ۴.۰۰)= - ( - ۶.۰۰) - ۴) تشخیص عدسیهای فشرده : اگر توان یک عدسی کروی، فرضاً ۱۰ D- باشد، قاعدتاً در عدسیهای معمولی باید جمع جبری توان سطح بیرونی و داخلی، مساوی با ۱۰D- باشد. ولی در عدسیهای فشرده با ضریب شکست۱.۷ این مقدار، حدود ۷.۰۰D- می باشد که در عدسیهای فشرده با ضریب شکست بالاتر، این مقدار کاهش بیشتری می یابد. ۵) تشخیص عدسیهای تدریجی (پروگرسیو): زمانی که پایه های اسفرومتر را عمود بر سطح بیرونی عدسیهای معمولی قرار دهیم و آن را به طور عمودی از بالا به پایین حرکت دهیم، هیچ گونه تغییری در مقدار توان سطح عدسی صورت نمی گیرد. اما در عدسیهای تدریجی، هنگامی که پایه های اسفرومتر را به طور عمودی از وسط به پایین حرکت می دهیم، به تدریج بر توان سطح عدسی افزوده می شود. ۶ ) تشخیص عدسیهای غیر کروی (آسفریک): یکی از راههای شناخت عدسیهای غیر کروی ،غیر کروی بودن سطح بیرونی عدسی می باشد که به وسیله ی اسفرومتر می توان تشخیص داد. بدین طریق که زمانی که پایه های اسفرومتر را از روی مرکز سطح بیرونی عدسی به طرف لبه ی عدسی حرکت می دهیم، شاهد تغییر تدریجی توان عدسی خواهیم بود. ۷) تشخیص ضریب شکست عدسی : اگر مقدار توان کل یک عدسی مشخص باشد، از رابطه ی زیر می توان به ضریب شکست عدسی پی برد. توان واقعی عدسی توسط لنزمتر مشخص می شود و توان ظاهری توسط اسفرومتر (که از جمع جبری توان سطح بیرونی و داخلی بدست می آید) و ۰.۵۳ ضریب شکست عدسی معمولی (کراون ) در خلاء می باشد و عدد ۱ ضریب شکست هوا می باشد که با توجه به مثالهای زیر، مسئله واضح تر خواهد شد. روش استفاده از اسفرومتر : در ابتدا، جهت اطمینان از دقت اسفرومتر، پایه های آن را به طور عمود بر روی یک سطح کاملاً تخت (شیشه های روی میز) قرار دهید. در این حالت می بایست عقربه، نقطه ی صفر را به شما نشان دهد. در غیر این صورت پایه ی وسط را با وسیله ای (دم باریک ) به راست یا چپ بچرخانید و مجدداً آزمایش نمائید. ابتدا پایه های اسفرومتر را به طور عمود، بر وسط سطح بیرونی عدسی قرار داده و سپس عدسی را حول محور خودش بچرخانید و مراقب باشید که وضعیت عمودی پایه ها نسبت به سطح عدسی حفظ شود. زمانی که پایه های اسفرومتر به سطح عدسی عمود می شوند، مقدار توان سطح عدسی، بر روی صفحه ی مدرج، توسط عقربه نمایان می گردد و زمانی که عدسی را به چرخش در می آورید، ممکن است که مقدار توان سطح عدسی تغییر نماید. در این حالت، بایستی کمترین و بیشترین مقدار توان را یادداشت نمود. همین روش را می توانید جهت اندازه گیری توان داخل عدسی نیز به کار برید.
موضوعات مرتبط: مقالات فیزیک ، ،
برچسب‌ها:

محققین دانشگاه برکلی کالیفرنیا راه جدید برای فشرده سازی نور در حجم های خیلی کوچکتر از فضا های قابل تصور ارائه کرده اند که به نوبه ی خود امکان پیشرفت های بسیار زیادی را در زمینه های ارتباطات اپتیک ، لیزر و کامپیوتر های اپتیک ایجاد می کند ... محققین دانشگاه برکلی کالیفرنیا راه جدید برای فشرده سازی نور در حجم های خیلی کوچکتر از فضا های قابل تصور ارائه کرده اند که به نوبه ی خود امکان پیشرفت های بسیار زیادی را در زمینه های ارتباطات اپتیک ، لیزر و کامپیوتر های اپتیک ایجاد می کند . محققین اپتیک قبلا موفق به رساندن امواج نور به ۲۰۰ نانومتر ،‌تقریبا ۴۰۰ بار کوچکتر از عرض یک تار موی انسان شده بودند . گروهی از محققین دانشگاه برکلی به مدیریت مهندس مکانیک ، آقای پروفسور ژانک زانک پیشنهاد فشرده کردن نور و رساندن آن به عرض ۱۰ نانومتر که تقریبا ۵ بار بزرگتر از عرض یک تکه از DNA و ۱۰۰ بار نازک تر از رشته های نوری است را ارائه کرده اند . به گفته ی رابرت التون یکی از همکاران گروه پروفسور ژانگ و سردبیر این تحقیق ، این تکنیک امکان کنترل و مدیریت چشم گیری بر روی نور را به ما خواهد داد و همچنین امکان کشف مطالب جالبی در مورد کارهایی که با نور انجام می دهیم را خواهد داد . به گفته پروفسور ژانگ هر چه قدر مهندسان کامپیوتر امکان قرار دادن ترانزیستور های بیشتری در چیپست های کامپیوتر برای رسیدن به ماشین های کوچکتر و پر سرعت تر را ایجاد کنند محققین اپتیک به دنبال را ه هایی برای فشرده کردن نور در سیم های کوچکتر برای ایجاد ارتباطات نوری بهتر خواهند بود. به گفته دکتر ژانگ ، کاهش حجم وسایل و تجهیزات نوری از جذابیت بالایی برخوردار است و این برای آینده ی ارتباطات یک هدف مقدس و بزرگ خواهد بود . فشرده سازی رشته های نوری نه تنها امکان ایجاد ارتباطات نوری کوچکتر را فراهم می آورند بلکه امکان ایجاد پیشرفت های بسیار زیادی را در زمینه های کامپیوتر های نوری خواهند داشت . به گفته ی دکتر التون بسیاری از دانشمندان در صدد ایجاد ارتباطی بین الکترونیک و اپتیک هستند ولی نور و ماده با هم هم خوانی عجیبی دارند چون اندازی ساختار های آنها بسیار متفاوت است ، به هر حال ، فشرده سازی نور می تواند باعث ایجاد اثراتی بنیادی بر روی نور و ماده شود . محققین اپتیک در صدد فشرده سازی نور در حد طول موج الکترون هستند تا از این طریق نور و ماده را همکاری بگیرند . به گفته التون محققین با یک مشکل بزرگ مواجه می شوند ،هرگاه که می خواهد نور را بیشتر از طول موجش فشرده کنند، زیرا نور دیگر تمایل به ماندن در آن حالت را ندارد . محققین نور را فراتر از این محدودیت ها با استفاده از رویه های پلاسمایی و اجسام نیم رسانا فشرده کرده اند به طوری که از الکترون ها برای محصور کردن و جلوگیری از تکثیر شدن بین سطح فلزات استفاده می کنند . التون بر روی متحد کردن پلاسما و و نیم رسانا ها در حال تحقیق بود و هم زمانی که این مشکلات بیشتر نمایان شد او ایده ی خود را برای یک فشرده شازی بیشتر و پوشاندن این مشکلات مطرح کرد.تئوری هیبریدی فیبر نوری او از یک نیم رسانا که در نزدیکی یک ورقه ی نازک نقره قرار می گرفت تشکیل شده است . به گفته ی التون این یک مسئله هندسی ساده است و من تعجب می کنم که تا کنون چرا کسی به این موضوع اشاره نکرده است . التون برای آزمایش ایده خود دست به شبیه سازی رایانه ای زد و متوجه شد که نه تنها نور را می تواند در فضا هایی به عرض تنها ۱۰ ها نانومتر فشرده کند بلکه نور می تواند مسافت ها را ۱۰۰ بار بیشتر از زمانی که از پلاسما های سطحی استفاده می کرد ، طی کند وبه گفته ی محققین به جای حرکت نور به سمت مرکز سیم ، هنگامی که نور به ورقه ی آهنی می رسد ، امواج نور در یک فضای خالی بین آنها به دام می افتد . به گفته ی التون این تکنیک به این دلیل موثر بود که سیستم هیبریدی به عنوان یک باطری و ذخیره کننده ی برق عمل می کند و انرژی بین سیم و ورقه ی آهنی را ذخیره می کند هنگامی که نور بین این فضای خالی حرکت می کند باعث ایجاد برانگیختگی در ساخت بار در هر دوی سیم و فلز می شود و این بار ها به انرژی این امکان را می دهند تا در فاصله ی بیشتری قدرت خود را حفظ کند . به گفته ی دکتر ژانگ این کشف بر این باور که ، فشرده سازی نور هیچ تاثیری بر افزایش فاصله ی طی شده نخواهد داشت ، غلبه خواهد کرد . به گفته دکتر ژانگ قبلا برای فشرده سازی نور باید انرژی زیادی مصرف می شد که برای کاهش مصرف انرژی باید ابعاد را بزرگتر می کردیم و این دو موضوع همیشه در تقابل همدیگر بودند ، ولی این فکر و طرح این امکان را ایجاد کرد که هر دو را به دست آوریم یعنی هم کاهش حجم نور و هم کاهش مصرف انرژی . به گفته ی التون در حال حاضر آزمایش فقط به صورت تئوری است ولی ساخت چنین دستگاهیی را در آینده در دست خواهیم داشت . تنها مشکل موجود ، در تشخیص نور در این ابعاد است زیرا هم اکنون وسیله ای برای تشخیص نور در این ابعاد وجود ندارد . ولی گروه دکتر ژانگ ساخت چنین دستگاهی را برای تشخیص نور در این بعاد در دست دارند . به نظر التون ، تکنیک هیبریدی فشرده سازی نور تاثیرات زیادی را در آینده خواهد داشت ، از جمله می توان به فشرده سازی نور و نزدیک کردن آن به طول موج الکترون اشاره کرد که باعث ایجاد ارتباطی بین اپتیک و الکترونیک خواهد شد . به گفته التون : ما در حال فشرده سازی ابعاد تا حد ابعاد الکترون هستیم تا با این روش کارهایی را انجام دهیم که تا کنون انجام داده نشده است . به گفته ی التون این فکر می تواند باعث ایجاد قدمی موثر درجاده ایجاد کامپیوتر اپتیکی شود ، کامپیوتری که در آن تمام الکترونیک جای خود را به تجهیزات نوری داده اند . به گفته محققین ساخت یک ترانزیستور نوری مانعی است در رسیدن به محاسبات نوری . اما این تکنیک یعنی فشرده سازی نور و ایجاد ارتباط بین پلاسما با نیم رسانا شاید در حل این مشکل کمک کند .
موضوعات مرتبط: مقالات فیزیک ، ،
برچسب‌ها:

برخورد دهنده هادرونی بزرگ ( LHC ) بزرگ ترین و پر انرژی ترین شتاب دهنده پیچیده ذرات در جهان است که این شتاب دهنده بر آن است که پرتوهای خلاف جهت هم پروتون با انرژی جنبشی زیاد را به یکدیگر برخورد دهد. هدف اصلی آن تحقیق صحت و محدودیت مدل استاندارد ، تصویر نظریه ی کنونی فیزیک ذرات ، است. این نظریه وجود دارد که برخورد دهنده حیات بوزون های هیگز را تائید می کند ، مشاهداتی که پیش بینی و حلقه های گمشده ی مدل استاندارد را تائید می کند و می تواند توضیح دهد که چگونه ذرات ابتدائی می توانند ویژگی هایی مانند جرم را حاصل کنند. LHC توسط موسسه اوروپایی تحقیقات هسته ای ( CERN ) ساخته شد و در زیر مرز فرانسه- سوئیس نزدیک ژنو سوئیس قرار دارد.LHC با همکاری بیش از ۸۰۰۰ فیزیک دان از بیش از ۸۵ کشور جهان مشابه صد ها دانشگاه و آزمایش گاه سرمایه گذاری و ساخته شده است .LHC در حال عمل هست و اکنون در حال آماده شدن برای برخورد می باشد. اولین پرتو ها در ۱۰ سپتامبر ۲۰۰۸ در برخورد دهنده به گردش در آمدند و اولین برخورد های پرانرژی برای ۲۱ اکتبر که LHC به طور رسمی آشکار شد ، برنامه ریزی شده است. هر چند پرسش های بسیاری در مورد امنیت برخورد دهنده هادرونی بزرگ در رسانه ها و دادگاه ها وجود دارد ، جامعه علمی از عدم امکان تهدید توسط برخورد های ذره ای LHC اطمینان خاطر دارند. ● طراحی: LHC بزرگ ترین و پر انرژی ترین شتاب دهنده پیچیده ذرات در جهان است. برخورد دهنده در یک تونل دایره ای شکل با محیط ۲۷ کیلومتر و عمق بین ۵۰ تا ۱۷۵ متری زمین قرار دارد. عمق ۳.۸ متری در خط لوله بتونی که در سال ۱۹۸۳ تا ۱۹۸۸ ساخته شده به عنوان مکان برخورد بزرگ الکترون-پوزیترون در نظر گرفته شده است. LHC مرز سوئیس و فرانسه را در ۴ نقطه قطع می کند ، اما اکثر آن در فرانسه قرار دارد. ساختمان روی سطح زمین تجهیزات فرعی مانند فشرده ساز ها ، تجهیزات تهویه ، الکترونیک های کنترل و دستگاه های خنک کننده را دارا می باشد. تونل برخورد دهنده دارای دو لوله های پرتوی مجاور موازی که در چهار نقطه تقسیم می شود و هر کدام یک پرتو پروتونی را حمل می کنند و در دو جهت مخالف حرکت می کنند هستند. ۱۲۳۲ دوقطبی مغناطیسی پرتو را در مسیر دایره ای خود نگه می دارند ، در حالی که ۳۲۹ چهار قطبی معناطیسی به تمرکز پرتو کمک می کنند تا شانس برخورد بین دو ذره را در ۴ نقطه اشتراکی که پرتو ها از آن عبور خواهند کرد ، بالا ببرند. در نهایت ۱۶۰۰ مغناطیس ابرهادی با وزنی بالغ بر ۲۷ تن نصب شده است .نیاز به تقریبا ۹۶ تن هلیوم مایع برای نگه داشتن مغناطیس ها در دمای فعالیتشان در ۱.۹ درجه ی کلوین LHC را به بزرگترین تجهیزات برودتی در جهان در دمای هلیوم مایع ساخت. یک یا دو باز در روز در حالی که پروتون ها از ۴۵۰ گیگا الکترون ولت تا ۷ ترا الکترون ولت شتاب میگرفتند ، مغناطیس دو قطبی های ابرهادی از ۰.۵۴ تا ۸.۳ تسلا افزایش می یافت. هر پروتون ۷ الکترون ولت انرژی خواهد داشت و انرژی برخورد ۱۴ ترا الکترون ولت ( ۲.۲ میکروژول ) خواهد داد. در این انرژی پروتون ها ضریب لورنز حدود ۷۵۰۰ و سرعتی معادل ۹۹.۹۹۹۹۹۹ % سرعت نور خواهند داشت. کمتر از ۹۰ میلی ثانیه طول می کشد تا پروتون یک بار به دور حلقه مرکزی بچرخد - سرعتی معادل ۱۱۰۰۰ دور در ثانیه . پروتون ها سریع تر از پرتو های متوالی در ۲۸۰۸ دسته با یکدیگر دسته بندی می شوند بنابراین برخورد دو پرتو در مدت مجزا نه کمتر از ۲۵ نانو پانیه رخ خواهد داد. هنگامی که برخورد دهنده برای اولین بار انجام ماموریت می کند ، با شاخه های کمتری عمل خواهد کرد که مدت ۷۵ نانو ثانیه ای خواهد داشت. شاخه ها سرانجام آنچنان زیاد خواهند شد که دسته نهایی در مدت ۲۵ نانو ثانیه عبور خواهد کرد. قبل از تزریق در شتاب دهنده اصلی ، ذرات در سیستم های متوالی که انرژی آن ها را به طور موثری افزایش خواهد داد آماده می شوند. اولین دستگاه شتاب دهنده ذرات طولی Linac۲ است که پروتون های ۵۰ مگا الکترون ولتی که تقویت کننده دستگاه تقویت ذرات باردار الکترونی (Proton Synchrotron Booster ) را تغذیه خواهد کرد ، تولید خواهد کرد. در آنجا پروتون ها به حد ۱.۴ گیگا الکترون ولتی می رسند و به دستگاه تقویت ذرات باردار الکترونی (PS ) که پروتون ها را به ۲۶ الکترون ولت می رساند تزریق خواهد شد . در انتها دستگاه فوق تقویت ذرات باردار الکترونی (SPS) برای افزایش انرژی آن ها تا ۴۵۰ گیگا الکترون ولت قبل از تزریق آن در حلقه مرکزی ( در دوره ای بیش از ۲۰ دقیقه ) مورد استفاده قرار می گیرد. در این نقطه دسته های پروتونی انباشته می شوند و به انرژی پیک خود ، ۷ ترا الکترون ولت ، ( در دوره ای بیش از ۲۰ دقیقه ) می رسند و سرانجام برای مدت ۱۰ تا ۲۴ ساعت در حالی که برخورد ها در ۴ نقطه تقاطع رخ می دهد ، ذخیره می شوند. LHC همچنین برای برخورد یون های سنگین سرب ( Pb ) با انرژی برخورد ۱۱۵۰ ترا الکترون ولت مورد استفاده قرار میگیرد. یون های سرب ابتدا توسط شتاب دهنده خطی Linac۳ شتاب داده خواهند شد و حلقه تزریقی کم انرژی برای ذخیره سازی یون ها و واحد خنک کننده مورد استفاده قرار می گیرد. یون ها پس از آن قبل از تزریق در حلقه LHC توسط PS و SPS شتاب داده خواهند شد در حالی که به انرژی ۲.۷۶ ترا الکترون ولتی برای هر نوکلئون خواهند رسید. ● آشکار ساز ها : ۶ آشکار ساز بر روی LHC بنا شد که در غاز بزرگ زیر زمین در نقاط تقاطع LHC قرار دارند. دو تا از آن ها ، آزمایش اطلس و مون سولنوئید پیچیده ( CMS) بزرگ هستند و هدف عمومی آن ها آشکارسازی ذرات است. " آزمایش تصادم یونی بزرگ " ( ALICE) برای مطالعه خواص کوارک-گلون پلاسمای خرده برخورد های یون های سنگین طراحی شده است. سه تای دیگر ، LHCb ، TOTEM و LHCf کوچکتر و تخصصی ترند. خلاصه ی BBC در مورد آشکار ساز ها این گونه است : ▪ ATLAS- یکی از دو تایی که به نام آشکار سار با هدف عمومی نامیده می شوند. Atlas به دنبال نشانه هایی از فیزیک جدید شامل اساس جرم و بعد های دیگر میگردد . ▪ CMS- آشکار ساز با هدف عمومی دیگر که مانند ATLAS به جستجوی بوزون های هیگز و شواهدی بر ماده تاریک می گردد. ▪ ALICE- به مطالعه فرم مایع مواد با نام کوارک-گلون پلاسما که مدت کوتاهی بعد از انفجار بزرگ وجود داشت می پردازد. ▪ LHCb- مقدار ماده و پاد ماده خلق شده در انفجار بزرگ را برابر می گیرد. این آشکار ساز سعی در تحقیق در مورد پادماده گم شده دارد. ▪ اهداف: در این عملیات حدود ۷۰۰۰ دانشمند از ۸۰ کشور جهان به LHC دسترسی دارند. این تئوری وجود دارد که برخورد دهنده بوزون هیگز گریزان ، آخرین ذره مشاهده نشده پیش بینی شده توسط مدل استاندارد، را تولید خواهد کرد. تحقیق در مورد وجود بوزون های هیگز می تواند مکانیزم شکست متقارن الکترون های کم دوام را به واسطه ی ذرات مدل استانداردی که گفته می شود جرم خود را تولید میکنند ، آشکار کند . علاوه بر بوزون های هیگز ، ممکن است ذرات جدیدی که توسط توسعه ممکن مدل استاندارد پیش بینی شده بود ، تولید شوند. به طور کل ، فیزیک دانان امیدوارند که LHC می تواند توانایی های آنها را در پاسخ دادن به این سوالات بالا ببرد: ـ آیا مکانیزم هیگز برای تولید خرده جرم های ابتدائی در مدل استاندارد به درستی در طبیعت درک می شود؟ اگر این چنین باشد ، چه تعداد بوزون های هیگز در آن جا وجود دارند و جرم آن ها چقدر است؟ ـ آیا الکترومغناطیس ، نیروی قوی هسته ای و نیروی ضعیف هسته ای وجوه متفاوتی از یک نیروی تک همان گونه که توسط تئوری های یکتای قدیمی متفاوت پیش بینی شده است ، آشکار می شوند؟ ـ چرا جاذبه از ۳ نیروی بنیادی دیگر ضعیف تر است؟ ـ آیا ابرتقارن در طبیعت درک می شود ؟ با اشاره به این که ذرات مدل استاندارد شناخته شده یک جفت ابر متقارن دارند. ـ آیا اندازه گیری های دقیق جرم و تباهی های کوارک ها با مدل استاندارد به طور ثابتی همچنان سازگار است؟ ـ چرا اشتباهی آشکار در تقارن بین ماده و پاد ماده وجود دارد؟ ـ طبیعت ماده تاریک و انرژی تاریک چیست؟ ـ آیا بعد های دیگری هم همچنان که در تئوری رشته ای با مدل های گوناگون پیش بینی شده ، وجود دارد و آیا می توانیم آن ها را ببینیم؟ در میان اکتشافاتی که LHC ممکن است انجام دهد ، تنها اکتشاف ذرات هیگز بحث برانگیز نیست اما این اکتشاف به طور قطع ، پیش بینی نشده است. استفان هاوکینگ در مصاحبه ی BBC گفت :" به نظر من این هیجان انگیز تر است که ما هیگز ها را پیدا نکنیم. این نشان میدهد که چیزی اشتباه است و ما نیاز به تفکر دوباره داریم. من صد دلار شرط بسته ام که ما هیگز ها را پیدا نمی کنیم. " در مصاحبه ای این چنینی هاوکینگ امکان اکتشاف ابر جفت ها را تذکر داد :" هر چه که LHC کشف کند یا کشف نکند ، نتایج می تواند چیزهای زیادی را در مورد ساختار جهان به ما بگوید." ▪ به عنوان برخورد کننده یونی: برنامه فیزیکی LHC بر اساس برخورد پروتون-پروتون استوار شده است. هرچند ، دوره های در حال اجرای کوتاه تر ، اساسا یک ماه در سال ، با برخورد های یون های سنگین در این برنامه گنجانده شده است. در حالی که یون های سبک تر هم در نظر گرفته شده است ، برنامه اصلی با یون های سرب سر و کار دارد. این می تواند پیشرفتی برای برنامه تجربی که اکنون در برخورد کننده ی یونی نسبتا سنگین ( RHIC ) در حال اجراست ، باشد. هدف برنامه یون سنگین ایجاد پنجره ای جدید در درک ماده ای با نام کوارک-گلون پلاسما که در مراحل ابتدائی جهان شکل گرفت ، هست. ـ آزمایش های زمانبدی شده: سپتامبر ۲۰۰۸ : اولین پرتو در برخورد دهنده در صبح ۱۰ سپتامبر ۲۰۰۸ به گردش در آمد. CERN پروتون ها را به طور موفقیت آمیزی به طور مرحله ای به درون تونل به حرکت درآورد ، ۳ کیلومتر در یک زمان. ذرات در جهت ساعتگرد به درون شتاب دهنده فرستاده شدند و در ساعت ۱۰:۲۸ زمان محلی به طور موفقیت آمیز به دور آن رانده شدند. LHC اولین تست بزرگ خود را با موفقیت پشت سر گذاشت: پس از اینکه تعداد زیادی آزمایش انجام شد ، دو نقطه سفید بر روی سفحه نمایش ظاهر شد که نشان میداد پروتون ها تمام طول برخورد دهنده را طی کردند. هدایت جریان ذرات به دور مدار اولیه کمتر از یک ساعت طول کشید موفقیت بعدی CERN فرستادن پرتویی از پروتون ها در خلاف جهت عقربه های ساعت در ساعت ۱۴:۵۹ بود. ـ اکتبر ۲۰۰۸ : اولین برخورد های پرانرژی برای ۲۱ اکتبر که LHC به طور رسمی آشکار شد ، برنامه ریزی شده است. ● پیشنهاد بهبودبخشی: بعد از گذشت چندین سال از آغاز به کار، کم اهمیت تر شدن آزمایشات مجدد در هر نوعی از آزمایش فیزیک ذرات باعث نابه سامانی آزمایشات فیزیک ذرات گردید. هر سال که از عملکرد آن میگذرد، به کشفیات کمتری نسبت به سال قبل از آن دست می یابد. راهی که برای بهبود بخشی نابه سامانی های آزمایشات مجدد وجود دارد این است که آزمایش را یا از طریق تقویت انرژی و یا از طریق تقویت تابش، بهبود بخشیم.. ترفیع درخشش LHC که با نام ابر LHC شناخته می شود برای ساخته شدن در ۱۰ سال بعد از عملیات LHC پیشنهاد داده شد. راه مطلوب درخشش ترفیع LHC در افزایش پرتوی کنونی ( یعنی افزایش پروتون های پرتو ) و اصلاح دو ناحیه پر درخشش برخورد ، ATLAS و CMS ، است. برای بدست آوردن این پیشرفت ها ، انرژی پرتو در نقطه ای که آن ها به ابر LHC تزریق می شوند باید تا ۱ تراالکترون ولت افزایش یابد. این عمل به بهبود بخشی سیستم قبل تزریق نیاز دارد که هزینه های تغییرات مورد نیاز در دستگاه فوق تقویت ذرات باردار الکترونی بسیار سنگین تمام خواهد شد. ● هزینه ها : هزینه ی کلی این طرح در حدود ۳.۲ تا ۴.۴ بیلیون یورو پیش بینی شده بود. ساخت LHC در سال ۱۹۹۵ با هزینه ی ۲.۶ بیلیون فرانک سوئیس به علاوه ۲۱۰ میلیون فرانک بابت هزینه ی تحقیقات تصویب شد. هرچند ، هزینه ها از حد گذشت. در تجدید دوباره در ۲۰۰۱ تا ۴۸۰ میلیون فرانک برای شتاب دهنده و ۵۰ میلیون فرانک برای تحقیقات تخمین زده شد در حالی که بودجه CERN کم شد و اتمام کار به جای سال ۲۰۰۵ در آوریل سال ۲۰۰۷ صورت گرفت. مغناطیس ابرهادی برای ۱۸۰ میلیون فرانک افزایش قیمت مسئول بود. همچنین در آن وقتی که غار زیرزمینی را برای سولنوید مون فشرده می ساختند ، در قسمت های ناقصی که توسط آزمایشگاه های مشخص ملی آرگون و فرمیلاب به CERN قرض داده شده بود ، با سختی های مهندسی روبه رو می شدند. دیوید کینگ ، افسر علمی رئیس سابق اتحادیه کینگ دام ، LHC را برای تخصیص اولویت بالاتری به سرمایه در برابر مشکلات عمده ی زمین - تغییرات دمایی قانون مند اما همچنان رشد جمعیت و فقر در آمریکا - انتقاد کرد. ● منابع محاسبه : شبکه محاسباتی LHC برای نگه داشتن مقادیر زیادی داده تولید شده توسط برخورد دهنده بزرگ هادرونی ، ساخته شده است. این شبکه از لینک کابل نوری فیبری خصوصی و بخش پرسرعت موجود در ابنترنت عمومی با هم متحد شد که امکان انتقال داده ها از CERN به موسسات آکادمیک سراسر جهان را فراهم می آورد. این طرح محاسباتی پخش شده برای حمایت ساخت و اندازه گیری LHC آغاز شد. این طرح از پایگاه BONIC برای اندازه گیری چگونگی حرکت ذرات در تونل ، استفاده میکند. با این اطلاعات ، دانشمندان قادر خواهند شد تا اندازه مغناطیس مورد نیاز برای بدست آوردن " مداری " پویا از پرتو درون حلقه را اندازه گیری کنند. ● موضوع امنیت : ▪ امنیت برخورد ذره ها : هرچند که برخی افراد و دانشمندان در مورد امنیت آزمایش برنامه ریزی شده در رسانه ها و دادگاه ها سوال می کنند ، جامعه ی علمی بر نبود پایه ای برای هرگونه تهدید ممکن در برخورد ذره ای LHC توافق دارند. ▪ امنیت عملیات : اندازه LHC بر اساس یک رقابت مهندسی خاص با موضوع عملیاتی واحد در مورد انرژی زیاد ذخیره شده در میدان مغناطیسی و پرتو ها ، شکل گرفت. در هنگام انجام عملیات ، انرژی کل ذخیره شده در میدان مغناطیسی به ۱۰ گیگا ژول ( معادل ۲.۴ تن TNT ) و انرژی کل حمل شده بر دو پرتو به ۷۲۴ مگا ژول رسید. از دست دادن ده میلیونیم ((۱۰−۷ پرتو برای خاموش کردن مغناطیس ابرهادی کای است. در حالی که پرتو زائد باید انرژی معادل بمب هوا-زمین را به خود جذب کند.اگر به این بیندیشیم که چه ماده ی کوچکی این انرژی های بی اندازه را حمل می کند ، بسیار تاثیرگذار است : در وضعیت های عملیاتی بسیار جزئی ( ۲۸۰۸ دسته برای هر پرتو و ۱.۱۵×۱۰۱۱ پروتون در هر دسته ) لوله های پرتو ۱.۰×۱۰-۹ گرم هیدرژن دریافت می کنند که در وضعیت استاندارد از نظر دما و فشار می تواند حجمی معادل دانه ای ماسه داشته باشد. ▪ تصادفات ساختاری و عقب افتادگی ها : در ۲۵ اکتبر ۲۰۰۵ یک تکنیسین زمانی که بار جرثقیل تصادفا بر روی او افتاد ، در تونل LHC جان باخت .در ۲۷ مارس ۲۰۰۷ یک پشتیبان مغناطیس برودتی در حین آزمایش فشار که با گروه مغناطیسی سه گانه ( تمرکز چهارقطبی) درونی LHC تولید شده توسط فرمیلای و کک ( KEK) درگیر بود ، شکست. هیچ کسی زخمی نشد.مدیر فرمیلاب ، پیر اودون ، اظهار داشت :" در این موقعیت ما به خاطر از دست دادن توازن بسیار ساده نیروها ، متحر شدیم." این خطا در طراحی اصلی ظاهر شد و در چهار دوره مهندسی در این سال ها باقی ماند. تجزیه نشان داد که طراحی آن - که تا آنجا که ممکن بود برای نصب بهتر نازک طراحی شده بود - به اندازه ای که در برابر نیروهای تجمع یافته در آزمایش فشار مقاومت کند ، نبود. جزئیاتی که CERN با آن موافق بود ، در اعلامیه ای از فرمیلاب درج شده است. پس از تعمیر و تقویت دوباره هشت گروه یکسان استفاده شده توسط LHC زمان آغازکار به تاخیر افتاد و برای هفته ها بعد در نوامبر ۲۰۰۷ برنامه ریزی شد. ● در فرهنگ عمومی : برخورد دهنده بزرگ هادرونی در " اهریمن و فرشتگان " اثر دن براون بدین گونه شرح داده شد که از پادماده های خطرناک تولید شده در LHC برای جنگ با واتیکان ها استفاده شد. CERN صفحه ای با عنوان " واقعیت یا افسانه؟" انتشار داد که درباره ی دقت مجسم سازی کتاب LHC ، CERN و فیزیک ذرات به طور جامع سخن می گوید. نسخه ویدیویی کتاب یم فیلم به اندازه فوت روی سایت برای یکی از آزمایشات LHC دارند; کارگردان ، ران هاوارد ، با کارشناسان CERN ملاقات کرد تا علم را به ش دقیقی وارد فیلم سازد. اثر کارمند CERN ، کاترین مک الپین ، با نام " رپ بزرگ هادرون " برای دو میلیون تصویر یو- تیوب در ۱۰ سپتامبر ۲۰۰۸ بهتر بود. شبکه ۴ رادیو BBC روز آغاز به کار LHC را در ۱۰ سپتامبر ۲۰۰۸ با نام " روز انفجار بزرگ " به خاطر سپردند. اضافه بر این رخداد ها ، پخش قسمت رادیویی سریال تلویزیونی تراچ وود ( Torchwood ) با درگیر سختن نقشه های LHC بود که " طلب گمشده " نام گرفت. مدیر ارتباطات CERN ، جیمز گیلی ، بیان کرد :" واقعیات CERN شباهت کمی به متن تراچ وود جوزف لیدستر دارد."
موضوعات مرتبط: مقالات فیزیک ، ،
برچسب‌ها:

دو چارچوب مرجع در نظر می‌گیریم. چارچوب مرجع بدون شتاب (لخت) S۱ که در آن یک میدان گرانشی یکنواخت قرار دارد و چارچوب مرجع S۲ که نسبت در یک چارچوب مرجع لخت شتاب یکنواخت دارد ولی در آن میدان گرانشی وجود ندارد. انیشتین در نظریه نسبیت عام خود نشان داد که این دو چارچوب مرجع لخت از لحاظ فیزیکی دقیقا هم ارز هستند. یعنی آزمایشهایی که در این چارچوب در شرایط یکسان انجام می‌شود نتایج یکسان به دست می‌دهند. این موضوع به اصل هم ارزی معروف است. ● نگاه اجمالی نظریه نسبیت انیشتن را در حالت کلی می‌توان به دو قسمت نسبیت عام و نسبیت خاص تقسیم کرد. هر کدام از این قسمتها بر پایه یک سری اصول خاص که به عنوان اصل دو موضوع پذیرفته می‌شوند، استوار است به عنوان مثال نظریه نسبیت خاص بر اساس دو اصل ثابت بودن سرعت نور و یکسان بودن فرم ریاضی قوانین فیزیکی در کلیه چارچوبهای مرجع استوار است. اما یکی از اصولی که نسبیت عام انیشتین برآن اساس بیان می‌شود، اصل هم ارزی است. ● یک مثال فرض کنید که یک سفینه فضایی در چارچوب مرجع لخت S۱ که در میدان گرانشی یکنواخت در سطح زمین قرار دارد، در حال سکون است. در این حال اگر در داخل سفینه اشیایی مانند یک تکه سنگ رها شوند، با شتاب گرانشی یکنواخت زمین (g) سقوط می‌کنند. اشیایی هم که ساکن باشند، مانند فردی که در داخل سفینه نشسته است، تحت تاثیر نیرویی قراردارند که از کف سفینه در خلاف جهت نیروی وزن ، برآنها وارد می‌شود. حال فرض کنید، موشکهای سفینه روشن شده و آن را به منطقه‌ای از فضای خارج زمین برسانند که در آنجا میدان گرانشی وجود ندارد. همچنین فرض کنید که در این حالت شتاب سفینه نسبت به زمین (چارچوب لخت ساکن) برابر G - باشد. در بیان دیگر سفینه از زمین دور می‌شود و به ناحیه‌ای می‌رسد که در آنجا میدان گرانشی زمین (پا هر میدان گرانشی دیگری) ناچیز است. در این حالت سفینه را به عنوان چار چوب مرجع دیگرS۲ در نظر می‌گیریم. بر اساس اصل هم ارزی شرایط سفینه فضایی (چارچوب S۱ ) مشابه شرایط سفینه ساکن در سطح زمین (S۲) می‌باشد. اگر فضانورد در داخل سفینه جسمی را رها کند، این جسم با شتاب رو به پایین g نسبت به سفینه حرکت خواهد کرد. در واقع ، چون تمام اجسامی که تحت تاثیر هیچ نیرویی قرار ندارد با سرعت یکنواخت نسبیت به چارچوب مرجع لخت S حرکت می‌کنند، لذا بنظر می‌رسد که چنین اجسامی با شتاب یکسان g نسبت به سفینه فضایی (چارچوب S۲) سقوط می‌کنند. ● فرم‌های مختلف اصل هم ارزی ▪ فرم ضعیف هم ارزی در هر نقطه از فضا - زمان یک میدان گرانشی ، می‌توان یک دستگاه مختصات موضعی طوری انتخاب کرد. که در همسایگی کوچکی از آن نقطه ، قوانین حرکت شکل نسبتی داشته باشند. در واقع این فرم بیان دیگری از هم ارزی جرم گرانشی با جرم لختی (جرم M در قانون دوم نیوتن ظاهر می‌شود) می‌باشد. ▪ فرم قوی اصل هم ارزی در هر نقطه از فضا - زمان یک میدان گرانشی ، می‌توان یک دستگاه مختصات موضعی طوری طوری انتخاب کرد که در همسایگی کوچکی از آن نقطه قوانین طبیعی شکل نسبیتی داشته باشند. در واقع می‌توان گفت که این حالت تعمیم فرم ضعیف است که در حالت کلی توسط انیشتین بیان شد. به عبارت دیگر می‌توان گفت که هیچ آزمایش محلی وجود ندارد که با انجام آن بتوان بین آثار یک میدان گرانشی یکنواخت در یک چارچوب برون شتاب (لخت) و آثار یک چارچوب مرجع شتابدار (نالخت) فرق گذاشت. ● نتایج اصل هم ارزی ▪ انیشتین در نسبیت عام خود نشان داد که با توجه به اصل هم ارزی نمی‌توان از شتاب مطلق یک چارچوب مرجع سخن گفت، بلکه فقط می‌توان از شتاب نسبی آن صحبت کرد، درست همان طور که از نظریه نسبیت خاص نتیجه می‌گیریم که کسی نمی‌تواند از سرعت مطلق یک چارچوب مرجع سخن بگوید و فقط صحبت از سرعت نسبی معنی دارد. ▪ همچنین از اصل هم ارزی نتیجه می‌گیریم که جرم لختی و جرم گرانشی با هم برابرند. اگر جسمی تحت تاثیر هیچ نیرویی قرار نداشته باشد، جرم لختی آن هر چه باشد با سرعت یکنواخت نسبیت به یک چارچوب مرجع لخت حرکت می‌کند. بنابراین شتاب همه آنها نسبت به چارچوب مرجع شتابدار یکسان خواهد بود. بنابراین از اصل هم ارزی نتیجه می‌گیریم که تمام اجسام در یک میدان گرانشی همگن باید با شتاب یکسان سقوط کنند.
موضوعات مرتبط: مقالات فیزیک ، ،
برچسب‌ها:

پلاسما گازی ست که از یون هایی که آزادانه شناورند تشکیل شده اند. پلاسما جریانات الکتریکی را هدایت می کند (رساناست) و به وسیله ویلیام کروکس در سال ۱۸۷۹ کشف شد. انواع بسیار مختلفی از پلاسما وجود دارد. پلاسما در ستارگان (شامل خورشید) وجود دارد و باد خورشیدی در منظومه شمسی ما از پلاسما ساخته شده. دانشمندان پلاسما را حالت چهارم ماده می دانند، یعنی مایع، جامد، گاز و پلاسما. این ماده با ماهیت محیط یونیزه ، ترکیبی از یونهای مثبت و الکترون با غلظت معین می‌باشد که مقدار الکترونها و یونهای مثبت در یک محیط پلاسما تقریبا برابر است و حالت پلاسمای مواد ، تقریبا حالت شبه خنثایی دارد. پدیده‌های طبیعی زیادی از جمله آتش ، خورشید ، ستارگان و غیره در رده حالت پلاسمایی ماده قرار می‌گیرند. پلاسما شبیه به گاز است، ولی مرکب از ذرات باردار متحرکی به نام یون است. یونها بشدت تحت تاثیر نیروهای الکتریکی و مغناطیسی قرار می‌گیرند. مواد طبیعی در حالت پلاسما عبارتند از انواع شعله ، بخش خارجی جو زمین ، اتمسفر ستارگان ، بسیاری از مواد موجود در فضای سحابی و بخشی از دم ستاره دنباله‌دار و شفقهای قطبی شمالی. نمایش خیره کننده از حالت پلاسمایی ماده است که در میدان مغناطیسی جریان می‌یابد. بد نیست بدانید که دانش امروزی حالات دیگری از جمله برهمکنش ضعیف و قوی هسته‌ای را نیز در دسته‌بندیها بعنوان حالات پنجم و ششم ماده بحساب می‌آورد که از این حالات در توجیه خواص نکلئونهای هسته ، نیروهای هسته‌ای ، واکنش های هسته‌ای و در کل فیزیک ذرات بنیادی استفاده می‌شود. ● ساختار پلاسما : عموما پلاسما را مجموعه‌ای از یونها ، الکترونها و اتمهای خنثی جدا از هم و تقریبا در حال تعادل مکانیکی ـ الکتریکی می‌گویند. حالتهای خاصی را در مقابل مغناطیس نشان می‌دهد. این رفتارها کاملا برعکس رفتار گازها در مقابل میدان مغناطیسی است. زیرا گازها به سبب خنثی بودنشان از لحاظ بار الکتریکی توانایی عکس ‌العمل در مقابل مغناطیس و میدان وابسته به آن را ندارند. در کنار این رفتار پلاسما می‌تواند تحت تاثیر میدان مغناطیسی درونی که از حرکت یونهای داخلی به عمل می‌آید قرار گیرد. همچنین پلاسما بعلت رفتار جمعیتی که از خود نشان می‌دهد، گرایشی به متاثر شدن در اثر عوامل خارجی ندارد. و اغلب طوری رفتار می‌کند که گویی دارای رفتار مخصوص به خودش است. معیار دیگر برای پلاسما آن است که فراوانی بارهای مثبت و منفی باید چندان زیاد نباشد که هر گونه عدم توازن موضعی بین غلظت‌های این بارها غیر ممکن باشد. مثلا بار مثبت به سرعت بارهای منفی را به سوی خود می‌کشد تا توازن بار از نوع برقرار سازد. بنابراین اگرچه پلاسما به مقدار زیادی بار آزاد دارد، ولی از لحاظ بار الکتریکی خنثی است. ماده در حالت پلاسما نسبت به حالتهای جامد ، مایع و گاز نظم کمتری دارد. با این حال خنثی بودن الکتریکی پلاسما بطور متوسط انرژی از نظم را نشان می‌دهد. اگر پلاسما تا دمای زیاد حرارت داده شود، نظم موجود در پلاسما از بین می‌رود و ماده به توده درهم و برهم و کاملا نامنظم ذرات منفرد تبدیل می‌شود. بنابراین پلاسما گاهی نظیر سیارات ، رفتاری جمعی و گاهی نظیر ذرات منفرد ، بصورت کاملا تکی عمل می‌کند. بدلیل همین رفتارهای عجیب و غریب است که غالبا پلاسما در کنار گازها و مایعات و جامدات ، چهارمین حالت ماده معرفی می‌شود. بنابراین با توجه به اینکه چگالی پلاسما قابل توجه می‌باشد. مدولانک در تک ذرات منفرد به مشکلات رفتار پلاسما افزوده می‌شود. ● ضرورت بررسی پلاسمای طبیعی : با وجود این پیچیدگی‌ها با عنایت به اینکه ۹۹ درصد ماده موجود در طبیعت و جهان در حالت پلاسما است. علاقمندی ما به پلاسما جدا از بسیاری کاربردها نظیر تولید انرژی، عدسی پلاسمایی برای کانونش انرژی و ... معتدل می‌باشد، چرا که از ترک زمین ، با انواع پلاسماها مانند «یونسفر ، کمربندها و بادهای خورشیدی) مواجه می‌شویم. بنابراین فیزیک پلاسما نیز در کنار سایر شاخه‌های علوم فیزیکی ، در شناخت محیط زندگی ما در قالب رشته ژئوفیزیک از یک اهمیت زیادی برخوردار است. ● انواع پلاسما ▪ پلاسمای جو: نزدیکترین پلاسما به ما «کره زمین) ، یونوسفر (Ionosphere) می‌باشد که از صد و پنجاه کیلومتری سطح زمین شروع و به طرف بالا ادامه می‌یابد. لایه‌های بالاتر یونسفر ، فیزیک سیستمها به فرم پلاسما می باشند که توسط تابش موج کوتاه در حوزه وسیعی ، از طیف اشعه فرابنفش گرفته تا پرتوهای ایکس و همچنین بوسیله پرتوهای کیهانی و الکترونهایی که به گلنونسفر اصابت می‌کنند یونیزه می‌شوند. ▪ شفق قطبی: پدیده شفق نیز نوعی پلاسما است که تحت اثر یونیزاسیون ایجاد می‌شود. یونسفر پلاسمایی با جذب پرتوهای ایکس ، فرابنفش ، تابش خورشیدی ، انعکاس امواج کوتاه و رادیویی اهمیت اساسی در ارتباط رادیویی در سرتاسر جهان دارد. با همه این احوال نه تنها زمین بلکه زهر و مریخ نیز فضایی یونسفری دارند. ملاحظات نظری نشان می‌دهد که در سایر سیاره‌های منظومه شمسی نظیر مشتری ، زحل ، اورانوس ، نپتون نیز باید یونسفرهای قابل مشاهده وجود داشته باشد. فضای بین سیاره‌ای نیز از پلاسمای بین سیاره‌ای در حال انبساط پر شده که محتوای یک میدان مغناطیسی ضعیف (حدود ۵ به توان ۱۰- تسلا) است. هسته‌های ستارگان دنباله دار نیز به فضای بین پلاسمایی پرتاب می‌کند. از طرف دیگر ، خورشید منظومه شمسی مانند یک کره پلاسمایی است. درخشندگی شدید خورشید ، معمولا عین یک درخشندگی پلاسمایی می‌باشد. خورشید به سه قشر گازی فتوسفر ـ کروموسفر و کورونا (که کرونای آن بیش از یک میلیون درجه ، حرارت دارد) احاطه شده است و انتظار می‌رود که هزارها سال به درخشندگی خود ادامه بدهد. ▪ کاربرد پلاسمای یونسفر : یونوسفر زمین در ارتباطات رادیویی اهمیت زیادی دارد. توضیح این نکته لازم است که یونوسفر ، امواج رادیویی با فرکانسهای بیش از ۳۰ مگاهرتز (بین امواج رادار و تلویزیون) را عبور می‌دهد. ولی امواج با فرکانسهای کمتر (کوتاه ، متوسط و بلندرادیویی) را منعکس می کند. همچنین شایان ذکر است که ضخامت یونسفر زمین که از چند لایه منعکس کننده تشکیل شده است با عواملی نظیر شب و روز آشفتگی پلاسمایی سطح خورشید در ارتباط نزدیک می‌باشد. ▪ بادهای خورشیدی : خورشید منظومه شمسی منبع نیرومندی از جریان مداوم پلاسما به صورت باد خورشیدی است. باد خورشیدی اصطلاحی برای ذرات تشعشع یافته نظیر بادهایی در حدود ۱۰۰ هزار درجه کلوین است. باد خورشیدی پدیده پیچیده‌ای است که سرعت و چگالی آن متغیر می‌باشد. متغیر بودن پلاسمای بادی به فعالیت خورشید بستگی دارد. گفتنی است که به دلیل ۱۰۰ برابر بودن انرژی جنبشی پلاسما نسبت به انرژی مغناطیسی‌اش ، اصطلاح باد مغناطیسی به آن داده‌اند. ● حالات ماده از جامد تا پلاسما مایعات و گازها شاره هستند، یعنی جریان می‌یابند. این اجسام شکل معینی ندارند و شکل ظرفی را که در آن قرار دارند به خود می‌گیرند، در حالی که مقدار معینی دارند. مثلا مقدار آب ، دی اکسید کربن ، هوا ، شیر و غیره جرم قابل اندازه گیری و معینی دارند، اما نمی‌توانند همانند جامدات با اعمال نیروی پس زنی کشانی ، در مقابل تغییر شکل ، مقاومت کنند. اندیشه اولیه تئوری مولکولی مربوط به رابرت براوان بوده و بر پایه عقاید خود چندین نوع آزمایشات را انجام داد از جمله در یک لیوان شیشه‌ای پر از آب یک قطره جوهر ریخته و حرکت جوهر را بررسی کرد. این حرکت نامنظم و زیگ زاگ و در هم و بر هم مولکولی را حرکت براونی گویند. ولی اینها تمام حالات ماده نیستند. اشکال ماده بطور کلی عبارتند از: جامد ، مایع ، گاز ، پلاسما و ماده چگال بوز - انیشتین و حالت تازه کشف شده یعنی ماده چگال فرمیونی. ● مواد جامد مواد جامد در برابر تغییر شکل مقاومت می‌کنند و آنها سفت و شکننده هستند. برای درک چگونگی این موضوع می‌توان جامدات را اینگونه تعریف کنیم: در حالت جامد ، نیروهای بین مولکولی ، به قدری قویتر از انرژی جنبشی هستند که باعث سخت شدن جسم در نتیجه عدم جاری شدن آن می‌گردند. جامدات شکل و حجم معینی دارند. در جامدات فاصله مولکولها مانند فاصله آنها در مایع است. جامدات نمی‌توانند مانند وضعیتی که حالات مایع و گاز دارند، آزادانه به اطراف حرکت کنند. بلکه ، در جامد ، مولکولها در مکانهای خاصی قرار می‌گیرند و فقط می‌توانند در اطراف این مکانها حرکت نوسانی رفت و برگشتی بسیار کوچک انجام دهند. این حرکت نوسانی ، بخصوص در جامدات بلورین ، کاربردهای صنعتی و علمی زیادی را برای این دسته از مواد به دنبال دارد. ▪ جامدات بلورین: وقتی مایع به آرامی سرد شود مولکولهای مایع فرصت پیدا می‌کنند که شکل منظم و ثابتی به خود بگیرند، مثل فلزات. ▪ جامدات بی شکل: وقتی مایعی به سرعت سرد شود مولکولهای مایع دیگر فرصت ندارند که شکل منظم و ثابتی به خود بگیرند،مانند: چوب ، پنبه، عاج، شیشه. ● مواد مایع در حالت مایع ، مولکولها به هم نزدیکتر بوده ، بطوری که نیروهای مابین آنها قویتر از انرژی جنبشی آنان می‌باشد. از طرف دیگر ، نیروها آنقدر قوی نیستند که قادر به ممانعت از حرکت مولکولها گردند. از این روست که جریان مایع از ظرفی به ظرف دیگر شدنی است، اما نسبت سرعت جاری شدن آب در مقایسه با مایعات دیگر از قبیل روغنها و گلسیرین بسیار متفاوت است که این تفاوت در سرعت جاری شدن ، میزان مقاومت یک مایع در مقابل جاری شدن ، یعنی ویسکوزیته آن خوانده می‌شود که خود تابعی از شکل ، اندازه مولکولی ، درجه حرارت و فشار می‌باشد. بنابراین مایعات حجم معین و شکل نامعینی دارند. فاصله مولکولها در مایعات در مقایسه با گازها بسیار کم است. در مایعات مولکولها به اطراف خود حرکت می‌کنند و به سهولت روی هم می‌لغزند و راحت جریان (شارش) پیدا می‌کنند. مواد مایع با قابلیت شکل پذیری و جریان یافتن در شبکه‌های ریز ، کاربردهای زیادی در صنعت پیدا کرده‌اند. ● گاز بطور کلی می‌توان گازها را اینگونه تعریف کرد؛ گاز ها کم چگالند و ساده متراکم می‌شوند و نه تنها شکل ظرف خود را می‌گیرند، بلکه آنقدر منبسط می‌شوند تا ظرف را کاملا پر کنند. اما اگر بخواهیم گازها را بهتر بشناسیم می‌توانیم بگوییم که؛ حالت فیزیکی مواد در شرایط فشار و درجه حرارت طبیعی ، بستگی به اندازه مولکولی و نیروهای فی‌مابین آن دارد. اگر مقدار کمی از یک گاز ، در یک تانک نسبتا بزرگی قرار گیرد، مولکولهای آن با سرعت در سرتاسر تانک پخش می‌شوند. پخش سریع مولکولهای گاز دلالت بر آن میکند که نیروهای موجود فیمابین مولکولها ، بمراتب ضعیفتر از انرژی جنبشی آن است و از آنجایی که ممکن است مقدار کمی از یک گاز در سرتاسر تانک یافت شود، نشان دهنده آن است که مولکولهای گاز باید نسبتا از هم فاصله گرفته باشند. بنابراین گازها شکل و حجمشان بستگی به ظرفی دارد که در آن جای دارند. در حالت گازی ، مولکولها آزادانه به اطراف حرکت کرده و با یکدیگر و نیز با دیواره ظرف برخورد می‌کنند. فاصله مولکولها در حالت گازی در حدود چند ده برابر فاصله آنها در حالت مایع و جامد است. اگر در یک ظرف نوشابه پلاستیکی را بسته و آنرا متراکم کنید و سپس آنرا با آب پر کرده و دوباره سعی کنید که آنرا متراکم کنید، در حالت اول به علت فاصله زیاد بین مولکولی در گاز ، متراکم کردن سنگینتر و سختتر صورت می‌گیرد، در صورتی که در حالت دوم چنین نیست. ● پلاسما حالت چهارم ماده پلاسما شبیه گاز است و از اتمهایی تشکیل شده است که تمام یا تعدادی از الکترونهای خود را از دست داده‌اند (یونیده شده‌اند). بیشتر مواد جهان در حالت پلاسما هستند مانند خورشید که از پلاسما تشکیل شده است. پلاسما اغلب بسیار گرم است و می‌توان آن را در میدان مغناطیسی به دام انداخت. اما در تعریفی کلی از پلاسما باید گفت که؛ پلاسما حالت چهارمی از ماده است که دانش امروزی نتوانسته آنها را جزو سه حالت دیگر پندارد و مجبور شده آنرا حالت مستقلی به حساب آورد. این ماده با ماهیت محیط یونیزه ، ترکیبی از یونهای مثبت و الکترون با غلظت معین می‌باشد که مقدار الکترونها و یونهای مثبت در یک محیط پلاسما تقریبا برابر است و حالت پلاسمای مواد ، تقریبا حالت شبه خنثایی دارد. پدیده‌های طبیعی زیادی از جمله آتش ، خورشید ، ستارگان و غیره در رده حالت پلاسمایی ماده قرار می‌گیرند. پلاسما شبیه به گاز است، ولی مرکب از ذرات باردار متحرکی به نام یون است. یونها به شدت تحت تأثیر نیروهای الکتریکی و مغناطیسی قرار می‌گیرند. مواد طبیعی در حالت پلاسما عبارتند از انواع شعله ، بخش خارجی جو زمین ، اتمسفر ستارگان ، بسیاری از مواد موجود در فضای سحابی و بخشی از دم ستاره دنباله‌دار و شفقهای قطبی شمالی که نمایش خیره کننده‌ای از حالت پلاسمایی ماده است که در میدان مغناطیسی جریان می‌یابد. بد نیست بدانید که دانش امروزی حالات دیگری از جمله برهمکنش ضعیف و قوی هسته‌ای را نیز در دسته‌بندیها به عنوان حالات پنجم و ششم ماده بحساب می‌آورد که از این حالات در توجیه خواص نوکلئونهای هسته ، نیروهای هسته‌ای ، واکنشهای هسته‌ای و در کل فیزیک ذرات بنیادی استفاده می‌شود.
موضوعات مرتبط: مقالات فیزیک ، ،
برچسب‌ها:

اثرهای ساده الکتریکی و مغناطیسی را از زمانهای قدیم می‌شناختند. حدود ۶۰۰ سال قبل از میلاد یونانیان می‌دانستند که آهنربا آهن را جذب می‌کند و کهربای مالیده به لباس چیزهای سبک مانند کاه را بسوی خود می‌کشد. با وجود این اختلاف بین جذبهای الکتریکی و مغناطیسی تعیین نشده بود و این پدیده‌ها را از یک نوع در نظر می‌گرفتند. خط فاصل روشن بین این دو پدیده را گیلبرت (W. Gilbert) ، فیزیکدان و طبیعت شناس انگلیسی پیدا کرد. و نیز او کتابی درباره آهنربا ، “اجسام آهنربایی” و “زمین به عنوان آهنربای بزرگ” در سال ۱۶۰۰ منتشر کرد. کار وی شروع بررسی در پدیده‌های الکتریکی را نشان می‌دهد. گیلبرت در این کتاب همه خواص آهنرباهای شناخته شده تا آن زمان را تشریح کرده و نتایج آزمایشهای خیلی مهم ، شخص خود را نیز آورده است. همچنین وی شماری از تفاوتهای اساسی بین جذبهای الکتریکی و مغناطیسی را مشخص نموده و اصطلاح “الکتریسیته“ را وضع کرده است. ● سیر تحولی و رشد ▪ بعد از انتشار کارهای گیلبرت ، تمایز بین پدیده‌های الکتریکی و مغناطیسی مسلم شد، اما به رغم اینکه اختلافها شماری از واقعیتها ارتباط ناگسستنی بین این پدیده‌ها را پدیدار ساخت. برجسته‌ترین این واقعیتها مغناطیس اشیای آهنی و وارونی عقربه قطب نما بر اثر آذرخش بودند. ▪ آراگو (D. F. Arago) ، فیزیکدان فرانسوی در کتاب خود به نام “تندر و آذرخش” ، شرح می‌دهد که چگونه در ژوییه سال ۱۶۸۱، در کشتی راین (reine) واقع در دریای آزاد حدود صدها مایل از ساحل بر اثر آذرخش دکلها ، بادبانها و غیره بطور جدی صدمه دیدند. وقتی که شب فرا رسید، از روی وضع ستارگان دریافت که از سه قطب نمای در دسترس دو تا بجای شمال به سمت جنوب ایستاده بودند، در حالی که یکی از آنها به سمت شمال بود، آراگو همچنین شرح می‌دهد که هرگاه آذرخش به خانه بخورد، کارد ، چنگال و سایر اشیای آهنی را به شدت آهنربا می‌کند. ▪ در آغاز قرن هجدهم ثابت شد که آذرخش در واقع جریان الکتریکی شدیدی است که از هوا می‌گذرد. بنابراین به این نتیجه می‌رسیم که جریان الکتریکی خواص مغناطیسی دارد، اما این خواص جریان فقط در سال ۱۸۲۰ توسط اورستد (H. Oersted) فیزیکدان دانمارکی با آزمایش مشاهده و بررسی شد. همانطوری که نیروهای مؤثر بر بارهای الکتریکی نیروهای الکتریکی نام دارد، نیروهای مؤثر بر آهنرباهای طبیعی یا مصنوعی را نیروهای مغناطیسی می‌گویند. ● منشأ میدان مغناطیسی اگر در فضا نیروهای الکتریکی حاکم باشد و بر ذرات باردار نیروی الکتریکی وارد کند، می‌گوییم در این فضا میدان الکتریکی وجود دارد. از این رو آزمایش نشان می‌دهد که در فضای اطراف جریان الکتریکی ، نیروهای مغناطیسی ظاهر می‌شود، یعنی میدان مغناطیسی بوجود می‌آید. ● اولین سوال اورستد آیا ماده سیم روی میدان مغناطیسی بوجود آمده از جریان اثر دارد یا نه؟ اورستد دریافت که سیمهای اتصال را می‌توان از چند سیم یا نوار باریک مختلف درست کرد و جنس فلز در نتیجه اثر نمی‌گذارد (احتمالا اگر بزرگ باشد اثر می‌گذارد). چون فلزات مختلف ، مقاومتهای الکتریکی متفاوتی دارند، اگر به باتری وصل شود، می توانند جریانهای متفاوت داشته باشند و در نتیجه اثر مغناطیسی این جریانها متفاوت خواهد بود.اما باید بخاطر داشت که آزمایش اورستد پیش از وضع قانون اهم و دستیابی به مفهوم بستگی مقاومت رساناها به جنس ماده تشکیل دهنده آنها انجام گرفته است. اگر آزمایش اورستد با سیمهای پلاتین ، طلا ، نقره ، برنج ، و آهن یا نوارهای روی و قلع یا جیوه انجام گیرد، همین نتیجه اخیر بدست می‌آید. اورستد آزمایشاتش را با فلز ، یعنی رساناهایی با رسانش الکترونی ، انجام داد. ● اثر مغناطیسی جریان الکترولیتی اگر در آزمایش اورستد فلز رسانا را با لوله دارای الکترولیت یا لوله‌ای که داخل آن تخلیه الکتریکی صورت می‌گیرد، استفاده شود. هر چند در این حالتها جریان الکتریکی از حرکت یونهای مثبت و منفی ناشی می‌شوند، ولی اثر آنها روی عقربه مغناطیسی با اثر رسانای فلزی یکسان است. بدون توجه به رسانای حامل جریان ، در فضای اطراف آن میدان مغناطیسی بوجود می‌آید. از اینرو می‌توان گفت که در اطراف هر جریانی میدان مغناطیسی ظاهر می‌شود. این خاصیت اصلی جریان الکتریکی در اثرهای حرارتی و شیمیایی جریان الکتریکی نقش بازی می‌کند. ● اثر مغناطیسی جریان و خواص الکتریکی رسانا ایجاد میدان مغناطیسی معمولترین خاصیت از سه خاصیت جریان الکتریکی است. جریان الکتریکی فقط در یک نوع رسانا (الکترولیتها) اثر شیمیایی بوجود می‌آورد، نه در دیگران (فلزات). مقدار جریان آزاد شده توسط جریان ، بسته به مقاومت رسانا ، می‌تواند بیشتر یا کمتر باشد. در ابر رساناها ممکن است همراه جریان ، گرما آزاد می شود. از طرفی دیگر میدان مغناطیسی با جریان الکتریکی پیوندی جدایی ناپذیر دارد. این میدان به خواص مشخصی از رسانا بستگی ندارد و فقط شدت و جهت جریان آن را تعیین می‌کند. بیشترین کاربردهای صنعتی الکتریسیته نیز بوجود میدان مغناطیسی جریان وابسته می‌باشند.
موضوعات مرتبط: مقالات فیزیک ، ،
برچسب‌ها:

اظهار نظر دوئل کارمند اداره ثبت اختراعات مبنی بر اینکه دیگر چیزی برای اختراع باقی نمانده است، موجی از خشم و عصبانیت، مشابه خشمی که در صورت بروز چنین نظری در این روزگار ایجاد می کند، به وجود نیاورد. در حقیقت در آغاز قرن بیستم بسیاری از دانشمندان واقعا بر این عقیده بودند که گذشته از افزودن چند رقم اعشاری دیگر به دقت ثابت های فیزیکی، دیگر کاری برای انجام دادن وجود ندارد. به نظر می رسید، فیزیک که در حقیقت نقش شاهزاده علم را طی قسمت اعظم این قرن برعهده داشته است، برای کار در زمینه مهندسی برق بسیار مناسب است. البته لازم به ذکر است که همه بر این عقیده نبودند که به پایان جاده علم رسیده ایم. تعداد کمی از فیزیکدانان عقیده داشتند ممکن است نکات بسیار با اهمیتی در نتایج غیر عادی بعضی از آزمایش های هوشمندانه آنان نهفته باشد. برای مثال، تلاش های انجام شده برای اندازه گیری سرعت زیاد و باورنکردنی نور نشان داد که مقدار آن ثابت است و چه به سمت منبع نور حرکت کنیم و چه از آن دور شویم، سرعت نور بدون تغییر می ماند. این مسئله بسیار مشکل ساز بود. زیرا ریاضیاتی را که برای توصیف رفتار امواج به کار می رفت، نقض می کرد و نور هم به شکل موج حرکت می کند. مشکل دیگر به نور نشر شده از اجسام با دمای بالا مربوط می شد، چرا که نمی توانستند رنگ نور نشر شده را توجیه کنند. در آغاز شکاکین از این نابهنجاری ها چشم پوشی می کردند، چرا که بر این عقیده بودند که از عدم دقت در کارهای آزمایشگاهی به وجود آمده است. اما پس از آنکه این آزمایش ها بارها و بارها تکرار شد و نتایج یکسانی به دست آمد، عقاید نگران کننده ای گسترش پیدا کرد. شاید توصیف طبیعت که موجب چنان پیشرفت های عظیمی در قرن نوزدهم شده بود و اقعا کامل نبود و همانند قسمت پیدای یک کوه یخ، فقط نشان دهنده قسمت کوچکی از تمام آن بود. تلاش های انجام شده برای درک لایه های عمقی تر طبیعت به دو انقلاب بزرگ علمی قرن بیستم، یعنی نسبیت و تئوری کوانتوم منجر شده است. تئوری نسبیت تعبیر تازه ای برای درک ما از ماده، انرژی، فضا و زمان ارائه می دهد. درک مبانی تئوری کوانتومی از آن هم مشکل تر است. آن قواعدی که در حوزه قابل درک برای انسان معتبر است، در مراکز اتم اعتبار خود را از دست می دهد. ایده هم ارزی ماده و انرژی که در قالب تئوری نسبیت بیان شده است، در نیمه های قرن در سلاح های نظامی و نیروگاه ها به کار گرفته شد. مکانیک کوانتوم نیز، با توجه به کاربردهایش در ترانزیستورها و استفاده ده ها عدد ترانزیستور در رادیو و تلویزیون و میلیون ها عدد از آن در کامپیوترهای شخصی، تأثیر شگرفی بر زندگی روزمره ما داشته است. لیزر یکی دیگر از فناوری هایی است که از تئوری کوانتوم ناشی شده است. پیش از پایان قرن بیستم به پرکاربردترین ابزار همه ادوار تبدیل شد. از جمله موارد کاربرد بسیار زیاد آن می توان به برش استیل، ضبط موسیقی و اعمال جراحی قلب اشاره کرد. ● نسبیت اگر به فهرست نام های دانشمندان توجه کنیم، اسمی را در صدر همه این نام ها می بینیم: آلبرت اینشتین. اینشتین در مجامع علمی از اعتبار ویژه ای برخوردار است، چرا که وی با انجام رشته ای از اکتشاف های هوشمندانه، تصور ما از مفاهیم فضا و زمان و ماده و انرژی را تغییر داده است. برای بسیاری از مردم نام وی با یک کلمه که عموما اشتباه نیز درک شده است، گره خورده است: نسبیت. نسبیت به ما می گوید نحوه کارکرد ظاهری جهان- مواردی مثل اجسام با چه سرعتی حرکت می کنند، زمان با چه سرعتی عبور می کند - به این نکته بستگی دارد که ما در کجا قرار داریم. اگر با سرعتی کاملا نزدیک سرعت نور حرکت کنیم ساعات کند می شود. با سفر به مرکز سیاهچاله، که در آن جرم ستاره رمبش (collapse) یافت است، زمان متوقف می شود. مشهورترین و در عین حال بدنامترین جنبه تئوری نسبیت، هم ارزی جرم (M) و انرژی (E) است. این هم ارزی در رابطه ای خلاصه شده است که حتی دانشجوی رشته ادبیات هم آن را می داند: E=MC۲ قسمت وحشتناک داستان این است که ثابتC این دو کمیت را به یکدیگر مربوط می کند. این ثابت سرعت نور یعنی عددی بسیار بزرگ است و هنگامی که در خود ضرب می شود به عدد بسیار بزرگ تبدیل می شود که تقریبا غیر قابل درک است. کافی است فقط چند کیلوگرم جرم در یک آن به انرژی تبدیل شود تا هیروشیما سوخته و به تلی از خاکستر تبدیل شود. اما اگر جرم به آرامی به انرژی تبدیل شود انرژی لازم برای حرکت طولانی مدت یک زیر دریایی در اعماق آب فراهم می شود. ● تئوری کوانتوم تا سال ۱۹۱۱ چارچوب کلی ساختار اتم مشخص شده بود. قسمت اعظم جرم اتم در مرکز آن که منطقه ای بسیار کوچک است و هسته نام دارد متمرکز بود. اوایل دانشمندان ساختار اتم را به منظومه شمسی کوچکی تشبیه می کردند که هسته دارای بار مثبت، نقش خورشید را برعهده دارد. الکترون ها نیز که ذرات باردار منفی هستند همانند سیاراتی هستند که به گرد خورشید می گردند. این تشبیه برای تصور قلمروی که آنچنان کوچک و غیر قابل مشاهده است، کمک بسیار مؤثری محسوب می شد، اما نمایش کاملا دقیقی از اتم به حساب نمی آمد. گام بزرگ بعدی را نظریه پرداز بزرگ دانمارکی نیلزبور (Niels Bohr) برداشت. وی ایده های نو ماکس پلانک (Max Plank) فیزیکدان آلمانی را که می گفت انرژی به صورت ذرات مجزا از هم، همانند دانه های شن یک ساعت شنی منتقل می شود و همانند عبور رودخانه به صورت قسمت هایی از یک جریان پیوسته نیست، به دنیای اتم وارد کرد. در سال ۱۹۱۳ تصور می شد که ابرهای الکترونی، مدارهای ثابتی را اشغال کرده اند و سطوح انرژی ثابتی دارند ، که این سطوح انرژی با جذب یا نشر یک ذره انرژی که فوتون (Photon) نام دارد، تغییر می کند. فیزیکدانانی که ساختار هسته ای را دقیقتر کاویدند، دریافتند که هسته اتم یک جنگل تمام عیار از ذرات زیر اتمی با طول عمر متفاوت جدید سامان یافت. این تئوری فرض می کند که جهان از تعداد کمی ذرات مشخص که کوآرک (quark) نام دارند، تشکیل شده است. بسته به آرایش این ذرات و روش انجام آزمایش ها، کوآرک ها حضور خود را به شکل یکی از این ذره زیر اتمی آشکار می سازند. هم اکنون، مفهومی که مدل استاندارد (Standard Model) نامیده می شود، اغلب (و البته نه همه) اسرار قلمرو کوانتوم را کشف می کند. طی این روند بود که تمام انواع تجهیزات مفید سربرآوردند: از تصویر برداری مغناطیسی هسته (MRI) که قادر به شناسایی غده سرطانی موجود در قسمت های داخلی بدن است، گرفته تا لیزر که می توان آن را چنان دقیق تنظیم کرد که سلول های سرطانی را از بین ببرد بدون آنکه به بافت های سالم اطراف آن آسیبی وارد کند. علی رغم همه این پیشرفت های عظیم که حاصل شده است، هنوز یک راز ناگشوده باقی مانده است. تئوری نسبیت می تواند دنیای بسیار بزرگ اطراف ما و نحوه عملکرد نیروهای گرانشی در گیتی را به شیوه ای بسیار عالی تشریح کند. تئوری کوانتوم هم برای تفسیر قلمروهای بسیار کوچک، یعنی فواصل درون اتم به کار می رود. چیزی که هنوز حاصل نشده است و فیزیکدانان امیدوارند طــی آزمایش های قرن بیست و یکم بـه آن دسـت یـابـنـد، تئـوری هـمـه چیــز (Theory of every thing) نام دارد. پاداش عظیم دستیابی به این بینش توانایی استفاده از الکترومغناطیس برای ایجاد گرانش است، همانطور که با کلید می توان چراغ را روشن و خاموش کرد. پیشرفت های صورت گرفته در زمینه علوم پزشکی طی قرن بیستم مدیون توصیفات غنی و عمیقی است که از دنیای طبیعی توسط زیست شناسان طی ۲۰۰ سال گذشته صورت گرفته است. این مشاهدات عمیق نهایتا منجر به کشف آنتی بیوتیک ها شد، که همانند گلوله ای در مقابل آلودگی ها می مانند و واکسن هایی که عملا فلج اطفال را ریشه کن کردند، شد. بزرگترین شکاف موجود در آگاهی ما از سیستم زنده با کشف DNA، پر شد. با پر شدن این شکاف، زیست شناسان توانستند با ارائه یک نظریه منسجم چگونگی تشکیل و عملکرد حیات را شرح دهند.
موضوعات مرتبط: مقالات فیزیک ، ،
برچسب‌ها: