تبليغاتX
علم و فناوري

زيباترين آزمايش هاي تاريخ


اگر چه دانشمندان تاكنون توانسته‌اند اجزاي تشكيل‌دهنده ذره‌هاي زير اتمي را در شتاب‌دهنده‌ها از يك‌ديگر جدا كنند، توالي ژنوم انسان را كشف و فعاليت ستارگان دور دست را تجزيه و تحليل كنند، اما هنوز هم آزمايش‌هايي توجه دانشمندان را به خود جلب مي‌كند كه ميليون‌ها دلار هزينه را در برداشته و جريان بزرگي از اطلاعات ايجاد مي‌كند؛ آزمايش‌هايي كه پردازش آن‌ها توسط ابررايانه‌ها ماه‌ها به طول مي‌انجامد. بسياري از اين گروه‌هاي پژوهشي توسعه پيدا كرده‌اند و براي انجام فعاليت با هم مشاركت مي‌كنند.

اما بايد اذعان كرد كه مفاهيم علمي به ذهن‌هاي منحصر به فردي كه خود را درگير كشف رازو رمزهاي جهان كرده‌اند، راه مي‌يابد. هنگامي كه رابرت پي.كريس، از گروه فلسفه دانشگاه ايالتي نيويورك واقع در استوني بروك ومورخ آزمايشگاه ملي بروكهان از فيزيكدانان خواست كه زيباترين آزمايش‌هاي كل تاريخ را نام ببرند، مشخص شد كه ده نفر نخست بيش‌تر به طور انفرادي كار كرده‌اند و دستياري نداشتند.

اغلب آزمايش‌هايي كه درشماره‌ي September 2002‌ مجله‌ي دنياي فيزيك (Physics World) فهرست شده‌اند را مي‌توان روي يك ميزكار معمولي انجام داد و به ابزارهاي محاسبه‌اي پيشرفته‌تر ازخط‌كش و ماشين حساب نياز ندارند. چيزي كه در همه‌ي اين آزمايش‌ها مشترك است، همان چيزي است كه دانشمندان از آن به عنوان "زيبايي" نام مي‌برند؛ يعني، سادگي منطقي دستگاه‌هاي مورد استفاده و سادگي منطقي تجزيه و تحليل. به عبارت ديگر، پيچيدگي ودشواري پديده‌ها، به طور موقت به كناري گذاشته مي‌شود و نكته تازه اي از راز ورمزهاي طبيعت كشف مي‌شود.

فهرست چاپ شده در اين مجله به ترتيب عموميت آن رتبه‌بندي شده است. در رتبه‌ي نخست، آزمايشي قرار دارد كه به وضوح ماهيت كوانتومي جهان فيزيكي را نشان مي‌دهد. اين موارد بارديگر به ترتيب دوره زماني مرتب شده‌اند كه نتيجه آن هم اكنون پيش روي شماست. اين فهرست نگرش جالبي از تاريخ دو هزارساله‌ي اكتشاف را پيش روي ما مي‌گذارد:

1- اراتوستن: اندازه گيري محيط زمين
در ظهر انقلاب تابستاني در يكي از شهرهاي مصر ،كه امروزه آسوان ناميده مي شود، خورشيدمستقيم مي‌تابد: اجسام هيچ سايه‌اي ندارند و نور خورشيد تا انتهاي يك چاه عميق نفوذ مي‌كند.

اراتوستن كه كتابدار كتابخانه‌ي اسكندريه در قرن سوم پيش از ميلاد بود، هنگامي كه اين مطلب را خواند، دريافت كه اطلاعات لازم براي محاسبه‌ي محيط زمين را در اختيار دارد. وي همان روز و همان ساعتي كه در بالا گفته شد، آزمايشي ترتيب داد و مشاهده كرد كه پرتوهاي خورشيد در اسكندريه تا حدودي مايل بوده و حدود هفت درجه از خط عمود انحراف دارد.

حالا ديگر فقط محاسبه‌هاي هندسي باقي مانده بود. فرض كنيد زمين گرد است، در اين صورت محيط دايره آن 360 درجه است. با اين تفسير اگر دو شهر از يكديگر 7 درجه دور باشند، مي‌توان گفت به اندازه هفت سيصد و شصتم يا يك پنجاهم يك دايره كامل از هم فاصله دارند. با اندازه گيري فاصله دو شهر، مشخص شد كه اين دو 5 هزار استاديوم (واحد طول برابر با حدود185 متر) از يكديگر دورند. اراتوستن نتيجه گرفت كه محيط زمين 50 برابر اين فاصله يعني 250 هزار استا ديوم است. از آن‌جا كه دانشمندان در مورد طول واقعي يك استاديوم يوناني اختلاف نظر دارند، غير ممكن است بتوانيم دقت اين اندازه گيري را تعيين كنيم. اما بر پايه‌ي برخي از محاسبه‌ها گفته مي‌شود خطاي اين اندازه گيري حدود 5 درصد است (رتبه‌ي7)

2- گاليله : آزمايش چيزهاي در حال سقوط
تا حدود سال هاي 1500 ميلادي، مردم فكر مي كردند چيزهاي سنگين سريع‌تر از اجسام سبك سقوط مي‌كنند. هر چه باشد، اين سخن ارسطو است. اين كه يك دانشمند يونان باستان توانسته بود، همچنان سلطه خود را حفظ كند، بيانگر اين است كه علم طي قرون وسطي چقدر تنزل كرده بود.

گاليلئو گاليله كه استاد كرسي رياضيات در دانشگاه پيزا بود ، آن قدر جسارت داشت كه دانش پذيرفته شده را با چالش روبه‌رو كند. اين داستان از جمله ماجراهاي معروف تاريخ علم است: گفته مي شود وي دو چيز با وزن‌هاي مختلف را از بالاي برج كج (پيزا در ايتاليا) شهر رها كرد و نشان داد كه آن چيزها در يك زمان به زمين مي‌رسند. به چالش طلبيدن باورهاي ارسطو ممكن بود براي گاليله به قيمت از دست دادن شغلش تمام شود، اما وي با اين كار نشان داد كه داور نهايي در موضوع‌هاي علمي، رويدادهاي طبيعي است نه اعتبارافراد. (رتبه‌ي 2)

3- گاليله:آزمايش سقوط توپ ها از سطح شيبدار
گاليله به بازپيرايي باورهاي خود در مورد چيزهاي در حال حركت ادامه داد. وي يك تخته كه حدود 6 متر طول و 25 سانتي متر عرض داشت را انتخاب كرد و شياري را در مركز آن طوري حفر كرد كه تا جايي كه امكان دارد، صاف و مستقيم باشد. وي سطح را شيبدار كرد وتوپ‌هاي برنجي را درون اين شيارها غلتاند وزمان سقوط را با يك ساعت آبي اندازه‌گيري كرد. ساعت آبي يك مخزن بزرگ آب بود كه آبش از لوله‌هاي نازك به يك ظرف منتقل مي شد. وي پس از هر بار آزمايش ورها كردن توپ ميزان آب تخليه شده را وزن مي‌كرد.

گاليله به وزن كردن مقدار آب تخليه شده، زمان را اندازه گرفت و آن را با مسافتي كه گلوله طي كرده بود، مقايسه مي‌كرد. ارسطو پيش بيني كرده بود كه سرعت گلوله هاي غلتان ثابت است: اگرمدت زمان حركت را دو برابر كنيد، مسافت طي شده دو برابر مي شود. اما گاليله نشان داد كه مسافت طي شده با مجذور زمان متناسب است: اگر مدت زمان حركت را دو برابر كنيد، مسافت طي شده چهار برابر مي شود. علت آن نيز اين است كه توپ در اثر جاذبه گرانشي مرتبا شتاب مي گيرد. (رتبه‌ي 8)

4- نيتون : تجزيه‌ي نور خورشيد با منشور
اسحاق نيوتن در همان سالي كه گاليله در گذشت، متولد شد. وي در سال 1665 ميلادي از ترينيتي كالج كمبريج فارغ التحصيل شد. سپس، دو سال خانه نشين شد تا بيماري طاعون را كه همه‌گير شده بود، از سر بگذراند. وي از اين كه خانه نشين بود، چندان ناراضي نبود؛ چرا كه مشغول فعاليت هاي علمي بود.

در آن سال‌ها اين تفكر رايج بود كه نور سفيد خالص‌ترين نوع نور است (باز هم باورهاي ارسطو) و بنابراين نورهاي رنگي، تغيير شكل يافته‌ي نورهاي سفيد هستند. نيوتن براي آزمايش اين نظريه، دسته‌اي از پرتو‌هاي خورشيد را به منشور تاباند و نشان داد كه خورشيد به طيفي از رنگ‌ها تجزيه مي‌شود.

البته مردم ، رنگين كمان را در آسمان مشاهده مي‌كردند اما از تفسير صحيح آن ناتوان بودند. نيوتن توانست به درستي نتيجه‌گيري كند كه رنگ‌هاي قرمز، نارنجي ،زرد ،سبز، آبي، نيلي، بنفش و رنگ هاي بين اين‌ها، تشكيل دهنده نور سفيد هستند. نور سفيد در نگاه اول بسيار ساده به نظر مي رسيد، اما پس از نگاه دقيق‌تر مشخص شد كه نور سفيد تلفيقي زيبا از نور هاي گوناگون است. (رتبه‌ي 4)

5- كاونديش :آزمايش ترازوي پيچشي
يكي ديگر از فعاليت‌هاي نيوتن پيشنهاد نظريه‌ي گرانشي بود كه بيان مي‌كرد قدرت نيروي گرانش بين دو جسم با مجذور جرم‌هايش افزايش و به نسبت مجذور فاصله‌ي بين آن دو كاهش مي‌يابد(F= G.m1.m2 / R2). اما اين پرسش باقي بود كه قدرت اين نيروي گرانشي چقدر است؟

در پايان دهه‌ي اول قرن هجدهم، هنري كاونديش تصميم گرفت به اين پرسش پاسخ دهد. وي يك ميله‌ي چوبي را كه حدود دو متر طول داشت، انتخاب كرد و سپس يك گلوله‌ي كوچك فلزي به هر طرف اين ميله‌ي چوبي وصل كرد تا شبيه يك دمبل شود. سپس آن را با سيمي آويزان كرد. پس از آن دو گلوله سربي را كه حدود 160 كيلوگرم جرم داشتند، به توپ‌هاي كوچك دو سر ميله‌ي چوبي نزديك كرد تا نيروي گرانشي لازم براي جذب كردن آن‌ها ايجاد شود. گلوله‌ها حركت كردند و در نتيجه سيم تاب برداشت.

كاونديش با وصل كردن يك قلم كوچك در دو طرف ميله توانست ميزان جابه‌جايي ناچيز گلوله‌ها را اندازه بگيرد. وي براي محافظت دستگاه، از جريان هوا، آن را ، كه ترازوي پيچشي ناميده مي‌شود ، درون اتاقكي قرار داد و با يك تلسكوپ ميزان جابه‌جايي را خواند. وي با اين دستگاه توانست مقداري را كه به ثابت گرانشي معروف است، با دقت بسيار زيادي اندازه‌گيري كند و با استفاده از ثابت گرانشي، چگالي و جرم زمين را به دست آورد. اراستوتن توانست محيط زمين را اندازه بگيرد اما كاونديش جرم زمين را به دست آورد: x6/10240 . (رتبه‌ي6)

6- يانگ: آزمايش تداخل نور
باورهاي نيوتن همواره درست نبود. پس از استدلال مختلف به اين نتيجه رسيد كه نور تنها از ذره‌هايي تشكيل شده است و نه از موج.
در سال 1803 توماس يانگ پزشك و فيزيك‌دان انگليسي تصميم گرفت اين نظريه را بيازمايد. وي سوراخي را در پرده‌ي پنجره ايجاد كرد و آن را با يك مقوا كه به وسيله سوزن شكاف كوچكي در آن ايجاد كرده بود، پوشاند. سپس، نوري را كه از اين شكاف مي‌گذشت، با استفاده از يك آينه منحرف كرد. در مرحله‌ي بعد، ورقه‌ي نازكي از كاغذ انتخاب كرد كه فقط يك سي‌ام اينچ (حدود يك ميلي‌متر) ضخامت داشت و آن را به طور دقيق در مسير عبور نور قرار داد تا پرتو نور را به دو قسمت تقسيم كند. نتيجه‌ي اين آزمايش طرحي از نوارهاي متناوب روشن و تاريك بود

اين پديده را فقط با فرض اين كه پرتوهاي نور همانند موج رفتار مي‌كنند، مي‌توان تفسير كرد. نوارهاي روشن وقتي مشاهده مي‌شوند كه دو قله موج با يك‌ديگر هم‌پوشاني و يكديگر را تقويت كنند، اما نوارهاي سياه وقتي ايجاد مي‌شوند كه يك قله موج با موج مخالف آن تركيب شود و يك‌ديگر را خنثي كنند.

اين آزمايش سال‌هاي بعد با استفاده از يك مقوا كه در آن دو شكاف براي تقسيم نور به دو پرتو ايجاد شده بود، تكرار شد و به همين دليل به آزمايش شكاف دوگانه نيز مشهور است. اين آزمايش بعدها به معياري براي تعيين حركت شبه موجي تبديل شد: حقيقتي كه يك قرن بعد، هنگامي كه نظريه‌ي كوانتوم آغاز شد اهميت بيش از اندازه‌اي يافت.(رتبه‌ي 5)

7- فوكو: چرخش كره زمين
فوكو در سال 1851 در پاريس آزمايش بسيار مشهوري را به انجام رساند كه پس از گذشت ساليان متمادي، چند سال گذشته در قطب جنوب دوباره تكرارشد. اين دانشمندان آونگي را در قطب جنوب نصب كرد و به تماشاي حركت اين آونگ پرداختند. جين برنارد فوكو دانشمند فرانسوي يك گلوله آهني 30 كيلوگرمي را به انتهاي يك مفتول متصل و از سقف كليسايي آويزان كرد و آن را به حركت درآورد تا به سمت عقب وجلو حركت كند. سپس براي آن كه نحوه‌ي حركت اين آونگ به خوبي مشخص شود، قلمي را به انتهاي گلوله‌اي كه روي بستري از شن‌هاي نرم و مرطوب در حال نوسان بود، قرار داد.

تماشاچيان در كمال شگفتي مشاهده كردندكه آونگ به طرز غير قابل توجيهي در حال چرخش است يعني مسير حركت رفت و برگشتي آن در هر تناوب با تناوب قبلي متفاوت است. اما واقعيت امر اين است كه اين كف كليسا بود كه به آرامي حركت مي‌كرد و به اين ترتيب فوكو توانست با قانع‌كننده‌ترين روش ممكن نشان دهد كه زمين حول محور خود در حال گردش است.

در عرض جغرافيايي پاريس، آونگ طي هر 30 ساعت يك چرخش كامل را در جهت عقربه‌هاي ساعت انجام مي‌دهد؛ در نيمكره جنوبي همين آونگ خلاف جهت عقربه‌هاي ساعت به حركت درمي‌آيد و در نهايت روي خط استوا حركت در اصل چرخشي نبود. همان طور كه دانشمندان عصر جديد نشان دادند زمان تناوب حركت چرخشي پاندول در قطب جنوب برابر 24 ساعت است. (رتبه‌ي 10)

8- ميليكان: آزمايش قطره‌ي روغن
از دوران باستان دانشمندان الكتريسيته را مورد بررسي قرار داده بودند؛ پديده پيچيده‌اي كه هنگام رعد و برق از آسمان نازل مي‌شد، يا با كشيدن شانه به موها مي‌توانستند به راحتي آن را ايجاد كنند. در سال 1897 فيزيك‌دان انگليسي جي.جي.تامسون اثبات كرد كه الكتريسيته از ذره‌هايي كه داراي بار منفي هستند، يعني الكترون‌ها، به وجود مي‌آيد. ( آزمايشي كه در واقع بايستي يكي از موردهاي اين فهرست باشد) و كار اندازه‌گيري بار اين ذره‌ها در سال 1909 به رابرت ميليكان، دانشمند آمريكايي، محول شد.

وي با استفاده از يك عطرپاش، قطره‌هاي ريز روغن را به درون اتاق كوچك شفافي اسپري كرد. در بالا و پايين اين اتاق كوچك صفحه‌‍‌هاي فلزي قرار داشتند كه به باتري متصل بودند و در نتيجه يكي از صفحه‌ها مثبت و صفحه ديگر منفي بود. از آن‌جا كه اين قطره‌ها هنگام عبور در هوا داراي مقدار جزيي بار الكتريكي مي‌شد، مي‌توان سرعت سقوط اين قطره‌ها را با تغيير ولتاژ صفحه‌هاي فلزي تنظيم كرد.

هنگامي كه نيروي الكتريكي به طور دقيق با نيروي گرانشي برابر شود، قطره‌هاي روغن همانند ستارگان درخشان در پس زمينه تاريك به نظر مي رسند و در هوا معلق مي‌مانند. ميليكان اين قطره‌ها را يكي پس از ديگري مورد ملاحظه قرار داد، ولتاژ صفحه را تغيير داد و به مشاهده‌ي تأثير آن پرداخت. وي پس از انجام آزمايش‌هاي متعدد به اين نتيجه رسيد كه بار الكتريكي يك مقدار مشخص و ثابت دارد. كوچك‌ترين بار اين قطره‌ها چيزي نيست به جز بار يك الكترون منفرد.( رتبه 3)

9- رادرفورد: كشف هسته
در سال 1911 كه ارنست رادرفورد در دانشگاه منچستر سرگرم آزمايش در مورد راديواكتيويته بود، گمان مي‌رفت كه اتم‌ها از گلوله‌هاي نرم و باردار مثبتي تشكيل شده‌اند كه توسط ذره‌هايي با بار منفي احاطه مي‌شوند؛ مدل كيك كشمشي. اما هنگامي كه وي و دستيارانش ذره‌هاي باردار مثبت كوچكي را كه ذره‌ي آلفا ناميده مي‌شدند، به صفحه نازكي از طلا تاباندند، در شگفتي تمام مشاهده كردند كه درصد اندكي از اين پرتوها به سمت عقب برگشتند. به عبارت ديگر اين ذره‌ها پس از برخورد با اتم‌ها كمانه كرده‌اند.

رادرفورد نتيجه گرفت اتم‌هاي واقعي چندان هم نرم نيستند. قسمت اصلي جرم اين اتم‌ها بايد در مركز اتم‌ها، كه امروزه هسته اتم مي‌ناميم، قرارداشته باشد و الكترون‌ها اين هسته‌ها را احاطه كرده‌اند. با وجود تغييرهايي كه نظريه‌ي كوانتوم در آن ايجاد كرد، اين تصوير از اتم‌ها هنوز هم به قوت خود باقي است. (رتبه‌ي 9)

10- كلاوس جانسون: تداخل يك الكترون منفرد
نه گفته‌هاي نيوتن و نه يانگ هيچ كدام در مورد ماهيت نور به طور كامل صحيح نبود. هر چند كه به سادگي نمي‌توان گفت نور از ذره تشكيل شده است. خاصيت‌هاي آن را فقط با استفاده از ماهيت موجي نيز نمي‌توان به طور كامل تشريح كرد.

طي 5 سال اول قرن بيستم ماكس پلانك و آلبرت اينشتين نشان دادند كه نور در بسته‌هايي كه فوتون نام دارد، جذب و نشر مي‌شود. اما آزمايش‌هايي براي تعيين ماهيت دقيق نور هم‌چنان ادامه داشت. بعدها تئوري كوانتوم متولد شد و طي چند دهه توسعه يافت و توانست دو نظريه‌ي پيشين را با يك‌ديگر آشتي داده و نشان دهد كه هر دو مي‌توانند صحيح باشند: فوتون‌ها و ساير ذره‌هاي زيراتمي (همانند الكترون‌ها، پروتون‌هاو ...) دو چهره از خود بروز مي‌دهند كه مكمل يكديگرند؛ بنابراين به گفته‌ي يك فيزيك‌دان در دسته Wavices قرار مي‌گيرند.

فيزيك‌دانان براي شرح دادن اين مطلب اغلب از يك آزمايش نظري شناخته شده استفاده مي‌كنند . آن‌ها ابزارهاي آزمايش شكاف دوگانه يانگ را به كار مي‌برند، اما به جاي آن كه نور معمولي به كار ببرند از پرتو الكترون استفاده مي‌كنند. براساس قانون‌هاي مكانيك كوانتوم، جريان ذره‌ها به دو پرتو تفكيك مي‌شوند، پرتوهاي كوچك‌تر با يكديگر تداخل مي‌كنند و همان الگوي آشناي نوارهاي متناوب تاريك و روشن را كه توسط نور ايجاد شده بود، از خود نشان مي‌دهند. يعني ذره‌ها همانند موج عمل مي‌كنند.

براساس مقاله‌اي كه در فيزيكس‌ورلد منتشر شد و توسط پيتر راجرز سردبير مجله نگاشته شده است تا سال 1961 هيچ كس اين آزمايش را در عمل به انجام نرساند تا اين كه كلاوس جانسون در اين سال موفق به انجام اين آزمايش شد . در آن هنگام هيچ‌كس از نتايج به دست آمده چندان شگفت‌زده نشد و نتيجه‌هاي به دست آمده همانند بسياري از موردهاي ديگر بدون آن كه نامي از كسي در ميان باشد به دنياي علم وارد شد. (رتبه‌ي 1)

مديريت وبلاگ علم و فناوري

منبع : جزيره دانش

+ نوشته شده توسط مسعود سروري در پنجشنبه 24 مرداد1387 و ساعت 12:21 |

مباني مقدماتي الكترونيك-مقاومت


رساناي الكتريكي (هادي)به هر ماده اي كه بتواند جريان الكتريكي را از خود عبور دهد رساناي الكتريكي يا هادي الكتريك (هدايت كننده جريان الكتريكي ) گويند مانند فلزات و به هر ماده كه نتواند جريان الكتريكي را از خود عبور دهد نارسانا يا غيرهادي گويند مانند پلاستيك ، چرم ، كاغذ وغيره .

مقاومت چيست ؟
هر هادي الكتريكي در برابر عبور جريان مقداري مقاومت از خود نشان مي دهد اين مقاومت باعث مي شود كه جريان عبوري از هادي محدود شود، مثال دو ليوان آب را به ياد بياريد وقتي بين دوليوان كه مقدار آبشان با هم برابر نبود لوله اي وصل كرديم آب از طرف ليوان پرتر به طرف ليوانه نصفه در درون لوله به حركت در آمد حالا اگر يك شير سر راه اين لوله قرار دهيم چنانچه شير را به سمت بسته شدن بچرخانيم لوله ارتباطي تنگ تر ميشود در نتيجه جريان آب كاهش پيدا مي كند يعني مقاومت سر راه لوله را افزايش داده ايم پس مقدار مقاومت سر راه لوله تعيين كننده مقدار جريان آب عبوري از لوله است در واقع شير يك وسيله براي كنترل جريان آب است به همين صورت با كم و زياد كردن مقاومت موجود در مسير يك مدار ميتوان جريان كل مدار را كنترل كرد . مقدار مقاومت بستگي به جنس هادي و طول آن دارد كه آن را بر حسب اهم مي سنجند يك اهم عبارتست از مقدار مقاومتي كه اگر به دو سريك منبع ولتاژ يك ولتي وصل شود جريان يك آمپر از آن عبور كند .

هنگام در گيري سربازهاي سيم و سربازهاي الكتروني ، الكترونها با سلاح هاي گرم به جان سيم مي افتند و در اثر اين جنگ و آتش سوزي مقداري از انرژي سربازهاي الكتروني بصورت گرما هدر ميرود پس يكي از كارهايي كه مقاومت انجام داد اين بود كه مقداري از جريان را تبديل به گرما كرد در بعضي جاها ما عمداً براي توليد گرما از مقاومت استفاده مي كنيم مثل مقاومت تنگستن لامپ يا سيم مقاومت داري كه در سماورهاي برقي يا بخاري برقي ها استفاده ميكنيم كه به آن المنت هم مي گويند. در اين جور مواقع كه گرما كار مورد نياز ما را انجام مي دهد مي گوئيم سيم يا دستگاه انرژي الكتريكي را مصرف كرده اما هر وقت كه اين گرما را لازم نداشته باشيم و بي علت توليد بشود مي گوييم مقاومت سيم مقداري انرژي الكتريكي را تلف كرده مثل گرمايي كه در سيمهاي انتقال انرژي (سيمهاي رابط ) توليد مي شود .

شكل ظاهري مقاومتها :مقاومت ممكن است چندين حلقه سيم مسي نازك كه به دور هسته اي پيچيده شده است باشد ، و يا از مواد نيمه رسانا مانند كربن ساخته شده باشد. مواد نيمه رسانا نسبت به رساناها مقاومت بيشتري در برابر عبور جريان از خود نشان مي دهند. مقاومتها به اشكال و اندازه هاي مختلفي ساخته مي شوند كه رايج ترين آنها ، مقاومت هاي رنگي هستند كه از آنها در جريان هاي پايين استفاده مي شود و در جريانهاي بالا معمولا از مقاومت هاي سراميكي يا آجري استفاده مي شود كه نسبت به مقاومت هاي رنگي حجم بيشتري دارند .

سمبل مداري مقاومت به اين شكلها است :ـــ\/\/\/ـــ

حالا مي خواهيم يك رابطه بين اين سه كميت پيدا كنيم : مقاومت ، جريان ، ولتاژ
 

بازهم مثال ليوان آب : گفتيم اگر يك شير سر راه لوله رابط دو ليوان قرار دهيم مي توانيم جريان آب را كنترل كنيم حالا فرض كنيد شير آب را به اندازه اي تنظيم كرديم كه در هر ثانيه يك سي سي آب وارد ليوان نصفه مي شود حالا به جاي ليوان پر آب يك گالن پر آب وصل مي كنيم آيا بازهم همان مقدار آب وارد ليوان نصفه مي شود ؟

مسلماً اينطور نيست چون فشار آب زياد شده . به ازاي يك ثانيه آب بيشتري از لوله عبور مي كند. پس هرچه فشار آب را زياد كنيم (اختلاف سطح آبها) جريان آب بيشتر ميشود و به همين صورت هم در مدار الكتريكي هر چه فشار الكتريكي (ولتاژ) را افزايش دهيم در صورت ثابت بودن مقاومت مدار جريان نيز بيشتر مي شود.

مقاومت / ولتاژ= جريان عبوري از سيم
يا
جريان / ولتاژ = مقاومت
يا
جريان × مقاومت = ولتاژ

مثال : فرض مي كنيم كه يك مقاومت 5 اهمي داريم دوسرش را به يك منبع ولتاژ 10 ولتي وصل كرده ايم مي خواهيم ببينيم كه چه جرياني از مقاومت عبور ميكند (جريان را با I ولتاژ را با V و مقاومت را R نشان مي دهند)

I=10/5 = 2 A

پس جريان دو آمپر از مقاومت عبور مي كند حالا اگر به جاي مقاومت 5 اهمي مقاومت 4 اهمي قرار بدهيم جرياني كه مقاومت از منبع تغذيه دريافت مي كند 5/2 آمپر مي شود .

پس نتيجه مي گيريم كه هر مقاومت يا هر مصرف كننده فقط به اندازه مورد نياز خود از منبع تغذيه، جريان مي كشد.

توجه داشته باشيد وقتي يك منبع به مقاومتي جريان مي دهد اين جريان از خود منبع تغذيه هم عبور مي كند .

گفتيم كه چون سطح آب درون ليوان ها متفاوت است جريان آب برقرار ميشود اما پس از اينكه آب هر دوتا يك اندازه شد ديگر جريان آبي وجود ندارد ( بله درست است چون ديگر اختلافي وجود ندارد) ولي در منبع تغذيه اينطور نيست چون الكترونها دائما توسط نيروي خارجي به يك سمت كشيده مي شوند .

پس براي ليوان هم مي ميتوان فرض كرد كه يك پمپ آب بالاي سر ليوانها وجود دارد كه توسط يك شيلنگ به هراندازه كه آب وارد ليوان نصفه مي شود به همان اندازه آب را برمي دارد و به ليوان پر مي ريزد و هيچ گاه نمي گذارد كه سطح آب درون ليوان ها تغيير كند همان كاري را كه نيروي خارجي بر روي يك سيم انجام مي داد (آهنربا) پس چون هميشه اختلاف ثابت است در نتيجه هميشه جريان ثابت و پايدار است .

همان جرياني كه از لوله پاييني ليوانها مي گذرد همان جريان هم از شيلنگ و پمپ بالا مي گذرد.

اين مجموعه را مي توان به دو قسمت كلي تقسيم كرد 1- منبع تغذيه (شامل دو ليوان و پمپ و شيلنگ) 2- مصرف كننده (لوله پاييني و شير)
پس نتيجه ميگيريم كه در يك مدار بسته جريان بصورت حلقه اي از كل عناصر مدار عبور ميكند (حتي از خود منبع تغذيه ) كه مقدارش در تمام نقاط برابر است .
حالا اگر شير آب را كمي زياد كنيم كل جرياني كه در حال گردش است زياد مي شود اين بدان معناست كه اگر در يك مدار كه بصورت حلقه بسته است چنانچه يكي از عناصر آن را تغيير دهيم جريان در كل مدار تغيير ميكند .

مديريت وبلاگ علم و فناوري

منبع : هوپا

+ نوشته شده توسط مسعود سروري در پنجشنبه 24 مرداد1387 و ساعت 12:20 |

<يادداشت مدير وبلاگ - دوستان فقط چند دقيقه مطالب زير را بخوانيد، ضرر نمي كنيد>

همانطور كه گفتيم امسال (1387) سي وهشتمين كنكور سراسري در روز هاي 6 ،7 و 8 تير برگزار شد. و نتايج اوليه در 6 مرداد روي سايت سازمان سنجش آموزش كشور قرار گرفت.

روز 5/تير/1387 ما مهمان داشتيم. و من هم در اتاق خودم مشغول كامپيوتر بازي بودم! ناگهان صدايي از تلويزيون بلند شد كه «پس فردا نتايج اوليه كنكور اعلام خواهد شد» من هيچ گونه استرسي نداشتم. چون هنوز 2روز ظاهراً به اعلام نتايج مانده بود. ولي به هر حالي تمام بدنم از ترس لرزيد چون اگر از كساني كه منتظر جواب باشند سؤال كنيد تماماً وجودشان از اضطراب پر است. خب من هم همين وضع را كمي پيدا كردم ولي نه زياد، تا فردا هيچ خبري نبود. تا اينكه دوتا از دوستام "حسين" و "حميد رضا" حدود ساعت 9:30 به درب خانه ما آمدند و گفتند:« كه مسعود رتبه ات چند شد». گفتم فردا جواب مي ياد. گفتند نه ديشب ساعت نه اخبار اعلام كرده  كه نتايج يك روز زودتر روي سايت قرار مي گيره. آنها پشت در منتظر ماندند و من هم آمدم خانه كه اوضاع از چه قراره. به اينترنت وصل شدم و اطلاعات كاربري را واردم كردم. صفحه نتايج ظاهر شد. گفتم رتبه ام  سه رقمي باشه. ولي اسكرول كردم و ديدمه نه خير رتبه منطقه سه ام شده 2290 خوشحال شدم ولي چشمم كه افتاد به رتبه كشور جا خوردم شده بود 21641 ابراز ناراحتي كردم شديداً گريه كردم و فاميل هايمان به من دلداري مي دادند كه ماشاءالله رتبه ات خوبه گفتم بابا اينجوري كه شد قدرت رو نمي يارم. گفتند خدا بزرگه و ... حدود ساعت 10:30 همان روز رفتم پست و اطراف كافي نت ها تا ببينم اوضاع دوست هايم چطوره خلاصه خوب بود بدك نيست همين حسين دوستم شد 2099 و يكي ديگر كه دلير اسمشه شد 1600 و يكي ديگه كه تو المپياد فيزيك با خودم بود شده همين دوروبرها. واقعاً اونايي كه كنكور دادن اين لحضه هاي حساس رو خوب مي دونن به قول يك روانشناس كسي ارزش يك سال رو مي دونه كه پشت كنكور وايساده باشده. خدا كنه كه هركي به رتبه مورد علاقه اش برسه. دوستان كنكوري به خاطر چشم به هم چشمي ها رشته ها را انتخاب نكنيد. فقط علاقه رو مد نظر قرار بديد و نه اشتغال رو. چون اگه كسي كارش رو دوست داشته باشه هرچند كه درآمدش كم باشه در اون كار موفقه.

اما يك رسوايي بزرگ
همون روز شبش در گفتگوي ويژه ي خبري ساعت 10:30 با نفرات برتر كنكور مصاحبه كردند. مي دانيد اوضاع از چه قرار بود؟ كانون فرهنگي آموزش(قلم چي) دقيقاً چند روز قبل از كنكور يك ويژه نامه چاپ كرده بود و حدوداً 100 نفر احتمالي برتر كنكور را مشخص كرده بود. از قضا در اين پيش بيني حدود 20 نفر درست بود از جمله نفر اول رياضي و تجربي. اين دو شخص كه واقعاً برايشان تاسف مي خورم! گويا به خاطر شندرغازي رسماً اعلام كردند كه ما فقط در خانه درس خوانده ايم در حالي كه به ليست كانون نگاه كنيد همه چيز را متوجه مي شويد... من نمي دانم چه بگويم ولي به عنوان يك برادر بزرگ به شما مي گوييم كه اصلا به كتاب درسي اكتفا نكنيد. واقعاً درو غ محضه كه شخصي نفر اول كنكور بشه ولي هيچ كتاب كمك آموزشي رو نخونه. دوستان نگيد كه كتاب درسي كامله. بلكه واقعاً ناقصه شما اگه كتاب هاي آقاي عنايت كشاورزي كه واقعاً استاد مجازي ما بودند را بخوانيد (حدود 5 تاليف در زمينه رياضيات كنكور) رسوايي هايي را مشاهده خواهيد كرد. خوب درس بخوانيد، تعصبي نباشيد كه من فقط فلان كتاب را مي خوانم. اول درس را خوب ياد بگيريد بعد كتاب هاي تست را مطالعه كنيد كتاب هاي سبز گاج و سفيد رمزينه بهترين نوع اند هم كامل آموزش مي دهند وهم تست زيادي دارند و قيمت آن ها فقط برابر كتاب هاي آبي كانون هستند. كتاب هايي پر محتوا ولي كتاب هاي مبتكران مال 200 سال پيش هستند! كه اكيداً توصيه مي كنم آن ها را نخوانيد. در پست هاي ديگر در مورد اين موضوع مفصل بحث خواهيم كرد. ولي اين بار خوشحالي پارسال نفر اول تجربي رسماً اعلام كرد كه هم عضو كانون هست و هم كتاب هاي گاج را خوانده است. كه واقعاً محشر است در حالي كه پشت سرش مي گفتند اين پول گرفته تاز يه قسمت سريال تلويزيوني شبكه سه به اين موضوع اختصاص يافت در حالي كه واقعاً اين شخص حقيقت را مي گفت و نه راديو و تلويزيون و رسانه... به نفرات برتر كنكور امسال مي گوييم كه اي كاش خدا را هم در نظر بگيريد و دروغ نگوييد . قبول مي كنم كه اگه راستش را بگويند واقعاً مشكل قشر هاي محروم هم حل مي شه و از حقيقت مطلع مي شوند و خودشان را فقط به كتاب درسي نمي سپارند. ولي بايد سيستم آموزشي آن قدر خوب باشه كه نيازي به كتاب هاي كمك درسي نباشه و وقتي كه صرف خوندن اون ميشه به كار هاي پژوهشي اختصاص پيدا كنه. دوستان به بورسيه بنياد قلم چي خوب بچسبيد هرچند كه من خودم بورس نبودم ولي واقعاً از اين شعارشان خوشم مي آيد"خود آموزي" چون در اين دنيا به جز خودت هيچ كس به فكر تو نيست. اين را هميشه در نظر بگيريد. مطالب را تا مي توانيد تحليلي بخوانيد حتي سعي كنيد فرمول هاي فيزيك رو اثبات كنيد! اگه اين كار ها را انجام دهيد مطمئناً نفر اول كنكور كه نه بلكه هركاري شما خواهيد بود. و مهم تر از همه خدا را در نظر داشته باشيد.

من هم روز 15/مرداد/1387 ساعت 11:30 تعيين رشته كردم، 50 كد رشته را كه صرفاً مهندسي برق بود نوشتم. و منتظر جواب هستم. انشا الله كه شما ما را هم دعا كنيد. چون "زكات علم آموختن است".

در پست هايي مستقل به طور جزيي به مسائل آموزش خواهيم پرداخت.

نسبيت از گاليله تا اينشتين


بخش اول- حكم گاليله
قبل از گاليله كساني كه مخالف نظريه حركت زمين بودند چنين استدلالي مي كردند كه اگر مثلاً ميله بلندي را به طور عمود، به زمين متصل كنيم و گلوله توپي را از كنار آن ها رها كنيم گلوله درست كنار ميله حركت مي كند و كنار آن به زمين برخورد خواهد كرد، در حالي كه اگر زمين را در حال حركت فرض كنيم طي مدت زماني كه طول مي كشد تا گلوله به زمين برسد، زمين و در نتيجه ميله متصل به آن كمي از مكان مكان اوليه خود حركت كرده است و نبايد گلوله درست در كنار ميله فرود آيد گاليله همين آزمايش را كنار دكل يك كشتي كه با سرعت ثابت حركت مي كرد انجام داد و گفت: اگر استدلال فوق صحيح باشد چون پس از رها شدن گلوله، طي مدت زمان كه طول مي كشد تا گلوله به كف كشتي برخورد كند، كشتي كمي از مكان اوليه خود حركت كرده است پس گلوله نبايد كنار دكل فرود آيد. اما گلوله رها شده از بالاي دكل كشتي در حال حركت هم، درست مانند موقعي كه كشتي ساكن است كنار دكل حركت مي كرد و كنار آن هم به كف كشتي اصابت مي كرد.

حكم گاليله
گاليله از آزمايش هايش نتيجه گرفت جسمي كه در حال حركت يكنواخت است يعني نه سرعتش تغيير مي كند و نه جهت حركتش عوض مي شود و نه تكان مي خورد همه چيز به گونه اي اتفاق مي افتد كه گويي آن جسم ساكن است. فرض كنيد در يك جعبه مسدود در فضاي دور دست، بين ستارگان هستيد، در اين صورت نمي توانيد تشخيص دهيد كه در حال حركت يا در حال سكون، چون همه چيز به گون هاي اتفاق مي افتد كه گويي در حال سكون هستيد. فرض كنيد پنجره جعبه را باز مي كنيد و مي بينيد كه جعبه ديگري به شما نزديك مي شود، شما نمي توانيد تشخيص دهيد كه واقعا آن جعبه به طرف شما حركت مي كند و يا شما به طرف جعبه ديگر حركت مي كنيد. گاليله ، چنين حكمي كرد كه تمام حركت هاي خطي و يكنواخت نسبي اند. يعني نمي توان گفت كه سرعت اين ذره 15 كيلومتر بر ساعت است و فقط مي دانيم كه اين ذره نسبت به فلان چيز (مثلاً زمين) ساكن است و يا نسبت به آن 15 كيلومتر بر ساعت سرعت دارد.

حكم گاليله در خطر
سال ها بعد دانشمندي به نام هويگنس مفهوم اتر(اثير) را به فيزيك وارد كرد اتر ماده اي بود كه تمام فضا را پر مي كرد، حتي خلاء ميان زمين و خورشيد را. مي توانست در همه ي اجسام نفوذ كند و نور از طريق آن منتشر مي شد . مي دانيم كه بدون آب، موج آب، بدون پرچم، موج پرچم، وبدون هوا صوت به وجود نمي آيد. از نظر هويگنس نور موجي بود كه در اتر به وجود مي آمد (موج اتري) و به وسيله آن منتشر مي شد، چون نور در همه جا بود پس اتر هم تمام فضا را پر كرده است، پس اتر مي توانست معيار خوبي براي سنجيدن حركت و سكون اجسام باشدو همان طور كه گفتيم قبل از اتر نمي توانستيم ذره اي را انتخاب كنيم و مطلقا و بگوييم اين ذره مطلقا ساكن است اما با راه يافتن مفهوم اتر به دنياي فيزيك چيزي كه نسبت به اتر ساكن بود مطلقا ساكن بود و چيزي كه نسبت به آن حركت مي كرد واقعا حركت مي كرد. يعني حالا شما در آن جعبه مسدود در فضا مي‌توانستيد حركت و سكون خود را نسبت به اتر بسنجيد و تشخيص دهيد كه واقعا ساكن هستيد و يا حركت مي كنيد، و اين با حكم گاليله در تناقض بود.

حكم گاليله پيروز مي شود
اگر اتر وجود داشت بايد به طريقي وجود آن اثبات مي شد. اگر در يك روز آرام سوار بر خودرويي روباز حركت كنيد.بر خورد ذرات هوا را به صورتتان احساس مي كنيد. همانطور كه گفتيم اتر، ساكن است و ما در اتر حركت مي كنيم. پس بايد نوعي باد اتري (شارش اتري) براي جسم وجود داشته باشد. به آزمايش جعبه مسدود باز مي گرديم و فرض كنيم در اتر، روبه جلو حركت مي كند. وسط اين جعبه چراغي را روشن مي كنيم، چون جعبه در حال حركت است پس يك باد اتري درون جعبه در حال وزيدن است.نور هم كه يك موج اتري است پس بايد انتظار داشته باشيم كه نور چراغ، ابتدا به عقب جعبه برسد. اما درواقع نور همزمان به جلو و عقب جعبه مي رسد. نه تنها اين آزمايش بلكه روش هاي ديگري براي آشكارسازي شارش اتر پيش بيني و انجام شد كه همه به شكست انجاميد. هم چنين آزمايش ها نشان مي دادند، چه به يك چشمه نور نزديك شويم و چه از آن دور شويم سرعت نور تغييري نمي كند و همواره ثابت است.فرض كنيد كه در يك قطار در حال حركت هستيد و تفنگي هم در اختيار داريد دست خود را از پنجره قطار بيرون مي آوريد و گلوله اي شليك مي كنيد، سرعت گلوله مي شود سرعت خروج گلوله از دهانه تفنگ به اضافه سرعت قطار. اما در مورد نور خروجي از چراغ جلوي لوكوموتيو چه انتظاري داريم؟ انتظار داريم سرعت نور خروجي از آن با سرعت قطار جمع شود (يعني سرعت نور خروجي از چراغ جلوي لوكوموتيو در حال حركت بيشتر از نور خروجي از چراغ جلوي لوكوموتيو ساكن باشد و سرعت نور با افزايش سرعت قطار افزايش يابد) اما چنين اتفاقي نمي افتد و سرعت نور چراغ جلوي لوكوموتيو چه قطار ساكن باشد و چه در حال حركت، يكسان اندازه گيري مي شود ( يعني مقدار 300.000 كيلومتر در ثانيه) توجه كنيد كه براي سرعت صوت هم چنين چيزي وجود دارد يعني اگر با سرعت به يك چشمه صوت نزديك شويم يا از آن دور شويم سرعت صوت همواره ثابت است (سرعت را با بسامد اشتباه نگيريد. چون طبق اثر دوپلر اگر به منبع صوت نزديك شويم بسامد زياد و اگر دور شويم بسامد كم مي شود.(يعني رنگ نور عوض مي شود)) اما نكته اي كه در باره صوت وجود دارد اين است كه صوت در هوا منتشر مي شود و سرعتش نسبت به هوا سنجيده مي شود، حال اين سؤال مطرح مي شودكه اين سرپيچي نور از قانون جمع سرعت هاي حاكم بر فيزيك، چگونه امكان توضيح داشت در حالي كه ديگر اثري وجود نداشت كه سرعت نور را نسبت به آن بسنجيم؟
رفته رفته بعضي دانشمندان به اين نتيجه رسيدند كه براي سازگاري با اصل بنيادي جديد بايد نظريه اصلي را تغيير بدهند. در اصل جديد به صراحت مطرح شده بود كه هيچ چيز حتي نور، نمي تواند حكم گاليله را نقض كند. هنري پوانكاره دانشمند معروف طي گفت و گويي در سنت لوئيز (ميسوري) در سال 1904 اصلاح نسبيت را براي اصل بنيادي جديد پيشنهاد كرد، اما نگفت كه چگونه مي توان فيزيك را به خاطر سازگاري با اصل بنيادي جديد تغيير داد. در سال بعد اينشتين طي مقاله اي نظريه نسبيت خود را منتشر كرد و مفاهيم و تصورات ما را از فضا و زمان كه از زمان نيوتن تا آن موقع بي تغيير مانده بود به هم ريخت.

بخش دوم- يك طرح غير عاقلانه
در بخش قبل خوانديد كه نور از قوانين جمع سرعت هاي حاكم بر فيزيك پيروي نمي كرد و تمامي تلاش هاي براي يافتن يك ماده نوررسان(اتر) كه بتوان سرعت نور را نسبت به آن سنجيد و اين ويژگي عجيب نور را قابل توضيح ساخت، به شكست انجاميد.

حال چطور مي شد اين سرپيچي نور را از قانون جمع سرعت هاي حاكم بر فيزيك را توضيح داد؟ عده اي مي گفتند اتر وجود دارد اما نمي توانيم پيدايش كنيم (آشكارش كنيم) عده اي مي گفتند بايد نو را چيز عجيب و غريبي فرض كنيم، يعني چون سرعت نور چيز عجيب و غريبي است پس خود نور هم چيز عجيب و غريبي بايد باشد. در حقيقت مشخص نبود نور واقعاچيست بعضي ها فكر مي كردند كه نور موج است و برخي آن را ذره مي دانستند.
اما اينشتين با خود گفت: «نمي دانم نور چيست و اصلاً براي من مهم نيست كه نور چه باشد. نور مهم نيست، سرعت نور مهم است.» سرعت برابر است با مسافت تقسيم بر زمان. سرعت مساوي است با واحد فضا تقسيم بر واحد زمان. پس اگر اشكالي در مورد سرعت وجود دارد، اين اشكال به فضا و زمان مربوط مي شود. شايد لازم باشد ديدگاهمان نسبت به فضا و زمان تغيير دهيم.
لوئيز ايپشتين در كتاب خود «چگونه مفاهيم نسبيت را مجسم كنيم؟» اين باره مي نويسد:«من توجه رقباي آينده اينشتين را به اين نكته جلب مي كنم كه اين راه حل اينشتين، در كل ، يك راه حل عاقلانه نيست. اگر چيزي اشكال پيدا مي كند، معمولاً اشكال آن در كجاست؟ اشكال را معمولاً بايد در جايي جست كه زودتر خراب مي شود. هنگامي كه جارو برقي روشن نمي شود معمولاً عيب آن كجاست؟ در اين مورد احتمالاً جاروبرقي اصلاً به برق وصل نشده است. تنها با ديدن جرقه ممكن است اين فكر پيش بيايد كه سيم پيچ موتور جاروبرقي خراب شده است. اگر در خانه اي بسته نشود معمولاً دو كار مي توان انجام داد. يا بايد كناره هاي در را آنقدر بتراشيم كه جا بيفتد يا به كمك يك جك بسيار بزرگ، خانه را از پي آنقدر بلند كنيم كه در بسته شود. فضا و زمان شالوده عمارت فيزيك اند. فضا و زمان زير بناي همه ي شاخه هاي فيزيك(مكانيك، ترموديناميك، الكتريسيته، مغناطيس و اپتيك) هستند. اما فقط در يكي از شاخه هاي علم فيزيك به نام اپتيك مشكل وجود دارد؛ آن هم نه در همه اپتيك بلكه فقط در سرعت نور. با اين حال، علي رغم تمام اين مشكلات، افكار اينشتين پيروز شد.»

  • اينشتين گفت هيچ اتري وجود ندارد و درنتيجه حكم گاليله همواره برقرار است (اصل موضوع اول)

  • همچنين گفت يك ناظر متحرك نور را با همان سرعتي مي بيند كه يك ناظر ساكن بر روي زمين مي بيند(اصل موضوع دوم)

يكي از نتايج اوليه اين نظريه اين است كه هيچ چيز نمي تواند سريع تر از سرعت نور حركت كند. براي اين كه يك انسان را به سرعتي نزديك سرعت نور برسانيم، انرژي بسيار زيادي لازم است. اما ذرات اتم(الكترون هامزون ها، پروتون ها و مانند آنها) را مي توان به راحتي توسط دستگاه هاي شتاب دهنده به سرعت هاي بالا، نزديك شرعت نور رساند. يكي از معروفترين اين شتاب دهنده ها، شتاب دهنده خطي دانشگاه استنفورد است. سرعت الكترون خارج شده از انتهاي لوله اين شتاب دهنده 999/0 C است. دادن انرژي بيشتر به الكترون، براي اين كه سرعتش از سرعت نور بيشتر شود، نتيجه اي در بر نداشت. از ديگر نتايج اين نظريه، كوتاه تر شدن طول جسمي است كه با سرعت هاي نزديك نور حركت مي كند؛ به طوري كه براي سرعت خروج 999975/0 C ،هر متر از لوله شتاب دهنده براي ناظري كه با الكترون حركت مي كند، 1/7 ميلي متر به نظر مي رسد. نتيجه ديگري كه نسبيت به دست مي دهد، افزايش جرم جسمي است كه با سرعت هاي بسيار بالا نزديك سرعت نور حركت مي كند. همچنين كند كار كردن ساعت هاي در حال حركت يكي ديگر از نتايج است كه آزمايش ها اين دو نتيجه را نيز تأييد كرده اند. توجه داشته باشيد كه اين نتايج در سرعت هاي بسيار بالا به دست مي آيد و نظريه نسبيت در سرعت هاي بسيار كم (سرعت هايي كه روزانه با آن ها سروكار داريم) همان نتايجي را به دست مي دهد كه فيزيك كلاسيك به دست مي دهد. به عبارت ديگر، كاهش ظول جسم، افزايش جرم و كند كار كردن ساعت ها در سرعت هاي بسيار كم ، آن قدر جزئي و كوچك است كه كاملاً قابل چشم پوشي است.
مطالبي كه در اين بخش خوانديد به «نظريه نسبيت خاص» معروف است كه به توصيف رفتار ذرات در سرعت هاي بسيار بالا مي پردازد. تاكنون هيچ نظريه اي به اندازه نسبيت خاص با دقت و جديد آزموده نشده است. در اين ميان مي توان از شتاب دهنده هاي ذرات نام برد. اين شتاب دهنده ها با استفاده از قوانين نسبيت خاص در زمينه مهندسي و فناوري ساخته مي شوند. شتاب دهنده اي كه بر اساس مكانيك نيوتوني طراحي شود كارآيي نخواهد داشت. همچنين بايد بدانيم كه در حوزه فيزيك ذرات، نسبيت حاص براي حل مسائل مكانيكي كاملاً ضروري است. اما بسياري از اين نتايج بر پايه تجارب روزانه معقول به نظر نمي رسد. حتي ظاهراً با عقل سليم نيز متناقض است، اين مشكل هنگامي حل مي شود كه بدانيم زمينه هاي تجربي عقل سليم محدود است و تجربيات ما ، محدود به سرعت هايي است كه بسيار كوچكتر از سرعت نوراند. در حقيقت ما هيچ تجربه شخصي در حوالي سرعت هاي نزديك به سرعت نور نداريم.
اما نظريه نسبيت عام چيست؟ اينشتين در نظريه نسبيت عام به برسي جاذبه مي پردازد و علت جاذبه را خمش فضا زمان معرفي مي كند.
اين موضوعي است كه در بخش زير به آن خواهيم پرداخت.

بخش سوم- وقتي فضا زمان در هم مي پيچد
در بخش قبل خوانديد كه آلبرت اينشتين براي قابل توضيح ساختن ويژگي هاي غير عادي نور، نظريه اي را ابداع كرد كه ماهيت فضا و زمان را به كل تغيير داد. آن نظريه، «نسبيت خاص» ناميده مي شود. اين شماره به تلاش هاي بعدي اينشتين مي پردازيم كه در قالب نظريه «نسبيت عام» مطرح شده است.

اين تصور كه جاذبه باعث سقوط نور مي شود. به سيمون لاپلاس اختر شناس برمي گردد. بر اساس همين ديدگاه دانشمند نقشه برداري به نام جان سولدنر، در سال 1800 ميلادي مقدار انحراف نوري را كه از كنار خورشيد يا زمين عبور مي كرد محاسبه كرد. با اين حال، اين نگرش فيزيك تا سال 1906 كه معلوم شد تمامي انواع انرژي (از جمله نور) جرم دارند، مسكوت ماند. از آنجا كه داشتن «جرم» به معناي داشتن «وزن» است، و وزن هم سقوط مي كند، پس نور هم سقوط مي كند، اما همين يافته، اينشتين را با يك معماري عميق تر روبرو كرد.

اينشتين گفت همچنان كه در يك ميدان گرانشي پايين مي رويد ( مثلاً از بالاي يك برج بسيار بلند پايين مي آييد)، سرعت گذر زمان كاهش مي يابد. (توجه داشته باشيد اين كند شدن زمان متفاوت از كند شدن زماني است كه در قسمت قبل به آن اشاره شد. كند شدن زمان در اينجا بر اثر گرانش است و كند شدن زمان در قسمت قبل مربوط به حركت با سرعت هاي بسيار زياد.)

اما فضا زمان خميده چيست؟ مثال زير مي تواند به درك اين پديده كمك كند. سه سياره در اطراف خورشيد در نظر بگيريد. پرتو نوري كه از كنار خورشيد مي گذرد بر اثر جاذبه خورشيد منحرف مي شود و اختر شناساني كه در اين سه سياره سكونت دارند، مجموعه زاويه هاي داخلي مثلث حاصل را بزرگ تر از 180 درجه انداز خواهند گرفت. اما خط مستقيم چيست؟ تنها تعريف معقول و منطقي براي خط مستقيم « بيان آن با «خط ديد» است. اما خط ديد، خط انتشار نور است در فضاي تهي. مي توان خط مستقيم را «كوتاه ترين فاصله ميان دو نقطه» نيز تعريف كرد، اما تمام علم فيزيك بر اين فرض مسلم مبتني است كه نور هميشه كوتاه ترين راه را انتخاب مي كند.اگر درباره اين مواردبه دقت انديشه كنيم، پي مي بريم كه هيچ راه منطقي ديگري براي تعريف خط مستقيم وجود ندارد.
اينشتين زمان را چهارمين رفيق سه مختصات فضايي (طول، عرض و ارتفاع) در نظر گرفت و گفت نيروي گرانش (نيرويي كه باعث سقوط سيب به سمت زمين مي شود) در اثر انحناي اين جهان چهار بعدي ايجاد مي شود. بدين ترتيب، گرانش تعبيري هندسي يافت.اما نيرو هاي الكتريكي و مغناظيسي هنوز خارج از حيطه حكمراني هندسه مانده بودند و اينشتين كه تا اين انداره پيشرفت كرده بود، تمام تمركز خود را روي اين گذاشت كه بر ميدان الكترومغناطيسي سركش نيز يك مهار سخت هندسي بزند. كدام خاصيت هندسي در فضاي چهار بعدي ( كه تاكنون نامكشوف مانده) وجود دارد كه بتواند جوابگوي اعمال متقابل الكتريكي و مغناطيسي باشد؟ اينشتين و بسياري از تماشاگران علاقه مند، نهايت كوشش خود را به كار بردند تا به ميدان الكترومغناطيسي يك تعبير صرفاً هندسي بدهند. اينشتين حدود چهل سال ، يعني تا زمان مرگ در سال 1955، روي «نظريه ميدان يكنواخت» كاركرد. اين نظريه كه «نظريه ميدان هاي يگانه» هم خوانده مي شود، ميدان هاي الكترو مغناطيسي و گرانشي را بر يك مبناي هندسي واحد با هم متحد مي كند. هرچه زمان بيشتر مي گذشت، بيش از پيش دشواري اين كار معلوم مي شد. گاه به گاه اينشتين روابط تازه اي مي يافت كه به اعداي وي بايد براي حل معماري نظريه ميدان يكنواخت به كار مي رفت؛ واين روابط(فرمول ها) در صفحه اول روزنامه هاي معروف دنيا چاپ مي شد. اما هميشه معلوم مي شد كه روابط كشف شده نارسا هستند و تا كشف بعدي دوباره سكوت برقرار مي شد. دانشمندان فيزيك نظري، از پير و جوان، اعتماد خود را نسبت به اين موضوع كه ميدان الكترو مغناطيسي يك تعبير صرفاً هندسي دارد، به تدريج از دست دادند. نمي توان طبيعت را مجبور به كاري كرد كه با مذاقش سازگار نيست! اينشتين هم رفته رفته درباره اين نظريه خود آزرده خاطر شده بود و با اكراه درباره آن با اين حال نظريه نسبيت عام، صرف نظر از اينكه بتوان ميدان هاي الكترومغناطيسي و گرانشي را بر پايه هندسي واحد متحد ساخت يا نه، معتبر ترين توضيحي است كه تاكنون در مورد منشا گرانش بيان شده است. تابش زمينه كيهاني، تپ اخترها، سياه چاله ها و ... همه و همه پديده هايي هستند كه نسبيت عام در آنها به نحوي اساسي دخيل است. وجود سياهچاله هاي فضايي يكي از پيش بيني هاي مهم نسبيت عام است؛ تابش زمينه كيهاني كه به احتمال زياد بازمانده مه بانگ است، رويدادي است كه فهم آن نيازمند نظريه نسبيت عام است؛ و ساختار تپ اختر ها(ستاره هاي نوتروني تند و چرخان) به شدت تحت تاثير نيروهاي بسيار قوي نسبيت عام است. امروزه نظريه نسبيت عام ابزاري ضروري در دست اختر شناسان و اختر فيزيكدانان بزرگ مقياس عالم استفاده مي كنند.
... سرانجام در سال 1921 ميلادي جايزه نوبل فيزيك به اينشتين اعطا شد. اما جالب است بدانيد كه دليل اصلي اعطاي اين جايزه نه ارئه نظريه نسبيت، كه به خاطر كشف قانون فتوالكتريك بود!

اينشتين تمام تمركز خود را روي اين نكته گذاشت كه بر ميدان الكترومغناطيس سركش، يك مهار سخت هندسي بزند. او چهل سال روي اين نظريه كار كرد!

تايپ و ويراستاري: مسعود سروري
مديريت وبلاگ علم و فناوري

منبع : دانشمند

+ نوشته شده توسط مسعود سروري در سه شنبه 15 مرداد1387 و ساعت 16:13 |

 مروري بر گاه شمار جلالي


ايرانيان دقيق ترين تقويم جهان را دارند.

گاه شماري جلالي كه به نام هاي «ملك شاهي» ، «سلطاني» و «محدث» نيز ناميده مي شود، يك نظام گاه شماري خورشيدي اعتدالي است كه در زمان«سلطان جلال الدين ملك شاه سلجوقي» (485 تا 465 هجري قمري) آغاز به تنظيم شده و نام هاي گوناگون آن نيز از نام و لقب هاي ملك شاه برگرفته است.

ساختار بنيادين اين گاه شماري برمبناي سنت هاي ديرين گاه شماري هاي ايراني و با تأكيد خاص بر انطباق نورور يا روز نخست سال با نقطه اعتدال بهاري بوده است.
گاه شماري جلالي را مي توان نتيجه و محصول نهايي كوشش هاي بسيار ديرينه و پر سابقه ايرانيان براي دستيابي به تقويمي اعتدالي كه حداكثر دقت و انطباق با تقويم طبيعي را داشته باشد، دانست. اين گاه شماري، شكل نهايي و اصلاح شده گاه شماري هاي «معتضدي» ، «فارسيه» ، «خراجي» و ديگر سامانه هايي است كه در سده هاي سوم تا پنجم هجري براي تثبيت نوروز در اعتدال بهاري به كار مي رفته اند و فاقد دقت كافي، و يا بدون قابليت محاسباتي نظري براي سال هاي پيشين و پسين بوده اند. در آن زمان ( يعني در اواخر سده پنجم) تقويم يزدگردي نيز به دليل فقدان كبيسه گري هاي يك ماه در هر صد و بيست سال ، عملاً از قاعده محاسباتي خود خارج شده؛ در حالي كه در نظام اصلي خود نيز بدون دقت كافي بوده و تا يك ماه با تقويم طبيعي دچار اختلاف مي شده است. گاه شماري هجري خورشيدي فعلي ايران نيز ادامه همان گاه شماري جلالي است و تاكنون دقيق تر از ان در جهان به وجود نيامده است.

فرايند تنظيم گاه شماري جلالي و زيج پيوسته به آن كه «زيج ملك شاهي» ناميده مي شده است، در زمان «ملك شاه سلجوقي» و به احتمال زياد تحت تأثير وزيرش «خواجه نظام الملك» در شهر اصفهان ( يا شهر ري) و با شركت گروهي از تقويم شناسان مشهور آن زمان همچون «ابو مظفر اسفزاري» ، «ابو هباس لوكري»، «محمد بن احمد معموري» ، «ميمون بن نجيب واسطي» و «ابن كوشك بيهقي مباهي» به سرپرستي «عمر خيام» آغاز شد؛ در حالي كه «عبد الرحمن خازني» (خدمتكار خزانه دار مرو) كه بنا به علائق شخصي و غير حرفه اي به مطالعه در تقويم مي پرداخت، به طور مستقل در شهر مرو به محاسباتي جداگانه پرداخت و نتيجه پژوهش خود و از جمله شيوه سنجش نوروز را براي گروه خيام فرستاد. مشهور است كه بخشي از محاسباتي خازني از سوي اين گروه پذيرفته شده و به رسميت شناخته شد.

مبدأ تأسيس تقويم جلال برابر است با سال 471 هجري قمري، 448 يزدگردي، 468 خراجي و 1079 ميلادي ژولي. فاصله بين التاريخين مبدا تقويم جلالي با مبدا هجري قمري 166797 روز، با مبدا تقويم يزدگردي 163173 روز، با مبدا خراجي 170933 روز، با مبدا گاه شماري ميلادي ژولي 393813 روز و با مبدا (سلوكي) 507497 روز است.

تطبيق روز نخست اين تقويم يا «نوروز جلالي/نوروز سلطاني» با نقطه اعتدال بهاري براساس تعريفي مشخص از طول سال متوسط اعتدالي ، اصل ثابت و نهادين در گاه شماري جلالي و يكي از اهداف بنيان گذران آن بوده است. بنا به گزارش «عبدالعلي محمدبن حسن بيرجندي» در «شرح سي فصل» و «شرح زيج ايلخاني»، نويسنده ناشناس در «ربيع المنجمين» و الغ بيك در «زيج الغ بيك»، در اين گاه شماري نه تنها طول سال با تقويم طبيعي برابري دارد، بلكه طول هر فصل نيز به دليل كوشش براي انطباق روزهاي هر ماه خورشيدي با مدت زمان توقف خورشيد در برج هاي هم زمان آن، با طول فصل هاي طبيعي برابري داشته و نقاط اعتدال و انقلابين درست در ابتداي هر فصل تقويم جلالي واقع مي شوند. در نتيجه مجموع روزهاي هر يك از سه ماه هاي نخست و دوم سال (بهار و تابستان) برابر با 93 روز، مجموع روزهاي سه ماهه سوم (پاييز) 90 روز و مجموع روزهاي سه ماهه سوم (زمستان) 89 روز است كه كاملاً با تقويم طبيعي برابري دارد و اين ويژگي بسيار مهم و به نظير تقويم جلالي است كه در ديگر تقويم ها ديده نمي شود.

در تعريف نوروز جلالي يا مبدا آغاز سال نو مي توان بنا به تعريف كامل و كوتاه خواجه نصير الدين طوسي، الغ بيك و ملا مظفر گنابادي گفت كه نوروز جلالي يا سلطاني روزي است كه خورشيد تا زمان عبور از نصف النهار محل به نقطه اعتدال بهاري رسيده باشد.
گروه خيام روز اعتدال بهاري شش ماه پيش از هجرت (19 مارس سال 622 ميلادي ژولي) را به عنوان نقطه آغاز سال شماري بگزيد و از نام هاي ايراني براي نام گذاري برابرهاي ماهي دوازده برج ساليانه بهره برد.

در زمينه نظام كبيسه گري در گاه شماري جلالي براي افزودن كسر سال و گزينش سال هاي 366 روزه منابع موجود شيوه هاي گوناگون از تعريف طول سال و قاعده كبيسه گري را به دست مي دهند. شيوه هاي پيشنهادي يا گزارشي خواجه نصير الدين طوسي ، عبدالرحمن خازني، حسن بن حسين شاهنشاه شمناني، عبدالعلي بيرجندي، ميرم چلبي و قطب الدين شيرازي تا اندازه اي با يكديگر تفاوت دارند. اما همگي آن ها بر وجود كبيسه هاي خماسي كه يكي ديگر از مهمترين ويژگي هاي گاه شماري جلالي است، تاكيد دارند. به گمان اين نگارنده و با درنظر داشتن فرض هاي بنيادين اين گاه شماري در تطبيق طول سال و فصل ها به تقويم طبيعي و دارا بودن قابليت محاسبات نظري براي هر سال مفروض در گذشته و آينده، شيوه يكسان «ذبيح بهروز» و «احمد بيرشك» (683 كبيسه در يك دوره 2820 ساله) با وجود پاره اي از انتقادها، بهترين و كارآترين شيوه اجراي كبيسه هاي جلالي و هجري خورشيدي است.

*بنياد محاسباتي در نظام گاه شماري خورشيدي، عبارت است: از يافتن تعداد (X) سال هاي برجي كه همه تعداد روزها متوسط (Y) را با دقتي معين در بر مي گيرد. ضريب مفروض اين مقدار،در گاه شماري ايراني 242199/0 روز دانسته شده است.
*طول سال، مانند طول شبانروز متغير است. همان گونهكه در تقسم شبانروز، از زمان متوسط (24 ساعت كامل) استفاده مي شود، در محاسبات تقويمي نيز طول سال متوسط دبه كار گرفته مي شود. هر نظام گاه شماري خورشيدي، تعريفي خاص از طول متوسط سال و قاعده كبيسه گري دارد كه در گاه شمار ايراني عبارت است از: 365 روز و 5 ساعت و 48 دقيقه و 46 ثانيه. طول متغير سال (آن گونه كه در تقويم رسمي ايران به كار مي رود) در هيچ يك از گاه شماري هاي جهان تعريف نشده و اصولاً تقويم، محصول تعريف يك نظام گاه شماري از طول متوسط سال و شيوه كبيسه گري آن است. طول متغيري، كاربردي در تقويم ندارد و ارزش گاه شماري ايراني در اندازه گيري دقيق طول سال متوسط تعريف شده آن است.

مديريت وبلاگ علم و فناوري

منبع : دانشمند س44 ش534

+ نوشته شده توسط مسعود سروري در سه شنبه 15 مرداد1387 و ساعت 16:10 |