افسون

افسون شدهء پاییز عشقم

                         قلم گرفته از این سرنوشتم

دنیا تو به من خرده گرفتی

                         نفهمیدی که من سهم بهشتم

تعادل ترمودینامیکی

تعادل ترمودینامیکی

اگر در سیستمی تعادل  مکانیکی . شیمیایی  و گرمایی برقرار باشد سیستم در حال تعادل ترمودینامیکی است

هر سیستم که در تعادل ترمودینامیکی باشد توسط مختصات ترمودیناکی که با زمان تغییر نمیکند

 

اما قبلش باید تعادل های شیمیایی و مکانیکی و گرمایی را باید توضیح بدم

تعادل شیمیایی : اگر در سیستم تبدیلات شیمیایی . تغییر غلظت وجود نداشته باشد سیستم در حال تعادل شیمیایی است

تعادل مکانیکی : اگر برآیند نیرو های  بین سیستم صفر باشد و یا به سیستم و محیط نیرویی وارد نشود سیستم در حال تعادل مکانیکی است

تعادل گرمایی : اگر سیستمی با سیستم دیگر توسط دیوارهء گرمابر مرتبط شود مختصه های ترمودینامیکی خود به خود تغییر نکند به حالت تعادل گرمایی میرسد

زنگ فیزیک

سلام به همهء دوستای گلم

امروز دوشنبه ۱۷مهر ۹۱ سومین روزیه که کلاسای ما تشکیل شده

امروز طبق دستور استاد حیدری ۸تا ۱۰ ترمودینامیک داشتیم(جلسهء دوم بود)۱۱تا۲ هم تحلیلی۲ داشتیم و ۳تا ۵ فیزیک مدرن داشتیم با استاد اخلاقی

من با یکی از بچه ها که مشکل انتخاب واحد داشت رفته بودم دنبال کاراش واسه همین دیر به کلاس رسیدیم دقیقا ۱۱ دقیقه تابه کلاس رسیدیم

حالا که رسیدیم کسی و تو کلاس ندیدیم

حدس زدیم که کلاس و عوض کردند واسه همین گشتیم دنبال استاد و بچه ها

استاد و دیدیم اما از بچه ها خبری نبود

منو دوستم چون نجوم رو با استاد اخلاقی گذرونده بودیم میدونستیم که استاد سروقت میاد و اگه کسی دیر برسه تاخیر میخوره

وای

فاجعه بود. استاد برای منو دوستم حظور زد اما وقتی از بچه ها خبری نشد کلاس تعطیل شد

وقتی از دانشکده میخواستیم خارج بشیم بچه ها رو دیدیم اما دیگه کار از کار گذشته بود

فکر میکنم این تجربهء خوبی بشه برای بچه هایی که اولین بارشونه با استاد اخلاقی کلاس دارند

ترمودینامیک

علمی است که دربارهء روش های تغییر انرژی و تغییرات خواص ماده در اپر تعییر انرژی و تغییر فاز و یا تماس با ماده ء دیگر بحث میکند.

این تعریف بسیار کلی است و در واقع هنگامی میتوان این تعریف را واقعا درک کرد که با جوانب کاربردی آن آشنا شده باشیم

به عبارت دیگر تجربه و حوصلهء خواننده نقش مهمی در فهم این مطلب دارد

خواننده نباید انتظار داشته باشد که در طول یک ترم تحصیلی کلیهء مفاهیم این درس را مثل درس استاتیک درک کند بلکه یادگیری این درس مثله انتقال گرما یا سیالات است (که من هیچ کدومشونو هنوز نگرفتم)

قوانین ترمو دینامیک " قوانین ترمو" نوشتم حتما مطالعه کنید

قانون صفر ام یا همدمائی

قانون اوول ترمو

قانون دوم ترمو

تعریف دمای اشباع

در یک فشار معین.دمای اشباع مادهء خالص . دمائی است که در آن تبخیر یا میعان شروع میشود. این فشار را فشار اشباع مینامند و مایع رادر دما و فشار اشباع. مایع اشباع مینامند. اگر در یک فشار معین دمای ماده از دمای اشباع کمتر باشد یا حجم مخصمص آن از حجم مخصوص اشباع کمتر باشد مایع را مادون سرد مینامند

برج های فلکی

میخوام برج های فلکی(دایره البروج) رو براتون بنویسم

حمل(گوسفند).فروردین

ثور(گاو).اردیبهشت

جوزا(دوپیکر).خرداد

سرطان(خرچنگ).تیر

اسد(شیر).مرداد

سنبله(خوشه).شهریور

میزان(ناودان).مهر

عقرب.آبان

قوس(کمان).آذر

جدی.دی

دلو(سطل).بهمن

حوت(ماهی).اسفند

یک سال با حمل آغاز میشود و با حوت پایان میپذیرد

یعنی با اعتدال بهاری سال جدید آغاز میشود

راستی من شهریوری ام یعنی سنبله

روزهای اوستایی

خیلی درس شیرینیه درس نجوم

نجوم رو با استاد اخلاقی ۲۰گرفتنم

میخوام اسامی روزهای اوستایی رو براتون بنویسم

۱-هرمز                         ۲-بهمن                        ۳-اردیبهشت                        ۴-شهریور

۵-اسفندارمد               ۶-خرداد                            ۷-مرداد                             ۸-دی بآذر

۹-آذر                           ۱۰-آبان                         ۱۱-خور                              ۱۲-ماه

۱۳-تیر                          ۱۴-جوش                      ۱۵-دی بهمر                          ۱۶-مهر

۱۷-سروش                    ۱۸-رشن                      ۱۹-فروردین                         ۲۰-بهرام

۲۱-رام                         ۲۲-دی                         ۲۳-دی بدین                         ۲۴-دین

۲۵-ارد                          ۲۶-استاد                     ۲۷-آسمان                            ۲۸-زامیاد

۲۹-مااسفند                  ۳۰-اینران

دانشگاه آزادی ها

سلام به همهء دوستای عزیزم  آغاز سال تحصیلی جدید رو به همه شما تبریک میگم

خیلیا ازم میپرسن فیزیک سخته؟

دانشگاه آزاد چطور؟سخت گیری میکنن؟

خیلیام که میدونن  من چند سالمه میپرسن که: بعد از چند سال وقفه واست سخت نیست که رفتی دانشگاه؟ اونم فیزیک

اما من واقعا فیزیک و دوست دارم

نمیگم شاگرد زرنگهء کلاسم بودم و هستم اما فیزیکو دوست دارم و بیشتر از هر درسی احساسش میکنم

دانشگاه آزاد دیگه فکر نکنم فرقی با دولتی داشته باشه

ئالا برای ما هم سختگیری میکنن

یه استاد ریاضی فیزیک داریم استاد حکیم گلشاهی بینهایت آقاست و بسیار زیبا درس رو به خوردمون میده

این ترم هم ریاضی فیزیک ۲ با خودش داریم خیلی سختگیره و به سادگی هم به کسی نمره نمیده حتی ۲۵/. اما خداییش خوب درس میده.یه جزوه ایی داره وحشتناک . در حالی که بمون جزوه میده ۲تا کتاب هم معرفی میکنه در آخر یه امتحانی در حد اینا میاره

حالا باز بگید دانشگاه کیلویی نمره میده

یه استاد دیگه هم داریم که اونم آقاست و من خیلی قبولش دارم استاد روزبه مدبر نیاست که بما ریاضی۱ و معادلات دیفرانسیل درس داد نمرهء استاد مدبر بیسته بیسته

و در آخر کسی که عاشقشم استاد مریم حیدری.خانوم.فهمیده.و مغز متفکره.عاشقه عصبانیتشم..اون ترم فیزیک۳ باش داشتیم ساعت۴ ظهر هممون خواب بودیم سر کلاسش

یه روز که اومد سر کلاس دید هممون تو چورتیم ازمون پرسید : بچه ها ناهار خوردید؟ ما هم همه جواب دادیم ببببببببببببببببببببببببببله

با عصبانیت گفت ترم آینده همه کلاسای فیزیکو باید صبح بذارند/این شد که این ترم دو روز ساعت۸ صبح باش کلاس داریم

 

چند مولکول آب برای ساخت یخ نیاز است؟

چند مولکول آب لازم است تا کوچکترین بلور یخ ممکن را بسازیم؟ حدود 275. این نتیجه ای است که محققانی از آلمان و جمهوری چک با ساخت روشی بدیع در کاوش خوشه های بزرگی از مولکول های آب گرفته اند. یافته های آن ها می تواند برای درک شکلگیری یخ در ارتفاعات بالای جو مفید باشد.

خوشه های آب، گردایه ای از مولکول های آب هستند که با پیوندهای هیدروژنی بین مولکولی کنار هم نگه داشته شده اند. تاکنون اکثر مطالعات متمرکز بر خوشه های کوچک 12 مولکولی(یا کمتر) بودند و ساختار این اجسام شباهت اندکی با توده های یخ داشت. در چند سال گذشته، دانشمندان ژاپنی روشی مبتنی بر طیف‌نگاری توسعه داده اند که خوشه های آب تا 50 مولکول را می کاود. با این وجود، تحلیل ساختاری دقیق خوشه های 100-1000 مولکولی فراتر از سطح این روش بود. اهمیت خوشه های 100-1000

مشکل اصلی در خوشه های بزرگ آب، دانستن تعداد دقیق مولکول های آب در آن هاست. این کار با طیف‌نگاری جرمی و تاباندن تابش پر انرژی به خوشه ها و یونیزه کردن آن ها صورت می گیرد که می تواند خوشه را به تکه های کوچک بشکند. به علاوه، پژوهشگران ترجیح می دهند به جای خوشه های آب باردار، خوشه های خنثی را مطالعه کنند زیرا اکثر فرایندهای بلور شدن یخ در طبیعت چنین هستند.

خوشه های آب آلاییده

اکنون، پژوهشگران من جمله توماس زوک[1] از موسسه شیمی-فیزیک گوتینگن، آلمان، راهی را برای تحلیل خوشه های چندصد مولکولی خنثی آب یافته اند. موفقیت آن ها به خاطر دو ترفند هوشمندانه است. اولی این که هر خوشه آب با یک اتم سدیم آلاییده شده است. استفاده از این فلز بسیار واکنشگر، باعث می شود که آب آلاییده آسانتر از خوشه های خالص یونیزه شود و تضمین می کند که الکترون به جای جدا شدن از خوشه آب خالص، از سدیم جدا می شود.

دومین ترفند این است که قبل از یونش، خوشه های آلاییده با تابش فروسرخ تحریک شدند. این کار دمای آن ها را زیاد می کند و ساختارشان به نحوی تغییر می کند که پتاسنیل یونش آن ها کم می شود. بعد از این، خوشه ها با لیزر فرابنفش 390 نانومتر یونیزه می شوند. این لیزر به حد کافی انرژی کمی دارد که باعث شکستن خوشه ها نشود. اندازه این خوشه های آب یونیزه با استفاده از روش طیف‌نگاری جرمی زمان پرواز[2] تعیین می شود.

سپس، برای کشف ساختار آن ها، طیف فروسرخ خوشه های آب محاسبه می شود. تابش فروسرخ با عددموج های 2800 تا 3800 یک بر سانتی متر به کار رفت؛ این ها متناظر با بسامدهای نوسانی پیوندهای اکسیژن-هیدروژن هستند. طیف‌نگاری نوسانی، آرایش مولکول های آب را درون خوشه مشخص می کند. برای مثال، می دانیم که یخ بلوری در عددموج حدود 3200 بر سانتی متر، جذب بیشینه دارد در حالی که بیشینه یخ بی ریخت و آب مایع در حدود 3400 بر سانتی متر است.

تبدیل آب به یخ

زوک و همکارانش طیف فروسرخی برای اندازه خوشه(از 85 تا 475 مولکول) به دست آوردند. همان طور که انتظار می رفت، به همان نسبت که اندازه خوشه افزایش می یابد، بیشینه های طیف به سمت اعداد موج کمتر می رود. گذار از 3400 به 3200 بر سانتی متر، در حدود 275 مولکول آغاز می شود؛ در این لحظه یخ بلوری در مرکز خوشه به وجود می آید و حلقه ای از شش مولکول آب با آرایش چهار وجهی درست می شود.

به همان نسبت که اندازه خوشه افزایش می یابد، هسته بلور به تدریج رشد می کند. با 475 مولکول، طیف فروسرخ در ساختار یخ  الب است: شکل گیری بلور یخ تقریبا کامل بود. این رفتار با پیش بینی های نظری گروهی دیگر در سال 2004 همخوانی دارد.

زوک می گوید:«چندان شگفت انگیز نیست که وقتی تعداد معینی مولکول آب را کنار هم می آوریم، آب بلوری می شود. اما مسئله این جاست که این اتفاق در کجا اتفاق می افتد؟ اکنون ما روشی ساخته ایم که بازه رخ دادن بلوری شدن را نشان می دهد.»

سفر به استراتوسفر...

این روش جدید به دانشمندان کمک می کند تا فرایندهای شکل گیری ابر در اتمسفر زمین را بفهمند. زوک می گوید:«نواحی در استراتوسفر وجود دارند که هیچ محل جوانه‌زنی[3] ندارند. در همین محل هاست که بلورهای یخ مستقیما از مولکول های آب شکل می گیرند.» او می افزاید:«دسنامیک این فرایند را اکنون می توان با جزییات بیشتری مدل کرد.»

فرانچسکو پاسانی[4]، شیمیدانی از دانشگاه کالیفرنیا-سن دیگو که خوشه های آب را مطالعه می کند، می گوید:«این نتایج واقعا هیجان آور هستند.» او نظرش را این طور بیان می کند:«ذرات نانومتری آب نقشی مهم در جو بازی می کند و بلورهای یخ را می توان در بسیاری از ابرها یافت. بنابراین، درک چگونگی بلوری شدن خوشه های آب، درکی بنیادین از شکل گیری و ویژگی های ابرها پدید می آورد که آن ها نیز متعاقبا بر آب و هوا و تابش زمین اثر می گذارند.»

زوک باور دارد که این پژوهش به دانشمندان کمک می کند تا برهمکنش میان خوشه های آب را در شبیه سازی های دینامیک مولکولی بهتر مدلسازی کنند. درک دقیق نحوه رفتار این خوشه های آب در حجمی از آب، هدفی کلیدی و یکی از بزرگترین مسایل حل نشده شیمی است.

آنتروپی چیست؟(1)

آنتروپی یا بی نظمی (1)

شاید برای شما این سؤالات پیش آمده باشد که آنتروپی چیست؟

این خاصیت، شیمیایی است یا فیزیکی؟

حالت ماده در در صفر درجه کلوین با استفاده از آنتروپی چگونه توصیف می شود؟

آیا آنتروپی به انرژی ماده ارتباطی دارد؟ و

ده ها سؤال دیگر که در برخورد به آنتروپی ممکن است با آن روبرو شویم...

آنتروپی:

آنتروپی یک مفهوم شیمیایی است که توضیح دقیق آن قدری مشکل است؛ کلمه آنتروپی در جاهای دیگری هم کاربرد دارد، اما ما در این مقاله به بحث ترمودینامیکی (علمی که راجع به گرما و تغییرات آن است) آن و فرایندهای فیزیکی و شیمیایی می پردازیم.

آنتروپی چیست؟

ما انرژی را به صورت یک نیروی محرکه برای تغییرات تعریف می کنیم، آنتروپی نیز به صورت نیروی محرکه ای برای تغییرات فیزیکی و شیمیایی (واکنش ها) است. نماد آنتروپی (S) به انرژی مربوط می شود اما نوع دیگری از انرژی است.

تغییرات فیزیکی و شیمیایی که اندازه می گیریم، فقط با مفهوم انرژی نمی توانند توصیف شوند.

یک مفهوم متفاوت از اندازه گیری آنتروپی به تغییرات خود به خودی در سیستمی مانند انبساط گاز در یک فضای خالی (خلأ) و انتقال گرما از یک جسم داغ به جسمی سرد نیاز دارد.

این تغییرات باعث افزایش آنتروپی برای سیستم های ذکر شده می شوند؛ اما انرژی به درون یا بیرون از این سیستم ها انتقال پیدا نمی کند.

مفهوم آنتروپی به قانون های دوم و سوم ترمودینامیک مربوط است.

آنتروپی به توزیع انرژی حالت های انرژی مجموعه ای از مولکول ها مربوط است

و این جنبه از آنتروپی معولا در مکانیک آماری مورد بحث قرار می گیرد که اگر به رشته فیزیک در دانشگاه علاقه مند باشد، مطالب جامع راجع به آنتروپی را خواهید آموخت.

قانون دوم ترمودینامیک:

وقتی سیستمی مقدار انرژی q را در دمای ثابت T به دست می آورد، تغییرات آنتروپیS با معادله زیر افزایش پیدا می کند:

یعنی

آنتروپی در هر مکانی، مقدار انرژی انتقال یافته تقسیم بر دما است.

بنابراین واحد آنتروپی، انرژی بر کلوین است (J× K^-1 ).

اگر فرایند، در یک محدوده ی دمایی اتفاق بیفتد، مقدار کل آنتروپی می تواند با افزودن مقادیر کوچک آنتروپی در دماهای مختلف تخمین زده شود.

اگر دما به طور پیوسته تغییر کند، این جمع می تواند شکل انتگرالی به خود بگیرد؛ با مفهوم انتگرال در درس دیفرانسیل آشنا شده اید.

آنتروپی، تابع حالتی است که مستقل از مسیری که تغییرات در آن اتفاق افتاده اند، تنها به حالت اولیه و نهایی سیستم بستگی دارد. البته فرض می شود که تغییرات در یک بازه زمانی طولانی اتفاق می افتند یا در شرایط تقریبا تعادلی یا برگشت پذیر.

اگر تغییرات با سرعت زیاد در یک وضعیت برگشت ناپذیر اتفاق بیفتند، آنتروپی مقدار بزرگ تر از آن چه که معین شده است، خواهد داشت؛ زیرا افزایش دما یکنواخت نیست.

طبیعت، گرایش به افزایش آنتروپی S دارد و سیستم با همین گرایش، تغییر می کند. این گونه تغییرات، فرایندهای خود به خودی نامیده می شوند. شاید این جمله را شنیده باشید که جهان در حال انبساط است و گرایش به بی نظمی دارد؛ این نشان می دهد که تمام انرژی های اطراف ما به صورتی از انرژی (که گرما است) تبدیل می شوند که قابل برگشت نیست!

بنابراین نیروی محرک برای فرایند خود به خودی در یک سیستم منزوی (سیستمی که با محیط بیرون خود، مبادله کار و گرما نداشته باشد) افزایش در آنتروپی آن است.

این عبارت، یک بیان پذیرفته شده از قانون دوم ترمودینامیک است؛ البته از صورت رسمی این جملات ناراحت نشوید، در ابتدا گفتیم که درک مفهوم آنتروپی برای اکثر مردم سخت است!

سراب چیست؟

 سراب یک پدیده فیزیکی اپتیکال است که در اثر خطای چشم و انعکاس نور از یک هوای گرم در حال حرکت به سمت بالا در مجاورت شن یا زمین سنگی ایجاد می شود. سراب معمولا به فاصله ۱۰ کیلومتری از شما تشکیل می شود . سراب باعث می شود که شما اجسامی را که ۵/۱ کیلومتر یا بیشتر با آن فاصله دارند در حال حرکت ببینید .
علت ایجاد سراب به این خاطر است که دانسیته هوا در مجاورت زمین گرم کاهش می یابد و لایه نازکی از هوای گرم با دانسیته کم در حال حرکت به سمت بالا تشکیل می شود . این تغییرات شدید دانسیته هوا عاملی می شود که شما تصویر انعکای آسمان را بر روی زمین مشاهده کنید و این چیزی نیست جز سراب.
وجود سراب باعث می شود دید شما نسبت به اجسام یا ضایعات طبیعی در فاصله ۱۰ کیلومتر یا بیشتر به شدت کاهش یابد و عملا شما قادر نباشید اجسام در فاصله دور را تشخیص دهید . همچنین سراب در یک محیط مسطح باعث می شود که شما خود را در یک جزیره ای که با آب محاصره شده ببینید. دیدن اجسام در پشت سراب عملا غیر ممکن است.
سراب باعث می شود که شما قادر به تشخیص نقطه هدف نشوید و نتوانید فواصل را به درستی تخمین بزنید . برای غلبه بر پدیده سراب کافیست به بالای سطحی با ارتفاع ۳ متر یا بیشتر بروید تا بر آن غلبه کنید . با این کار شما در بالای سطح هوای گرم مجاور سطح کویر قرار می گیرید و به این ترتیب انعکاس نور کمتری را خواهید دید و سراب عملا نا پدید می شود .
در هنگام روز دمای هوا در هنگام ظهر به ۵۰ تا ۶۰ درجه سانتی گراد می رسد (در فصل گرما ) . جالب است بدانید دمای زمین کویر (شن یا خاک) ۱۰ تا ۱۵ درجه گرمتر از دمای هوا خواهد بود و دمای محیط سایه ۱۰ تا ۱۵ درجه خنکتر از دمای هوا می باشد. در کویر در صورتی که به سمت خورشید حرکت می کنید فواصلی که در دور دست می بینید فاصله ای ۲ برابر آن چیزی که شما می بیند دارند ولی در صورتی که پشت به خورشید حرکت می کنید فواصل دور دست تقریبا همان فاصله واقعی را دارا می باشند . توجه به این نکته در تخمین فاصله ها در هنگام روز بسیار حائز اهمیت است. علت ایجاد این پدیده همان وجود اختلاف زیاد دانسیته است و شعاع های نوری به حالت منحنی در آمده و شما اجسام را بزرگتر و نزدیکتر می بینید . همچنین ارتفاع این اجسام بالاتر از سطح واقعی آنها خواهد بود (مانند شکل)
به دلیل وجود سراب پیشنهاد می شود زمان حرکت در محیط کویر را در زمان طلوع یا غروب خورشید و یا شبهای مهتابی انتخاب کنید . شدت نور در کویر نسبت به سایر مناطق بمراتب بیشتر است . ماه در کویر بسیار نورانی است . شدت بادها در هنگام شب کاهش می یابد یا به کلی قطع می شود و گرد و غبار نا پدید می گردند . به دلیل رطوبت بسیار جزئی در هنگام شب کویر ، فواصل بسیار دور قابل رویت هستند و نورهای بسیار ضعیف در این فواصل قابل تشخیص می باشند. همچنین صدا تا مسافت بیشتری نفوذ می کند.
به این نکته توجه داشته باشید ، در شبهای که ماه در آسمان نیست , دید بسیار کم است و خطرات گم شدن در صورت نا آشنا بود به منطقه بسیار زیاد است. توصیه می شود در اینگونه شبها حتما از وسایل جهت یاب مانند قطبنما و جی پی اس استفاده کنید.  
 
 
 
 

بازار کار رشته فیزیک

برای دوستانی که در مورد بازار کار رشته فیزیک سوال کرده بودند لازمه بگم که:

آینده شغلی ، بازار کار، درآمد
امروزه اگر کشوری بخواهد پیشرفت کند باید پژوهش کند و چیزهای جدیدی بسازد. اگر بخواهد پژوهش کند باید به آزمایشگاهها برود و اگر بخواهد در آزمایشگاهها کار کند،‌ احتیاج به تیم علمی دارد و در یک تیم علمی نیز همیشه متخصصان شاخه‌های مختلف فیزیک حضور دارند چون هر کاری که بخواهیم انجام بدهیم باید بنیان فیزیکی داشته باشد

«اگر کسی فیزیک را خوب خوانده باشد در سازمانهای مختلف کشور از قبیل صداوسیما، برنامه و بودجه، مخابرات و همچنین در صنایع مختلف مفید واقع شده و موفق می‌گردد. چون دانشجویان فیزیک مطلب مختلفی از قبیل الکتریسیته و مکانیک می‌خوانند و در زمینه‌های مختلف دید وسیعی پیدا می‌کنند.»

داریوش شیرازی فارغ‌التحصیل این رشته نیز می‌گوید: «اگر کسی به امید به دست آوردن یک موقعیت شغلی مناسب، واردرشته فیزیک بشود، باید بداند که در انتها فقط یک مدرک لیسانس به دست خواهد آورد. برای این که رشته‌های علوم پایه و از جمله فیزیک در جامعه ما موقعیت کاری مناسبی ندارند و در نهایت اگر شانس داشته باشند جذب کلاسهای تقویتی و خصوصی می‌شوند.»

البته این در مورد دانشجویانی صدق می‌کند که رشته فیزیک انتخاب چهل یا سی به بعد آنها بوده است و در واقع به امید این که فقط در دانشگاه پذیرفته شوند این رشته را انتخاب کرده‌اند وگرنه دانشجویانی که با علاقه و دقت و تامل بسیار این رشته را انتخاب کرده‌اند حتی به صورت خصوصی نیز در این رشته فعالیت می‌کند. برای مثال یکی از فارغ‌التحصیلان این رشته کارگاهی برای ساخت وسایل اپتیکی دایر کرده است و یا تعدادی از فارغ‌التحصیلان با شرکت ایران خودرو برای بعضی از پروژه‌های این شرکت قرارداد بسته‌اند چون دانشجویان این رشته یاد می‌گیرند با مسائلی که در پیش رویشان قرار می‌گیرد براحتی برخورد کرده و مدل‌ ساده‌ای برای حل مسائل ارائه بدهند.

یا با پدیده سراب آشنا هستید؟

 

شاید فکر کنید پدیده سراب فقط در تابستان و آن هم به دلیل گرمای بالای زمین نسبت به لایه های بالایی آن رخ می دهد اما آیا تاکنون به این موضوع فکر کرده اید که "آیا در زمستان هم سراب رخ می دهد؟"

 

بیایید به این موضوع این گونه نگاه کنیم،خاک زودتر از هوا گرم و سریعتر سرد میشود از این رو در زمستان زمین در روز گرمتر از سطح هوا و لایه های بالای  آن است.لذا لایه نازکی از هوا در بالای سطح گرم جاده ایجاد می شود . از سوی دیگر می دانیم هرچه هوا گرم تر ضریب شکست آن بیشتر و چگالی اش بیشتر می شود.بنابراین هرچه به لایه های بالاتر از زمین می رویم هوا سردتر و ضریب شکست آن هم کمتر می شود از این رو این اختلاف ضریب شکست سبب می شود میان این لایه ها سبب می شود مرزی تولید شود که همانند یک آینه عمل کند (پرتو نوری که از خورشید می تابد با زاویه ای بیشتر از زاویه حد به لایه نزدیک زمین برخورد کند لذا بازتابش کلی رخ دهد) و سبب انعکاس تصویر اجسام دور گردد و احساس شود جسم بر روی سطح شناور است.

غالبا سراب در زمستانها در دماهای زیر صفر رخ می دهد و مشاهده آن در این فصل بسیار مشکل تر است زیرا لایه های هوا اختلاف دمای زیادی باهم ندارند.

در تصویر فوق آسمان آبی و صاف جسم دوردست است که انعکاس آن سبب می شود اتومبیل شناور به نظر برسد.

توجه :تصویر بالا در ماه فوریه در جاده‌ای در ایالت ساسکاچوان کانادا گرفته شده است. دمای هوا 23- درجه سانتی‌گراد است و آن چیز سفیدی که کنار جاده مشاهده می‌کنید، برف است!

گرانش

 

 

مردم، قرنها در مورد گرانش دچار اشتباه بودند. در سال 300 قبل از میلاد مسیح، فیلسوف و دانشمند یونانی، ارسطو، بر اساس یک باور اشتباه فکر می کرد که اجرام سنگین سریعتر از اجرام سبک سقوط می کنند. این باور تا اوایل 1600 میلادی همچنان در بین مردم پابرجا بود تا اینکه دانشمند ایتالیایی، گالیله این باور را اصلاح نمود. گالیله گفت که شتاب همه اجرام به هنگام سقوط با هم برابر است مگر اینکه مقاومت هوا یا نیروهای دیگری بر آن تاثیر بگذارد. شتاب یک جرم، مقدار تغییر در سرعت آن جرم است. بنابراین اگر یک جرم سنگین و یک جرم سبک را همزمان با هم از یک ارتفاع پرتاب کنیم در یک زمان به زمین می رسند.

 

 

قوانین گرانش نیوتونی

ستاره شناسان در گذشته توانستند حرکات ماه و سیارات بر فراز آسمان را اندازه گیری کنند. با این حال تا اوایل سال 1600، هیچیک نتوانستند به درستی این حرکات را توضیح دهند. در آن زمان، ایزاک نیوتون دانشمند انگلیسی، ارتباطی را بین حرکات اجرام سماوی و نیروی جاذبه زمین توصیف نمود.

در سال 1665، زمانیکه نیوتون 23 ساله بود، سقوط یک سیب این سوال را در ذهن او ایجاد کرد که نیروی گرانش زمین تا چه فاصله ای تاثیر گذار است. نیوتون کشف خود را در سال 1687 به نام "ریشه های ریاضی در فلسفه طبیعت " تشریح نمود. نیوتون به کمک قوانین حرکت سیارات که توسط ستاره شناس آلمانی یوهانس کپلر کشف شده بود، نشان داد که چگونه نیروی گرانش خورشید با افزایش فاصله کاهش می یابد. او سپس فرض کرد که گرانش زمین نیز به روشی مشابه در فواصل دور کاهش می یابد. نیوتون می دانست که گرانش زمین، ماه را در مدار خود قرار داده است و مقدار گرانش زمین در آن فاصله را اندازه گیری کرد. او به کمک فرض خود، بزرگی گرانش در سطح زمین را به دست آورد. عدد به دست آمده، بزرگی همان نیرویی بود که سیب را به زمین کشاند.

قانون گرانش نیوتون می گوید که نیروی گرانش بین دو جرم ارتباط مستقیم با جرم آن دو دارد. یعنی هر چه جرم آنها بیشتر باشد، نیروی گرانش بین آن دو بیشتر است. این قانون همچنین می گوید که نیروی گرانش بین دو جرم ارتباط عکس با فاصله بین دو جرم به توان دو دارد. برای مثال اگر فاصله بین دو جرم دو برابر شود، نیروی گرانش بین آنها یک چهارم می شود. فرمول قانون نیوتون به صورت F=m1m2/d2 می باشد که در آن F نیروی گرانش بین دو جرم، m1 و m2 مقدار مواد دو جرم و d2 فاصله بین دو جرم به توان دو است.

تا اوایل 1900، دانشمندان تنها یک حرکت را مشاهده کرده بودند که بر اساس قانون نیوتون قابل توضیح نبود و آن جابجایی کوچکی در مدار عطارد به دور خورشید بود. مدار عطارد، مانند مدار دیگر سیارات بیضی شکل است. خورشید درست وسط این بیضی قرار ندارد. به همین دلیل یک نقطه در این مدار نسبت به دیگر نقاط آن به خورشید نزدیکتر است. اما مکان این نقطه در هر بار گردش سیاره به دور خورشید اندکی تغییر می کند. دانشمندان به این جابجایی، سبقت سیاره می گویند. دانشمندان از قانون نیوتون برای محاسبه این جابجایی استفاده کردند اما نتیجه معادله با آنچه که مشاهده می شود اندکی متفاوت است.

تئوری گرانش انیشتین

در سال 1915، آلبرت انیشتین، فیزیکدان متولد آلمان، تئوری فضا-زمان-گرانش یا تئوری نسبیت عام را معرفی کرد. تئوری انیشتین طرز فکر دانشمندان به گرانش را به کلی دگرگون کرد. البته این تئوری، قانون نیوتون را رد نکرد بلکه آنرا گسترش داد. در بیشتر موارد، نتیجه ای که از تئوری نسبیت حاصل می شد، اندکی با نتیجه به دست آمده از قانون نیوتون متفاوت بود. برای مثال، انیشتین از تئوری خود برای اندازه گیری سبقت مداری سیاره عطارد استفاده کرد و نتیجه به دست آمده درست برابر با مشاهدات بود. این نخستین آزمون برای تائید تئوری نسبیت عام به حساب آمد.
تئوری انیشتین بر اساس دو چیز استوار بود. اول، ماهیتی به نام فضا-زمان و دوم قانونی که به نام اصل هم ارزی شناخته می شود.

فضا-زمان

در ریاضیات پیچیده نسبیت، زمان و فضا از هم جدا نیستند. در عوض، فیزیکدانان به مجموعه ای از زمان و فضای سه بعدی شامل طول، عرض و ارتفاع، فضا-زمان می گویند. انیشتین چنین بیان کرد که ماده و انرژی می توانند با ایجاد انحنا در فضا-زمان، شکل آنرا تغییر دهند و گرانش در واقع تاثیر این انحنا در فضا-زمان می باشد.
اصل هم ارزی می گوید که تاثیرات گرانش و تاثیرات شتاب با هم برابرند. برای درک این اصل، تجسم کنید که شما در سفینه ای هستید که به هیچ جرم آسمانی نزدیک نیست. بنابراین سفینه شما تحت تاثیر هیچ گونه نیروی گرانشی قرار ندارد. فرض کنید که سفینه شما به سمت جلو می رود اما شتاب ندارد. به بیانی دیگر، سفینه شما با سرعتی ثابت و در جهتی ثابت حرکت می کند. اگر شما توپی را بیرون بگیرید و رها کنید، توپ سقوط نخواهد کرد. در عوض، در کنار شما معلق خواهد ماند.

اما فرض کنید که سفینه شما با افزایش سرعت، شتاب بگیرد. در این هنگام توپ ناگهان به سمت پائین سفینه سقوط خواهد کرد دقیقا مانند زمانیکه تحت تاثیر گرانش قرار بگیرد.

پیش بینی های نسبیت عام

از زمانیکه محاسبه سبقت مداری عطارد، تئوری نسبیت را تائید نمود، مشاهدات زیادی برای بررسی پیش بینی های تئوری نسبیت انجام گرفت. برخی از نمونه ها عبارتند از: انحراف پرتوهای نور و امواج رادیویی، وجود امواج گرانش و سیاه چاله ها و گسترش کائنات.

انحراف پرتوهای نور

تئوری انیشتین پیش بینی می کرد که گرانش می تواند مسیر پرتوهای نور را هنگامیکه از نزدیک یک جرم سنگین عبور می کنند دچار انحراف کند. انحراف به این دلیل به وجود می آید که اجرام، فضا-زمان را دچار انحنا می کنند. خورشید به قدری سنگین هست که بتواند پرتوهای نور را منحرف نماید و دانشمندان در سال 1919، در حین یک کسوف کامل توانستند این پیش بینی را تائید کنند.

ایجاد انحراف و کاستن از سرعت امواج رادیویی

این تئوری همچنین پیش بینی کرد که خورشید امواج رادیویی را منحرف کرده و سرعت آنها را کاهش می دهد. دانشمندان با اندازه گیری انحرافی که خورشید در امواج رادیویی ارسال شده توسط کوازارها (اجرام بسیار بسیار قدرتمند که در مرکز برخی کهکشانها قرار دارند) ایجاد می کند این پیش بینی را نیز تائید کردند.
محققین تاخیر امواجی که از کنار خورشید عبور می کردند را با ارسال سیگنالهایی بین زمین و فضاپیمای وایکینگ که در سال 1976 به مریخ رسید، اندازه گیری کردند. آن اندازه گیریها همچنان یکی از پر ارزش ترین تائیدیه های تئوری نسبیت به حساب می آیند.

امواج گرانشی

تئوری نسبیت نشان داد که اجرام سنگینی که به دور یکدیگر در چرخشند، امواجی را به نام امواج گرانشی منتشر می کنند. از سال 1974، دانشمندان حضور این امواج را به طور غیر مستقیم با مشاهده اجرامی به نام تپ اختر دوتایی تائید کرده اند. تپ اختر دوتایی نوعی ستاره نوترونی است که با سرعت بسیار زیاد به دور جرمی مشابه خود اما کوچکتر و غیر قابل مشاهده می چرخد. ستاره نوترونی متشکل از سلولهای نوترون، ذره ای که به طورمعمول تنها در هسته اتمها یافت می شود، می باشد.

یک تپ اختر ، دو موج رادیویی را در دو جهت مخالف هم منتشر می کند. با چرخش ستاره حول محور خود، موجها مانند پرتوهای نور یک نورافکن در فضا پخش می شوند. اگر یکی از این امواج رادیویی به زمین برسد، تلسکوپهای رادیویی این موج را به صورت یک سری پالس دریافت می کنند. با مشاهده دقیقتر تغییرات پالسهای یک تپ اختر دوتایی، دانشمندان می توانند دوره مداری (زمانیکه دو ستاره یک دور کامل در مدار خود می زنند) آن را تخمین بزنند.
مشاهدات تپ اختر دوتایی PSR 1913+16 نشان داد که دوره مداری آن کاهش می یابد و ستاره شناسان این مقدار کاهش را اندازه گیری کردند. دانشمندان همچنین از معادلات نسبیت عام برای محاسبه مقدار کاهش دوره مداری، در صورت انتشار امواج گرانشی، استفاده کردند. مقدار محاسبه شده دقیقا برابر با مقدار اندازه گیری شده بود.

سیاهچاله ها

تئوری انیشتین حضور اجرامی به نام سیاهچاله ها را پیش بینی کرد. سیاهچاله منطقه ای در فضا است که نیروی گرانش آن اجازه گریز به هیچ چیز حتی پرتوهای نور را نمی دهد. محققان مدارک مستدلی در دست دارند که نشان می دهد اغلب ستارگان سنگین در نهایت به سیاهچاله تبدیل می شوند و بیشتر کهکشانها دارای یک سیاهچاله عظیم الجثه در مرکز خود می باشند.

گسترش کائنات

انیشتین در سال 1917، مقاله نسبیت عام را که مطالعه ای بر کل کیهان بود ارائه نمود. بر اساس این تئوری، کائنات یا در حال گسترش است و یا در حال انقباض. در آن سال دانشمندان مدارک قاطعی برای پذیرفتن هیچ یک از آن دو حالت در دست نداشتند. انیشتین برای پیشگیری از بروز مخالفت دیگران با تئوری نسبیت عام، عاملی به نام ثابت کیهانی را به تئوری خود افزود. ثابت کیهانی، دفع هر ذره در فضا توسط ذرات اطرافش، برای پیشگیری از انقباض جهان می باشد.
بالاخره در سال 1929، ستاره شناس آمریکایی ادوین هابل (Edwin Hubble) کشف کرد که کهکشانهای دوردست در حال دور شدن از زمین می باشند و هر چه فاصله کهکشان از زمین بیشتر است سرعت دور شدن آن نیز بیشتر است. کشف هابل نشان داد که دنیا در حال انبساط است. در پی این اکتشاف و تائید آن توسط مشاهدات ستاره شناسان دیگر، انیشتین ثابت کیهانی را از تئوری خود حذف نمود و آن را بزرگترین اشتباه خود توصیف کرد.
کشف گسترش کائنات به همراه مشاهدات دیگر، منجر به شکل گیری تئوری منشا کائنات یعنی تئوری بیگ بنگ یا مهبانگ شد. بر اساس این تئوری، جهان در پس یک انفجار مهیب آغاز شده است. در آغاز، کل جهانی که ما امروز در این ابعاد و اندازه می بینیم، به کوچکی یک تیله بوده است. سپس مواد شروع به گسترش کرده و این گستردگی تا به امروز ادامه یافته است.

انرژی تاریک

گرچه انیشتین ثابت کیهانی را بزرگترین اشتباه خود خواند اما شاید این عامل یکی از بزرگترین دستاوردهای مطالعات او باشد. اندازه گیریهایی که در سال 1998 گزارش شدند نشان می دهند که جهان با سرعت بیشتر و بیشتری رو به گسترش است. به علاوه، سرعت گسترش همانطور که در نسبیت عام با ثابت کیهانی محاسبه شده بود، افزایش یافته است.
تا قبل از انتشار گزارشات، ستاره شناسان همگی فکر می کردند که از سرعت گسترش به دلیل وجود گرانش بین کهکشانها، کاسته شده است. اندازه گیریها نشان دادند که انفجارهای ابر نواختر در کهکشانهای دور دست، کم نور تر از آن هستند که انتظار می رود بنابراین کهکشانها دورتر از آن هستند که ما تصور می کنیم. اما این کهکشانها فقط در صورتی می توانند چنین فاصله دوری از ما داشته باشند که افزایش سرعت گسترش از گذشته آغاز شده باشد.
ستاره شناسان به این نتیجه دست یافته اند که افزایش سرعت گسترش کائنات وابسته به عاملی است که بر خلاف گرانش عمل می کند. این عامل ممکن است ثابت کیهانی و یا چیزی به نام انرژی تاریک باشد. دانشمندان هنوز به یک تئوری برای وجود انرژی تاریک نرسیده اند اما آنها می دانند که چقدر از آن احتمالا در دنیا وجود دارد. مقدار انرژی تاریک کائنات حدودا دو برابر مقدار ماده در آن است.

ماده در جهان شامل دو نوع است: ماده مرئی و ماده اسرار آمیزی به نام ماده تاریک. دانشمندان از ترکیب بندی ماده تاریک بی اطلاعند. اما اندازه گیریهای حرکت ستارگان و ابرهای گاز در کهکشانها دانشمندان را وادار به باور نمودن وجود چنین ماده ای کرده است. این اندازه گیریها نشان داده اند که جرم کهکشانها چندین بار بیشتر از جرم اجرام مرئی در آنها است. همه این مشاهدات بیانگر این هستند که مقدار ماده تاریک در کائنات 30 برابر ماده مرئی در آن است.

گرانش و سن جهان

مشاهدات دیگری که انجام گرفته اند نشان دادند که تئوری نسبیت عام در همه جای کائنات کاربرد دارد. کیهان شناسان عمر جهان را به کمک معادلات نسبیت عام، میزان سرعت گسترش جهان و مقدار تخمینی ماده و انرژی تاریک محاسبه کردند. مقدار محاسبه شده، حدودا 14 بیلیون سال، با نتایج به دست آمده توسط دو روش دیگر محاسبه عمر جهان یعنی محاسبه بر اساس تکامل ستارگان و محاسبه بر اساس نیمه عمر رادیواکتیو ستارگان پیر، همخوانی داشت.

تکامل ستارگان

همراه با رشد و تکامل ستاره، دمای سطحی و نورانیت آن به روش کاملا شناخته شده ای تغییر می کند. ستاره شناسان می توانند با اندازه گیری دمای سطحی و نورانیت یک ستاره، سن آن را تشخیص دهند. با بهره گیری از این روش، پیر ترین ستاره ای که تا کنون ستاره شناسان پیدا کرده اند حدود 13 بیلیون سال عمر دارد.
نیمه عمر رادیو اکتیو بر اساس این واقعیت است که عناصر شیمیایی مشخص، دچار تجزیه رادیواکتیو می شوند. در تجزیه رادیواکتیو، یک ایزوتوپ از یک عنصر به ایزوتوپ عنصری دیگر تبدیل می شود. ایزوتوپ های رادیواکتیو با سرعت مشخص و شناخته شده ای تجزیه می شوند.

در سال 2001، دانشمندانی که در شیلی، با تلسکوپ بزرگ رصدخانه اروپای جنوبی کار می کردند، با تکنیک نیمه عمر رادیواکتیو، ستاره ای پیر در کهکشان راه شیری را مورد مطالعه قرار دادند. محققان اورانیوم 238 که شامل 92 پروتون و 146 نوترون است را بررسی کردند. دانشمندان می دانستند که آن ستاره در زمان شکل گیری شامل چه مقدار اورانیوم بوده است. آنها مقدار اورانیوم فعلی آن را اندازه گیری کردند. آنان با استفاده از اطلاعات به دست آمده و محاسبات، عمر این ستاره را به دست آوردند. به احتمال خیلی زیاد آن ستاره 5/12 بیلیون سال عمر دارد، بنابراین عمر جهان احتمالا از آن بیشتر است. محاسبه عمر چندین ستاره پیر دیگر نیز تقریبا به همین نتیجه ختم شد.