فیزیکدانان دانشگاه استکهلم با استفاده از پرتوهای ایکس برای مطالعه H2O با جزئیاتی بی سابقه به شواهدی دست پیدا کرده اند که آب مایعی که ما می شناسیم و عاشقش هستیم، دارای دو فاز است؛ در حقیقت، بین چگالی کم و زیاد نوسان می کند. لارس پترسون، بیان کرد: نتایج جدید قویاً از این ایده پشتیبانی می کند که آب در دمای اتاق نمی تواند تصمیم بگیرد که باید در کدام یک از دو حالت “چگالی کم و چگالی زیاد” باشد. لذا میان این دو حالت نوسان می کند.

بیشتر ما در دوره دبیرستان یاد گرفته‌ایم که آب در سه حالت مختلف وجود دارد: آب مایع، یخ جامد و بخار آب. اما به این سادگی ها نیست. آب میتواند در حالت پلاسما مانند عجیبی باشد. حتی آن سه حالت استاندارد تعیین شده برای آب بسیار پیچیده تر از آن چیزی است که تصور می کنید. برای مثال، به استثنای جیوه، آب بالاترین تنش سطحی را در بین تمامی مایعات دارد. برخلاف هر ماده شناخته شده ای، آب در زمان انجماد منبسط می شود. علاوه بر این، اگرچه نقطه جوش سایر هیدریدها از قبیل هیدروژن تلورید و هیدروژن سولفید با کاهش اندازه مولکول شان رو به کاهش می گذارد، اما آب دارای نقطه جوش بسیار بالایی برای چنین وزن مولکولی کم می باشد.

دانشمندان موفق به شناسایی هفتاد ویژگی برای آب شده اند که با تمام ویژگی های سایر مواد مایع فرق دارد. یکی از نکات عجیبی که از مدت ها پیش مورد بحث بوده، این است که آیا آب بیش از یک فاز مایع دارد یا خیر. محققان به این موضوع واقف هستند که یخ نمی تواند در حالتی متفاوت با چگالی زیاد و چگالی کم وجود داشته باشد. منظور ما از یخ آن چیزی نیست که شما از جعبه های مکعبی حاوی یخ در یخچال خانه تان بر می دارید؛ این یخ با عنوان یخ بلوری شناخته می شود که نظم بسیار بالایی دارد و تک تک مولکول های آن در الگویی تکرار شونده قرار گرفته اند.

اما آب در حالت دیگری به نام یخ غیر بلوری هم وجود دارد که مولکول های آن فاقد نظم اند. اگرچه اکثر ما آشنایی کافی با این ماده نداریم، اما احتمالا یخ غیر بلوری متداول ترین نوع آب جامد یافت شده در سرتاسر جهان است و میتواند بین دو حالت چگالی زیاد و چگالی کم نوسان کند. به همین منظور، گمان محققان بر این است که شاید آب مایع از چنین قابلیتی برخوردار باشد. اما تاکنون هیچکس قادر به مطالعه تغییرات مولکولی آن با جزئیات کافی نشده تا بطور کامل سر از اتفاقات در بیاورد. در تحقیقات جدید از دو نوع تصویر برداری پرتو ایکس برای بررسی حرکت و فاصله میان مولکول های H2O در زمان تبدیل شدن از حالت مایع منجمد غیر بلوری به یک مایع گران رو استفاده شد. ما حصل این کار، دستیابی به شواهدی از وجود دو فاز مایع مختلف بود.

یکی از محققان به نام آندرس نیلسون خاطر نشان کرد: ویژگی قابل توجه جدید این است که آب میتواند در دماهای پایین بصورت دو مایع مختلف وجود داشته باشد که در آن سرعت بلوری شدن یخ پایین است. قبل از این که تغییراتی در کتب درسی به وجود بیاوریم، سایر تیم های پژوهشی مستقل باید به مطالعات خود جهت تصدیق این نتایج ادامه بدهند. اما این اولین بار نیست که دانشمندان در خصوص حالت دوم مایع سخن به میان آورده اند.

سال گذشته، تیمی از دانشگاه آکسفورد نشان داد که آب مایع نمی تواند در بین ۴۰ تا ۶۰ درجه سلسیوس تغییر حالت بدهد و بسته به حالاتی که در آن نوسان می کند، مجموعه ای کاملا جدید از ویژگی ها را بروز میدهد. نکته مهمتر اینکه، تحقیقات جدید قطعه دیگری به این پازل اضافه می کند تا رفته رفته از ویژگی های خارق العاده و عجیب این ماده فراوان پرده برداشته شود. هیچ کس از آب سر در نمی آورد. پذیرش این ادعا واقعا خجالت آور است، ولی ماده ای که دو سوم سیاره ما را تحت پوشش قرار داده هنوز بصورت یک راز باقی مانده است. هر قدر بیشتر به بررسی این ماده می پردازیم، نکات و مسائل بیشتری نمایان می شود. بررسی های جدید از ساختار مولکولی آب مایع نشان از نکات بیشتری دارد. جزئیات بیشتر این پژوهش در مجله

ترجمه: منصور نقی لو - بیگ بنگ

دانلود جزوه

همه میدونیم که 2 واحد بالا برای سرعت و شتابند.

در سرعتش هیچ سوالی نیست ولی در شتاب:

چرا سرعت به مجذور ثانیه تقسیم میشه؟

( لطفا فرمولی توضیح ندید)

منظورم این است که برای مثال اگر یک پالس بسیار کوچک در حد چند هزارم ولت یا حتی کمتر از طریق یک سیم نانوی رسانا به یک نیم رسانا ارسال شود می تواند موجب تحریک و برانگیختگی آن را تا حدی ایجاد کند که با جهش الکترون و سپس بازگشت آن به اتم باعث تولید فوتون و گسیل آن به بیرون از محیط نیم رسانا شود؟

ماهيت ذر‌ه‌اي

اسحاق نيوتن (Isaac Newton) در كتاب خود در رساله‌اي درباره نور نوشت پرتوهاي نور ذرات كوچكي هستند كه از يك جسم نوراني نشر مي‌شوند. احتمالاً اسحاق نيوتن نور را به اين دليل بصورت ذره در نظر گرفت كه در محيطهاي همگن به نظر مي‌رسد در امتداد خط مستقيم منتشر مي‌شوند كه اين امر را قانون مي‌نامند و يكي از مثالهاي خوب براي توضيح آن بوجود آمدن سايه است.

ماهيت موجي

همزمان با نيوتن، كريسيتان هويگنس (Christiaan Huygens) (1695-1629) طرفدار توضيح ديگري بود كه در آن حركت نور به صورت موجي است و از چشمه‌هاي نوري به تمام جهات پخش مي‌شود به خاطر داشته باشيد كه هويگنس با بكار بردن امواج اصلي و موجكهاي ثانوي قوانين بازتاب و شكست را تشريح كرد. حقايق ديگري كه با تصور موجي بودن نور توجيه مي‌شوند پديده‌هاي تداخلي هستند مانند به وجود آمدن فريزهاي روشن و تاريك در اثر بازتاب نور از لايه‌هاي نازك و يا پراش نور در اطراف مانع.

ماهيت الكترومغناطيس

بيشتر به خاطر نبوغ جيمز كلارك ماكسول (James Clerk Maxwell) (1879-1831) است كه ما امروزه مي‌دانيم نور نوعي انرژي الكترومغناطيسي است كه معمولاً به عنوان امواج الكترومغناطيسي توصيف مي‌شود. گسترده كامل امواج الكترومغناطيسي شامل: موج راديويي ، تابش فرو سرخ ، نور مرئي از قرمز تا بنفش ، تابش فرابنفش ، اشعه ايكس و اشعه گاما مي‌باشد.

ماهيت كوانتومي نور

طبق نظريه مكانيك كوانتومي نور، كه در دو دهه اول قرن بيستم بوسيله پلانك و آلبرت انيشتين و بور براي اولين بار پيشنهاد شد، انرژي الكترومغناطيسي كوانتيده است، يعني جذب يا نشر انرژي ميدان الكترومغناطيسي به مقادير گسسته‌اي به نام "فوتون" انجام مي‌گيرد.

نظريه مكملي

نظريه جديد نور شامل اصولي از تعاريف نيوتون و هويگنس است. بنابراين گفته مي‌شود كه نور خاصيت دو گانه‌اي دارد، برخي از پديده‌ها مثل تداخل و پراش خاصيت موجي آنرا نشان مي‌دهد و برخي ديگر مانند پديده فوتوالكتريك ، پديده كامپتون و ... با خاصيت ذره‌اي نور قابل توضيح هستند.

تعريف واقعي نور چيست؟

تعريف دقيقي براي نور نداريم، جسم شناخته شده يا مدل مشخص كه شبيه آن باشد وجود ندارد. ولي لازم نيست فهم هر چيز بر شباهت مبتني باشد. نظريه الكترومغناطيسي و نظريه كوانتومي باهم ايجاد يك نظريه نامتناقض و بدون ابهام مي‌كنند كه تمام پديده‌هاي نوري را مي‌كنند. نظريه ماكسول درباره انتشار نور و بحث مي‌كند در حالي كه نظريه كوانتومي برهمكنش نور و ماده يا جذب و نشر آن را شرح مي‌دهد ازآميختن اين دو نظريه ، نظريه جامعي كه كوانتوم الكتروديناميك نام دارد، شكل مي‌گيرد. چون نظريه‌هاي الكترومغناطيسي و كوانتومي علاوه بر پديده‌هاي مربوط به تابش بسياري از پديده‌هاي ديگر را نيز تشريح مي‌كنند منصفانه مي‌توان فرض كرد كه مشاهدات تجربي امروز را لااقل در قالب رياضي جوابگو است. طبيعت نور كاملا شناخته شده است، اما باز هم اين پرسش هست كه واقعيت نور چيست؟

گسترده طول موجي نور

نور گستره طول موجي وسيعي دارد چون با نور مرئي كار مي‌كنيم اغلب تصاوير و محاسبات در اين ناحيه از گستره الكترومغناطيسي انجام مي‌گيرد اما روشهاي مورد بحث مي‌تواند در تمام ناحيه الكترومغناطيسي مورد استفاده قرار گيرند. ناحيه نور مرئي بر حسب طول موج از حدود 400 نانومتر (آبي) تا 700 نانومتر (قرمز) گسترده است كه در وسط آن طول موج 555 نانومتر (نور زرد) كه چشم انسان بيشترين حساسيت را نسبت به آن دارد يك ناحيه پيوسته كه ناحيه مرئي را در بر مي‌گيرد و تا فرو سرخ دور گسترش مي‌يابد.

خواص نور و نحوه توليد

سرعت نور در محيطهاي مختلف متفاوت است كه بيشترين آن در خلاء و يا بطور تقريبي در هوا است، در داخل ماده به پارامترهاي متفاوتي بر حسب حالت و خواص الكترومغناطيسي ماده وابسته است. بوسيله كاواك جسم سياه مي‌توان تمام ناحيه طول موجي نور را توليد نمود. در طبيعت در طول موجهاي مختلف مشاهده شده اما مشهورترين آن نور سفيد است كه يك نور مركبي از ساير طول موجها مي‌باشد. تك طول موجها آنرا بوسيله لامپهاي تخليه الكتريكي كه معرف طيفهاي اتمي موادي هستند كه داخلشان تعبيه شده مي‌توان توليد كرد.

منبع: رشد

از دیر باز دست کم از زمان یونانیان، همواره دو مسئله مورد توجه بود: تمایل اجسام به سقوط به طرف زمین هنگام رها شدن. حرکات سیارات ، از جمله خورشید و ماه که در آن زمان سیاره محسوب می‌شدند. در گذشته این دو موضوع را جدا از هم می‌دانستند. یکی از دستاوردهای بزرگ جناب آقای آیزاک نیوتن این بود که نتیجه گرفت: این دو موضوع در واقع امر واحدی هستند و از قوانین یکسانی پیروی می‌کنند.

G یک ثابت جهانی است و مقدار آن برای تمام زوج ذرات یکسان است.
این قانون گرانش جهانی آیزاک نیوتن است. برای اینکه این قانون را خوب درک کنیم بعضی خصوصیات آن را یادآور می‌شویم:

نیروهای گرانش میان دو ذره ، زوج نیروهای کنش – واکنش (عمل و عکس العمل) هستند.
ذره اول نیرویی به ذره دوم وارد می‌کند که جهت آن به طرف ذره اول (جاذبه) و در امتداد خطی است که دو ذره را به هم وصل می‌کند. به همین ترتیب ذره دوم نیز نیرویی به ذره اول وارد می‌کند که جهت آن به طرف ذره دوم (جاذبه) و در امتداد خط واصل دو ذره است. بزرگی این نیروها مساوی ولی جهت آنها خلاف یکدیگر است.

ثابت جهانی G را نباید با g که شتاب ناشی از جاذبه گرانشی زمین روی یک جسم است اشتباه کرد. ثابت G دارای بعد L^3/MT^2 و یک کمیت اسكالر است (عددثابتی است)، در حالی که g با بعد LT^-2 یک کمیت برداری است ، که نه جهانی است و نه ثابت (در نقاط مختلف زمین بسته به فاصله تا مرکز زمین تغییر می‌کند).

با انجام آزمایشات دقیق می‌توان مقدار G را بدست آورد. این کار را برای اولین بار لرد کاوندیش در سال ۱۷۹۸ انجام داد. در حال حاضر مقدار پذیرفته شده برای G برابر است با:

قانون نیروی جاذبه‌ی نیوتن، بیش از دویست سال حاکم بر علم نجوم بود. دانشمندان با استفاده از این قانون، فرض می‌کردند که دیگر مشکل نیروی جاذبه حل شده است. آن‌ها برای توضیح هرچیزی از این فرمول استفاده می‌کردند. اما نیوتون خودش تردید داشت از این‌که دریافت او از جهان کامل باشد. او احساس می‌کرد که درک ناقصی را از جهان اطرافش دارد و چنین می‌گفت:

و این آلبرت اینشتین بود که پیش از همه دریافت چیزی بیش از آن‌چه نیوتن پنداشته بود، در نیروی جاذبه وجود دارد. او پس از نوشته رساله‌ی خود در سال ۱۹۰۵، همه‌ی توجه و تمرکزش را برای توسعه و تکامل نظریه‌ی نسبیت خاص، به نظریه‌ی نسبیت عام به کار گرفت. در این کوشش، او با تغییر اساسی و متفاوتی که بر اساس یک درک و بینش کاملا متفاوت قرار داشت، چگونگی عمل نیروی جاذبه بین سیارات، قمرها و … بیان کرد.





اين مطلب به روش خلاصه‌برداري و از وبسايت علمي بيگ بنگ گرفته شده است و همچنان ادامه خواهد داشت.

این یه سؤال علمی و دشوار اما لذیذ و خوشمزه است

لطفا فقط از دیدگاه علمی بهش پاسخ بدید. فکر میکنم دوستانی که با مبحث امواج در علم فیزیک آشنایی دارن بتونن کمک کنن.

سؤال: چرا گوشتی که روی زغال کباب میشه از گوشتی که روی آتش کباب میشه لذیذتر و خوشمزه تره؟

با استفاده از قوانین مبحث امواج در علم فیزیک پاسخ بدید

نویسنده: حمید وثیق زاده

کاربرد تناوبی

ساعت شمعی به راحتی می‌تواند با وارد کردن یک میخ سنگین درون آن در فواصل مورد نظر، به یک زمان سنج تبدیل شود. بنابراین، هنگامی که شمع تا آن نقطه بسوزد، میخ بر روی صفحه‌ی فلزی زیر شمع افتاده و صدا ایجاد می‌کند و این علامت پایان فاصله‌ی زمانی است.

ساعت شمعی یک اختراع باستانی است که یکی از ابتدایی ترین تلاشهای بشر برای اندازه گیری زمان بوده است. در این مقاله، برخی از حقایق مهم در مورد ساعت شمعی را به بحث می‌گذاریم.

آیا می‌توانید تصور کنید در دنیایی زندگی کنید که هیچ گونه زمان سنج، ساعت و یا وسیله‌ی دیگری که زمان دقیق روز را به شما بگوید، وجود نداشته باشد؟ در واقع، شاید خیلی هم بد نباشد! در این صورت می‌توانید دیر از خواب بیدار شده و هر زمان که دوست داشتید به مدرسه یا محل کار خود بروید! معرکه نیست؟ اما پس از آن، این را مد نظر قرار دهید که ـ بدون داشتن وسیله‌ای برای نشان دادن زمان سپری شده، معلم و یا کارفرمای شما نیز می‌توانند تا زمانی که تمایل دارند سر کار یا مطالعه نگه تان دارند! اکنون دیگر آنقدرها هم معرکه نیست، نه؟

نمی‌توان منکر آن شد که یک رابطه‌ی عشق و نفرت نسبت به ساعتهای مختلف اطرافمان وجود دارد. با این حال، اهمیت آنها در زندگی ما نمی‌تواند خدشه‌دار شود. از زمان‌های قدیم، مردم در سراسر دنیا، در حال توسعه‌ی انواع ابزارهای بررسی گذشت زمان بوده‌اند. یکی از این ابزارهای جالب، ساعت شمعی بوده که جهت نشان دادن زمان، مدتها پیش از اختراع ساعت مکانیکی از آن استفاده می‌شد. ساعت شمعی چیست و چگونه کار می‌‌کند؟ اجازه دهید پاسخ آن را بیابیم.

چگونه یک ساعت شمعی کار می‌کند

تصویر زیر نحوه‌ی کار یک ساعت شمعی معمولی را نشان می‌دهد.

همان گونه که دیده می‌شود، یک ساعت شمعی از شمع به عنوان رکن اصلی خود برای نمایش گذشت زمان استفاده می‌کند. و از نوعی موم مخصوص که سرعت سوختن آن مشخص است، ساخته می‌شود. از اینرو بلندی و عرض شمع ثابت و معین می‌باشد، به طوری که بتواند به طور صحیح گذشت مدت زمان مورد نیاز را نشان دهد.

این شمع دارای نشانه‌هایی با فواصل مساوی بوده که معمولاً با اعدادی همراه است که فواصل مختلف زمانی را نشان می‌دهد. بنابراین، هنگامی که شمع تا نشان بخصوصی می‌سوخت، اعداد همراه آن نشان دهنده‌ی مدت زمان سپری شده از زمانی بوده که برای نخستین بار روشن شده بود.

محل نشانه گذاری‌ها و مقادیر فواصل متناظر با استفاده از اطلاعاتی که از سرعت سوختن شمع بدست آمده با دقت تعیین و قرار داده می‌شوند. برای مثال، اگر یک شمع در مدت 15 دقیقه به اندازه‌ی 1 اینچ (54ر2 سانتی متر) بسوزد، آنگاه علامت‌گذاری می‌تواند به فواصل 1 اینچ تا انتهای بالای شمع آغاز گردد. بنابراین، هنگامی که شمع به اندازه‌ی 1 اینچ بسوزد، مصرف کننده متوجه می‌شود که 15 دقیقه سپری شده است، و زمانی که به اندازه‌ی 2 اینچ (08ر5 سانتی متر) بسوزد او متوجه می‌شود که 30 دقیقه گذشته است و به همین ترتیب....

در تصویر بالا، هر فاصله نشان دهنده‌ی مدت زمان 10 دقیقه می‌باشد. بنابراین، پس از روشن کردن شمع، زمانی که شمع تا دومین علامت می‌سوزد، نشان‌دهنده‌ی سپری شدن مدت زمان20 =(10× 2) دقیقه می‌باشد. به طور مشابه، زمانی که تا علامت سوم می‌سوزد، 30 دقیقه سپری شده است.

تاریخچه‌ی ساعت شمعی

هیچ کس نمی‌تواند به طور قطع بگوید که ساعت شمعی در چه زمانی اختراع شد و چه کسی آن را اختراع کرد. اولین مرجع شناخته شده در شعری از شاعر و متفکر چینی، یو جیانگ You Jiangu (520 عصر حاضر) یافت می‌شود. دستگاه این شاعر متشکل از شش شمع بود که همگی به بلندی 12 اینچ (48ر30 سانتی متر) بوده و به 12 قسمت یک اینچی تقسیم شده بودند. این شمع‌ها همچنین دارای ابعاد یکسانی بوده و نوع مومی که همگی از آن تهیه شده بودند نیز یکسان بود. هر شمع به طور کامل در مدت چهار ساعت می‌سوخت و بنابراین هر علامت نشان دهنده‌ی 20 دقیقه بود. شمع‌ها در داخل یک جعبه‌ی چوبی جهت ممانعت از خاموش شدنشان محصور شده بودند. در اطراف این جعبه‌ها صفحات شاخی شکل شفافی قرار داشت که به فرد اجازه می‌داد شمع‌های درون جعبه را مشاهده نماید. یو جیانگ از این شمع‌ها جهت آگاهی یافتن از زمان در طول شب استفاده می‌کرد.

در اروپا نیز، دستگاه‌های مشابه برای اندازه گیری زمان در کلیساهای قرون وسطی استفاده می‌شد و حتی قبل از آن توسط شاه آلفرد کبیر انگلستان مورد استفاده قرار می‌گرفت. او با شمارش تعداد شمعها با اندازه‌های مشخص شده که به طور کامل سوخته بودند، قادر به سنجش زمان بود. بعدها، او حتی از یک شمع مدرج برای اندازه گیری زمان استفاده کرد.

استفاده‌ی جالب توجه از ساعت شمعی توسط الجزاری Al-Jazari (1206 بعد از میلاد مسیح) ایجاد شد. ساعتهای شمعی او به عنوان پیچیده‌ترین طرحی که تا آن زمان ساخته شده بود، در نظر گرفته می‌شود. این ساعتها دارای صفحه‌ای مدرج بود که زمان دقیق را نشان می‌داد و برای نخستین بار از یک اتصال میخی و قطعه‌ای برای چفت و بست استفاده کرد که هنوز هم در زمان حاضر استفاده می‌شود.

در این ساعت‌ها از یک وزنه، قرقره، و ترکیب وزنه تعادل استفاده می‌شد تا یک سری ماشینهای خودکار نشان دهنده‌ی زمان را به حرکت در آورند. همانطور که شمع می‌سوخت، وزن آن کمتر شده و باعث می‌شد که وزنه‌های شمارشگر به حرکت در آیند و نتیجتاً مکانیزم پیچیده‌ای را به کار می‌انداختند که زمان را نشان می‌داد.

مزایای استفاده از ساعت شمعی

1. ساعتهای شمعی در زمانی که ساعتهای مکانیکی هنوز اختراع نشده بودند، استفاده می‌شدند. آنها برای مردم آن زمان، وسیله‌های سنجش مدت زمان سپری شده را فراهم می‌ساختند.

2. از آنجا که میزان و سرعت سوختن موم در شمع تقریباً ثابت است، این ساعتها قادر بودند که تقریباً به درستی گذشت زمان را نشان دهند.

3. در دوران باستان، افراد به موقعیت خورشید متکی بودند تا به زمان سپری شده از روز پی ببرند و همینطور به ماه برای نشان دادن زمان در شب اتکا داشتند. با این حال، هر دو این روشها به هنگامی که آسمان ابری بود با شکست مواجه می‌شدند. در چنین شرایطی، ثابت گردید که ساعت شمعی می‌تواند یک ابزار سودمند جهت سنجش دقیق زمان باشد.

محدودیت‌های ساعت شمعی

1. ساعت شمعی تنها می‌تواند فواصل زمانی سپری شده را نشان دهد و در نتیجه، نمی‌تواند جهت نشان دادن زمان دقیقی از روز بکار رود.

2. چنانچه شمع پیش از رسیدن به یک علامت، خاموش گردد، آنگاه پی بردن به اینکه دقیقاً چه مدت زمانی سپری شده است حتی اگر مجدداً روشن شود، کار دشواری است.

3. نواقصی که در ساختمان آن وجود دارد، خطاهایی را در سنجش زمان نشان می‌دهد. همچنین، ذوب متغیر و غیر یکدست موم می‌تواند به اشتباه نشان دادن زمان منجر شود.

اختراع ساعت شمعی، برای گذشتگان راهی تقریباً دقیق برای اندازه گیری زمان فراهم ساخت. این روش مدت زمان طولانی مورد استفاده قرار می‌گرفت و با وجود اینکه امروزه به خاطر وجود ساعتهای مکانیکی و دیجیتالی کنار گذاشته شده است، لیکن همواره جایگاه خود را از نظر اهمیت تاریخی به عنوان یکی از نخستین دستگاه‌های زمان سنج حفظ خواهد کرد.

این حشره به علت داشتن پرزهای سفید رنگ، بلند "انیشتین" نام گذاری شده است.

 

• ورود
• یا
• ثبت نام

هندسه لباچوفسکی و هندسه ریمانی این اصل موضوعه پنجم را مورد تردید قرار دادند. در هندسه ریمانی ممکن است خط صافی که موازی خط مفروض باشد از نقطه مورد نظر عبور نکند و در هندسه لباچوفسکی ممکن است بیش از یک خط از آن عبور مند. با اندکی تسامح می توان گفت این دو هندسه منحنی وار هستند. بدین معنا که کوتاه ترین فاصله بین دو نقطه یک منحنی است.

هندسه اقلیدسی فضایی را مفروض می گیرد که هیچ گونه خمیدگی و انحنا ندارد. اما نظام هندسی لباچوفسکی و ریمانی این خمیدگی را مفروض می گیرند. (مانند سطح یک کره) همچنین در هندسه های نااقلیدسی جمع زوایای مثلث برابر با ۱۸۰ درجه نیست. ظهور این هندسه های عجیب و غریب برای ریاضیدانان جالب توجه بود اما اهمیت آنها وقتی روشن شد که نسبیت عام اینشتین توسط بیشتر فیزیکدانان به عنوان جایگزین برای نظریه نیوتن از مکان ، زمان و گرانش پذیرفته شد. چون صورت بندی نسبیت عام مبتنی برهندسه زمان و مکان به جای آن مکان به جای آن که صاف باشد منحنی است.

نظریه نسبیت خاص تمایز آشکاری میان ریاضیات محض و ریاضیات کاربردی است. هندسه محض مطالعه سیستم های ریاضی مختلف است که بوسیله نظام های اصول موضوعه متفاوتی توصیف شده اند. برخی از آنها چند بعدی و یا حتی n بعدی هستند. اما هندسه محض انتزاعی است و هیچ ربطی به جهان مادی ندارد ، یعنی فقط به روابط مفاهیم ریاضی با همدیگر ، بدون ارجاع به تجربه می پردازد. هندسه کاربردی ، کاربرد ریاضیات در واقعیت است. هندسه کاربردی به واسطه تجربه فراگرفته می شود و مفاهیم انتزاعی بر حسب عناصری تفسیر می شوند که بازتاب جهان تجربه اند. نظریه نسبیت ، تفسیری منسجم از مفهوم حرکت ، زمان و مکان به ما می دهد. اینشتین برای تبیین حرکت نور از هندسه نااقلیدسی استفاده کرد. بدین منظور هندسه ریمانی را برگزید.

هندسه اقلیدسی برای دستگاهی مشتمل بر خط های راست در یک صفحه طرح ریزی شده است اما در عالم واقع یک چنین خط های راستی وجود ندارد. اینشتین معتقد بود امور واقع هندسه ریمانی را اقتضا کرده اند. نور بر اثر میدان های گرانشی خمیده شده و به صورت منحنی درمی آید یعنی سیر نور مستقیم نیست بلکه به صورت منحنی ها و دوایر عظیمی است که سطح کرات آنها را پدید آورده اند. نور به سبب میدانهای گرانشی که بر اثر اجرام آسمانی پدید می آید خط سیر منحنی دارد. براساس نسبیت عام نور در راستای کوتاه ترین خطوط بین نقاط حرکت می کند اما گاهی این خطوط منحنی هستند چون حضور ماده موجب انحنا در مکان ـ زمان می شود.

در نظریه نسبیت عام گرانش یک نیرو نیست بلکه نامی است که ما بر اثر انحنا در مکان ـ زمان بر حرکت اشیا اطلاق می کنیم. آزمونهای عملی ثابت کردند که شالوده عالم نااقلیدسی است و شاید نظریه نسبیت عام بهترین راهنمایی باشد که ما با آن می توانیم اشیا را مشاهده کنیم. اما مدافعین هندسه اقلیدسی معتقد بودند که به وسیله آزمایش نمی توان تصمیم گرفت که ساختار هندسی جهان اقلیدسی است یا نااقلیدسی. چون می توان نیروهایی به سیستم مبتنی بر هندسه اقلیدسی اضافه کرد بطوریکه شبیه اثرات ساختار نااقلیدسی باشد. نیروهایی که اندازه گیری های ما از طول و زمان را چنان تغییر دهند که پدیده هایی سازگار با مکان ـ زمان خمیده بوجود آید. این نظریه به «قراردادگرایی» مشهور است که نخستین بار از طرف ریاضیدان و فیزیکدان فرانسوی «هنری پوانکاره» ابراز شد. اما نظریه هایی که بدین طریق بدست می آوریم ممکن است کاملا ً جعلی و موقتی باشند. اما آیا دلایل کافی برای رد آنها وجود دارد ؟

منبع: وبلاگ علم فیزیک

دانلود پاورپوینت خلاصه مباحث نورهندسی

اینه ها و عدسی ها

مقدمه :

اصطلاح دسیبل برای مقایسه نسبت بین دو مقدار در علوم فیزیک ، الکترونیک و ... بخصوص رشته های مختلف مهندسی بکار برده می شود. در اغلب موارد مقادیری که با یکدیگر مقایسه می شوند از جنس توان ، فشار، ولتاژ و ... هستند. از مواردی که دسیبل در آن کاربرد بسیار دارد می توان به فیزیک صوت اشاره کرد.

در فیزیک صوت برای محاسبه میزان و سطح قدرت منابع صوتی از این معیار استفاده می شود. دسیبل که آنرا با علامت dB نشان می دهند، عبارت است از لگاریتم مبنای ده نسبت دو توانی که قرار است با یکدیگر مقایسه شوند.

برای ساختن وسیله‌ای برای اندازه گیری دما ، هر نوع انتخاب ماده و خاصیت دماسنجی ، همراه با رابطه مفروض بین خاصیت و دما، منجر به یک مقیاس دمایی خاص می‌شود که اندازه گیری‌های آن الزاما با اندازه گیری‌های حاصل از هر مقیاس دمایی دیگری که به صورت مستقل تعریف شده است، توافق نخواهد داشت. برای جلوگیری از این آشفتگی یک مقیاس جهانی برای درجه بندی ارائه می‌شود. در این مقیاس برای درجه بندی دماسنجی ، یک نقطه ثابت استانداردی نیاز است که در آن تمام دماسنجها دمای یکسانی را برای آن نقطه نشان دهند. به این ترتیب یک هماهنگی میان ابزارهای اندازه گیری دما حاصل می‌شود. این نقطه ثابت همان نقطه سه گانه آب است.

روشهای اندازه گیری دما

برای سنجش دما دو روش وجود دارد. در روش اول دو دمای از پیش تعین شده در نظر می‌گیریم و دمای مجهول را با احتساب مقادیر دماهای معلوم بدست می‌آوریم. به عنوان مثال دمای نقطه ذوب یخ را صفر درجه و دمای نقطه جوش متعارف آب را 100درجه سانتیگراد انتخاب می‌کنند و فاصله بین این دو نقطه را روی دماسنج به صد قسمت مساوی تقسیم کرده و هر کدام را یک درجه سانتی‌گراد می‌نامند. این نوع مدرج کردن دماسنجها را روش صد تقسیمی می‌گویند که اصول دماسنجی معمولی را تشکیل می‌دهد.

روش دوم که از سال 1954به بعد معمول شد و امروزه نیز از آن استفاده می‌شود، روش جدیدی است. در این روش پیشنهاد می‌شود که انتخاب فقط یک دمای از پیش تعریف شده تحت عنوان دمای استاندارد کافی است. این دمای منحصر به فرد که در همه جا قابل دسترسی است و البته مستقل از شرایط اقلیمی می‌باشد، دمای نقطه سه گانه آب است.

تعیین دمای نقطه سه گانه آب

اولین بار وسیله‌ای که برای تعیین نقطه سه گانه آب بکار رفت، ظرف شیشه‌ای u شکلی بود که در این ظرف ابتدا آبی با درجه خلوص بالا قرار داده می‌شود. سپس برای این که بخار به میزان معین در داخل ظرف تشکیل شود، آن را به یک پمپ تخلیه متصل می‌کنند. البته در غیاب پمپ نیز همیشه از طریق تبخیر سطحی ، مقداری بخار در بالای آب وجود دارد. منتها بخار غیر اشباع بوده و دارای فشار مورد نظر نمی‌باشد. وقتی هوای داخل لوله تخلیه شود، عمل تبخیر تسریع می‌شود و در مدت اندکی به میزان زیاد بخار در ظرف بوجود می‌آید.

این عمل تا زمانی ادامه پیدا می‌کند که فشار بخار موجود در بالای آب به 612 پاسکال برسد. پس از وصول این حالت عمل تخلیه قطع می‌شود. برای این که حالت سوم یعنی یخ در ظرف بسته فوق حاصل شود، قطعات یخی در شکم ظرف تعبیه می‌کنند. پس اگر به سیستم فرصت بدهیم، بتدریج لایه نازکی از یخ در جدار داخل آن تشکیل می‌شود. پس از آن که به میزان قابل ملاحظه‌ا‌‌ی ، یخ در داخل ظرف تشکیل شد، قطعه یخ‌های بیرونی را کنار می‌گذاریم. تا زمانی که در داخل این ظرف یخ ، آب و بخار آب وجود دارد و اندازه هیچ کدام فزونی نمی‌یابد، دمای داخل ظرف طبق تعریف دمای نقطه سه گانه است.

همه ما اغلب با اجسام مغناطيسي آشنايي داريم. قطعه هاي كوچك مغناطيسي به تنهايي خود يك وسيله بازي جالب هستند . مغناطيس هاي كه امروزه نسبت به مغناطيس هاي گذشته پيشرفت به سزايي را داشته اند. در مغازه هاي اسباب بازي و يا قطعات راديو مي توانيد حلقه هاي قابل انعطاف پلاستيكي را تهيه و به راحتي با قيچي آن را برش دهيد. همچنين مي توانيد مغناطيسي هاي سراميكي خشك كه ارزان تر و قوي تر از آلينكو مغناطيس ها هستند را تهيه كنيد كه حتي از مغناطيس هاي كم ياب عالي نوع جديد قوي ترهستند اين مغناطيس ها از need/mium – iron – bron‌ يا samarium cobalt ساخته شده و خيلي قدرتمند هستند. در پايان اين بخش برخي از منابع مغناطيسي خوب يا ارزان و يا هم خوب و هم ارزان را ليست خواهيم كرد. بعضي از انواع خرد آن ها را كه جالب هم هستند مي توان در كاتالوگ ها پيدا كرد و همچنين از طريق سفارش پست خانگي مغناطيس هاي نوع اول را كه قدرت شگفتي خاصي دارند تهيه كرد. با حدود چهار دلار هر كدام از شما مي توانيد مغناطيس هايي را تهيه كنيد كه مي تواند جلد كتاب هاي شما را بر روي يخچال نگه دارد .حتي مي توان با قرار دادن جسم مغناطيسي در زير ميزي كه 12 اينچ ضخامت دارد اجسام فلزي روي ميز مثل قاشق ها و چنگال ها را حركت داد و ديگران را شگفت زده كرد. مردم از تأثير شگفت انگيزمغناطيس هاي قدرتمند غافل هستند و وقتي شما اين اعمال را انجام مي دهيد به شگفت مي آيند.

به علت قدرت بالاي مغناطيس هاي نئودايمپوم ،‌قدرت جاذبه تأثير اندكي بر روي آن ها مي گذارد. قطعه كوچكي از آن ها را مي توان در يك طرف دماغ نگه داشت و تا زماني كه خنده اجازه دهد آن ها بر خلاف نيروي جاذبه بالا مي روند و همديگر را جذب مي كنند. مغناطيس هاي بلندتر را بايد با مراقبت حركت داد چون كه ممكن است با پوست تماس پيدا كنند، باعث تاول پوست شوند.

مغناطيس ها همچنين در اطلاعات فروشگاه ها بر روي كارت هاي اعتباري يافت مي شود. فلاپي هاي فشرده نوارهاي ضبط صوت نيز از اين خاصيت پيروي كنند. اگر شما براي اولين بارمغناطيس ها را به آدم هاي كم سن و سال نشان دهيد شگفت زده مي شوند. از مغناطيس هاي سراميكي ارزان در قطعات راديو يا فروشگاه هاي اسباب بازي مي توان استفاده كرد. مغناطيس ها مي توانند همديگر را جذف يا دفع كنند.

مقداري از مغناطيس ها را داخل جعبه هاي پلاستيكي تميز قرار دهيد و از طريق مخفي كردن آن ها در زمين شني و يا شن هاي ساحل نشان دهيد كه چگونه مغناطيس ها ماده آهن خارجي را جذب مي كنند سنگ معدن پاشيده شده روي كاغذي كه زير آن مغناطيسي قرار دارد بلافاصله جذب مغناطيس مي شود و براي درست كردن خطوط كماني پودري كه ردپا بر جا مي گذارد از خطوط فشار مغناطيسي استفاده مي شود.

جعبه پلاستيكي سنگ هاي معدن مغناطيسي بصورت تميز نگه مي دارد و جايگزين كردن پودر را آسان مي كند. اگر پودرها از بيرون جمع شدند از مقداري نوار چسب براي جدا كردن آن استفاده مي كنيم. يك قطب نماي مغناطيسي كه در كنار پودركماني قرار گرفته است، مطابق با انحنايي كه شما در آن ايجاد مي كنيد خود را با آن ها تنظيم مي كند. مقداري مغناطيس در زير كاغذ اشكال جالبي را در سنگ معدن بالا ايجاد مي كند. گيره هاي كاغذ، سوزن هاي ته گرد ، دسته كليد و ديگر قطعه هاي فلزي آهني تحت تأثير مغناطيس هاي دائمي تبديل به مغناطيس هاي موقتي مي شوند.

يك قطعه فلز مانند سوزن ته گرد يا يك پيچ گوشتي را بر روي يك مغناطيس بكشيد. نشان دهيد كه چگونه اين عمل يك مغناطيس جديد ايجاد مي كند و مغناطيس جديد سوزن هاي ديگر سوزن، استيل يا سنگ معدن را جذب مي كند. با قراردادن مغناطيسي جديد در زير كاغذ مي توان فهميد كه اين مغناطيس جديد به قوت و قدرت مغناطيس اصلي نيست . سوزن و پيچ گوشتي را حرارت دهيد و مشاهده مي شود حرارت اثر مغناطيسي را از بين مي برد.

دو مغناطيسي را در زير كاغذ قرار دهيد آن ها را به وسيله يك گيره كاغذ يا يك قطعه كوچك فلزي از هم جدا كنيد. مطمئن شويد كه هر كدام گيره و كاغذ را لمس مي كند، حال وقتي شما پودر سنگ را بر روي كاغذ مي پاشيد كمان كوچك تري از پودر شكل مي گيرد، اين نشان دهنده تأثير موج متمركز كننده مغناطيس است در واقع گيره كاغذي فشار بين دو مغناطيس را باريك تر و قوي تر مي كند.

اين مشاهده ساده زمينه اي است كه اين بخش بر اساس آن طراحي شده است. ما نشان خواهيم داد كه برخي از تأثيراتي كه اكنون چندان ساده و واضح نيستند دنباله يادگيري هاي ما از مغناطيس در دوران كودكي است.

كار با مغناطيس سيالات

يك سيال مغناطيسي مايعي سيال مغناطيسي قوي تر از مغناطيسي است . در مقدمه اين بخش گفتم كه چگونه سنگ معدن را از نوع ذرات شني ساحل استخراج مي كنيم. سنگ معدني كه در جعبه پلاستيكي به مغناطيس مي چسبد داراي مقداري شن است كه مي توان شن را با پالايش جداسازي كرد. در ابتدا مطمئن شويد كه سنگ معدن خشك است.سنگ معدن را بر روي صفحه كاغذي پهن كنيد و جعبه مغناطيسي را بر روي كاغذ نگه داريد تا ذرات سنگ معدن به طرف جعبه پرش مي كنند، اين سنگ معدن را در صفحه كاغذي ديگري بگذاريد و اين كار را تا زماني كه پالايش كامل انجام مي شود ادامه دهيد. از آن جايي كه تعدادي ذرات شن با سنگ معدن همراه شده است جعبه را زياد نزديك صفحه قرار ندهيد. سنگ معدن داخل صفحه دوم بايد بصورت محسوس تيره تر از صفحه اولي باشد. اگر در داخل صفحه دوم هم شن مشاهده كرديد اين فرايند را مجدد تكرار كنيد. سنگ معدن را داخل يك فنجان كوچك قرار دهيد، يك فنجان پلاستيكي فرم بهتر عمل مي كند. فنجان بايد آن قدر كوچك باشد كه سنگ معدن ،حاصل از مرحله سوم استخراج فنجان را كامل پركند. مقداري روغن نباتي به سنگ معدن اضافه كنيد و با يك قاشق پلاستيكي يا غيرفلزي ديگر آن را به هم بزنيد، روغن را اضافه كنيد تا زماني كه يك چسب سياه چرب به دست آيد.

حال يك مغناطيس را به آرامي در يك طرف فنجان قراردهيد، به محض اين كه سنگ معدن را به طرف خود كشيد بايد به آن طرف بچسبد. سنگ معدن بايد به اندازه كافي خشك شود. روغن اضافي فنجان را خالي كنيد، آن چه كه در داخل فنجان باقي مي ماند مغناطيس سيال ما است.

حال براي بخش هيجاني آماده ايم، فنجان را راست نگه داريد و مغناطيس را برداريد مايع را با يك قاشق پلاستيكي تكان دهيد، بتدا مقداري سخت و خشك است اما بعد به راحتي به هم مي خورد. فنجان را مقداري مايل نگه داريد و گودي قاشق را داخل مايع كنيد، حال براي اين كه اين معجون خشك تر و قوي تر شود. قاشق را به طور عمود و فنجان را راست نگه داريد: مقداري از اين ماده سيال را داخل جعبه پلاستيكي قرار دهيد و بگذاريد مغناطيسي به يك طرف بچسبد حال مي توانيد با فشار جعبه اين ماده را تشكيل دهيد. اين ماده مانند خاك رس عمل مي كند به شكل ديگر وقتي شما مغناطيسي را بر مي داريد شكل به حالت اول بر مي گردد.

چرا به اين شكل عمل مي كند؟

سنگ معدن در روغن نسبت به حالتي كه در روغن نباشد به يك شكل عمل مي كند. تنها در يك مورد تفاوت دارد در واقع روغن اجازه مي دهد كه پودر سنگ معدن آسان تر سرازير شود نسبت به زماني كه خشك است و اين به خاطر وزن اضافي است كه پيدا كرده است.

گفتن اين كه اين ماده مثل سنگ معدن خشك عمل مي كند جواب كاملي به سؤال نيست. مگر اين كه ما بدانيم چرا سنگ معدن به اين شيوه عمل مي كند. اگر ما با ذره بين يا ميكروسكوب نگاه كنيم مي بينيم كه اجزا، بيشتر بلند هستند تا اين كه عريض و پهن باشند.

يك ميخ كوچك را در يك دست قراردهيد و مغناطيسي را در دست ديگران ، ميخ را اطراف مغناطيس بگردانيد آن قدر كه تحت تأثير مغناطيسي قرار گيرد، ميخ خود را با مغناطيس خالص تنظيم خواهد كرد. اگر هردو را به موازات هم قرار دهيد به طرف نقطه اي مي چرخد كه جهت هاي ميخ به طرف قطب است. حتي زماني كه ميخ بر روي قطب است جهت آن به طرف قطب خواهد بود. براي تفكر در مورد اين كه چه اتفاقي افتاده است وجود دارد. اين كه وانمود كنيم كه جاذبه مغناطيسي و جاذبه زمين وجود دارد و ميخ مانند يك مهره است كه در انتهاي آن قرار مي گيرد. فشار اندك باعث مي شود مهره بر سطح قرار گيرد و فشار بيشتري براي ايستادن دوباره آن لازم است. مهره (ميخ) زماني كه ايستاده است در مقايسه با زماني كه افتاده است، انرژي بيشتري دارد تمايلي وجود دارد كه مهره ها ، انرژي خود را در حالت افتاده از دست دهند و همچنين عكس آن صادق است. ميخ تمايل به افتادن دارد تا اين كه خود را با خطوط فشار مغناطيسي اطراف هماهنگ كند. براي نشان دادن راه دوم تفكر(مغناطيس و ميخ) به ميخ دوم نياز داريم. ميخ اولي را به موازات مغناطيسي (حدود نيم اينچ طرف راست) و ميخ دوم را موازي اولي با مقداري فاصله قرار دهيد. انتظار داريم ميخ دومي توسط ميخ اولي جذب شود. اگر ما ميخ دوم را پائين نگه داريم بالاي آن نزديك پايين ميخ اولي خواهد بود، حال ميخ اولي را جذب مي كند.

ميخ ها وقتي در حضور يك مغناطيسي قرار مي گيرند تمايل به مغناطيس شدن دارند. هنگامي كه موازي هستند قطب هاي آن ها حالت دافعه دارند و هنگامي كه عمود هستند حالت جاذبه دارند. اگر قطب شمال مغناطيسي مقابل شما باشد قطب هاي جنوبي ميخ ها در مقابل شما قرار خواهد گرفت. ميخ ها مغناطيسي را جذب مي كنند. زيرا بر خلاف قطب ها يك ديگر را جذب خواهند كرد. ميخ ها هم ديگر را دفع مي كنند چرا كه مثل قطب يك ديگر را دفع مي نمايند.

مشاهده اين آسان است كه چرا همين كه در اطراف مغناطيسي چرخيد ميخ خطوط فشار مغناطيسي را دنبال مي كند. قطب شمال آن به طرف قطب جنوب مغناطيسي جذب مي شود و برعكس زماني كه ميخ كنار مغناطيسي باشد موازي است. به خاطر اين كه جاذبه برابر است و زماني كه نزديك تر مي شود قطب شمالي (N) مغناطيسي، قطب جنوبي ميخ جذب و قطب شمالي دفع مي شود و آن مي چرخد. مغناطيسي زماني كه مقابل هم قرار گيرد يك ديگر را دفع مي كنند و وقتي كه آن ها مقابل هم يكديگر را جذب هم مي كنند. وضع طبيعي مجموعه مغناطيس ها اين است كه انتهاي آن ها هم ديگر را جذب مي كند. اگر دو شاخه كنار هم قرار گيرند.روي هم غلت مي خورند.

قطب هاي مشابه تا حد امكان جداي از هم قرار مي گيرند اين شاخه يك ديگر را دفع مي كنند . اين در واقع عمل ذرات سنگ معدن پاشيده شده بر روي سطح كاغذ مغناطيس است. زماني كه مغناطيس بر روي يك طرف پودر سنگ آهن قرار مي گيرد پودر خود را به صورت يك رشته تنظيم مي كند. هر ذره پودر تبديل به مغناطيسي مي شود و قطب مخالف مجاور خود را جذب مي كند. اين رشته يك ديگر را به صورت دافعي شكل مي دهند و پودر گسترش پيدا مي كند.

براي يادگيري بيشتر در مورد مغناطيس به بخش علمي باز گرديد.

چندتا سوال درباره ی نور داشتم، ممنون میشم اگه لطف کنید و جواب بدید :

در چه مقیاس هایی از محیط رفتار موجی نور قابل مشاهده است؟

چگونه می توان به رفتار ذره ای نور پی برد؟

با توجه به تغییر سرعت نور در محیط های مختلف ، چگونه می توان پدیده ی شکست نور هنگام عبور از محیطی به محیط دیگر را توصیف نمود؟

بازم ممنون

اصطکاک پدیده‌ای است که در مرز بین جامدات ، مایعات و گازها ، همچنین در داخل آنها ، دیده می‌شود.

در تحلیل اصطکاک در شاره‌ها (مایعات و گازها) ، به خاصیت چسبندگی آنها توجه می‌شود.

آیا بدون اصطکاک امکان راه رفتن برای ما و اتومبیل یا دوچرخه امکان‌پذیر است؟

کارکرد اصطکاک همیشه بگونه‌ای است که از لغزیدن سطوح مجاور نسبت به یکدیگر جلوگیری می‌کند. نیروی اصطکاک با سطوحی که نسبت به هم می‌لغزند، موازی است. جهت نیروی اصطکاک ممکن است در جهت حرکت یا در خلاف جهت حرکت باشد.

مدل‌های میکروسکوپی توجیه اصطکاک

در مدل‌سازی میکروسکوپی غالبا بحث بر سر این است که سطح واقعی تماس از سطح ظاهری تماس خیلی کوچکتر است و مساحت سطح واقعی متناسب با نیروی عمودی اعمال شده، تغییر می‌کند. مقدار تماس به ماهیت ناخالصی‌های موجود در سطح و به مدت زمان تماس نیز بستگی شدیدی دارد.

کم کردن اثر اصطکاک

تاثیر اصطکاک را معمولا با استفاده از خاصیت اهرم نیز به حداقل می‌رسانند. در چرخ و محور متداول ، مثلا در یک واگن ، نیروی اصطکاک در سطح یاتاقانی کوچک عمل می‌کند. اثر این اصطکاک به علت استفاده از خاصیت اهرم ، به نسبت طول شعاعهای چرخ و یاتاقان از اصطکاک ناشی از کشیدن چرخ بدون چرخش بر سطح جاده کمتر است. حتی با جانشین کردن اصطکاک چرخشی به جای اصطکاک لغزشی و با استفاده از نگه‌دارنده‌های کاسه ، ساچمه‌ای می‌توان اصطکاک را باز هم کاهش داد.

مزیت ضریب اصطکاک

همان طور که در عمل ضریب اصطکاک ایستایی از ضریب اصطکاک جنبشی بیشتر است، مقاومت چرخ در حال غلتش در مقابل لغزش ، از مقاومت چرخ در حال لغزش بیشتر است. این نکته از اهمیت زیادی برای اتومبیل‌ها برخوردار است. به آسانی با استفاده از ماشینهای اسباب‌بازی می‌توان نشان داد که اگر چرخ‌های جلو قبل از چرخ‌های عقب قفل شوند، هدایت خودرو از کنترل خارج می‌شود ولی معمولا چرخش شدیدی ایجاد نمی‌شود.

اما اگر چرخهای عقب قفل شوند، چرخ های عقب فورا به طرف جلو سر می‌خورند و لغزش ابتدا در عقب متوقف می‌شود. ترمزهایی که قفل نمی‌شوند، با پمپ کردن سیستم ترمز از قفل‌شدگی محورهای جلو یا عقب جلوگیری می‌کنند و بدین‌سان با حفظ کنترل خودرو مانع از لغزیدن آن می‌شوند، شاید هم از مزیت ضریب اصطکاک ایستایی بیشتر در آنها استفاده می‌شود.

مولفه نیروی سطح در راستای مماس بر سطح نیروی اصطکاک نام دارد، نیروی اصطکاک همیشه در خلاف جهت حرکت جسم اثر می‌کند. و آنرا با نشان می‌دهیم.

دو اثر عمده اصطکاک

1. مقداری از انرژی را به گرما تبدیل می‌کند و باید این گرما از سطحهایی که روی هم می‌لغزند خارج شود.

2. قطعه‌هایی که روی هم می‌لغزند ساییده و فرسوده می‌شوند.

از بین بردن اثر اصطکاک

در همه موارد سعی بر این بوده است که با قرار دادن لایه نازکی از روغن میان دو سطح تماس اصطکاک و عوارض نامرغوب ، آنرا هر چه بیشتر کاهش دهند. ولی نیروی اصطکاک ماهیت الکتریکی دارد و اگر قرار بر حذف آن باشد، باید نیروی الکتریکی از جهان رخت بندد. در این صورت از جهان چه می‌ماند؟ تنها هسته اتمها و الکترونهای پراکنده ، بدون اینکه هیچ ارتباطی با یکدیگر داشته باشند، در این شرایط دیگر جهانی نخواهد بود.

نتیجه

اصطکاک میان دو سطح که روی هم نمی‌لغزند کاملا ضروری است. و اگر قرار باشد اصطکاک حذف شود نه تنها مشکلات حل نمی‌شوند، بلکه مشکلات متعددی بروز خواهند کرد.

اگر بر جسمی هیچ نیرویی اثر نکند (یعنی جسم دیگری با آن برهمکنش نداشته باشد) آن جسم به حرکت یکنواخت خود در راستای خط مستقیم ادامه می‌دهد، اگر جسم در ابتدا ساکن باشد در حال سکون باقی می‌ماند.

دید کلی

بررسی حرکت اجسام و یافتن اینکه چگونه یک حرکت بوجود می‌آید ذهن بشر را برای قرنها به خود مشغول کرده بود، اما توفیق چندانی در این مورد بدست نیامده بود. نیوتن با بهره گیری از هوش سرشار و تلاش بسیار خود با تدوین قوانین حرکت که به نام خود او اسم گذاری شده است، توانست قدمهای بزرگی بردارد و بسیاری از مسائل حرکت را با موفقیت زیاد حل کند. پیش از گالیه تصور می‌شد که حتی برای ادامه حرکت یکنواخت اجسام باید به آنها نیرو وارد کرد.

این تصور از برداشت غیر مو شکافانه حرکت اجسام در زندگی روزمره ناشی می‌شد. به تجربه ثابت شده بود که اگر از هل دادن صندوقی که روی سطحی افقی با سرعت ثابت حرکت می‌کند دست بردارند، یعنی به آن نیرو وارد نکنند صندوق از حرکت باز می‌ایستد. گالیله با انجام آزمایش و پس از آن نیز با تعمیم ذهنی نتایج آزمایش ،‌ نخستین کسی بود که در این تصور عمومی تردید کرد. نیوتن که در سال مرگ گالیله به دنیا آمد بررسیهای دقیق درباره حرکت انجام داد و قوانین حرکت را استخراج کرد.

آزمایش

بنا به تعریف هیچ نیرویی نباید بر جسم اثر کند اما حداقل نیروی گرانش زمین بر جسم اثر خواهد کرد و نمی‌توان آنرا از میان برد. با استفاده از وسایل آزمایشگاهی مخصوص می‌توان شرایطی فراهم کرد که بجز در راستای قائم حداقل نیروی گرانش کره زمین بر جسم اثر می‌کند، در کلیه جهتهای افقی تقریبا نیرویی بر جسم اثر نکند در نتیجه به کمک این وسایل می‌توان قانون اول نیوتن را در جهت افقی با تجربه آزمود. یکی از وسایل تخت هواست، تخت هوا از محفظه‌ای به شکل مکعب مستطیل ساخته شده است که روی آن تعدادی سوراخ ریز وجود دارد. در هنگام آزمایش باید سطح آن کاملا افقی باشد هوا با سرعت وارد محفظه شده و از تمام سوراخها خارج می‌شود.

اگر مهره‌ای روی تخت هوا قرار دهیم لایه نازکی از هوا میان مهره و سطح تخت هوا تشکیل می‌شود و تماس نزدیک مهره با سطح تخت هوا از میان می‌رود. به این ترتیب اصطکاک میان مهره و سطح تخت هوا بسیار کوچک می‌شود. در نتیجه در کلیه جهتهای افقی تقریبا نیروی بر جسم وارد نمی‌شود، اگر به مهره سرعت کمی داده شود تا کناره تخت هوا در امتداد خط مستیقم و با همان سرعت پیش می‌رود و به این ترتیب قانون اول نیوتن در جهت افقی با آزمایش تأیید می‌شود. ملاحظه می‌شود که حرکت جسم در امتداد خط مستقیم و افقی با سرعت ثابت نیازی به نیرو ندارد.

قانون لختی

یک کشتی فضایی در فضای میان ستاره‌ها و با فاصله بسیار زیاد در آنها با هیچ چیزی برهمکنش ندارد. اگر این کشتی فضایی موتور خود را خاموش کند طبق قانون اول نیوتن در امتداد یک خط راست با سرعت ثابت حرکت می‌کند و مفهوم قانون لختی این است که اگر بر جسمی نیرو وارد نشود جسم مایل است وضعیت حرکت خود را حفظ کند. این خاصیت از اجسام که میل دارند وضعیت حرکت خود را در غیاب نیرو حفظ کنند لختی نامیده می‌شود. از اینرو قانون اول نیوتن قانون لختی نیز نامیده می‌شود و چارچوبهای مرجعی که این قانون در آنها بکار می‌رود چارچوبهای لخت نام دارند، این چارچوبها نسبت به ستاره‌های دور ثابت فرض می‌شوند.

نتایج قانون اول نیوتن

* در این قانون تفاوتی میان جسم ساکن و جسمی که با سرعت ثابت حرکت می کند وجود ندارد، هر دو حرکت در غیاب نیرو طبیعی‌اند، دلیل این امر وقتی روشن می‌شود که جسم ساکن در یک چارچوب مرجع لخت ، مرجع لخت دیگری که با سرعت ثابت نسبت به اولی حرکت می‌کند مشاهده کنیم. ناظری که در چارچوب اول قرار دارد جسم را در حال سکون می‌بینید و ناظر واقع در چارچوب دوم می‌بیند که همان جسم با سرعت یکنواخت در حال حرکت است. هر دو ناظر متوجه می‌شوند که جسم شتاب ندارد یعنی سرعت آن تغییر نمی‌کند و هر دو از قانون اول نتیجه می‌گیرند که هیچ نیرویی بر جسم وارد نمی‌شود.

* میان نبودن و بودن نیروهایی که برآیندشان صفر است تفاوتی وجود ندارد. مثلا اگر فشار دستها به کتاب نیروی اصطکاک را کاملا خنثی کند کتاب با سرعت یکنواخت حرکت می‌کند، بنابراین راه دیگر بیان قانون اول این هست که اگر در مجموع نیرویی بر جسم اثر نکند شتاب آن صفر است.

حرکت اجسام یکی از آشناترین پدیده‌ها برای بشر در طول تاریخ بوده است، زیرا در زندگی روزمره خود همواره با آن سر و کار داشته است. از اینرو بشر از دیر باز کوشیده است تا حرکتهای مختلف اجسام را تجزیه کند و در هر مورد علت آنرا بیابد. اجسام بسیاری در اطراف ما در حال حرکت هستند، اجسامی به بزرگی کهکشانها و یا اجسام بسیار کوچکی چون ذره‌های گرد و غبار ، حتی در اجسامی که به نظر ساکن می‌آیند و مثلا روی میز قرار دارند اتمهای آن جسم پیوسته در حال ارتعاش‌اند.

هوای اطراف ما مرکب از مولکولهایی است که بطور نامنظم به این سو و آن سو حرکت می‌کنند، حرکت اجسامی چون وسایل نقلیه ، پرندگان در حال پرواز ، جاری شدن آب در جویها از آشناترین حرکتهای اطراف ماست. حرکتهایی که در شرایط عادی با آن مواجه می‌شویم بسیار پیچیده می‌نمایند، به نظر هم نمی‌رسد از مشاهده‌های جداگانه بتوانیم به یک نتیجه گیری کلی برسیم که درباره همه حرکتها صادق باشد، لذا ساده‌ترین حرکت همان حرکت در مسیر مستقیم است.

حرکت مستقیم الخط یکنواخت

حرکت روی خط راست یکی از ساده‌ترین انواع حرکت است. اگر جسم روی یک خط راست حرکت کند بطور معمول مبدأ مختصات را بر خطی که جسم روی آن حرکت می‌کند در نظر می‌گیریم، در این صورت بردار مکان و جابجایی بر آن خط منطبق می‌شوند. سرعت متوسط در این حرکت در هر فاصله زمانی دلخواه یکسان و برابر سرعت متحرک است. معادله مکان این متحرک نسبت به زمان تابع درجه اولی از زمان است:

که مکان اولیه یعنی فاصله متحرک از مبدأ محور مکان در لحظه شروع حرکت یعنی است.

سرعت در صورتی که در جهت مثبت محورx باشد ، مثبت است و در غیر اینصورت منفی است. نمودار مکان - زمان در این حرکت یک خط راست است که شیب خط برابر و عرض از مبدا آن است. نمودار سرعت - زمان در این حرکت خطی است موازی محور زمان و در صورتی که مثبت باشد، بالای محور و در صورتی که سرعت منفی باشد پایین محور زمان است.

حرکت شتابدار

حرکت شتابدار حرکتی است که در آن سرعت متحرک تغییر می‌کند. هنگامی که اتومبیل از حال سکون به راه می‌افتد با مشاهده سرعت سنج اتومبیل ملاحظه می‌شود که سرعت به تدریج افزایش می‌یابد و در هنگام ترمز کردن سرعت آن به تدریج کاهش می‌یابد. در این موارد که سرعت متحرک تغییر می‌کند حرکت شتابدار یا غیر یکنواخت است. شتاب متوسط برابر تغییر سرعت در واحد زمان است. و شتاب لحظه‌ای شتابی است که متحرک در هر لحظه داراست.

حرکت مستقیم الخط با شتاب ثابت

حرکتی است بر روی خط راست و با شتاب ثابت صورت می‌گیرد و جزء حرکتهای انتقالی است. به عبارت دیگر تغییرات سرعت در واحد زمان مقداریست ثابت ، یعنی در هر لحظه مقدار ثابتی به سرعت افزوده یا از آن کاسته می‌شود که این مقدار ثابت شتاب حرکت است.

معادله سرعت - زمان

در هر حرکت شتابدار ، شتاب متوسط از رابطه بدست می‌آید که وقتی شتاب ثابت است شتاب لحظه‌ای با شتاب متوسط برابر است. در لحظه t:

که سرعت اولیه ، سرعت در لحظه و a شتاب حرکت است.

معادله مکان - زمان

معادله حرکت بصورت است. لذا نمودار مکان - زمان در این نوع حرکت به شکل سهمی است که شیب خط مماس بر نمودار در هر لحظه برابر سرعت در آن لحظه است.

حرکت پرتابی

فرض کنید سنگی را پرتاب می‌کنیم، ولی سرعت اولیه در راستای قائم نیست. در این حالت مسیر حرکت سنگ در راستای قائم نخواهد بود، بلکه حرکت در یک صفحه انجام می‌شود. این حرکت را حرکت پرتابی و جسمی را که پرتاب شده پرتابه می‌نامند. آزمایش نشان می‌دهد که اگر مقاومت هوا در برابر حرکت سنگ ناچیز باشد شتاب سنگ پرتابی مانند پرتاب در راستای قائم است. یعنی شتاب در حرکت پرتابی به طرف پایین و در راستای قائم و مقدار آن ثابت و برابر gاست. بجای بررسی حرکت پرتابی ، تصویر حرکت آنرا روی دو محور مختصات x و y بررسی می‌کنیم. پس از مشخص شدن کلیه کمیتهای حرکت روی این دو محور می‌توان با ترکیب کمیت‌ها مقدار آنها را در حرکت جسم روی مسیر خمیده بدست آورد.

برد پرتابه

فاصله محل برخورد پرتابه با سطح افقی که از نقطه پرتاب می‌گذرد، تا نقطه پرتاب را برد پرتابه می‌نامند. برد پرتابه به سرعت اولیه و زاویه پرتاب سطح افق وابسته است:

سرعت پرتابه

سرعت پرتابه در هر نقطه از ترکیب سرعت در دو راستای x و yبدست می‌آید:

نقطه اوج

بالاترین مکانی را که پرتابه پس از پرتاب به آنجا می‌رسد نقطه اوج پرتابه می‌نامند. اوج پرتابه به سرعت اولیه و زاویه پرتاب وابسته است:

سقوط آزاد اجسام

یکی از موارد حرکت بر خط راست با شتاب ثابت حرکت اجسام در راستای قائم و در نزدیکی سطح زمین است که آنرا سقوط آزاد می‌نامند. آزمایش نشان می‌دهد که اگر بتوان از اثر هوا بر حرکت اجسام چشم پوشید شتاب همه اجسام ثابت و در راستای قائم و به طرف پایین است. اندازه این شتاب g و مقدار آن 9.8 m/s² است. معادله‌های حرکت و سرعت در سقوط آزاد همان معادله‌های حرکت با شتاب ثابت است. در سقوط آزاد جابجایی در راستای قائم است، مکان متحرک بطور معمول با y نشان داده می‌شود و مبدأ نقطه‌ای است که سقوط از آنجا شروع می‌شود. اگر جهت مثبت رو به پایین اختیار شود معادله حرکت سقوط آزاد به صورت زیر است:

تمامی اجسامی که از یک نقطه رها می‌شوند در شرایط خلاء با هم به زمین می‌رسند. به عبارت دیگر در شرایط خلاء زمان سقوط بستگی به جرم ، جنس و شکل جسم ندارد.