نکته های جالب و کوتاه فيزيک

[Borna66]

- ايا ميدانستيد كه سرعت گريز سرعتي است كه يك شئ بايد داشته باشد تا بتواند از سح يك جرم بزرگ ﴿سياره﴾ بگريزد.اين سرعت را ميتوان توسط اين معادله بدست اورد:

M جرم سياره , R شعاع ان و G ثايت جهاني جاذبه است.اين سرعت براي كره زمين تقريبا برابر است با 10>4 * 1.2 متر بر ثانيه ﴿توجه , اين سرعت به جرم شئ بستگي ندارد﴾ همين طور كه در معادله ميبينيد اگر جرم كره زياد و شعاع ان كم شود سرعت گريز ان بسيار زياد ميشود.براي مثال سرعت گريز براي يك شئ در كره اي كه جرم ان 3 برابر خورشيد و شعاع تنها 10 كيلو متر باشد, تقريبا برابر سرعت نور است.

[Borna66]

- حالتهاي ماده تمام دانش‌آموزان راهنمايي خصوصيات حالات معمول ماده روي زمين را مي‌شناسند. مواد جامد در برابر تغيير شکل مقاومت مي‌کنند، آنها سفت و گاهي شکننده اند. مايع‌ها جاري مي‌شوند و به سختي متراکم مي‌گردند و شکل ظرف خود را مي‌گيرند. گاز‌ها کم چگال‌تر اند و ساده‌تر متراکم مي‌شوند و نه‌تنها شکل ظرف محتويشان را مي‌گيرند، بلکه آن‌قدر منبسط مي‌شوند تا کاملا آن را پر کنند.
حالت چهارم ماده، پلاسما، شبيه گاز است و از اتم‌هايي تشکيل شده‌است که تمام يا تعدادي از الکترون‌هاي خود را از دست داده‌اند (يونيده شده‌اند). بيشتر ماده جهان در حالت پلاسماست، مثل خورشيد که از پلاسما تشکيل شده‌است. پلاسما اغلب بسيار گرم است و مي‌توان آن را در ميدان‌هاي مغناطيسي به دام انداخت.
حالت پنجم با نام ماده چگال بوز-اينشتين (Bose-Einstein condensate) که در سال ۱۹۹۵ کشف شد، در اثر سرد شدن ذراتي به نام بوزون‌ها (Bosons) تا دما‌هايي بسيار پايين پديد مي‌آيد. بوزون‌هاي سرد در هم فرومي‌روند و ابر ذره‌اي که رفتاري بيشتر شبيه يک موج دارد تا ذره‌اي معمولي شکل مي‌گيرد. ماده چگال بوز-اينشتين شکننده‌است و سرعت عبور نور در آن بسيار کم است.

[Borna66]

- گرم‌ترين ابررساناي امروزي بايد در دماي ۱۳۵- درجه سانتيگيراد عمل مي‌کند و اين بزرگ‌ترين مشکل براي مطالعه و استفاده از آنهاست. ابررساناها کاربردهاي فراواني در علوم و فن‌آوري فضايي دارند. براي مثال ژيروسکوپ‌هايي که براي هدايت فضاپيما‌ها در مدار استفاده مي‌شوند، با آهن‌ربا‌هاي ابررسانا بسيار دقيق‌تر کارمي‌کنند. همچنين چون ابررسانا‌ها مي‌توانند حامل جريان‌هاي بيشتر در اندازه‌هاي کوچکتري نسبت به يک سيم مسي باشند، حجم موتورهايي که از آنها ساخته‌مي‌شود ۴ تا ۶ برابر کوچک‌تر از موتورهاي امروزي فضاپيماها خواهدبود.
- ايا ميدانستيد که اب داغ زود تر از اب سرد يخ ميزند!
- پلاسما چيست؟ : پلاسما گازی است که اکثر مولکولهای آن یونیزه شده باشد . واژه ی پلاسما به گاز یونیزه شده ای اطلاق می شود که همه یا بخش قابل توجهی از اتمهای آن یک یا چندالکترون شان را از دست داده باشند وبه یونهای مثبت تبدیل شده اند. یا به گاز به شدت یونیزه شده ای که تعداد الکترونهای آزاد آن تقریباً برابر با تعداد یونهای مثبت آن باشد پلاسما گفته میشود.
عموماً پلاسما را می توان مخلوطی از سه جزء در نظر گرفت:
1) الکترونهای آزاد 2) یونهای مثبت 3) اتمهای خنثی
به علت باردار بودن ذرات آن وتفاوت ویژگی های آن با ویژگی های گاز, پلاسما را گاهی حالت چهارم ماده می گویند, زیرا از درجه حرارت 10000 درجه به بالا جزو فرا وان ترین حالت ماده در جهان است. خورشید و ستارگان نمونه های بسیار بزرگی از پلاسمای داغ هستند . طبقه ی فوقانی جو هم از پلاسما تشکیل شده است به این علت آن را یونوسفر(Ionospher), نامگذاری کرده اند. کاربرد عمده ی پلاسما در تولید برق وصنایع ,از جمله صنایع فضایی است. البته در مدارات الکترونیک هم میتوان جایگزین خوبی برای سیستمهای دیجیتال در نظر گرفت از کاربرد های دیگرآن درتولید صفحه نمایش پلاسما گازی Gas Plasma Monitor)) درصنعت رایانه و تلویزیون است و زمینه ی کاربرد آن در تکنولوژی انتقال اطلاعات به طور کامل مورد مطالعه و بررسی است .
- ايا ميدانستيد که يک گروه 75 نفری ارکسترا قابليت اين رو دارند که قدرت لازم برای روشن کردن يک لامپ معمولی رو بوجود بياورند(از نظر صدا).اين در حالی است 2 ميليون ادم بايد با صدای معمولی حرف بزنند تا بتونند يک لامپ 50 واتی رو روشن نگه دارند. (فرمول:قدرت مساوی است با شدت ضربدر محيط کره)
- تئوری کوانتوم: اولين گام به سوى تئورى كوانتوم در سال ۱۹۰۰ برداشته شد، در آن زمان ماكس پلانك (M.Plank) مقيم برلين كشف كرد تابش هاى ساطع شده از يك جسم كه تا دماى سرخ گرم شده است، فقط وقتى قابل تفسير است كه نور به صورت بسته هاى مجزايى كه كوانتا (Quanta) ناميده مى شود، جذب يا نشر شود. اينشتين در سال ۱۹۰۵ كه در اداره ثبت اختراعات مشغول به كار بود، مقاله اى تحول آفرين نگاشت و در آن نشان داد كه فرضيه كوانتوم پلانك مى تواند پديده فتوالكتريك را تشريح كند. در اين پديده بعضى فلزات هنگام برخورد نور، از خود الكترون نشر مى كنند. اين پديده اساس آشكارسازهاى جديد نور و دوربين هاى تلويزيونى است و به خاطر همين پژوهش است كه اينشتين جايزه نوبل فيزيك را از آن خود ساخت.
- نانولوله‌ها خواص بسيار جالبي دارند. شايد باور نكنيد اما اين ساختارهاي كربني 100 برابر قويتر از فولادند! در عين حال، وزن آنها يك ششم وزن فولاد است. يعني نسبت استحكام به وزن در اين مواد 600 برابر بيشتر از فولاد است.اين مواد ميتوانند عايق، نيمه هادي و يا هادي باشند!

[Borna66]

[Borna66]

- از كجا مي دانيم دماي مركز خورشيد چقدر است؟


هر چند کسي به مرکز خورشيد دسترسي ندارد، اما با استفاده از اصل تعادل فشار هيدرواستاتيکي مي توان به طور غيرمستقيم دماي اين منطقه را تخمين زد.اين اصل مي گويد فشار رو به مرکز ناشي از گرانش خورشيد بايد با فشار رو به بيرون ايجاد شده به وسيله گازهاي داغ هسته آن برابر باشد وگرنه خورشيد بايد در اثر اضافه فشار، منبسط يا منقبض شود؛ اما مي دانيم که اين طور نيست. به عبارت دقيق تر، با دانستن حجم چگالي خورشيد مي توانيم فشار ناشي از گرانش در مرکز آن را حساب کنيم چيزي حدود 300 ميليارد اتمسفر از طرف ديگر چون دما مستقيما با فشار يک گاز مرتبط است ، مي توانيم محاسبه کنيم که براي خنثي کردن اين فشار درونسو، مرکز خورشيد چقدر بايد داغ باشد.از اين راه ، دماي مرکز خورشيد، چيزي حدود 15 ميليون درجه سلسيوس به دست مي آيد که 2500 برابر دماي سطح آن است.البته در دهه اخير با ابداع روشي به نام لرزه نگاري خورشيدي ، امکان اندازه گيري مستقيم اين دما به دست آمده است.به عبارت ديگر همان طور که با ثبت و بررسي امواج لرزه اي پوسته زمين ، مي توانيم اطلاعاتي از درون آن به دست بياوريم ، لرزشها و نوسان هاي سطح خورشيد (خورشيد لرزه ها!) نيز، چيزهايي از درون آن به ما مي گويند. چيزهايي که اتفاقا تا حدود زيادي با نتايج اصل تعادل فشار همخواني دارد.
__________________

[Borna66]

- رومر اولين كسي است كه تلاش كرد سرعت نور را اندازه بگيرد و (تا حدودي) در اين امر موفق بود. پس از وي تا كنون بيش از ١٠٠ نفر حداقل ١٦٣ بار سرعت نور را اندازه گرفته اند . ٣٠٠ سال پس از اولين تلاش براي اندازه گيري سرعت نور ، مشخص شد كه سرعت نور برابر 299792458 متر بر ثانيه است. البته اين مقدار ، سرعت نور در خلاء است كه عموماً با مقدار ٣٠٠٠٠٠ كيلومتر در ثانيه تقريب زده مي شود .
- آيا مي دانستيد بيشترين سرعتي كه يك جسم مي تواند در اثر سقوط آزاد داشته باشد حدود ۱۲۰ مايل در ساعت است و ديگر از اين سرعت تجاوز نمي كند. ( اصطكاك هوا )

- MRI

MRI=magnetic resonance imaging
يکی از بهترين تکنيکهادر دنيای پزشکی در تشخيص بيماريها استفاده از تصويربرداری تشديد مغناطيسی(MRI)است که بوسيله ان پزشکان می توانند اطلاعات مفيدی ار درون اندامهای انسان بدست اورند پديده تشديد مغناطيسی اولين بار تو سط دو فيزيکدان بنامهای فليکس بلاچ و ادوارد پارکل بطور جداگانه کشف گرديد با اين کشف انها در سال ۱۹۵۲ مفتخر به دريافت جايزه نوبل گرديدند سرانجام در سال ۱۹۷۰ دکترريموند دامادين به اين فکر افتاد که از فراوانی اب در بدن برای تصوير برداری به روش تشديد مغناطيسی استفاده کند در اين روش بدن تحت تابش يک ميدان مغناطيسی قوی قرار می گيرد از انجايی که هر قسمت از اندامها به ميزان معينی اب دارند بديهی است که به همان نسبت هم داری اتم هيدرژن می باشند که يک دوقطبی مغناطيسی است بنابراين وقتی اين دوقطبيها تحت تاثيرميدان مغناطيسی قرار گيرد تقريبا در يک جهت بخط خواهد شد که اگر در اين حالت به بدن امواج راديويی با فرکانس معين بتابانيم سبب توليد يک جريان الکتريکی توسط هيدروژن خواهد شد که می توان با يک تقويت کننده وکامپيوتر تصويری از ان ناحيه معين بوجود اورد

[Borna66]

- اسب بخار واحد توان است اگر دستگاهي بتواند باری به وزن 75 کيلوگرم را، در مدت يک ثانيه ، بي اندازه يک متر بالا ببرد، قدرت آن يک اسب بخار است ، که معادل پانصد و پنجاه فوت پوند در ثانيه ، و 735 وات ميباشد کلمه اسب بخار را جميز وات انگليسي برای اولين بار به کار برده است معروف است ، که او برای بررسي قدرت اسب ، تجربه هايي در مورد بارکشي با بهترين اسبهای آن زمان انجام داه است نتيجه ای که از اين آزمايشها عايد او شد، اين بود : يک اسب خوب مي تواند در هر دقيقه 33000 فوت پوند کار انجام بدهد، که به هر ثانيه اش پانصد و پنجاه فوت پوند ميرسد قبل از آن کسي از قدرت اسب خبری نداشت .
- ايا ميدانستيد كه سرعت گريز سرعتي است كه يك شئ بايد داشته باشد تا بتواند از سح يك جرم بزرگ ﴿سياره﴾ بگريزد.اين سرعت را ميتوان توسط اين معادله بدست اورد:

M جرم سياره , r شعاع ان و g ثايت جهاني جاذبه است.اين سرعت براي كره زمين تقريبا برابر است با 1.2 * 10<4 متر بر ثانيه ﴿توجه , اين سرعت به جرم شئ بستگي ندارد﴾ همين طور كه در معادله ميبينيد اگر جرم كره زياد و شعاع ان كم شود سرعت گريز ان بسيار زياد ميشود.براي مثال سرعت گريز براي يك شئ در كره اي كه جرم ان 3 برابر خورشيد و شعاع تنها 10 كيلو متر باشد, تقريبا برابر سرعت نور است.
- الكترون معناي يوناني كهربا است كهربا ماده اي است كه در مالش به پارچه پشمي باردار شده و خرده هاي كوچك كاه را جذب مي كنداين ربايش بعلت نيرويي مرموز اتفاق مي افتد كه يونانيان آن را الكتريسيته ناميده اند.
- ايا ميدانستيد نور ميتواند دور کره ی زمين (خط استوا) را 7.5 بار در 1 ثانيه طی کند.

[Borna66]

- ضريب ثابت جهاني گرانش G اولين بار توسط چه كسي محاسبه شد؟ روش كار ؟
60 سال پس از مرگ نيوتن، هنري كاونديش قانون گرانش را از طريق آزمايش و به كمك يك ترازوي دوار در آزمايشگاه تحقيق كرد. در اين آزمايش مقدار عددي ثابت گرانش بدست آمد. او دو گلوله ي كوك به دو سر يك ميله جوش زد طوري كه تعادل وزني برقرار شود. سپس وسط ميله را پيدا كرد و به يك رشته نخ بلند آويخت. اين وسيله را براي محافظت از باد درون يك حباب در بسته قرار داد. دو گلوله بسيار سنگين هم خارج از شيشه روي صفحه اي دوار قرار داد طوري كه گلوله هاي بزرگ بدون تماس با شيشه بدور شيشه مي چرخيدند. كم كم ميله ي داخل شيشه بر اثر گرانش بين گلوله ها شروع به چرخش مي كند. با استفاده از ميزان چرخش گوله هاي كوچك در داخل شيشه، كاونديش ثابت گرانش را اندازه گيري كرد و نتيجه اين شد: G = 6. 67 * 10-11 Nm2/kg2
- روش كار اراتوستن براي محاسبه شعاع زمين
اراتوستن سر كتابدار موزه اسكندريه ، نخستين كسي بود كه اندازه زمين را محاسبه كرد . وي متوجه شد كه در ظهر روز تابستاني آفتاب تابستاني ، ستونهاي عمودي در سيرن (اسوان امروز ) هيچ سايه اي نمي اندازد اما همان وقت در اسكندريه در شمال سيرن ستوان عمودي عقربه ساعت خورشيدي سايه مي اندازد . با اندازه گيري طول سايه و ارتفاع ستون ، وي تعيين كرد كه فاصله اسكندريه با سمت الراس ، 7.2 درجه است و از آنجايي كه اين رقم حدود يك پنجاهم 360 درجه است پس محيط زمين بايد پنجاه برابر فاصله اسكندريه و سيرن باشد . سپس محيط زمين به دست آمد و به اين ترتيب قطر زمين به دست مي آيد كه فقط 150 كيلومتر با ميزان فعلي تفاوت دارد.
- به طور متوسط از هر 1020 متر مکعب فضا در دنيا , تنها يک متر مکعب حاوی ماده است.
- ايا ميدانستيد که ميشود اب را در يک ليوان کاغذی بجوش اورد. (بدون سوختن ليوان)
- ايا ميدانستيد كه اگر يك انسان سوراخي به مركز زمين و از انطرف تا طرف ديگر زمين بكند و انگاه يك تكه سنگ درون ان سوراخ بياندازد , سرعت سنگ با رسيدن به مركز زمين زياد ميشود و با گذشتن از مركز زمين سرعتش كم ميشود و اين تا ابد بين دو سر سوراخ اتفاق خواهد افتاد ﴿البته كه اين يك نظريه است و نميتواند واقعيت داشته باشد﴾

[Borna66]

- آيا مي دانيد داستان اشعه ايكس (x) بيشتر از يكصد سال پيش آغاز شد؟ درنيمه سده ي نزدهم مردي به نام هاينريش گايسلر كشف كرد كه اگر لوله اي كه فاقد هواست تحت ولتاژ بالا تخليه ي الكتريكي شود نورهاي زيبايي درون لوله توليد خواهد شد. مدتي پس از آن ويليلم كروس اثبات كرد كه علت درخشندگي ذرات الكتريكي است. پس از آن هاينريش هرتز نشان داد كه اين اشعه مي تواند از لايه هاي نازك طلا و يا پلاتين عبور كند. شاگرد وي به نام لنارد پنجره هايي از مواد ساخت بطوري كه اشعه توانست از راه پنجره باز لوله خارج شود. اكنون به كشف اشعه ايكس مي پردازيم :
در سال 1895 ويلهم رونتگن با يكي از اين لوله ها كه بدون پنجره بود آزمايشي انجام مي داد وي متوجه شد كه بلورهاي نزديك لوله درخشيدند. جون او مي دانست اشعه اي كه قبلا كشف شد (اشعه كاتدي ) از شيشه عبور نمي كند تا چنين اثري داشته باشد. گمان برد بايد نوع ديگري از اشعه وجود داشته باشد. چون اين اشعه نامرئي كه از نور و اشعه ديگر بسيار متفاوت بود قابل تشريح نبود. آن را اشعه ايكس ( به معني اشعه مجهول ) ناميد. بعد ها دانشمندان آن را اشعه رونتگن نام نهادند و اكنون نيز اين نام را بسياري از دانشمندان به كار مي برند. اشعه ايكس در لوله ي اشعه ايكس و بدين روش توليد مي شود :
1- هواي درون لوله بايد به مقداري زيادي تخليه شود.
2- دو قطب الكتريكي در دو سر لوله تعبيه مي كنند
3- يكي از قطب ها به شدت جريان مثبت و آن ديگري به جريان منفي وصل مي شود
4- الكترون ها ميان دو قطب حركت مي كنند
5- بيشترين مقدار انرژي الكترو نها به گرما تبديل مي شود ولي بخشي هم به اشعه ايكس تبديل مي شود.
اشعه ايكس مي تواند از جامدات عبور كند چون طول موج آن بسيار كوتاه است هر چه طول موج اشعه كوتاهتر باشد قدرت نفوذ آن در اشيا بيشتر است.

[Borna66]

ايا ميدانستيد طبق تئوري ريسمان جهان قبل از Big Bang داراي 10 بعد بودهاست.اما طبق M-theoryكه نسبت به تئوري ريسمان جديدتر و كاملتراست و در واقع ان را در برميگيرد جهان داراي 11 بعده است .
- اگردر بعدصفر یانقطه حرکتی درطول بوجود اید بعد اول یا خط ایجادمیشود و اگردرخط حرکتی در عرض بوجود ایدسطح یا بعد دوم ایجاد میشود حال اگر سطح حرکتی درارتفاع داشته باشدبعد سوم یا حجم بوجود میاید و از حرکت هر سه بعد(حجم)طول زمان بوجود میاید و اگرعرض زمان را پیدا(ایجاد)کنیم در ان واحد میتوانیم دردو مکان مختلف باشیم و اگرارتفاع زمان را هم بفهمیم میتوانیم در زمان حرکت کنیم. طبق تئوري جديدي كه چند دهه بيشتر از عمرش نمي گذره و به تئوري "ابر ريسمان" معروفه قبل ازمهبانگ يا Big Bang كائنات بطور اصلي در ده بعد وجود داشت .اما چون در دو بعد بي ثبات بود ،به دو قطعه شكسته شد.كه يكي از اين كائنات چهار بعديه و اون يكي كائنات به اندازه باور نكردني(حدود 100ميليون بار كوچكتر از هسته اتم) كوچيكه؟
- وقتي ما در ساحل ايستاده ايم اگر به افق نگاه كنيم فاصله اي را ميتوانيم ببينيم (تا قوص زمين):
فاصله اي كه شما ميتوانيد در ساحل ببينيد، كاملاً به قد و بلندي بالاي خود شما بستگي دارد. ( اگر ساحل را هم تراز با تراز دريا ( = صفر ) بدانيم. امّا چون شعاع زمين بسيار بسيار بزرگ است، و خميدگي آن بسيار كم ميباشد،همان قد يك انسان هم كافي است كه بتواند مسافت بزرگي را ببيند. براي تجسم بهتر، يك كمان يا دايره بكشيد و يك انسان را ( مثلاً بصورت يك فلش رو به بالا ) و از سر اين انسان، خط مماس بر كمان رسم كنيد. اكنون ميتوانيد با محسبات هندسي، محل تماس اين خط مماس را ، با در دست داشتن شعاع كمان R و بلندي انسان h بدست بياوريد.


اين فاصله ئ d همان مسافتي است كه شما ميبينيد و در اينجا ميتوان كمان را هم مساوي درازاي خط مماس گرفت، چون اختلاف در درجات پايين مثلثاتي بسيار كم است. ( من شكل را براي فهم بهتر، به نسبت راستين قد انسان و شعاع زمين نكشيدم )يعني اگر شعاع زمين را ٦٤٠۰ كيلومتر و قد آدم را دو متر بگيريم، كمابيش تا ٥٠٠٠ متر را ميتوان ديد. يك بچه ئ يك متري كمابيش ٣٥٠٠ متر را ميبيند و يك مورچه بيست سانت!
-اثبات فرمول E = MC2
قصه از اونجا شروع ميشه كه تبديلهاي گاليله ميره زيره سؤال و تبديل لورنتس معتبر ميشه. گاليله مي گفت ارتباط دو تا دستگاه مختصات , يكي متحرك و يكي ساكن اينجوريه كه اگه محل جسمي توي دستگاه ساكن در بيست سانتي مبدا باشه، توي دستگاه دوم كه با سرعت v حركت ميكنه مختصات اين نقطه متحركه و به زمان بستگي پيدا مي كنه كه چي باشه. يعني:
x'=x+v.t
خوب منطقيه. اما غلطه. لورنتس بهترش رو گفت. او گفت در دستگاه متحرك مختصات ميشه:
x'=(x-vt)/(1+v^2/c^2)^.5
حالا اين چي هست كافيه بدونين اگه سرعت رو محدود كنيم به يه سرعت نهايي به اندازه ي سرعت ِنور و اونو از بي نهايت شدن بازداريم نهايتا چنين رابطه اي بدست مياد بين دستگاه مختصات سرعت دار و بي سرعت. جالب اينه كه زمان توي دستگاه متحرك هم تغيير ميكنه و كندتر و تندتر ميشه. يعني :
t'=(t+x/v)/(1-v^2/c^2)^.5
اگه 'x را به 't تقسيم كنيم سرعت جسمي كه در دستگاه متحرك خودش داره يه حركت جدايي مي كنه رو به نسبت سرعت همون جسم توي دستگاه ساكن پيدا مي كنيم. از اونجا ميشه به پايستگي تكانه پرداخت و بعد به رابطه ي e=mc2 رسيد.