sutern rings

sutern rings

در جستجوی دانش
sutern rings

sutern rings

در جستجوی دانش


شهورترین عکس در دنیای فیزیک

موسسه بین‌المللی فیزیک و شیمی سالوی (Solvay) در سال ۱۹۱۲ در بروکسل بلژیک و پس از برگزاری نخستین کنفرانس بین‌المللی سالوی در ۱۹۱۱ تاسیس شد.

پنجمین کنفرانس سالوی که در اکتبر ۱۹۲۷ / مهر ۱۳۰۶ در بروکسل بلژیک برگزار شد، میزبان بزرگ‌ترین فیزیک‌دانان آن روزگار بود و عکس دسته‌جمعی این گروه، مشهورترین عکس دنیای فیزیک لقب گرفته است.

این موسسه در نیمه اول قرن بیستم بسیار مشهور بود و کنفرانس‌های بین‌المللی آن که هر چند سال یک‌بار برگزار می‌شد، شاهد دستاوردهای بسیار بزرگی بود. مشهورترین این کنفرانس‌ها، پنجمین کنفرانس سالوی بود که در اکتبر ۱۹۲۷ / مهر ۱۳۰۶ با موضوع الکترون‌ها و پروتون‌ها برگزار شد.

از ۲۹ نفر فیزیک‌دان حاضر در کنفرانس، ۱۷ نفر برنده جایزه نوبل شده بودند یا در سال‌های بعد از کنفرانس برنده این جایزه شدند. موضوع این کنفرانس، بحث و بررسی در مورد نظریه کوانتومی بود که به‌تازگی ارایه شده بود.

این تصویر که همیشه نسخه سیاه و سفید آن دست به دست می‌چرخید، به تازگی رنگ‌آمیزی شده و جلوه‌ای دیگر یافته است.

حاضران در عکس، از راست به چپ از این قرارند:

ردیف سوم (ایستاده): لئون بریلوئین – رالف فاولر – ورنر هایزنبرگ (نوبل فیزیک ۱۹۳۲/۱۳۱۱) – ولفگانگ پائولی (نوبل فیزیک ۱۹۴۵/۱۳۲۴) – ژولز امیل ورشافلت – اروین شرودینگر (نوبل فیزیک ۱۹۳۳/۱۳۱۲)- تئوفیل دی‌داندر-ادوارد هرزن – پل اهرنفست- امیل هنریوت- آگوست پیکارد.

ردیف دوم: نیلز بوهر (نوبل فیزیک ۱۹۲۲/۱۳۰۱) – مکس بورن (نوبل فیزیک ۱۹۵۴/۱۳۳۳) – لوییس دی‌بروگلی (نوبل فیزیک ۱۹۲۹/۱۳۰۸) – آرتور کامپتون (نوبل فیزیک ۱۹۲۷/۱۳۰۶) – پل دیراک (نوبل فیزیک ۱۹۳۳/۱۳۱۲) – هنریک کرامرز – ویلیام براگ (نوبل فیزیک ۱۹۱۵/۱۲۹۴) – مارتین نادسن – پیتر دبیه (نوبل شیمی ۱۹۳۶/۱۳۱۵)

ردیف اول: اوون ریچاردسون (نوبل فیزیک ۱۹۲۸/۱۳۰۷) – چارلز ویلسون (نوبل فیزیک ۱۹۲۷/۱۳۰۶) – چارلز گویه – پل لانگه‌وین – آلبرت اینشتین (نوبل فیزیک ۱۹۲۱/۱۳۰۰) – هنریک لورنتز (نوبل فیزیک ۱۹۰۲/۱۲۸۱) – ماری کوری (نوبل فیزیک ۱۹۰۳/۱۲۸۲ و نوبل شیمی ۱۹۱۱/۱۲۹۰) – مکس پلانک (نوبل فیزیک ۱۹۱۸/۱۲۹۷) – اروینگ لنگ‌مویر (نوبل شیمی ۱۹۳۲/۱۳۱۱)

آزمایش‌هایی در رابطه با لَختی

آزمایش‌هایی در رابطه با لَختی

آزمایش‌هایی در رابطه با لَختی

در تصویر مقابل دو جرم مساوی به دو تکه نخ نازک وصل شده اند. نخ متصل به جرم چپی را به تندی می‌کشیم چه مشاهده می‌کنیم؟

 

نخ سمت راست را به آرامی می‌کشیم چه مشاهده می‌کنیم؟

آیا توضیحی برای این پدیده دارید؟

 

برای مشاهده فیلمی در این رابطه کلیک کنید.

 

وقتی جرم سمت چپ را به تندی می‌کشیم لختی آن مانع از حرکت جرم شده بنابراین نخ پاره می‌شود.

 

اما در جرم سمت راست، از آن جا که نخ به آرامی کشیده شده بنابراین لختی آن به خوبی ظاهر نشده و فقط نخ بالای آن که نازکتر است پاره می‌گردد.

 

در دو فیلم زیر اثر لختی یا عدم تمایل اجسام به حرکت را مشاهده می‌کنید.

 

برای مشاهده فیلم شماره ١ کلیک کنید.

 

برای مشاهده فیلم شماره ٢ کلیک کنید.

آزمایش‌هایی در رابطه با لَختی

 

یکی از کاربردهای لختی که در مواقع اضطراری به دادمان می‌رسد را در فیلم زیر مشاهده می‌کنید.

 

به نظر شما چرا وقتی دستمان را به آرامی می‌کشیم. دستمال پاره نمی‌شود. ولی وقتی آن را سریع می‌کشیم. دستمان پاره می‌گردد؟

 

برای مشاهده فیلمی در این رابطه کلیک کنید.

 

در فیلم زیر آزمایش ساده‌ای ارائه شده که به خوبی لختی اجسام در مقابل حرکت به نمایش گذاشته شده است. به آن توجّه کنید.

 

برای مشاهده فیلم کلیک کنید.

نیروی عمودی تکیه گاه

نیروی عمودی تکیه گاه

نیروی عمودی تکیه گاه

هم اکنون که در حال مطالعه این مجموعه هستید، کجا نشسته اید!

روی یک صندلی، چه چیزی از سقوط شما روی زمین جلوگیری می‌کند؟

 

اگر پاسخ می‌دهید که "صندلی" درست است، اما بهتر است بگوییم نیروی عمودی که صندلی به شما وارد می‌آورد.

 

به طور کلی، هنگامی که دو جسم با یکدیگر در تماس باشند، (مثل شما و صندلی تان، کامپیوتر و میز، فرش و کف اتاق و خیلی چیزهای دیگری که دور و برتان مشاهده می‌کنید!) هر یک از سطوح، سطح جسم دیگر را در راستای عمود بر سطح می‌راند.

 

چنین نیروهایی را نیروی عمودی تکیه گاه می‌گوییم و با نماد N یا FN نشان می‌دهیم.

 

برای مشاهده فیلم کلیک کنید.

 

به شکل‌های زیر توجّه کنید. نیروی عمودی تکیه گاه (N) را در هر یک از حالات به دست آورید. (جرم جعبه را ١٠kg بگیرید.)

راهنمایی:

در هر یک از حالات جعبه ساکن است. پس طبق قانون اوّل نیوتن باید برآیند نیروهای وارد بر جعبه صفر باشد. به عبارت ساده تر باید نیروهای رو به بالا برابر نیروهای رو به پایین باشد. با این فرض و با توجّه به رسم نیروهای وارد بر جعبه، کار بسیار ساده می‌شود.

 
 

ملاحظه فرمودید که مقدار N بسته به شرایط خاص مسأله ممکن است تغییر کند.
 

 

حال برای فهم کامل تر این موضوع، به دقت 2 مدل سازی زیر بررسی کنید.

چه نتیجه‌ای می‌گیرید؟

 

ملاحظه می‌کنید که در مدل سازی زیر، با افزایش نیروی F (همچون نیروی دست رو به پایین !)، نیروی عمودی تکیه گاه N نیز افزایش می‌یابد.

اما در مدل سازی زیر، با افزایش نیروی F  (همچون نیروی طناب رو به بالا) نیروی عمودی تکیه گاه کمتر و کمتر شده تا جاییکه به صفر رسیده و حتی پس از آن، به خاطر بیشتر شدن نیروی F (رو به بالا) از نیروی وزن mg (رو به پایین)، جسم شروع به حرکت در راستای قائم می‌نماید.

به نظر شما، چنانچه سطح تکیه گاه افقی نباشد، وضعیت نیروی عمودی تکیه گاه چگونه است؟
 

 

همان طور که ملاحظه می‌کنید‌، در این حالت نیز نیروی عمودی تکیه گاه، بر سطح تکیه‌گاه عمود است.

در تصویر زیر یک سرسره منتهی به آب استخر را مشاهده می‌کنید. به جهت نیرو‌های مختلف از جمله نیروی عمود بر سطح توجّه کنید.
 

نیروی طناب

نیروی طناب

نیروی طناب

هنگامی که یک نخ یا طناب به جسمی وصل باشد، آن را در امتداد خود می‌کشد و البته واضح است که متقابلاً جسم نیز، نخ یا طناب را در خلاف آن جهت می‌کشد (قانون جذر نهم نیوتن).

 

این نیروها را کشش نخ یا طناب نامیده و معمولاً با نماد T نشان می‌دهند.

 

در شکل مقابل طنابی را می‌بینید که از یک طرف به دیواری بسته شده و از طرف دیگر شخصی آن را می‌کشد.

 

برای نمایش دقیق تر، نیروهای وارد بر شخص، طناب و دیوار را جداگانه ملاحظه کنید.

 

البته برای فرد تفاوت نمی‌کند که آیا طناب به دیوار وصل است یا این که شخص دیگری آن را گرفته باشد.

در هر دو حالت نیروی کشش طناب یکی است.

 

حال با توجّه به آن که طناب ساکن است.

باید برآیند نیروهای وارد بر آن صفر باشد، یعنی: 

 

البته حتی اگر طناب ساکن نباشد، ولی طناب یا نخ را بتوان بدون جرم فرض کرد (٠=m) آن گاه طبق قانون دوّم نیوتن ،برآیند نیروهای وارد بر آن باید صفر می‌شد، یعنی:

 

 

پس در طناب ساکن و یا بدون جرم، نیروی کشش در تمام طول آن ثابت است بر همین اساس می‌توان نتیجه گرفت که:

"طناب بی جرم یا ساکن فقط نیرو را انتقال  می‌دهند بدون آن که مقدار آن را تغییر دهند"

 

 
ملاحظه می‌کنید که برای محاسبه نیروی کشش طناب نیز هم چون نیروی عمودی تکیه گاه قانون خاصی وجود ندارد، بلکه بسته به شرایط مسأله ممکن است مقادیر مختلفی برای آن ها به دست آورده شود.

  

برای اندازه گیری (تجربی) نیروی کشش طناب کافی است نیرو سنجی را به آن وصل کنید.

به تصاویر زیر توجّه کنید. در آن ها جرم‌های ١٠kg (به وزن تقریبی ١٠٠N) و اشخاصی به قدرت ١٠٠Nرا مشاهده می‌کنید. در تمامی حالات زیر نیرو سنج مقدار ١٠٠N را نشان می‌دهد.

 


نیروی اصطکاک

نیروی اصطکاک


توپی را به سمت دروازه حریف شوت می‌کنید، مدتی به سمت جلو رفته، مرتباً تندی اش کاهش یافته و در حالی که تماشاچیان از جا بلند شده تا از شوق گل، جیغ بکشند، درست قبل از خط دروازه توپ می‌ایستد. چرا؟

 

در روزهای یخبندان زمستانی، چرا خودرو‌ها به سختی حرکت می‌کنند؟ فایده ریختن شن و ماسه (که ایجاد ناهمواری در سطح جاده می‌نماید) چیست؟

 

اصلاً شما به کمک چه نیرویی راه می‌روید؟

نیروی اصطکاک

 

چرا این کارگر به جای حمل مستقیم جعبه حاوی بار، آن را روی یک گاری گذاشته و حمل می‌کند؟

برای درک بهتر اثر اصطکاک در حرکت به فیلم زیر توجّه کنید.

 

برای مشاهده فیلم کلیک کنید.

 

هنگامی که سطوح دو جسم با هم در تماس باشند، بین‌ آن ها دو نیرو رد و بدل می‌گردد. یکی همان نیروی عمود بر سطح در ناحیه تماس دو جسم است، که قبلاً با عنوان نیروی عمودی تکیه گاه یادی از آن کردیم و دیگری نیروی موازی سطح تماس دو جسم که اصطلاحاًَ به آن نیروی اصطکاک گفته می‌شود.

 

نیروی اصطکاک

برای فهم علت وجودی نیروی اصطکاک باید به سطح تماس دو جسم نزدیک و نزدیک تر شد.

 

مطابق شکل، اگر چه سطوح تماس ظاهراً صیقلی هستند اما تماس واقعی تنها در نواحی خاصی (بین جسم و سطح زیرین) وجود دارد.

 

در این نواحی برآمدگی‌ها و فرورفتگی‌های دو جسم در یکدیگر درگیر شده و سطح در حال تماس در برابر شروع یا ادامه حرکت، مخالفت می‌کند و در این حالت نیروی اصطکاک ظاهر می‌شود.

 

 
البته در هنگام حرکت یک جسم در یک سیال (مثلاً هوا یا آب) مقاومتی در مقابل حرکت وجود دارد. یکی از مواردی که این موضوع نمود دارد، حرکت سقوط از هواپیما می‌باشد. به فیلم زیر توجّه کنید.

 

برای مشاهده فیلم کلیک کنید.

 

مقاومت یک سیال در برابر حرکت یک جسم از روابط پیچیده به دست می‌آید که ما آن را در در سیالات خواهیم آموخت.  

 

نیرو


    نیرو    

در قسمت دینامیک، به توضیح علت سکون و حرکت اجسام می‌پردازیم.

به شکل های زیر خوب نگاه کنید. به نظر شما وجه مشترک آن ها در چیست؟

نیرو

(الف) مرد بسکتبالیست توپ را هل می‌دهد. (رانش)

 

نیرو

(ب) طناب، اسکی باز را می‌کشد. (کشش)

 

نیرو

(ج) کره‌ی زمین چترباز را می‌کشد. (کشش)

 

نیرو

(د) مرد ماشین بی بنزین خود را هُل می‌دهد. (رانش)

 

می بینید در هر تصویر بین دو جسم اثری رد و بدل می‌شود که یا به صورت کشش است و یا رانش که به آن اثر، نیرو می‌گوییم.

یک نکته‌ی جالب این است که نیرو همواره بین دو جسم می‌باشد، نه بیشتر و نه کمتر.

با آن که در هر دو شکل (ب)، (ج) حرف از کشش بود، اما یک تفاوت ساده وجود دارد، که برای تشخیص آن تنها نیاز به نگاهی دقیق دارد.
نیرو

طناب، اسکی باز را می‌کشد. (کشش)
نیرو

کره‌ی زمین چترباز را می‌کشد. (کشش)
 

طناب و اسکی باز با یکدیگر در تماس هستند، در حالی که کره زمین و چترباز به صورت غیر تماسی یا از راه دور به هم نیرو وارد می‌کنند. شما نیز می‌توانید مثال های خیلی زیادی از نیروهای تماسی و غیر تماسی پیدا کنید.

 

نیرو

حالا خودتان را جای آن بسکتبالیست حرفه‌ای در نظر بگیرید.

اگر توپ را خیلی آرام (نیروی کم) پرتاب کنید. چه می‌شود؟

 

یا اگر توپ را خیلی محکم (نیروی زیاد) پرتاب کنید، چه مشکلی پیش می‌آید؟

پس برای افتادن توپ درون حلقه اندازه‌ی نیرو خیلی مهم است.

 

امّا آیا تنها مقدار نیرو مشکل شما را در گل زدن حل می‌کند؟

 

اگر دست شما کج باشد! و با همان نیرو توپ را پرتاب کنید، ممکن است توپ را به سمت چپ یا راست حلقه یا حتی نقاط عجیب و غریب تری بفرستید.

 

از این موضوع چه نتیجه‌ای می‌گیرید؟

 

پس نشانه گیری یا جهت یابی نیز در این جا مهم است. پس برای معرفی هر نیرو 2 چیز لازم است اندازه و جهت.

 

 
برای مشاهده فیلم کلیک کنید.
 
نیرو

حال که نیرو کمیتی برداری شد، پس از همه‌ی قوانین بردارها تبعیت می‌کند. مثلاً در شکل سمت راست،  دو نفر سورتمه را در جهت‌های نشان داده شده می‌کشند،

 

امّا سورتمه به سمت راست حرکت می‌کند. ملاحظه می‌کنید که جهت حرکت در این جا در راستای بردار برآیند نیروها است.

 

 

نیرو

خود شما می‌توانید مثال های دیگری در این مورد پیدا کنید، فقط لازم است چشمتان را باز کنید!
 

در سیستم بین المللی، یکای اندازه گیری نیرو به اسم نیوتن شناخته می شود.

 

یکای نیوتن با علامت اختصاری N نمایش داده می‌شود، مثلاً نیروی یک نیوتنی F بدین صورت نوشته می‌شود: 1N = F.

 

یک نیوتن، نیرویی است در حدود وزن یک سیب معمولی!

 

در تصاویر زیر نیروی لازم برای چند کار به نمایش در آمده است.

 


قوانین نیوتن



قوانین نیوتن

قوانین نیوتن

مدت‌ها بود که مسأله ارتباط نیرو و حرکت امری ناشناخته قلمداد می‌شد، البته از زمان ارسطو تا گالیله نظریاتی در این مورد مطرح شد بود. اما نیوتن ( صاحب عکس مقابل) قوانین خیلی خوبی را در این باره کشف نمود.

 

از لحاظ وضعیت حرکت، یک جسم می‌تواند 3 حالت داشته باشد.

 

 
قانون اوّل و دوّم نیوتن، جداگانه به بررسی این 3 حالت می‌پردازد.
 

قانون اوّل نیوتن

این سنگ چرا ساکن است؟ چرا ضربه زدن به آن کار سختی است؟

 

قوانین نیوتن

آیا تصویر این فضاپیما (از کتاب علوم سوّم راهنمایی) را یادتان هست. فضاپیمایی که در دور دست، بدون این که هیچ نیرویی آن را به سمت جلو برده یا جلوی حرکت آن را بگیرد، در فضای بیکران در حال حرکت است.

 

چرا تندی فضاپیما ثابت است؟ و چرا در مسیر مستقیم به حرکتش ادامه می‌دهد؟

 

برای مشاهده فیلمی در این رابطه کلیک کنید.

 

نیوتن بهترین جواب را برای این پرسش‌ها ارائه داد، پاسخ او تحت عنوان قانون اوّل نیوتن ثبت شد: یک جسم در حالت سکون باقی می‌ماند یا به حرکت یکنواخت بر خط راست ادامه می‌دهد مگر آن که نیروی برآیندی به آن وارد گردد و جسم را مجبور به این تغییر حالت‌ها بکند.

 

 
در فیزیک، به تمایل اجسام به حفظ حالت کنونی یا اوّلیه (سکون یا تندی ثابت)، اینرسی یا لَختیمی‌گویند.

در فیلم زیر تمایل اجسام به حفظ وضعیت حرکت خودشان را می بینید.

 

برای مشاهده فیلم کلیک کنید.

 

مقدار لَختی هر جسم را با جرم آن اندازه می‌گیرند. اجسام پر جرم لَختی زیاد دارند، یعنی برای تغییر وضعیت (سکون یا حرکت) آن ها نیروی زیادی لازم است، واحد جرم در سیستم SI کیلوگرم (kg) می‌باشد.

 

کریسمس مبارک


سال نو میلادی را به شما دوستان خوب و مهربان مرکوری تبریک می گویم و برایتان آینده ای درخشان همراه با موفقیت های زیاد آرزومندم 


کریسمس مبارک