آشنایی با مفاهیم فیزیک

آشنایی با مفاهیم فیزیک

در این نوشتار ما چند مورد از مفاهیم فیزیک را بصورت مختصر مورد بررسی قرار می دهیم.[از جمله کمیت، یکا، چگالی؛ ذرات بنیادی، شکست نور، صفر مطلق و..]

اگر سواد نداشتید، این نوشته برای شما چه معنی می داشت؟

اگر در خیابان قدم می زدید، نوشته های روی دیوار خیابان ها و مغازه ها چگونه به نظر می رسیدند؟ در کیوسک روزنامه فروشی، از نوشته های روزنامه ها و مجلات چه مطالبی استنباط می کردید؟

آیا دنیای شما خیلی محدود نمی شد؟ آیا دنیای اطرافتان مبهم و غیر قـابل تحمل نمی شد؟ مشابه همین موضوع در طبیعت برای ما روی می دهد. ما پدیده های مختلفی را در طبیعت مشاهده می کنیم که دلیل آن را نمی دانیم.

به عنوان نمونه اگر چه نور ستارگان (مثل خورشید) پیوسته است ولی ما ستارگان را در حال چشمک زدن مشاهده می کنیم؟ و اگر چه آب و هوا شفاف هستند ولی چرا آسمان (که از هوای تشکیل شده!) یا دریا آبی به نظر می رسند؟

یا در زندگی امروزی، دائماً با وسایل جدید که زندگی ما را راحت تر می کنند، سروکار داریم. مثلاً اجاق ماکروویو و تلویزیون هر دو با امواج رادیوئی کار می کنند. اما چرا اجاق ماکروویو می تواند غذا را بپزد ولی امواج تلویزیون نه!

لوح های فشرده (CD) بر چه اساسی کار می کنند؟

با یک نگاه عمیق به اطرافمان می توانیم سؤال های جذاب دیگری را  مطرح کنیم.

این وضعیت مشابه وضعیت یک آدم بی سواد در محیط پر از نوشته است. لذا بایستی راهی برای پاسخ به این سؤالات بیابیم. فیزیک یکی از این راهها می باشد. (بزودی خواهید دانست که پاسخ سوالات فوق برای شما امکان پذیر است.)

 ما با فیزیک سعی می کنیم دنیای اطرافمان را از رمز آلودگی و ابهام خارج کنیم.

اما محدوده سؤالات و پاسخ های فیزیکی به آنها چقدر می باشد؟

به مدل سازی زیر توجه کنید. در این مدل سازی به خوبی ابعاد جهان را مشاهده می کنید. (اگر بخواهید می توانید مدل سازی زیر را به صورت دستی کنترل کنید، برای این منظور روی (manual) تقه زده، سپس به وسیله کلیدها مسیر مدل سازی را هدایت کنید.) 

جهت مشاهده مدل سازی اینجا را کلیک کنید و فایل index را بازکنید. (برنامه مورد نیاز برای اجرای آن در برخی سیستم ها: دانلود نرم افزارهای اجرای جاوا (Java Runtime))

شاید برای شما جالب باشد: دانلود نرم افزار EarthView (بازدید مجازی کره زمین)

محدوده دانش فیزیک متناظر آن چه که در بالا مشاهده کردید می باشد، البته به همان بزرگی! 

در این فصل ما چند مورد از مفاهیم فیزیک را به صورت مختصر مورد بررسی قرار می دهیم.

مفاهیم فیزیک :

- کمیت :

همه ما روزانه شاهد پدیده هایی هستیم که دارای مقدار و اندازه است.بطور مثال می توان به کمیت جرم اشاره کرد، زیرا جرم پدیده ای است که دارای مقدار است (بطور مثال مقدار جرم یک دانه گندم کمتر از مقدار جرم یک کتاب است.)

- یکا :

همانطور که گفته شد کمیت دارای «مقدار» است بنابراین «مقدار» را باید به شکلی نشان دهیم که بتوانیم اندازه کمیت را تشخیص دهیم.

به طور مثال می دانیم که یک کتاب از یک دانه گندم سنگین تر است اما مشکل بزرگی که وجود دارد این است که نمی دانیم که کتاب چقدر از گندم سنگین تر است.بنابراین لازم است که برای سنجش میزان سنگینی و یا سبکی چیزی مقداری عددی را به آن نسبت بدهیم.
یکا واحدی عددی است که برای انداره گیری کمیتی استفاده میکنیم.(به طور مثال برای کمیت جرم یکای کیلو گرم را در نظر می گیریم.)برای اندازه گیری یک کمیت نیاز به انتخاب یکایی مناسب داریم این یکا باید دارای دو ویژگی باشد:قابل دسترس باشد_ در شرایط فیزیکی تعیین شده تغییر نکند(یعنی یکا همیشه باید ثابت باشد.)

- چگالی : 

چِگالی (به انگلیسی: Density) یا دانسیته یا جرم حجمی یک ماده، جرم آن به ازای حجم واحد است. آن را با علامت اختصاری ρ (رو) نشان می دهند که از رابطه ρ=m/V به دست می آید؛ ρ چگالی، m جرم جسم و V حجم جسم است.

چگالی و وزن مخصوص تفاوت دارند. چگالی، جرمِ حجم واحد است، اما وزن مخصوص، وزنِ حجم واحد است.

- ذرات بنیادی : 

ذره بنیادی (به انگلیسی: Fundamental particle) یا ذره ابتدایی (به انگلیسی: Elementary particle) ذره ای است که ساختار داخلی آن پیش ساختاری نداشته باشد (یا هنوز مشخص نشده باشد). ذرات بنیادی شناخته شده در فیزیک توسط نظریه ای به نام مدل استاندارد ذرات بنیادی بررسی می شوند. این ذرات متشکل از فرمیون های بنیادی (که ماده و پاد ماده را می سازند) و بوزون های بنیادی (بوزون های پیمانه ای و بوزون هیگز) «ذرات حامل نیرو» (که بیشتر حامل نیروهای طبیعت اند) هستند. آنها متمایز کنندهٔ تعاملات بین فرمیون ها هستند. هر ذره ای که از چند ذرهٔ بنیادی تشکیل شده باشد یک ذرهٔ ترکیبی است.

- سرعت نور : 

سرعت نور در خلأ یک ثابت جهانی و دقیقاً برابر با ۲۹۹٬۷۹۲٬۴۵۸ متر بر ثانیه است. علت دقت این است که تعریف متر براساس سرعت نور و تعریف ثانیه بنا شده است.

این کمیت را در فیزیک و دیگر علوم با حرف c نشان می دهند. در محاسبات عادی که دقت زیادی مورد نیاز نیست، سرعت نور را برابر با ۳۰۰٬۰۰۰ کیلومتر بر ثانیه (۳‎×۱۰۸ متر بر ثانیه) در نظر می گیرند. مقدار آن تقریباً برابر با ۱۸۶٬۲۸۲ مایل بر ثانیه است. سرعت نور بیشینه سرعتی است که انرژی، ماده و اطلاعات در جهان می تواند مسافرت کند. این سرعت همچنان سرعت تمام ذرات بدون جرم و میدان های فیزیکی — شامل تابش الکترومغناطیسی که نور نیز جزو آن می شود — نیز هست. ذراتی که ذکر شد سرعتشان مستقل چارچوب مرجع است که گسترش این اصل به نسبیت خاص می انجامد. همچنین این سرعت در فرمول مشهور هم ارزی جرم و انرژی یعنی E = mc2 ظاهر می شود.

سرعت نور در اجسام شفاف کمتر از سرعت نور در خلأ است. سرعت نور در خلأ تقسیم بر سرعت نور در آن ماده شفاف (مانند شیشه یا هوا) به عددی بزرگ تر از یک می انجامد که به آن ضریب شکست (با نماد n نشان می دهند) می گویند و در فرمول های نور هندسی کاربرد دارد. برای مثال ضریب شکست نور مرئی برای شیشه معمولی حدود ۱٫۵ است و بدین معنی است که سرعت نور در شیشه، c / ۱٫۵ ≈ ۲۰۰۰۰۰ km/s است. ضریب شکست نور برای هوا ۱٫۰۰۰۳ (۱٫۰۰۰۳) است که نشان می دهد نور در هوا حدود ۹۰ km/s کندتر از c حرکت می کند.

برای بسیاری از کاربردها، نور و دیگر امواج الکترومغناطیسی بدون تأخیر جابجا می شوند اما برای فواصل زیاد و اندازه گیری هایی بسیار حساس، سرعت محدود نور اثرات ملموسی دارد. در ارتباطات با کاوشگران فضایی دور ممکن است بین دقایق تا ساعت ها طول بکشید تا یک پیام از زمین به کاوشگر برسید یا برگردد. نور ستارگان از سال های بسیار گذشته به زمین می رسد که اجازه می دهد تاریخچه جهان را با بررسی اجسام دور مطالعه کرد. سرعت محدود نور همچنین نظریات حد سرعت رایانه را نیز محدود می کند برای اینکه اطلاعاتی که داخل یک کامپیوتر از یک پردازنده به پردازنده دیگر منتقل می شود سرعت محدودی خواهد شد.

نخستین بار گالیلئو گالیله سرعت نور را اندازه گرفت. اما مقداری که او به دست آورد بسیار متفاوت تر از مقدار واقعی بود. بعدها ستاره شناس دانمارکی اوله رومر به کمک گرفت های مشتری سرعت نور را تا حد دقیقی اندازه گرفت.

- شکست نور :

شکست نور یک پدیده نورشناسی است که در آن نور رسیده از یک منبع نورانی (مانند لامپ، خورشید و ستارگان) به خاطر تغییر سرعت در دو محیط با ضریب شکست متفاوت تغییر مسیر می دهد. هنگامی که شخص به این نور نگاه می کند گویی که نور دچار شکست شده است. شکست نور تابع قانون اسنل است.

- قانون آمپر :

در الکترومغناطیس، قانون آمپر قانونی است که میدان مغناطیسی حول یک حلقهٔ بسته را به جریان الکتریکی گذرنده از آن حلقه ربط می دهد. قانون آمپر یکی از معادلات ماکسول است و برای نخستین بار آندره-ماری آمپر آن را پیش نهاد.

- صفر مطلق :

دمای صفر کلوین (به انگلیسی: Absolute zero) به صفر مطلق معروف است. در واقع در این دما آنتروپی و آنتالپی صفر می شود. به طور دقیق این دما برابر ۲۷۳٫۱۵- درجهٔ سلسیوس (سانتی گراد) یا ۴۵۹٫۶۷- درجهٔ فارنهایت است. لرد کلوین تصور می کرد که از دمای صفر کلوین نمی توان به دمای کمتری دست یافت. چگالی گاز های کامل را میتوان از رابطه p.m÷rt به دست آورد . در سال ۲۰۰۰ دانشگاه صنعتی هلسینکی از طریق رابطه چگالی گاز های کامل اعلام کرد که به پایین ترین دمای ممکن در آزمایشگاه دست یافته اند. این دما ۱۰۰ پیکو کلوین است که هنوز ۱۰۰ پیکو کلوین از دمای صفر کلوین گرم تر است. بنابر نظریه های تثبیت شدهٔ ترمودینامیک و مکانیک آماری، دمای صفر کلوین پایین ترین دمای ممکن است.

در این دما انرژی جنبشی ذرات سازنده به کمینه خود می رسد و آنتروپی نیز صفر می گردد.

مفاهیم زیادی وجود دارند که بارها شنیده اید ولی شاید برخی از آنها متوجه نشوید... شما هم اگر با برخی مفاهیم فیزیک آشنایی دارید که در اینجا درج نشده می توانید آنها را با کاربران سایت ضیاءالصالحین از بخش نظرات به اشتراک بگذارید.

منابع:
- تبیان - مفاهیم فیزیک
- وبلاگ arna.blogsky- مفاهیم فیزیک
- ویکی پدیا - مفاهیم فیزیک