از همان ابتدای خلقت ، دست یافتن به نظریه ای برای همه چیز دل مشغولی بشر بود ، یافتن جوابی که پاسخ تمامی سئوالات باشد . سئوالاتی که مطرح شده اند و یادر آینده ممکنست مطرح شوند چه سئوالات مربوط به متافیزیک ، چه سئوالات مربوط به جهان ماده .بله ، با دست یافتن به"نظریه ای برای همه چیز"گیریم که توانستیم در قرن بیست و یکم به نظریه ای برای همه چیز دست یابیم آیا در این صورت می توان ادعا کرد که در قرن بیست و دوم ، بیست و سوم و... این نظریه در آن زمان هم نظریه ای برای همه چیز باشد؟ اگر قادر به اثبات تجربی آن نباشیم" همه چیز" این نظریه بلوفی بیش نخواهد بود چرا که ممکنست تکنولوژی آینده به مبارزه با پیش بینی های آن برآید.و ضعف های آن را برملا سازد.
ناممکن بودن دست یافتن به نظریه ای برای همه چیز در محدوده ی مسائل مادی و غیرمادی بشر را مجبور ساخت تا مشکلات خود را در دو حوضه ی مجزا مورد مطالعه قرار دهد، در عرصه غیر مادی انسان به سرعت، شاید در همان دوران غارنشینی به نظریه ای برای همه چیز دست یافت اما در حیطه ی مسائل مادی هزاران سال است انسان برای رسیدن به این نظریه تلاش می کند ودر این راستا بشر و طبیعت به زور آزمایی با هم پرداخته اند ، این مبارزه من را به یاد کارتون های افسانه ای می اندازد که پیرمردی با ریش سفید و بلند، عصا به دست (طبیعت) معمایی مطرح می کند و پسربچه ای (انسان) بی تجربه با تحمل مشقات زیاد و کسب تجربه و علم به آن پاسخ می دهد.
این رویارویی پایاپای تاکی ادامه دارد و برنده ی این بازی کیست ؟ انسان یا طبیعت ؟
بیش از صد سال پیش انسان موفق شد همه معما های به جا مانده از گذشته های دور را در قالب فیزیک کلاسیک قدرتمندانه پاسخ دهد و دانشمندان را در به پایان رسیدن دوران جستجو و کنکاش دلخوش نماید .
در این میان فریادهای مستانه ی دانشمندانی از گوشه و کنار جهان به گوش می رسید که ما دیگر قادر خواهیم بود هرآنچه در آینده ممکنست رخ دهد با مطالعه ی وضع موجود پیش بینی کنیم چرا که راز نظم بنیادین طبیعت را کشف نموده ایم ودر قالب فیزیک کلاسیک فرمول بندی کرده ایم .
ولی چه زود طبیعت به حال خوش آنان (باپیش کشاندن چندین معما نظیر سرعت نور ، تابش جسم سیاه ، اثر کامپتون ، اثر فوتو الکتریک،...) پایان داد مشکلات پیچیده ای که برای حل آنها دیگر از دست فیزیک کلاسیک کاری بر نمی آمد .
اما دیری نپائید که مسائل لاینحل و آزاردهنده ی پیش روی فیزیک کلاسیک با ابداع نظریه های نسبیت توسط اینشتین بر طرف شد و توپ را انسان برا ی بار دیگر به زمین طبیعت انداخت .
فیزیک کلاسیک به همراه نسبیت ها هرچه در زمین و ورای آن رخ می داد را قانونمند ساخت و به سئوالاتی مانند موقعیت یک ذره در آینده ( با مطالعه نیرو های وارد بر آن ) تاریخ کسوف های بعدی ، ماهیت عالم و چگونگی شکل گیری آن و صدها رخداد مشابه از این دست را به دقت پاسخ میداد .
طولی نکشید که ایده ای دیگر سر از تخم تکامل اندیشه ی بشر بیرون آورد . کوانتوم . ایده ای جسورانه، نظریه ای که ریزترین اجزاء طبیعت را مورد مطالعه قرار می دهد ، به یمن دست آورد های فیزیک کوانتومی بود که به ناگاه ذراتی از پس پرده ی نمایان شدند که تا آن زمان طبیعت آنها را از چشم بشر مخفی نگاه داشته بود ،دهها نوع ذره با نامها و رفتارها ی متفاوت ، این کوانتوم بود که معما هایی چون ساختمان اتم و مولکول ها را به انسان شناسانید و او را در شکافتن دل ذرات یاری نمود تا آفتاب نهان در آنها را به نظاره بنشیند و برای بار دیگر ذهنش را از سئوالات گوناگون رهایی بخشد.
انسان قرن بیستم موفق شد به طور باور نکردنی سئوالات به ارث مانده از پیشینیانش را که طی صدها سال بی پاسخ مانده بود را پاسخ دهد . وتمام جوانب عالم را به کمک نظریه های گوناگون توضیح دهد اگر این نظریه ها را ما به شکل لباسی در نظر بگیریم که انسان تن طبیعت کرده است ،این لباس در عین پوشاندن بدن عریان طبیعت اما از یک ناهمگونی آزاردهنده ای برخودار است ، پیراهن کوانتومی وصله خورده ،کت چروک و گشاد نسبیتی،بهمراه شلوار مرتب اما تنگ و کوتاه کلاسیکی .
این لباسی که ما به تن طبیعت کردیم به زحمت توانستیم قسمتی از پیراهن کوانتومی را به زیر شلوار کلاسیکی جای دهیم (کنایه از بسط برخی از روابط کوانتومی جهت استفاده در محاسبه وقایع ماکروسکوپی ) و وصله های آن را به زیر کت نسبیتی بپوشانیم (کنایه از اتحاد نسبیت خاص با مکانیک کوانتومی و تدوین نظریه کوانتومی میدان )
با این اوضاع آیا می توانیم به انجام وظیفه مان خرسند باشیم و بگوییم هرچه طبیعت از ما طلب می کرد ما آن را به انجام رساندیم.
چگونه می توانیم طبیعت را از این پوشش نا مرتب برهانیم ؟ طبیعتی که ما هنوز کفشی به پاهای برهنه اش نکرده ایم(منظورناتوانی در حل معماهای امروزی مانند ماده تاریک، انرژی تاریک ،سرانجام عالم ،ماهیت نوترینو ،...)
در این صورت است که وقایع لحظات اولیه ی خلقت عالم ، منشاء و چیستی ماده و انرژی تاریک ،سرانجام کائنات ،ماهیت برخی از ذرات بنیادی و دهها سئوال دیگر که تاکنون بی پاسخ مانده اند به جوابشان دست خواهیم یافت .
اکنون سئوالات اساسی که برای دست یافتن به این نظریه پیش می آید این است که،
1- آیا می توان به دست یابی بشر در آینده ای نزدیک به نظریه ای برای همه چیز خوشبین بود.؟
2- آیا نظریه ای برای همه چیز تا ابد نظریه ای برای همه چیز باقی خواهد ماند.؟
اعتقاد من براین است که تلاش انسان در این برهه از زمان برای رسیدن به نظریه ای برای همه چیز منوط به تحقق یافتن دو چیز است
الف )آگاهی کامل از تمام جوانب عالم
ب)رسیدن به تکنولوژی پیشرفته برای آزمودن نظریه های پیشنهادی
مورد اول بدون شک با امکانات موجودغیر ممکن به نظر می آید ،چرا که ما نه شناخت کامل از عالم در بعد ماکروسکوپی آ ن داریم و نه می توانیم به روشنی از ابعاد میکروسکوپی آن سخن برانیم، بنابراین ما در دو حیطه با تاریکی مطلق سر و کار داریم یکی ماهیت عالم در نقاط دور دست که نه نوری از آنجا به چشم ما می آید و نه ما قادریم به آنجا سفر کنیم ، و مسئله ی دیگر ماهیت عالم در ابعاد فرمی و کوچکتر از آن می باشد ،اطلاعات ما از این بعد تنها یکسری مشاهدات غیر مستقیم است که در برخی از موارد برداشت های ضد و نقیضی به مشاهده گر القا می کند . با این وضعیت ما می خواهیم نظریه ای ابداع کنیم که این دو حیطه ی ناشناخته و هر چه بین آنها ست را بدون کم و کاست توضیح دهد .
تازه اگر موفق به تدوین این نظریه شدیم می ماند اثبات آن ،به نظر من دیگر نباید بی درنگ تسلیم ظاهر نظریه ها شد ،بدین صورت که اگر نظریه ای بر روی کاغذ و در قالب ریاضیاتی آن بدون نقص بود به آن به چشم یک راه حل بی بدیل و قطعی نگاه کنیم که این نظریه تنها راه حل مشکل ماست.
همین نظریه ی نسبیت را در نظر بگرید ،با همه توانایی هایش در برخی از زمینه های علم فیزیک تاکنون هیچ مدرک قطعی برای اثبات پیش بینی هایش ارائه نگردید ،تنها نسبیت خاص را توانسته اند با ذرات موجود در شتابدهندها که ذرات در آن از حرکت شتابدار برخوردارهستند (در صورتی که نسبیت خاص ویژه ی حرکت با سرعت ثابت است ) مورد آزمایش قرار دهند مخالفت این نظریه با "عقل سلیم" وپارادوکس حل نشده ی دو قلو های آن دیگر بماند.
در ضمن تاکنون مدرک مستدلی در تاییدبرخی از پیش بینی های نسبیت عام با تمام زیباییهایی که این نظریه دارد ارایه نشده است.
در زمینه ی یافته های فیزیک کوانتومی نیز با همین مشکل مواجه هستیم جایی که صحبت از اتحاد بزرگ و یا اثبات وجود کوارک ها می شود (به صورت منفرد ) یا وجود ذرات گلوئون، خر شتابدهندها به گل می نشیند .
ناتوانی دانشمندان در ابداع روشی برای اثبات تجربی این یافته ها زمینه را برای ظهور ادعا های تازه مهیا ساخت. ادعا هایی که هیچگونه چشم اندازی در آینده های بسیار دور نیز برای اثبات آنها وجود ندارد .
گرچه تلاش و پشتکار دانشمندان برای دست یابی به نظریه ای برای همه چیز قابل احترام و ستودنی است اما آنان مرا به یاد کیمیا گران قدیم می اندازند که امیدتبدیل مس به طلا سراسروجودشان را فرا گرفته است ،چند سالی است که تب کیمیا گری از علم شیمی به علم فیزیک منتقل شده است و کیمیای "نظریه ای برای همه چیز" رویای شیرین برخی از فیزیکدانان گردیده است .
البته همانطوری که در طول تاریخ کیمیاگری برخی از گوشه و کنار جهان ادعای دست یافتن به ماده ای که مس را به طلا تبدیل می کند را مطرح می کردند ،اینک نیز پیدا می شوند دانشمندانی که مدعی دست یافتن به نظریه ای برای همه چیز هستند.
جالب اینجاست که اینان برای منطقی جلوه دادن نظریه هایشان بنیان طبیعت را دگرگون می سازند ، ذرات رابه ریسمان و ابعاد عالم را تا جایی که مشکلشان حل شود افزایش می دهند .
همان طوری که تا قرن نوزدهم فیزیک کلاسیک برای همه چیز شناخته شده تا آن زمان پاسخ قانع کننده ای داشت . و به نوعی نظریه ای برای همه چیز بود. اما تکنولوژی قرن بیستم همانند شتابدهندها ،تلسکوپ ها ی قوی ،و تجهزات دقیق آزمایشگاهی سئوالاتی پیش روی آن قرار دادند که ناقص بودن آن را نشان دادند .
تلاش برای دست یابی به نظریه ای برای همه چیز در حالی در حال انجام است که دانشمندان هنوز در همساز کردن نسبیت خاص با کوانتوم با مشکلات عدیده ای دست به گریبان هستند ، از وجود ذرات میدان گرانش سخن به میان می آورند اما قادر به اثبات تجربی آنها نیستند ، از کم و کیف نیروی قوی هسته ای اطلاعات دقیقی ندارند،و...
کوتاه سخن اینکه اگر دانش بشری در مسیر دست یافتن به نظریه هایی باشند که بتواند تنها مشکلات موجود را حل کند (مانندطریقه ی شکل گیری نسبیت و کوانتوم)و اجازه بدهیم تا با پیدایش پاره نظریه ها زوایای بیشتری از نظریه ی بزرگ آشکار شود آنگاه به راحتی وبا اطمینان بیشتر قادر خواهیم بود گمشده ی خود (که شاید نظریه ای برای همه چیز باشد) را بیابیم.
شاید تمایل دانشمندان در این برهه از زمان برای دست یافتن به یک نظریه ای برای همه چیز ناشی از ناتوانی آنها در حل معضلات فعلی است که برای فرار از این مشکلات خود را به دامان نظریه ای برای همه چیز انداخته اند . همین اقدام های گنگ و سر در گم کننده است که این سئوال بزرگ را در اذهان تداعی می کند
کلمات کلیدی: کوانتوم
محققان برای نخستین بار موفق به مشاهده مستقیم ارتباط آتشفشان با وقوع رعد و برق شدند.
به گزارش خبرنگارایرنا به نقل از ماهنامه علمی،آموزشی و خبری سازمان زمین شناسی و اکتشافات معدنی کشور، آتشفشانها میتوانند سبب وقوع زلزله، ریزش بهمن و جاری شدن مواد مذاب شوند که براساس نتایج مطالعه جدید ، ارتباط فوران آتشفشانها با وقوع آذرخش را نیز اثبات میکند.
گروهی از محققان در آمریکا برای شناسایی ارتباط فوران آتشفشانها با وقوع رعد و برق ، اقدام به نصب گیرندههای رادیویی اطراف کوه آتشفشان " آگوستاین " در نزدیکی آلاسکا کردند ، آتشفشان " آگوستاین " در یک جزیره غیرمسکونی در خلیج" کوک" واقع شده وتقریبا هر ????سال یک بار فوران میکند.
محققان پیش از نیز از روش مشابهی برای مطالعه رعد و برقهای ایجاد شده در طوفانها استفاده کرده بودند، وقوع رعد وبرق سبب ایجاد پالسهای رادیویی میشود که در صورت روشن بودن رادیوی خانگی و یا رادیوی خودرو نیز میتوان نشانههای این پالسها را به صورت صداهای " هیس" مانند در لحظه وقوع آذرخش از طریق این دستگاهها شنید.
دانشمندان میتوانند بااستفاده از گیرندههای رادیویی که در نقاط مختلف کار گذاشتهاند،پالسهای رادیویی آذرخشها را در دریافت و از آنها برای شناسایی محل دقیق وقوع آذرخش در یک ابر استفاده کنند و به عبارتی ، تصویری سه بعدی از شکل آذرخش درون ابر را ترسیم کنند.
محققان عقیده دارند هنگام فوران آتشفشان و درلحظات اصلی این واقعه به دلیل برخورداری این ذرات از میزان زیادی بار الکترونیکی ، همانند لحظهای که ابرهای باردار با یکدیگر برخورد میکنند ، پدیده آذرخش رخ میدهد.
دانشمندان از مدتها قبل به وقوع آذرخش در پی فورانهای بزرگ آتشفشانی پی برده بودند، اما هماکنون محققان موفق شدند مرحله ابتدایی وقوع آذرخش در این فورانها را که درست در دهانه آتشفشان رخ میدهد ، شناسایی کنند.
به گفته آنها،اطلاعات جمعآوری شده از آتشفشان " آگوستاین " نشان میدهد جرقههای بزرگی از دهانه آتشفشان به درون ستون خاکستر وغبار موجود در بالای آتشفشان پرتاب میشود ، سپس درون ابری که بالای آتشفشان در حال شکلگیری است ، آذرخش رخ میدهد .
هنگامی که ابر خاکستر و غبار بر فراز آتشفشان رشد کرده و ابعاد آن افزایش یابد ، این آذرخشها مستقل از دهانه آتشفشان و درون خود این ابر شکل میگیرند.
رعد وبرق در ابرهای بزرگ آتشفشانی از بسیاری جهات مشابه رعد و برقهای ایجاد شده درون توفانها است و از لحاظ ظاهری شاخههای متعددی دارد که ظرف حدود نیم ثانیه در ابر آتشفشانی ایجاد میشود ، دراین مطالعه محققان تنها موفق به شناسایی آذرخشهایی شدند که درون ابر آتشفشانی جابه جا میشوند، اما در گذشته گزارشهایی ازبرخورد آذرخشهای مربوط به فورانهای آتشتفشانی با زمین ، وجود داشته است.
سال ??????درخلال فوران آتشفشان "سنت هلنز" برخورد آذرخش ناشی از آتشفشان به زمین سبب بروز آتش سوزی در جنگلهای اطراف کوه شد. به گفته دانشمندان ،احتمالا بین شدت فوران آتشفشان و وقوع آذرخشهای آتشفشانی ارتباط کلی وجود دارد زیرا هرچه آتشفشان شدیدتر باشد ذرات باردار بیشتری ازآن بیرون پرتاب میشود و احتمال وقوع این پدیده افزایش مییابد.
کلمات کلیدی: هواشناسی و اختر فیزیک
مقدمه:
یکی از عجیب ترین کشفیات انسان دسترسی به فضا است که پیچیدگی و مشکلات خاص خود را دارد. راه یابی به فضا پیچیده است، چرا که باید با بسیاری از مشکلات روبرو شد. مثلا:
- وجود خلا در فضا
- مشکلات گرما و حرارت
- مشکل ورود مجدد به زمین
- مکانیک مدارها
- ذرات و باقی مانده های فضا
- تابش های کیهانی و خورشیدی
- طراحی امکانات برای ثابت نگه داشتن اشیا در بی وزنی
ولی بزرگترین مشکل ایجاد انرژی لازم برای بالا بردن فضاپیما از زمین است که برای درک این موضوع باید به بررسی طرز کار موتورهای موشک پرداخت.
در یک دیدگاه ساده، می توان موتورهای موشک را به آسانی و با هزینه ای نسبتا کم طراحی کرد و حتی آن را به پرواز درآورد اما اگر بخواهیم مسئله را در سطح کلان بررسی کنیم با مشکلات و پیچیدگی های بسیاری مواجه هستیم و این موتورهای موشک (و به خصوص سیستم سوخت آن ها) آنقدر پیچیده است که تا به حال تنها سه کشور توانسته اند با استفاده از این فناوری انسان را در مدار زمین قرار دهند.
در این مقاله ما موتورهای موشک های فضایی را مورد بررسی قرار می دهیم تا با طرز کار و پیچیدگی های آن ها آشنا شویم.
نکات پایه ای:
عموما وقتی کسی درباره موتورها فکر می کند، خود به خود مطالبی درباره چرخش برایش تداعی می شود.برای مثال حرکت متناوب پیستون در موتور بنزینی که انرژی چرخشی برای به حرکت در آوردن چرخ ها را تولید می کند. و یا موتور الکتریکی که با تولید میدان الکتریکی که با تولید میدان مغناطیسی نیروی چرخشی برای پنکه یا سی دی رام تولید می کنند. موتور بخار هم به طور مشابه کار می کنند.
ولی موتور موشک از لحاظ ساختار متفاوت است. موتور موشک ها موتورهای واکنشی هستند.اساس کار موتور موشک برپایه ی قانون معروف نیوتون است که می گوید: "برای هر کنش واکنشی وجود دارد به مقدار مساوی ولی درجهت مخالف آن". موتور موشک نیز جرم را در یک جهت پرتاب می کند و از واکنش آن در جهت مخالف سود می برد.
البته تصور این اصل (پرتاب جرم و سود بردن از واکنش) ممکن است در ابتدا کمی عجیب به نظر بیاید، چرا که در عمل بسیار متفاوت می نمایاند. انفجار، صدا و فشار چیزهایی است که در ظاهر باعث حرکت موشک می شود و نه "پرتاب جرم".
بگذارید تا با بیان چند مثال تصویری بهتر از واقعیت را روشن کنم:
? اگر تا به حال با اسلحه ی(به خصوص سایز بزرگ آن) shotgun شلیک کرده باشید، متوجه می شوید که ضربه ی بسیار قوی ای، با نیروی بسیار زیاد به شانه شما وارد می کند.
یک اسلحه مقدار 1 انس فلز را به یک جهت و با سرعت 700 مایل در ساعت شلیک می کند و در واکنش شما را به عقب حرکت می دهد.
? اگر تا به حال شیر آتش نشانی را دیده باشید، متوجه می شوید که برای نگه داشتن آن باید نیروی بسیار زیادی را صرف کنید (اگر دقت کرده باشید گاهی 2 یا 3 آتش نشان یک شیر را نگه می دارند) که در این جا شیر آتش نشانی مثل موتور موشک عمل می کند.
شیر آتش نشانی، آب را در یک جهت پرتاب میکند و آتش نشان ها از نیرو و وزن خود استفاده می کنند تا در برابر واکنش آن مقاومت کنند. اگر آن ها اجازه بدهند تا شیر رها شود، شیر به این طرف و آن طرف پرتاب می شود.
حال اگر آتش نشان ها روی یک اسکیت برد ایستاده باشند شیر آتش فشانی آن ها را با سرعت زیادی به عقب می راند.
? اگر یک بادکنک را باد کنید و آن را رها کنید، بادکنک به پرواز در می آید، تا وقتی که هوای داخل آن به طور کامل خالی شود. پس می توان گفت که شما یکم موتور موشک ساخته اید. در این جا چیزی که به بیرون پرتاب می شود مولکول های هوای درون بادکنک هستند.
بسیاری از مردم فکر می کنند که مولکول های هوا اهمیتی ندارند، در حالی که اینطور نیست. هنگامی که شما به آن ها اجازه می دهید تا از دریچه بادکنک به بیرون پرتاب شوند، بر اثر واکنش به وجود آمده بادکنک به جهت مخالف پرتاب می شود.
در ادامه برای درک بهتر موضوع، به مثالی دقیق تر اشاره می کنم:
? سناریوی توپ بیسبال در فضا:
شرایط زیر را تصور کنید،
مثلا شما لباس فضانوردان را پوشیده اید و در فضا در کنار فضاپیما معلق مانده اید و چندین توپ بیسبال در دست دارید. حال اگر شما توپ بیسبال را پرتاب کنید، واکنش آن بدن شما را به جهت مخالف توپ حرکت می دهد.
سرعت شما پس از پرتاب توپ به وزن توپ و شتاب وارده بستگی دارد. همانطور که می دانیم حاصلضرب جرم در شتاب برابر نیرو است، یعنی:
F=m.a
همچنین میدانیم که هر نیرویی که شما به توپ وارد کنید، توپ نیز نیرویی مساوی ولی در جهت مخالف به بدن شما وارد میکند که همان واکنش است. پس می توان گفت:
m.a=m.a
حال فرض می کنیم که توپ بیسبال 1 کیلو گرم وزن داشته باشد و وزن شما و لباس فضایی هم 100 کیلوگرم باشد. پس با این حساب اگر شما توپ بیسبال را با سرعت 21 متر در ساعت پرتاب کنید. یعنی شما با دست خود به یک توپ بیسبال 1 کیلو گرمی، شتابی وارد کرده اید که سرعت 21 متر در ساعت گرفته است. واکنش آن روی بدن شما تاثیر می گذارد، ولی وزن بدن شما 100 برابر توپ بیسبال است. پس بدن شما با 100/1 سرعت توپ بیسبال (یا 0.21 متر بر ساعت) به عقب حرکت می کند.
حال اگر شما می خواهید از توپ بیسبال خود قدرت بیش تری بگیرید، شما دو انتخاب دارید: افزایش جرم یا افزایش شتاب وارده
شما می توانید یا یک توپ سنگین تر پرتاب کنید و یا اینکه شما می توانید توپ بیسبال را سریع تر پرتاب کنید (شتاب آن را افزایش دهید)، و این دو تنها کارهایی است که می توانید انجام دهید.
یک موتور موشک نیز به طور کلی جرم را در قالب گازهای پرفشار پرتاب می کند؛ موتور گاز را در یک جهت به بیرون پرتاب می کند تا از واکنش آن در جهت مخالف سود ببرد. این جرم از مقدار سوختی که در موتور موشک می سوزد بدست می آید.
عملیات سوختن به سوخت شتاب می دهد تا از دهانه خروجی موشک با سرعت زیاد بیرون بیاید.
وقتی سوخت جامد یا مایع می سوزد و به گاز تبدیل می شود، جرم آن تغییر نمی کند بلکه تغییر در حجم آن است. یعنی اگر شما مقدار یک کیلو سوخت مایع موشک را بسوزانید مقدار یک کیلو جرم با حجمی بیشتر، از دهانه خروجی موشک با دمای بالا و سرعت زیاد خارج می شود. عملیات سوختن، جرم را شتاب می دهد.
بیایید تا بیش تر درباره ی نیروی پرتاب بدانیم:
نیروی پرتاب:
قدرت موتور یک موشک را نیروی پرتاب آن می گویند. نیروی پرتاب در آمریکا به صورت
(پوند) ponds of thrust
و در سیستم متریک با واحد نیوتون شناخته شده است (هر 4.45 نیوتون نیروی پرتاب برابر است با 1 پوند نیروی پرتاب).
هر یک پوند نیروی پرتاب (4.45 نیوتون) مقدار نیروی است که می تواند یک شی 1 پوندی (453.59 گرم) را در حالت ساکن مخالف نیروی جاذبه زمین نگه دارد.
بنابر این در روی زمین شتاب جاذبه 21 متر در ساعت در ثانیه (32 فوت در ثانیه در ثانیه) است.
کلمات کلیدی: ترمو دینامیک
ماهی چگونه حرکت میکند؟
بیشتر جانداران این توانایی را دارند که انواع مانورهای حرکتی را انجام دهند و همچنین میتوانند بخشی و یا همه بدن خود را در وضعیت خاص تعادلی نگهدارند. حرکت و تعادل جانداران یک مسئله مهم مکانیکی است. جانداران دستگاهها و ماشینهایی هستند که به کمک نیروهایی به حرکت درمیآیند و کار را انجام میدهند و ساختمانهایی هستند که تحت اثر نیروهای وارده در حالت تعادل قرار میگیرند. هر کدام از انواع جانوران دارای اعضاء و دستگاههایی هستند که حرکت و تعادل آنها را امکانپذیر میسازد. برای نمونه جانوران زمینی مانند انسان و چهارپایان به کمک سیستم استخوانبندی و ماهیچههاتوانایی انجام حرکات گوناگونی بر روی زمین را دارند. جانداران دریایی مانند ماهیها و نهنگها دارای اعضایی مانند بالهها هستند و شکل عمومی آنها طوری است که برای شرایط دریایی و حرکت در آن مناسبت تمام دارد. در کل میتوان چنین گفت که فرم ساختمانی و عملکرد هریک از انواع جانوران با شرایط محیطی آن جانور هماهنگی دارد و به عبارت مهندسی، جانوران ماشینهایی هستند که در طبیعت برای شرایط خاص محیطی خود و نیازهای حیاتی وابسته به آن طراحی و ساخته شدهاند. همچنین ردیابی انواع جانوران در طی دوران گذشته این نتیجه را بدست داده است که از دیدگاه تکاملی نیز تغییرات فرمی جانوران در طول زمان همواره در جهتی صورت گرفته است که کارآیی مکانیکی آنها را به عنوان یک کاشین کامل افزایش بدهد.
بررسی و مطالعه مربوط به حرکت و تعادل جانوران از دیدگاه مکانیکی دارای وجوه و مسائل مکانیکی مشترکی است که در مورد انواع جانوران یکسان است. علاوه بر آن حرکت و تعادل هریک از انواع جانوران از ویژگیهایی برخورداراست که ویژه آن جانور بهخصوص است.
از دیدگاه مکانیکی (پویشی) ماهیها چگونه حرکت میکنند؟
ماهیان، برحسب شکل، اندازه و چگونگی حرکت دارای انواع گوناگونی هستند. انواع گوناگون ماهی برای حرکت رو به جلو و انجام مانورهای حرکتی از بخشی و یا تمام بدن خود سود میجویند. اندام محرکه در ماهیها دارای حرکت نوسانی است. به کمک همین حرکت نوسانی است که نیروی جلوبرنده ماهی تامین میشود. علاوه بر آن، ماهیها دارای پردههای غضروفی بهنام باله هستند که تعداد و اندازه آنها در ماهیان گوناگون متفاوت است. گذشته از آن، دارای دمهای ارتجاعی و نیرومندی هستند. ماهیها از بالهها، دم و یا تمامی بدن برای انجام حرکت در آب سود میجویند. برای نمونه حرکت مارماهیها بهکمک امواجی که در طول بدن آنها انتشار مییابد انجام میشود، ماهی قزلآلا از حرکات نوسانی بالهها برای حرکت خویش کمک میگیرد. در ارهماهی، باله به صورت نواری طویل در طول بدن قرار گرفته و حرکت موجی این باله به ماهی توانایی حرکت به پسوپیش را میدهد.
نه تنها انواع گوناگون ماهی از مکانیزم (سازوکار)های گوناگون برای شنا یهره میگیرند، بلکه حتی در یک ماهی خاص نیز مکانیزمهای حرکتی در آغاز حرکت و در سرعتهای گوناگون متفاوت است. از این روست که بیان فرضیه کلی مکانیکی توجیهپذیر حرکت ماهی دشوار است.
اما هدف تمامی این مکانیزمها و مانورها، ختثی نمودن نیروی مقاوم در برابر حرکت روبهجلو، یا جهت دلخواه، و ایجاد شتاب مطلوب به بدن جانور است. نکته بسیار مهم در این است که این جانور از شاره (سیال) پیرامون خود، برای ایجاد نیروی محرکه کمک میگیرد. بدون وجود شاره پیرامون جانور، حرکت آن امکانپذیر نیست. همانند هواپیما و زیردریایی و برخلاف راکت و موشک که اندرکنش گاز خارج شده به صورت پیشرانه (جت) به بدنه جسم است که آن را میراند و برای حرکت نیازمند شارهای پیرامون خویش نیست.
برخی از انواع ماهیان از حرکات موجی تمام بدن خویش در ایجاد نیروی تکیهگاهی و محرکه سود میجویند و بعضی به کمک حرکات بالهها و دم به این هدف میرسند.
در مکانیزم نوع نخست، حرکت موجی تمام بدن همچون مارماهی، جرکت موجی توسط ماهیچههای بدن جانور از سر ماهی آغاز شده بهسوی دم انتشار مییابد. مکانیزم نوع دوم، ایجاد نیروی مجرکه به کمک باله و دم، انواع گوناگونی دارد. حرکت ماهی به دو نوع حرکت خمشی، درون دم حول محور عمود بر صفحه باله، و حرکت پیچشی، درون دم حول محور واقع در صفحه باله، تقسیم میشود. در بعضی ماهیان، این دو مکانیزم به صورت ترکیبی با یکدیگر به کار میروند.
ماهی در مکانیزم حرکتی دم و بالهها با حرکت نوسانی بالهها و دم خود گردابههایی ایجاد مینماید. از دیدگاه مکانیک شارهها، این گردابهها که در آب آرام ایجاد میشوند، نمایشگر میدانهای سرعتی هستند که بخشی از آب را در حول محورهایی بهدوران در میآورد.
نتیجه حرکت آب نسبت به بالهها چنان است که نیروی جلوبرنده بر بدن ماهی اثر کرده، جانور را پیش میراند. ماهی با حرکت بالهها و دم، آب را چنان جابهجا میکند که نتیجه آن اعمال نیروی واکنشی از سوی آب به بدن ماهی، در جهت موردنظر است.
نیروی محرکه حرکت ماهیان، از انرژی کششی که در ماهیچهها ایجاد میشود تامین میگردد. از دیدگاه مکانیکی، در حرکت عادی، مقدار انرژی مفید تولیدی برابر است با حاصلضرب سرعت ماهی در مقاومتی که آب پیرامون سطوح جانبی بدن ماهی اعمال میدارد. این مقاومت تا حد بسیار زیادی بستگی به آن دارد که جانور بتواند بدون ایجاد گردابههای غیر ضروری در آب حرکت نماید. این مقاومت بستگی به جهت حرکت و شکل هندسی بدن ماهی دارد. توان ماهیچه به نیروی کششی ایجاد شده در آن و سرعت انقباض ماهیچه ارتباط دارد و این توان برای مقدار خاصی از نیروی کششی و سرعت انقباض به بیشینه خود میرسد. سرعت حرکت بستگی به طول بدن، بسامد و ارتعاش دم ماهی دارد. هراندازه که طول بدن ماهی بلندتر باشد، بیشینه بسامد حرکت دم بیشتر شده و در نتیجه نسبت بیشینه سرعت به طول، با افزایش طول بدن کم میشود. در نتیجه در سرعتهای برابر 8 تا 10 برابر طول جانور در ثانیه، تنها برای 6 ثانیه ادامه مییابد. سرعتهای عادی (نیممتردرثانیه) ماهیان کوچک (تا حدود 30 سانتیمتر) برای مدت بیش از 20 ثانیه قابل تداوم هستند.
کلمات کلیدی: ترمو دینامیک
سفر رهبر معظم انقلاب در هفته ولایت را به شهر کویریمان گرامی می داریم.
شمیم و رایحه ی خوشگوار می آید مشام داده خبـر بوی یار می آید
همین که دیده به نور رخش کنم روشن مراد و بخت خوشم در کنار می آید
زمانه را چه عجب ! روی خوش نشانم داد گل و شکوفه چه بی رنج خار می آید
فضای شهر معطّر کنید و مشک آمیز که ماه نو شد ه ،رشک بهار می آید
نگاه خضر(ع) یقین باغ را تبرک کرد که شاخ خشک زمستان به بار می آید
چه قدر قند به دل آب کرد ، آمدنش به دست ما سـند افتخار می آید
نگار از دل مشتاق می زداید غم زسینه غصّه رود چون نگار می آید
هـزارشکر که آرام جان رسد ما را قرار بهر دل بی قـرار می آید
کلمات کلیدی: فیزیک حالت جامد