وقتی در طول بارندگی فقط یک رنگین کمان می بینیم در واقع چند رنگین کمان وجود دارد؟ پاسخ این سؤال آنطور که فکر می کنید ساده نیست! وقتی نور وارد یک قطره آب می شود، در داخل قطره بازتاب کرده، و آنچه به چشم ما باز می تابد رنگین کمان را تشکیل می دهد. هر قطره باران، نوری را که واردش می شود در تمام جهات ممکن بازتابانده و می شکند. اولین بار که نور با قطره برخورد می کند، یک پرتو کسری از آن نور بازتاب می کند و و بقیة آن در طول قطره حرکت می کنند تا به پشت قطره از سمت داخل برخورد کنند. دوباره، مقداری از نور شکت خورده و مقداری بازتاب می کند. در هر برخورد با سطح سطح داخلی قطره، مقداری از نور باز می تابد و در قطره می ماند، و باقیماندة آن خارج می شود. بنابراین پرتو های نور می توانند بعد از یک، دو، سه بازتاب داخلی یا بیشتر از قطره خارج شوند.

وقتی شما دو رنگین کمان می بینید، اولین یا اصلی ترین کمان در زاویة ۴۲ درجه، با نور قرمز در بیرون و نور بنفش در داخل به طور واضح دیده می شود. کماان دوم همیشه کم رنگ تر بوده و بواسطة بازتاب دوم با رنگهای معکوس (بنفش در بیرون و قرمز در درون) در زاویة ۵۱ تشکیل می شود. اسحاق نیوتن یک معادله ریاضی بر حسب اندازه زاویة رنگین کمانها بعد از بازتاب N اُمِ داخل قطره بدست آورد. او معتقد بود که در بازتاب سوم نور کافی وجود ندارد که در واقع شخص آنرا ببیند، از اینرو هرگز مسیله را برای ۳=N حل نکرد. ادموند هالی، بعد از نامگذاری ستارة دنباله دار هالی، محاسبات را بر دوش گرفت و کشف کرد که سومین رنگین کمان در زاویة ۴۰ درجه و ۲۰ ثانیه تشکیل می شود، و شگفت زده شد. این رنگین کمان نبایستی در مقابل خورشید تشکیل شود بلکه دور تا دور خورشید تشکیل می شود! دو هزار سال بود که بشر به اشتباه در طرف دیگر آسمان در جستجوی این کمان بود.

جهت یابی

۱. با ساعت : ابتدا ساعت خودرا باساعت گرینویچ(GMT) تنظیم می‌کنیم (البته زمانی که ساعتها ۱ ساعت به جلو کشیده میشوند باید ساعت را ۱ ساعت به عقب ببریم و سپس طبق گرینویچ تنظیم کنیم) ساعت گرینویچ ۳/۳۰ ساعت از ساعت اصلی کشور جلوتر است .یعنی اگر ساعت ما۵باشد ساعت به وقت گرینویچ ۲/۳۰ می‌باشد. سپس عقربه ساعت شمار را به طرف خورشید می‌گیریم به طوری که سایه آن به زیر خودش برود. آنگاه بین عدد دوازده و عقربه ساعت شمار زاویه‌ای رسم میکنیم .اگر برای زاویه تشکیل شده نیمسازی در نطر بگیریم این نیمساز سمت جنوب را نشان میدهد .(البته در نیمکره شمالی که ما قرار داریم)

۲. لانه مورچه‌ها : که خاکریز لانه آنها سمت جنوب را نشان میدهد.

۳. خورشید و اجسام : شی بلندی را در زمین فرومیکنیم آخر سایه ایجادشده را علامت می‌زنیم .سپس ۲۰ تا ۳۰ دقیقه دیگر مراجعه می‌کنیم دوباره آخر سایه فعلی را علامت می‌زنیم .دونقطه را به هم وصل می‌کنیم پشت خط میایستیم پای چپ را روی علامت سایه اول و پای راست را روی علامت سایه دوم می‌گذاریم .روبروی ما جهت شمال می‌شود.

۴. جهت یابی در شب : که به وسیله ستاره قطبی انجام میشود.این ستاره جهت شمال را نشان می‌دهد.(ستاره قطبی نور زیادی دارد واطراف آن تا شعاع زیادی ستاره‌ای دیده نمی‌شودو دقیقا در امتداد محور زمین است.)

۵. تنه درختان بریده شده : خطوط درخت رانگاه می‌کنیم هرجا که فاصله خطوط به هم نزدیک باشد سمت شمال و هرجا که فاصله خطوط از هم دور باشد سمت جنوب را نسان می‌دهد.

۶. خزه روی درختان : آن طرفی که خزه زیاد است سمت شمال را نشان می‌دهد.

۷. به وسیله ماه : اگر درنیمه اول ماه باشیم برآمدگی ماه به سمت مغرب است و اگر درنیمه دوم ماه یاشیم(از روز ۱۶ به بعد) برآمدگی ماه به سمت مشرق است.

نکته: چنانچه نمی‌دانیم در نیمه اول هستیم یا نیمه دوم دوطرف ماه را از بالا به پایین وصل میکنیم چنانچه حرف p شد نیمه اول و اگر حرف q شد نیمه دوم است.

انرژی جنبشی:انرژی جسم دارای سرعتv است وبا نماد KEنشان میدهیم

انرژی پتانسیل گرانشی:انرژی جسم دارای ارتفاع hاست وبا نماد PE_gravنشان میدهیم

PE_grav = m * g * h

انرژی مکانیکی: به مجموع انرژی پتانسیل وانرژی جنبشی انر ژی مکانیکی می گوییم وبا نمادTME یعنی total mecanical energyنشان میدهیم. واحد همه انرژیها در SI ژول است

TME = PE + KE

پایستگی انرژی مکانیکی: اگرتنها نیروی وارد بر جسم نیروی جاذبه زمین باشد انرژی مکانیکی جسم در هر نقطه از حرکت جسم مقدار ثابتی است مانند انچه در شکل زیر می بینیم که انرژی مکانیکی کودک در حال بازی در تمام نقاط حرکت ۵۰۰۰۰ژول است

وبه عبارت دیگر با کاهش ارتفاع انرژی و افزایش سرعت ازانرژی پتانسیل کاسته شده وبه انرژی جنبشی افزوده میشود .

اراتستن دانشمند یونانی (اهل لیبی امروز) ا ولین فردی بود که توا نست شعاع زمین را اندازه گیری نماید اندازه گیری ا وبسیار نزدیک به اندازه گیریهای امروزشعاع زمین به کمک ماهواره ها

می باشد.

اراتستن بخوبی از نحوه تابش خورشید بر نقاط مختلف شهرهای مصر خبردار بود.

وی می دانست که در یکبار از سال-درظهر۲۱ام ژوین(اول تابستان) پرتوهای موازی خورشید به طور عمود درون چاه عمیقی درe syenn جنوب مصر (اسوان امروزی) می تابد و پرتوهای نوری توسط آب کف چاه رو به بالا نیز بطور عمود نیز منعکس می گردد

بنابراین وی در این تاریخ در شهر ا سکندریه در شمال syenne) (یک تیرک هرمی نصب نمود که سایه اش در همان لحظه بر روی زمین می افتاد زاویه بین راستای پرتو عمودی وسایه همان زاویه بین پرتو عمودی چاه وامتداد سایه ا ست که برابر با ۵ /۷ میباشد.

از انجایی که ۵ /۷- ۵۰/۱ دایره ۳۶۰ درجه زمین است. بنابراین می توان گفت که فاصله بین آسوان و اسکندریه (قاعده مثلت )۵۰/۱ محیط زمین خواهد بود و به عبارتی محیط زمین ۵۰ برابر فاصله بین آسوان syeneو اسکندریه Alexsandraا ست .

اراتوستن ابتدا فاصله بین دو شهر را اندازه گرفتD=۸۰۰km و سپس در ۵۰ ضرب نمود و محیط زمین را بدست آورد سپس با استفاده از فرمول محیط دایره شعاع زمین را تخمین زد.

می دانیم که برای ماده سه حالت جامد ، مایع و گاز در نظر گرفته میشود. اما در مباحث علمی معمولا یک حالت چهارم نیز برای ماده فرض میشود. حدوث طبیعی پلاسما در دماهای بالا ، سبب تخصیص عنوان چهارمین حالت ماده به آن شده است. یک نمونه بسیار طبیعی از پلاسما آتش است بنابراین خورشید نمونهای از پلاسمای داغ بزرگ است.

تعریف پلاسما

پلاسما گاز شبه خنثایی از ذرات باردار و خنثی است که رفتار جمعی از خود ارایه میدهد. به عبارت دیگر میتوان گفت که واژه پلاسما به گاز یونیزه شدهای اطلاق میشود که همه یا بخش قابل توجهی از اتمهای آن یک یا چند الکترون از دست داده و به یونهای مثبت تبدیل شده باشند. یا به گاز به شدت یونیزه شدهای که تعداد الکترونهای آزاد آن تقریبا برابر با تعداد یونهای مثبت آن باشد، پلاسما گفته میشود.

حدود پلاسما

اغلب گفته میشود که ۹۹% ماده موجود در طبیعت در حالت پلاسماست، یعنی به شکل گاز الکتریسته داری که اتمهایش به یونهای مثبت و الکترون منفی تجزیه شده باشد. این تخمین هر چند ممکن است خیلی دقیق نباشد ولی تخمین معقولی است از این واقعیت که درون ستارگان و جو آنها، ابرهای گازی و اغلب هیدروژن فضای بین ستارگان بصورت پلاسماست. در نزدیکی خود ما ، وقتیکه جو زمین را ترک میکنیم بلافاصله با پلاسمایی مواجه می شویم که شامل کمربندهای تشعشعی وان آلن و بادهای خورشیدی است.

در زندگی روزمره نیز با چند نمونه محدود از پلاسما مواجه میشویم. جرقه رعد و برق ، تابش ملایم شفق قطبی ، گازهای داخل یک لامپ فلورسان یا لامپ نیون و یونیزاسیون. مختصری که در گازهای خروجی یک موشک دیده میشود. بنابراین می توان گفت که ما در یک درصدی از عالم زندگی میکنیم که در آن پلاسما بطور طبیعی یافت نمیشود.

آیا کلمه پلاسما یک کلمه بامسما است؟

کلمه پلاسما ظاهرا بیمسما به نظر میرسد. این کلمه از یک لغت یونانی آمده است که هر چیز به قالب ریخته شده یا ساخته شده را گویند. پلاسما به علت رفتار جمعی که از خودشان نشان میدهد، گرایشی به متاثر شدن در اثر عوامل خارجی ندارد، و اغلب طوری عمل میکند که گویا دارای رفتار مخصوص به خودش است.

حفاظ دبای

یکی از مشخصات اساسی رفتار پلاسما ، توانایی آن برای ایجاد حفاظ در مقابل پتانیسیلهای الکتریکی است که به آن اعمال میشوند. فرض کنید بخواهیم با وارد کردن دو گلوله بارداری که به یک باتری وصل شدهاند یک میدان الکتریکی در داخل پلاسما بوجود آوریم. این گلوله ها ، ذرات یا بارهای مخالف خود را جذب میکنند و تقریبا بلافاصله ، ابری از یونهای اطراف گلوله منفی و ابری اطراف گلوله مثبت را فرا میگیرند.

اگر پلاسما سرد باشد و هیچگونه حرکت حرارتی وجود نداشته باشد، تعداد بار ابر برابر بار گلوله میگردد، در این صورت عمل حفاظ کامل میشود و هیچ میدان الکتریکی در حجم پلاسما در خارج از ناحیه ابرها وجود نخواهد داشت. این حفاظ را اصطلاحا حفاظ دبای می گویند.

معیارهای پلاسما

طول موج دبای (لاندای دی) باید خیلی کوچکتر از ابعاد پلاسما ( L ) باشد.

تعداد ذرات موجود در یک کره دبای (ND ) باید خیلی بزرگتر باشد.

حاصلضرب فرکانس نوسانات نوعی پلاسما ( W ) در زمان متوسط بین برخوردهای انجام شده با اتمهای خنثی ( t ) باید بزرگتر از یک باشد.

کاربردهای فیزیک پلاسما

- تخلیه های گازی

قدیمیترین کار با پلاسما ، مربوط به لانگمیر ، تانکس و همکاران آنها در سال ۱۹۲۰ میشود. تحقیقات در این مورد ، از نیازی سرچشمه میگرفت که برای توسعه لوله های خلایی که بتوانند جریانهای قوی را حمل کنند، و در نتیجه میبایست از گازهای یونیزه پر شوند احساس میشد.

- همجوشی گرما هستهای کنترل شده

فیزیک پلاسمای جدید ( از حدود ۱۹۵۲ که در آن ساختن راکتوری بر اساس کنترل همجوشی بمب هیدروژنی پیشنهاد گردید، آغاز میشود.

- فیزیک فضا

کاربرد مهم دیگر فیزیک پلاسما ، مطالعه فضای اطراف زمین است. جریان پیوستهای از ذرات باردار که باد خورشیدی خوانده میشود، به مگنتوسفر زمین برخورد میکند. درون و جو ستارگان آن قدر داغ هستند که میتوانند در حالت پلاسما باشند.

- تبدیل انرژی مگنتو هیدرو دینامیک ( MHD ) و پیشرانش یونی

دو کاربرد عملی فیزیک پلاسما در تبدیل انرژی مگنتو هیدرو دینامیک ، از یک فواره غلیظ پلاسما که به داخل یک میدان مغناطیسی پیشرانده میشود، میباشد.

- پلاسمای حالت جامد

الکترونهای آزاد و حفرهها در نیمه رساناها ، پلاسمایی را تشکیل میدهند که همان نوع نوسانات و ناپایداریهای یک پلاسمای گازی را عرضه می دارد.

- لیزرهای گازی

عادیترین پمپاژ ( تلمبه کردن ) یک لیزر گازی ، یعنی وارونه کردن جمعیت حالاتی که منجر به تقویت نور میشود، استفاده از تخلیه گازی است.

- شایان ذکر است که کاربردهای دیگری مانند چاقوی پلاسما ، تلویزیون پلاسما ، تفنگ الکترونی ، لامپ پلاسما و غیره نیز وجود دارد که در اینجا فقط کاربردهای پلاسما در حالت کلی بیان شده است.