نیروها..........

ماهمواره بااعمالی مانند کشیدن،هل دادن وبلندکردن یک جسم سروکارداریم.این عمل کشیدن یا هل دادن یک جسم،نیرونامیده می شود.

نیرو را بر حسب نیوتن N اندازه می گیرند .

بردارهای نیرو...

یکی از روش هایی که می توان از آن برای نمایش نیروها بهره برد،رسم برداراست.

یــک بـردار نـیرو، پاره خطی جهتدار است،که ابتدای آن از نقطه ی اثر نـیرو شروع می شود.طول این پاره خط ،اندازه ی نیـرو و فلش آن ، جهت نیـرو را نـشان می دهد.

نیرو های واکنش ...

هنگامی که شما با نیرو بر یک سطح فشار وارد می کنید، آن سطح نیز نیرویی را که سطح بر شما وارد می کند،نیروی واکنش و نیرویی را که شما بر سطح وارد می کنید ، نیروی کنش(عمل) می نامند.

قانون سوم نیوتون...

برای هر کنشی یک واکنش مساوی و مخالف ان وجود دارد.

نیروی گرانشی(ثقل)

میان دو جسم دلخواه ،نیروی کوچکی وجود دارد که موجب می شود آن دو جسم به طرف هم کشیده شوند.اگر اجسام مورد نظر زمین باشد ، این نیرو قابل توجه خواهد بود.ما(جسم1)در هر جای زمین(جسم2) که باشیم، نیرویی نسبتا قوی ما را به طرف سطح زمین می کشد.ما این نیروی کشش رو به پایین را نیروی گرانشی می نامیم.

وزن نیرویی که از طرف زمین به یک جسم وارد می شود و آن را به طرف خود می کشد، وزن جسم نامیده می شود.آن را بر حسب نیوتون اندازه گیری می کنند.اگر زمینی نباشد که جسم را به طرف خود بکشد، جسم نیز وزن نخواهد داشت.اما همچنان جرم خواهد داشت.

مزاحمت نیروی اصطکاک احساس نیروی اصطکاک ــ اگر انگشت خود را بر روی پشت دستتان بمالید ،نیروی اصطکاک را (گرما)بر روی پوست دستتان احساس خواهید کرد.

مفید یا مزاحم بودن اصطکاک ــ وقتی که نیروی اصطکاک اعمال می شود ، می تواند برایمان مفید باشد ویا موجب اذیت وآزارمان شود. مثلاً نیروی اصطکاک این امکان را به ما می دهد که دوچرخه را به حرکت درآوریم امّا از طرف دیگه ، رکاب زدن را برایمان مشکل می کند.

اصطکاک مخالف حرکت ــنیروی اصطکاک وارد بریک جسم همواره با نیرویی که سعی می کند جسم را به حرکت درآورد یا آن را درحالت حرکت نگه دارد ، مخالفت می کند.

اندازه گیری نیروها

یکی از راههای اندازه گیری نیرو ، استفاده از یک نیروسنج یا نیوتون سنج است. یکای اندازه گیری نیرو نیوتون نام دارد.

اندازه گیری میزان کشش اجسام...

میزان کشش اجسام به جنس ونیرویی که به آنها وارد می شود ، بستگی دارد وقابلیّت کشش برخی از آنها نسبت به بقیه بیشتر است.

قانون هوک...

بنا به قانون هوک ، افزایش طول اجسام با نیروی وارد بر آنها نسبت مستقیم دارد. نمودار نیروی وارد بر آن ، بر حسب افزایش طول آن ، به صورت یک خط راست در می آید که از مبدأ مختصات مگذرد.

حد کشسانی (الاستیک) ــاجسام اگر بیش از حد معینی کشیده شوند ،نمودار نیرو بر حسب طول ، به صورت خط راست در نمی آید .در این حالت ، اگر نیروی وارد بر جسم را حذف کنیم ، جسم به شکل اولیة خود بر نمی گردد. این حد معین را حد کشسانی (الاستیک)می نامند.

نیروهای متعادل

اثر چر خشی یک نیرو...

اجسام می توانند حول یک محور بچرخند. نیروی وارد بر جسم باید تا حدی از محور فا صله دا شته باشد.

اثر چر خشی یک نیرو را گشتاور نیرو می نامند که مقدار آن برابر است با:حاصلضرب نیرو در فاصلةعمودی نیرو تا نقطة اثر آن.

گشتاورهای متعادل اگر چند نیرو بر یک جسم اثر کند ، می توان گشتاور نیروهایی را که جسم را در جهت ساعتگرد می چرخانند با هم جمع کرد و یک گشتاور کل در جهت سا عتگرد به دست آورد. اگر جسم در حال تعادل با شد، این گشتاور به دست آمده با گشتاور کلی که در جهت خلاف ساعتگرد اعمال می شود، برابر خواهد بود.

اندازه گیری حرکت

اندازه گیری حرکت...

برای اندازه گیری فواصل زمانی، همواره باید از یک زمان سنج استفاده کرد.در این زمان سنج هنگامی که نوار کاغذی از زیرهرم مرتعش این زمان سنج می گذرد، نقاطی بر روی آن چاپ می شود. این زمان سنج همیشه50 نقطه در هر ثانیه بر روی نوار کاغذی چاپ می کند . بنابراین با شمردن تعداد نقطه ها، می توان مقدار گذشت زمان (بازه زمانی) را حساب کرد.

تندی تندی یک جسم ، برابر با مسافتی است که جسم در یک ثانیه (یا یک ساعت) طی می کند. تندی یک جسم را می توان از معادلة زیر حساب کرد:زمان/مسافت=تندی .

تندی را بر حسب مایل بر ساعت ، یا کیلومتربر ساعت ، یا متر بر ثانیه ، یا سانتی متر بر ثانیه اندازه می گیرند.

تندی و زمان...

ما در مسیری که طی می کنیم ، بازگشت زمان ، تندی ما نیز تغییر می کند . اغلب مهم است که بدانیم در هر لحظه با چه تندیی حرکت می کنیم . سرعت سنج اتومبیل ، تندی لحظه ای را نشان می دهد . این سرعت سنج در زمان های (7،...،1،0)ثانیه تندیهایی را که نشان می دهد،به ترتیب برابر0،6،12،18، 18،18،9 و0 متر بر ثانیه است. با توجه به زمان تندیهای داده شده ، می توان نمودار سرعت اتومبیل را رسم کرد.

سرعت ...

سرعت، تندیی است دریک جهت معین (یعنی سرعت دو قسمت دارد تندی وجهت).

جابجایی مسافتی است که دریک جهت معین توسط جسم متحرک طی می شود.

جمع سرعت ها...

مثلاً سرعت یک هاورکرافت مجموع دو سرعت است. اگر سرعت موتور4متر بر ثانیه وسرعت باد 3متر بر ثانیه باشد ، سرعت هاورکرافت می تواند 1 متر بر ثانیه یا 7 متر بر ثانیه محاسبه گردد، که مقدار هر یک از این سرعتها به جهت باد بستگی دارد.

نیرو و حرکت

نیرو به دو روش بر حرکت اجسام تأثیر می گذارد :

(1)اگر جسم سا کن با شد ، سا کن می ما ند واگر متحرک باشد ، با سرعت ثابتی به حرکت خود ادامه دهد.

(2)همواره یک نیروی نا متعادل ( نیروی بر آیند ) شتاب ایجاد می کند.

نیرو وشتاب

قانون دوم نیوتون دربارة حرکت ...

شتاب یک جسم با نیروی وارد بر آن متناسب است. این امر موجب می شود که جرم جسم ضریب ثابتی باشد و تغییر نکند .

محاسبة شتاب ...

با استفاده از معادلة S=1/2at^2 ،شتاب (a) را حساب کنید. زمان لازم برای چاپ 50 نقطه یک ثانیه است. بنا براین ، a=2s می شود.

معادله ای برای قانون دوم نیوتون ...

شتاب×جرم= نیرو

F=m a

اندازه حرکت

وقتی توپ را در حال حرکت را متوقف کنیم ، ضربهای احساس می کنیم. زیرا توپ اندازه حرکت دارد ومقدار آن برابر «سرعت توپ×جرم توپ» است.

اندازه حرکت کسب شده = ضربه

اندازه حرکت کسب شده = زمان× نیرو

مدت زمانی که نیرو اثر می کند/اندازه حرکت = نیرو

و به طور کلی،

آهنگ تغییر اندازه حرکت =نیرو

رابطةاخیر، شکل دیگر قانون دوم نیوتون است.

فشار

مقدار نیروی وارد بر سطح 1m^2 ، فشار نامیده می شود.

P=F/A یا مساحت/ نیرو = فشار

فشار در مایعات

آب در داخل آکواریوم به طور تعجب آوری سنگین است و حتی سنگین تر از مقداری که فکرش را می کنید. وزن آب آکواریوم به طرف پایین بوده وفشاری بر ته مخزن وارد می کند. شما می توانید با تقسیم کردن وزن آب بر مساحت ته مخزن، این فشار را حساب کنید.

معادله ای برای فشار مایعات...

فشار درون یک مایع برابر است با مساحت تقسیم بر نیرو ، که در آن نیرو عبارت است از وزن مایعی که بالای مساحت مورد نظر قرار دارد.

فشار از طریق مایعات منتقل می شود

تلمبة دو چرخهای را پر از آب کرده وانگشت خود را روی سوراخ انتهایی آن قرار دهید. اکنون سعی کنید که با فشار دادن دستة تلمبه، آب داخل آن را متراکم کنید.

حجم آب داخل تلمبه کمتر نمی شود ونیرویی که به دستة تلمبه وارد می کنید از طریق آب به انگشت شما وارد می شود.

فشار سنج مانومتر

مانومتر لولة U شکلی است که حاوی مایع است و برای اندازه گیری فشار گاز به کار می رود. مخزن گاز از طریق لولة رابط به لولة Uشکل وصل است. فشار گاز در یک شاخة لولة U موجب پایین رفتن مایع و در شاخة دیگر موجب بالا رفتن آن می شود تا آنکه فشار مایع با فشار گاز به حالت تعادل درآید. فشار گاز را با اندازه گیری اختلاف ارتفاع مایع در دو ستون (بر حسب سانتیمتر یا متر ) تعیین می کنند.

بارومتر فلزی

بارومتر (جو سنج ) وسیله ای است که فشار جو را اندازه می گیرد. در یک جو سنج فلزی از یک قوطی فلزی نازک و دربسته ، که هوای داخل آن خارج شده است، استفاده می شود.

اگر فشار هوا بالا برود، قسمت بالا و پایین قوطی اندکی به طرف داخل فرو می رود واهرمی که متصل به زنجیر است موجب حرکت عقربه می شود. هنگام کم شدن فشار هوا، قوطی توسط فنر محکمی به حالت اولیة خود بر می گردد.

 مقدمه

آخرین فردی که اندیشه هایش بر نیوتن و فرمول بندی مکانیک کلاسیک تاثیر عمیق داشت، دکارت بود. با این وجود نظرات تمام کارهای دکارت در زمینه فیزیک حالت توصیفی داشت. اما همین مسائل توصیفی نیز به شدت با فیزیک ارسطویی در تضاد بود. به همین دلیل نخست مکانیک گالیله ای بیان کرده و آنگاه فیزیک دکارتی آورده شده است تا با مقایسه ی آنها با کارهای نیوتن، ارزش و اهمیت کار نیوتن بهتر مشخص شود.

1-5 مکانیک گالیله ای

پس از کپرنیک و کپلر که در نجوم تحولات را آغاز کردند، گالیله مسئولیت انتقال تاریخی از نجوم به فیزیک را به عهده گرفت. گالیله از جاذبه مطرح شده در قانون سوم کپلر جاذبه و شتاب را استنتاج کرد که از یک سو به حرکت غیر دایروی و سرعت نایکنواخت اجرام سماوی باز می گشت و از سوی دیگر به چند و چون سقوط اجسام در زمین ارتباط داشت. یک طرف نجوم و طرف دیگر قوانین فیزیک. تعریف " شتاب یعنی تغییر سرعت در مقدار و یا جهت " شیرازه نظریه گالیله بود که به نظر متاخرین در این باب متفاوت بود. نظریه قدما می گفت که حرکت طبیعی اجسام سماوی دایره است و حرکت اجسام زمینی خط مستقیم و اگر جسم زمینی را به حال خود بگذاریم کم کم خواهد ایستاد. گالیله اما می گفت که هر جسمی فارغ از سماوی یا زمینی اگر نیروی خارجی بر آن اعمال نشود در حرکت مستقیم خود با سرعت ثابت ادامه خواهد داد و نیروی اعمالی می تواند در راستا و یا در سرعت آن جسم تغییر حاصل کند که در هر دو صورت شتاب نامیده می شود. همچنین او قانون شتاب را کشف کرد و آن مثال معروف سقوط پر و گلوله در خلاء در اثبات همین موضوع است. او در این مورد دست به یک تصور علمی زد و فرض کرد که اگر بتوان ستونی بدون هوا ایجاد کرد این دو جسم در یک زمان و با یک سرعت به زمین خواهند رسید. این امر محقق نشد مگر زمانی که در تاریخ 1654 ماشین تخلیه هوا اختراع شد و صحت نظر گالیله تائید شد. در همان زمان این امکان نیز به وجود آمد تا شتاب جاذبه زمین اندازه گیری شود. او قوانین حرکت پرتابی را که اکنون به عنوان یک مسئله کلاسیک در دبیرستان ها تدریس می شود را نیز کشف کرد .

2-5 دکارت و مفهوم حرکت

در باب فیزک دکارت و مفهوم حرکت از دیدگاه او کمتر سخن گفته اند . گویی فیزیک دکارت با آنهمه اهمیت و تاثیرش بر آراء اندیشمندان بزرگی , همچون ایزاک نیوتن , در مقابل دیگر افکار او همچون تصورات فطری و دوگانه انگاری ذهن - کمتر مورد توجه بوده است .

فیزیک و شالوده های آن نزد دکارت نقشی محوری داشتند . هر چند امروزه احتمالاً او را بیشتر با مابعدالطبیعه ذهن و بدن یا برنامه و روش معرفت شناسی اش میشناسند. در قرن هفدهم میلادی لااقل به یک اندازه , فیزیک مکانیکی و مکانیک جهان هندسی در حرکت که نقش بسیاری در مقبولیت او نزد اندیشمندان معاصرش داشت , شاخته شده بود.

پیش زمینه های تاریخی

دکارت در جریان مخالفت با فلسفه مدرسی به هیچ وجه تنها نبود . آنزمان که دکارت در مدرسه فیزیک می آموخت حملات متعددی اندیشه های مختلف فلسفه طبیعی ارسطو را هدف قرار می داد . اما مهمترین امر در فهم فیزیک دکارت مسئله احیاء اتمیسم سنتی بود . در برابر دیدگاه ارسطویی، اتمیستهای سنتی از جمله , دموکریتوس , اپیکور , لوکرسیوس سعی می کردند تا رفتار ویژه اجسام را نه بر حسب صورتهای جوهری , بلکه بر حسب اندازه , شکل و حرکت اجسام کوچکتری بنام اتم تبیین نمایند. اتمهایی که در فضای خالی به حرکت واداشته شده اند . در قرن شانزدهم در باب اندیشه اتمیستی به طور گسترده ای بحث میشد. بطوریکه در اوایل قرن هفدهم می توان تعداد قابل توجهی از طرفداران آن از جمله نیکولاس هیل , سباستین باسو , فرانسیس بیکن , و گالیلو گالیله را نام برد . پس از تمام اینها , فیزیک دکارت نقطه پایانی بر این مباحث گذاشت که کاملا با جهان اتمیستها بیگانه بود . دکارت اعتقاد به وجود اتمهای جدا از هم و فضاهای خالی را که مشخصه فیزیک اتمیستی بود کنار گذاشت .

جسم و امتداد

فلسفه طبیعی دکارت با مفهوم جسم آغاز می شود . البته امتداد , ذاتی جسم یا جوهر جسمانی است . یا آنگونه که در " اصول " اصطلاح فنی آنرا بکار میگیرد , امتداد صفت اصلی جوهر جسمانی است . از نگاه دکارت , همچون دیگر بزرگان , علم ما به جواهر نه بصورت مستقیم بلکه از طریق عوارض , صفات و کیفیات , و . . . آنها ست . به همین دلیل در " اصول " مینویسد : " گرچه هر صفتی برای اینکه شناختی از جوهر به ما بدهد به تنهایی کافی است , اما همین یک صفت در جوهر هست که طبیعت و ذات جوهر را تشکیل میدهد و همه صفات دیگر تابع آن است . مقصود من امتداد در طول و عرض و عمق است که تشکیل دهنده طبیعت جوهر جسمانی است یا اندیشه که تشکیل دهنده طبیعت جوهر اندیشنده است . زیرا همه صفات دیگری که به جسم نسبت دارد منوط به امتداد و تابعی از آن است . و نیز . . . " این ویژگی خاص , امتداد برای جسم و اندیشه برای نفس است . همه دیگر تصورات و مفاهیم به این صفت خاص باز میگردند .تا آنجا که بواسطه صور امتداد است که ما اندازه , شکل و حرکت و دیگر صفات جسم را درک میکنیم . و همینطور به واسطه مفهوم اندیشه یا فکر است که قادر به درک اندیشه های خاص خود هستیم . تصور امتداد بسیار نزدیک به تصور جوهر جسمانی است , بطوریکه دکارت اذعان میدارد که ما قادر به درک مفهوم این جوهر فارغ از صفت اصلی آن نیستیم . دکارت در" اصول " اینگونه مینویسد : " تصور جوهر جسمانی بصورتی متمایز از کمیت خویش , تصوری مبهم از یک چیز غیر جسمانی است . گرچه بعضی این موضوع را به نحو دیگری بیان میکنند , اما من در هر حال فکر می کنم که نحوه تلقی آنها غیر از آن چیزی باشد که هم اکنون گفتم . زیرا وقتی جوهر را از امتداد و کمیت انتزاع میکنند , یا مقصودشان از جوهر لفظی است که دلالت بر چیزی ندارد یا تقریباً تصور مبهمی از جوهری غیرجسمانی در ذهن خود دارند که آن را بغلط به جسم نسبت می دهند و تصور حقیقی خود را از آن جوهر جسمانی به امتداد معطوف می کنند که در عین حال از نظر آنان عرض نامیده میشود . بنابراین می توان بسهولت دریافت که الفاظ آنها با افکارشان مطابقت ندارد . "

دکارت به حرکات , حالات و اشکال که اجسام می توانند دارای آنها باشند , قائل میگردد . بدین ترتیب , رنگها , مزه ها , گرما و سرما در واقع در اجسام وجود ندارند بلکه آنها تنها در ذهنی که آنها را ادراک میکند موجود اند . البته مهم است که بدانیم آن هنگام که دکارت ذات یا جوهر جسم را امتداد انگاشت , قائل به جوهر به آن دقتی که مدرسیان معاصرش قائل بودند , نبود .

خلاصه اینکه تمایز میان یک جوهر و عوارض آن در مابعدالطبیعه مدرسی یک اصل است . ( مثلاً , انسان ذاتاً یک حیوان ناطق است که با از دست دادن هرکدام از صفات حیوان یا ناطق دیگر انسان نیست ) ؛ اما عوارض غیر ذاتی - نسبت کاملاً متفاوتی با جوهر دارند , بطوریکه با از بین رفتن آنها تغییری در طبیعت جوهر رخ نمیدهد . حال , بعضی از آن عوارض مجموعه ای از آن چیزهایی هستند که تنها در انسان یافت میشود .

نزد دکارت تمام عوارض یک جوهر جسمانی باید بوسیله ذاتشان که همان امتداد است فهمیده شوند . هیچ چیز در جسم وجود ندارد که توسط ویژگی ذاتی امتداد قابل درک نباشد . بدین ترتیب اجسام دکارتی , اجسامی هندسی هستند که در خارج از ذهنی که آنها را ادراک می کند وجود دارند .

حرکت

حرکت در فیزیک دکارت امری کاملاً تعیین کننده است . همه آنچه درجسم وجود دارد امتداد است , و تنها طریق برای اینکه جسمی از جسم دگر قابل تفکیک جلوه کند , حرکت است . بدین ترتیب , آنچه باعث تعیّن اندازه و شکل اجسام منفرد می گردد حرکت است و بدینسان حرکت , محوری ترین اصل تبیینی در فیزیک دکارت است .

باید توجه داشت که نظریه هندسی جسم به عنوان امتداد , ذاتاً جهانی ایستا را بر ما عرضه می دارد . اما واضح است که حرکت یک واقعیت است , و ماهیت آن را باید بررسی کرد . با این همه , ما باید فقط حرکت مکانی را بررسی کنیم . زیرا دکارت تصریح می کند که هیچ نوع دیگری از حرکت برای او قابل تصور نیست.

در عرف عام , حرکت " عملی است که با آن جسمی ازمکانی به مکانی دیگر عبور میکند " و در مورد یک جسم مفروض می توانیم بگوییم که این جسم , بر حسب نقاط مرجعی که اختیار میکنیم , در عین حال هم متحرک است و هم غیر متحرک . کسی که کشتی متحرکی سوار است نسبت به ساحلی که آن را ترک گفته است متحرک است , ولی در عین حال نسبت به اجزاء کشتی در حالت سکون است ."

حرکت به معنای اخص عبارت است از " انتقال یک جزء ماده یا یک جسم از مجاورت اجسامی که در تماس مستقیم با آن اند . و ما آنها را در حال سکون تلقی میکنیم , به مجاورت اجسام دیگر " . در این تعریف تعبیرات " جزء ماده " و " جسم " را باید به معنای چیزی گرفت که در معرض حرکت انتقالی واقع می شود , ولو اینکه مرکب از اجزاء کثیری باشد که دارای حرکات خاص خویش اند و کلمه " حرکت انتقالی " را باید مبین این معنی دانست که حرکت در جسم مادی است و نه در فاعلی که آن را حرکت می دهد . حرکت و سکون صرفاً حالات مختلف یک جسم اند . به علاوه تعریف حرکت به عنوان حرکت انتقالی جسمی از مجاورت اجسام دیگر متضمن این معنی است که شیء متحرک فقط یک حرکت می تواند داشته باشد ؛ در حالی که اگر از کلمه " مکان " استفاده می شد , می توانستیم به یک جسم واحد حرکات متعددی نسبت دهیم , زیرا مکان را میتوان نسبت به نقاط مرجع متفاوتی لحاظ کرد . بالاخره در تعریف , کلمات " و ما آنها را در حالت سکون تلقی میکنیم " معنای کلمات " اجسامی که در تماس مستقیم با آن اند " را محدود میکند.

دکارت جهت زدودن ابهام از چهره حرکت مدرسی دست به تعریف دقیق خود از حرکت میزند . او با توجه به وضوح مفهوم عرفی حرکت , آنرا هندسی لحاظ میکند تا از گرفتار شدن در کلاف تعاریف گمراه کننده مدرسی بپرهیزد . بعدها دکارت در " اصول " با کوشش در نظام مند نمودن اندیشه اش سعی میکند به مفهوم حرکت , با توجه به تعریفی که نزد عوام بکار میرود روشنی ببخشد : " اما حرکت ( یعنی حرکت مکانی , زیرا من حرکت دیگری نمی توانم تصور کنم و گمان نمی کنم بتوان حرکت دیگری در طبیعت تصور کرد ) به معنی معمولی کلمه چیزی نیست جز عملی که جسم با آن از مکان به مکان دیگر میرود . " دکارت تعریف دیگری از حرکت را جهت روشنایی بخشیدن به مفهوم مکان پیشنهاد میکند . در " اصول " اصل 25 مینویسد : " اما اگر عادت عمومی را رها کنیم و به حقیقت ماده توجه کنیم اجازه دهید ببینیم بر اساس حقیقت شیء از حرکت چه میتوان فهمید . برای اینکه طبیعت مشخص حرکت را تعیین کنیم , میتوان گفت حرکت عبارت است از : انتقال جزئی از ماده یا از یک جسم از کنار اجسامی که بدون فاصله با آن اتصال دارند و ما آنها را در سکون تلقی می کنیم به کنار اجسام دیگر . مقصود من از " یک جسم " یا " جزئی از ماده " تمام آن چیزی است که یکجا و بر روی هم تغییر مکان میدهد ؛ گر چه ممکن است این جسم خود مرکب از اجزاء بسیاری باشد که فی نفسه حرکات دیگری داشته باشند . من این عمل را انتقال مینامم نه نیرو یا فعلی که انتقال می دهد , تا نشان دهم که حرکت همیشه در شیء متحرک است نه در محرک . زیرا به نظر من این دو دقیقاً از هم تفکیک نشده اند . علاوه بر این , من چنین درک می کنم که حرکت حالتی از شیء متحرک است و نه یک جوهر ؛ درست همانطور که شکل حالتی از شیء متشکل و از اصل سکون حالتی از شیء ساکن است . "

مدت و زمان

تصور زمان با تصور حرکت ارتباط دارد . ولی ما باید تمایزی میان زمان و مدت قائل شویم . مدت حالتی از شیء به لحاظ دوام وجود آن اعتبار میشود . ولی زمان که به عنوان مقدار حرکت وصف میشود از مدت به معنای عام متمایز است . " ولی برای اینکه مدت همه اشیاء را تحت ضابطه و ملاک واحدی ادراک کنیم , معمولاً مدت آنها را با مدت بزرگترین و منظم ترین حرکات , یعنی حرکاتی که علت پیدایش سالها و روزهاست , مقایسه می کنیم , و از اینها به زمان تعبیر می کنیم . بنابراین زمان چیزی را به مفهوم مدت , به معنای عام , اضافه نمیکند , بلکه به نحوه ای از فکر یا اعتبار ذهن است " . بنابر این دکارت میتواند بگوید که زمان فقط نحوه ای از فکر یا اعتبار ذهن است و یا , چنانکه در " اصول " می آید , " فقط نحوه ای از اعتبار این مدت است . " اشیاء مدت یا دوام دارند , ولی می توانیم به وسیله مقایسه ای این مدت ها را در ذهن اعتبار کنیم و در آن صورت ما تصور زمان را داریم , که مقدار مشترک مدتهای مختلف است .

پس در عالم مادی جوهر جسمانی را داریم , که آن را امتداد حرکت می دانیم , اما چنانکه قبلاً ملاحظه شد , اگر نظریه هندسی جوهر جسمانی را فی نفسه اعتبار کنیم , به تصور یک عالم ایستا میرسیم . زیرا تصور امتداد فی نفسه مستلزم تصور حرکت نیست . بنابراین , حرکت بالضروره به عنوان امری زائد بر جوهر جسم مینماید . و در واقع حرکت در نظر دکارت حالتی از جسم است . بنابراین , باید درباره منشا حرکت تحقیق کرد . و در این مرحله , دکارت تصور خداوند و فاعلیت الهی را به میان میکشد . زیرا خداوند اولین علت حرکت در عالم است . به علاوه , او مقدار متساوی و ثابتی از حرکت را در عالم حفظ می کند , به نحوی که هر چند نقل و انتقالی در حرکت واقع می شود , مقدار کلی آن ثابت باقی می ماند . " به نظر من واضح است که کسی غیر از خداوند نیست که با قدرت کامله خویش ماده را با حرکت و سکون اجزای آن خلق کرده باشد , و با مشیت بالغه خویش هم اکنون در عالم همان قدر حرکت و سکونی را که به هنگام خلق آن ایجاد کرده بود , حفظ کند . زیرا هر چند حرکت فقط حالتی از احوال ماده متحرک است , با وجود این ماده مقدار خاصی از حرکت را که هرگز قابل زیادت و نقصان نیست حفظ می کند , ولو اینکه در برخی از اجزاء آن گاهی حرکت بیشتر و گاهی حرکت کمتری وجود دارد . . . " . میتوان گفت که خداوند عالم را با مقدار معینی از نیرو آفریده است , و کل مقدار نیرو در عالم , با آنکه مستمراً از جسمی به جسم دیگر منتقل می شود , ثابت می ماند . در نهایت نباید از نظردور داشت که دکارت در صدد است که بقای مقدار حرکت را از مقدمات مابعدالطبیعی , یعنی , از ملاحظه کمالات الهی , استنتاج کند .

3-5 آیزاک نیوتن

نیوتن در سال 1687 م. "اصول ریاضین فلسفه‌ی طبیعی" را به نگارش درآورد. در این کتاب او مفهوم گرانش عمومی را مطرح ساخت و با تشریح قوانین حرکت اجسام، علم مکانیک کلاسیک را پایه گذاشت. نیوتن همچنین در افتخار تکمیل حساب دیفرانسیل با ویلهلم گوتفرید لایب نیتز ریاضیدان آلمانی شریک است. نام نیوتن با انقلاب علمی در اروپا و ارتقاء تئوری خورشید- مرکزی (heliocentrism) پیوند خورده ‎ است. او نخستین کسی است که قواعد طبیعی حاکم بر گردشهای زمینی و آسمانی را کشف کرد. وی همچنین توانست برای اثبات قوانین حرکت سیارات کپلر برهان‎های ریاضی بیابد. در جهت بسط قوانین نامبرده، او این جستار را مطرح کرد که مدار اجرام آسمانی ( مانند ستارگان دنباله دار) لزوما بیضوی نیست بلکه می تواند هذلولی یا شلجمی نیز باشد. افزون بر اینها، نیوتن پس از آزمایش‎های دقیق دریافت که نور سفید ترکیبی است از تمام رنگ های موجود در رنگین‌کمان. در آن دوران دروس دانشکده عموما بر پایه‎ی آموزه‌های ارسطو تنظیم می‎شد ولی نیوتن ترجیح می‎داد که با اندیشه‎های مترقی‎تر فیلسوفان نوگرایی چون دکارت، گالیله، کپرنیک و کپلر آشنا شود. در 1665 م. او موفق به کشف قضیه‌ی دو جمله‌ای در جبر شد. یافته‎ای که بعدها به ابداع حساب دیفرانسیل انجامید.

در سال 1684 م. نیوتن که مطالعات خود را درباره‌ی گرانش و چگونگی حرکت سیارات کامل کرده بود، رساله ای در این مورد نوشت که بسیار مورد توجه ادموند هالی منجم معروف انگلیسی قرار گرفت. با تشویق و پیگیری او سرانجام نیوتن کتابش را تکمیل و با سرمایه هالی منتشر کرد.

کتاب (Philosophiae Naturalis Principia Mathematica) اصول ریاضی فلسفه‌ی طبیعی بر جهان علم بویژه فیزیک تأثیری عظیم گذاشت و بعضی آن را بزرگترین کتاب علمی تاریخ دانسته‎اند.

کپلر نتوانسته بود توضیح دهد که چرا مدار سیاره‌ها بیضی است و چه نیرویی آنها را به حرکت در می‌آورد. همچنین مشخص نبود که به چه علت سرعت مداری سیارات وقتی به خورشید نزدیکتر می شوند، افزایش می‌یابد.نیوتن در کتاب اصول ریاضی فلسفه طبیعی به تمامی این پرسش ها پاسخ گفت. او ثابت کرد که نیروی کشش میان اجسام آسمانی، طبق قانون " عکس مربع" عمل می‎کند یعنی مقدار نیروی گرانش میان خورشید و یک سیاره برابر است با عکس مجذور فاصله میان آن دو. او با تحلیل ریاضی نشان داد که قانون عکس مربع به ناگزیر مسیر حرکت سیاره ها را بیضی می‎سازد. آنگاه او گام بلند دیگری برداشت و قانون گرانش عمومی را وضع کرد که به موجب آن هر جسمی در عالم به هر جسم دیگری نیروی کششی وارد می‎کند و مقدار این نیرو با رابطه‎ی نامبرده محاسبه‌پذیر است. در بخش دیگری از کتاب اصول ریاضی فلسفه طبیعی، نیوتن چگونگی جنبش اجسام را در قالب سه قانون توصیف کرده است. ارسطو بر این باور بود که اجسام در حالت طبیعی ساکن هستند و برای اینکه یک جسم با سرعت یکنواخت به حرکت خود ادامه دهد، باید پیوسته نیرویی‌ بر آن وارد شود در غیراین صورت به حالت «طبیعی» خود برمی‌گردد و ساکن می‌شود. اما نیوتن با بهره‌گیری از پژوهشهای گالیله به این پندار درست رسید که اگر جسمی با سرعت یکنواخت به حرکت درآید و نیرویی بیرونی به آن وارد نشود تا ابد با شتاب صفر به حرکت خود ادامه خواهد داد. این ویژگی را نیوتن در نخستین قانون حرکت خود چنین بیان می‌کند.

قانون یکم: هر جسم که در حال سکون یا حرکت یکنواخت در راستای خط مستقیم باشد، به همان حالت می‌ماند مگر آنکه در اثر نیروهای بیرونی ناچار به تغییر آن حالت شود.

دومین قانون به این پرسش پاسخ می‌دهد که اگر بر یک جسم نیروی خارجی وارد شود، حرکت آن چگونه خواهد بود.

قانون دوم: آهنگ تغییر اندازه‌ی حرکت یک جسم، متناسب با نیروی برآیندِ وارد بر آن جسم است و در جهت نیرو قرار دارد. فرمولی که از این قانون برمی‌آید (F=ma) به معادله بنیادین مکانیک کلاسیک معروف است که مطابق آن، شتاب یک جسم برابر است با نیروهای خالص وارده تقسیم بر جرم جسم.

سومین قانون می‌گوید که هرگاه جسمی به جسم دیگری نیرو وارد کند، جسم دوم نیز نیرویی به همان بزرگی ولی در سوی مخالف بر جسم اول وارد می‌کند و برآیند کنش همزمان این دو نیرو باعث حرکت شتابدار می‌شود.

قانون سوم: برای هر کنشی همواره یک واکنش برابر ناهمسو وجود دارد.

مجموعه‌ی قوانین سه‌گانه‌ی حرکت و قانون گرانش عمومی، اساس و شالوده‌ی فناوری مدرن هستند و با وجود پیدایش فرضیه های تازه‌تر از اهمیت آن کاسته نشده است. در کنار فعالیت‎های علمی معمول، نیوتن از مسؤولیت‎های سیاسی نیز رویگردان نبود. او در سال های1689، 1701 و 1702 م. به نمایندگی مجلس برگزیده شد. اگر چه تنها جمله‎ای که در طول این سه سال در صحن مجلس بر زبان آورد، تقاضای بستن پنجره‌ها بود!

از سال 1703 م. تا آخر عمر نیوتن رئیس انجمن سلطنتی بریتانیا و همچنین یکی از اعضای فرهنگستان علوم فرانسه بود.

4-5 پیش زمینه تاریخی قانون جهانی گرانش نیوتن

بعد از ارائه ی قوانین کپلر و کشفیات پر اهمیت گالیله، ریاضیدانان و فیزیکدانان علاقه زیادی به موضوع های اختر شناسی پیدا کردند. در این زمینه نظریه های مختلفی داده شد. رابرت هوک و ادموند هالی به نظر باقی بودند که نیرویی که سیاره ها را بطرف خورشید می کشد، آنها را در مدار خود نگاه می دارد. از این گذشته آنها گمان می کردند که این نیرو باید با دور شدن از خورشید و به نسبت مربع فاصله ضعیف شوند. کپلر نیز وجود این نیرو را قبول داشت و تصور می کرد که این نیرو به نسبت فاصله ضعیف می شود. بنابراین داستان افتادان سیب و توجه نیوتن به گرانش نه تنها واقعی نیست، بلکه شناختن روند تکامل علم را مختل می کند. حتی 50 سال قبل ازنیوتن گالیله به شتاب گرانش توجه داشت و آن را بیان کرده بود. اما امتیاز نیوتن در این بود که اثر همه ی نیروها را تحت قانون کلی توضیح داد و بصورت راضی بیان کرد. علاوه بر آن نیوتن با یک فرض اساسی که قبل از وی به آن توجه نشده بود توانست قانون جهانی گرانش را فرمول بندی کند. وی فرض کرد که جسمی کروی که چکالی آن در هر نقطه به فاصله آن تا مرکز کره بستگی دارد، یک ذره ی خارجی را طوری جذب می کند که گویی همه جرم آن در مرکز متمرکز شده است. این قضیه توجیه وی را از قوانین حرکت سیارات کامل کرد، زیرا انحراف جزئی خورشید از کرویت واقعی در اینجا قابل صرف نظر کردن است. پس از آنکه نیوتند قانون جهانی گرانش را مطرح کرد، رابرت هوک ادعا کرد که نیوتن کشف قانون گرانش وی را دزدیده و به نام خود ارائه داده است. به همین دلیل مشاجره شدیدی بین نیوتن و هوک در گرفت که موجب رنجش و حتی بیماری نیوتن گردید.

5-5 قانون اول نیوتن

هر گاه به جسمی نیرویی وارد نشود و یا برایند صفر گردد اگر جسم ساکن باشد ساکن می ماند اگر با سرعت ثابت در حال حرکت باشد با همان سرغت به حرکتش ادامه می دهد .

این قانون تحت عنوان مختلف از جمله، اصل ماند، قانون اینرسی، قانون لختی بیان شده است. طبق قانون اول نیوتن حرکت ویزگی ذاتی اجسم است و در غیاب هرگونه نیروی خارجی جسم هماه حالت حرکتی خود را حفظ می کند. این قانون طومار فلسفه ی طبیعی ارسطو را درهم پیچید. زیرا ارسطو گفته بود: برای اینکه یک جسم با سرعت یکنواخت به حرکت خود ادامه دهد، باید پیوسته نیرویی‌ بر آن وارد شود در غیراین صورت به حالت طبیعی خود برمی‌گردد و ساکن می‌شود .

چند مثال :

جسمی را روی کف دست خود قرار دهید و دست را بی حرکت نگاه دارید. این جسم تا زمانیکه روی کف دست شما قرار دارد، همانجا و به حمان حالت خواهد ماند، زیرا برایند تمام نیروهای وارد بر آن صفر است .

5-5 قانون دوم نیوتن

قانون دوم نیوتن در فیزیک بسیار مهم و اساسی است. هر گاه نیرویی بر یک جسم اثر کند این جسم شتابی می گیرد که هم جهت نیرو است و اندازه آن با اندازه نیرو نسبت مستقیم و با جرم جسم نسبت عکس دارد .

F=ma or a=F/m

این قانون که در سال 1679 اولین بار در کتاب Procatinare Unnaturalis Prinicipia Mathematica بوسیله نیوتن منتشر شد بعنوان مهمترین کشف در تاریخ علم قلمداد شده است .

معمولاً قانون دوم نیوتن را با استفاده از تغییرا اندازه حرکت تعریف می کنند. چون اندازه یکی از مفاهیم بنیادی در فیزیک است، لذا آنرا تعریف کرده و یکبار دیگر با استفاده از به تعریف قانون دوم نیوتن خواهیم پرداخت.

اندازه حرکت یا تکانه

اندازه حرکت بصورت حاصلضرب جرم در سرعت یعنی P=mv تعریف می شود. بنابر این با توجه به قانون اول نیوتن هنگامی سرعت تغییر می کند که نیرویی بر جسم اعمال شود. لذا در غیاب هرگونه نیروی خارجی اندازه حرکت یک جسم ثابت است. بنابر این قانون دوم نیوتن را می توان به صورت زیر تعریف کرد :

نیرو = تغییرات اندازه حرکت

F = dp/dt

در قانون دوم نیوتن سرعت نامتناهی قابل قبول است. چون در قوانین نیوتن خواص فیزیکی ماده مستقل از سرعت آن فرض شده، همچنین زمان نیز یک کمیت مستقل و مطلق است، بنابراین با توجه به سرعت نامتناهی در مدت زمان صفر هر فاصله ای قابل پیمودن است. به عبارت دیگر یک شئی در لحظه ای خاص می تواند در مکانهای مختلفی باشد. هرچند این پدیده هرگز مشاهده نشد، اما فیزیکدانان برای مدتی بیش از دو قرن پذیرای آن بودند .

5-5 قانون سوم نیوتن

برای هر کنشی همواره یک واکنش برابر ناهمسو وجود دارد. به عبارت دیگر هرگاه جسم 1 نیرویی به جسم 2 وارد کند، جسم 2 نیز همان مقدار نیرو را در جهت مخالف نیروی دریافتی به جسم یک وارد می کند، بطوریکه:

F1=-F2 or F1+F2=0

با توجه به اینکه سرعت نامتناهی طبق قانون دوم قابل قبول بود، قانون سوم همواره و در تمام لحظات برقرار بود. حتی اگر دو جسم در فاصله ی دلخواه نسبت به یکدیگر قرار داشته باشند، هر تغییر موضع هر یک از آنها، بلافصله به دیگری منتقل می شود. یعنی همزمان دو نقطه از جهان و در واقع تمام جهان را می توان تحت تاثیر یک رویداد قرار داد .

6-5 گرانش

پرتابه ای که بطور افقی پرتاب می شود، مسیری سهمی شکل را بطرف زمین می پیماید و سرانجام به سطح زمین سقوط می کند. اما چون زمین به شکل کره استّ، سطح آن انحنا دارد. حال اگر پرتابه ای باسرعت زیاد از بالای یک قله پرتاب شود، تحت تاثیر گرانش مسری منحنی را طی خواهد کرد. اگر سرعت این پرتابه به اندازه ی کافی باشد، می تواند یک دایره ی کامل را حول زمین طی کند و دائم دور زمین بچرخد.

نیوتن فرض کرد که نیروی گرانش زمین مانند کره ای بزرگ و در حال انبساط در همه جهات پراکنده است. بنابراین مساحت این کره برابر است با:

S=4pir^2

وی سپس استدلال کرد که نیروی گرانشی که بر سطح این کره پراکنده شده است، می بایست متناسب با مجذور شعاع آن ضعیف شود. درسا مانند شدت نور و صوت. به این ترتیب برای نیوتن آشکار شد که ماه بایستی تحت اثر این نیروی گرانش کشیده شود. سپس استدلال کرد چنانچه ماه با نیروی معینی بوسیله زمین کشیده می شود، زمین نیز بایستی با همان اندازه بوسیله ماه کشیده شود. آنگاه نتیجه گرفت که نیروی گرانشی میان هر دو جسمی که در جهان است، مستقیماً متناسب با حاصلضرب جرمهای آنهاست.

این نتیجه را قانون جهانی گرانش می نامند که بصورت زیر بیان می شود:

F=GmM/r^2

با گذشت زمان مشخص شد که سیارات و ستارگان از این قانون تبعیت می کنند.

نیوتن هیچگاه قوانین خود را بصورت تحلیلی ننوشت، این کار اولین بار توسط اویلر انجام شد.

7-5 دستگاه مقایسه ای مطلق اتر

با توجه و کمی دقت به قوانین نیوتن مشاهده می شود که هنگام مطرح شدن این قوانین یک نکته مهم نادیده گرفته شده است، و آن این است که این قوانین نسبت به کدام دستگاه مقایسه ای مطرح شده اند. زیرا در تمام تجربیات مکانیکی از هر نوع که باشند باید وضع نقاط مادی را در لحظه ی معین نسبت به مکانی خاص در نظر گرفته شود.

نیوتن نظر داده بود که کالبد فضا، در حالت سکون است. یعنی می توان از حرکت مطلق سخن گفت. اما در آن زمان اعتقاد عمومی بر این بود که کالبد فضا از اتر (عنصر پنجم ارسطویی) انباشته است. یعنی چنین تصور می شد که اتر در فضا مستقر و ساکن است و به هیچ روی حرکت نمی کند و همه ی اجسام در اتر غوطه ورند.

همچنین دانشمندان کلاسیک همواره تاثیر از فاصله دور را امری می پنداشتند که تصور آن دشوار بود، و نیروی گرانش که می توانست از فواصل دور اثر می کند، نیوتن را به تعجب واداشته بود. نیوتن به منظور توضیح این اثر، عقیده ارسطو را در باره اینکه افلاک از اتر پر شده اند را پذیرفت و فکر می کرد که ممکن است گرانش بطریقی توسط اتر منتقل شود. لذا اتر ضمن آنکه دستگاه مقایسه ای مطلق بود، وسیله ی انتقال گرانش نیز به حساب می آمد.

8-5 فضا و زمان نیوتنی

نیوتن در کتاب اصول فلسفه ی طبیعی نوشت: زمان مطلق ، حقیقی و ریاضی، خود بخود و به علت ماهیت ویژه خود، بطور یکنواخت و بدون ارتباط با هیچ چیز خارجی جریان دارد.

بنابراین از دیدگاه نیوتن زمان یک مقیاس جهانی بود که مستقل از همه اجسام و پدیده های فیزیکی وجود داشت. زمان به دلیل ماهیت خود جریان داشت و این جریان وابسته به هیچ چیز دیگری نبود.

همچنین در مورد فضا چنین می گوید فضا در ذات خود مطلق و بدون احتیاج به یک چیز خارجی همه جا یکسان و ساکن است.

اینگونه نگرش به مطلق در قوانین نیوتن راهگشای بسیاری از ابهامات مکانیک نیوتنی بود. زمان مطلق، فضا مطلق و حرکت مطلق مواردی بودند که مکانیک نیوتنی بر اساس آنها شکل گرفته بود.

9-5 مشکلات قانون گرانش

مهمترین مشکل قوانین نیوتن در قانون جهانی گرانش وی بود و خود نیوتن نیز متوجه آن شده بود. نیوتن دریافت که بر اثر قانون گرانش او، ستارگان باید یکدیگر را جذب کنند و بنابراین اصلاً به نظر نمی رسد که ساکن باشند. نیوتن در سال 1692 طی نامه ای به ریچارد بنتلی نوشت "که اگر تعداد ستارگان جهان بینهایت نباشد، و این ستارگان در ناحیه ای از فضا پراکنده باشند، همگی به یکدیگر برخورد خواهند کرد. اما اکر تعداد نامحدودی ستاره در فضای بیکران به طور کمابش یکسان پراکنده باشند، نقطه مرکزی در کار نخواهد بود تا همه بسوی آن کشیده شوند و بنابراین جهان در هم نخواهد ریخت." این برداشت نیز با یک اشکال اساسی مواجه شد. بنظر سیلیجر طبق نظریه نیوتن تعداد خطوط نیرو که از بینهایت آمده و به یک جسم می رسد با جرم آن جسم متناسب است. حال اگر جهان نامتناهی باشد و همه ی اجسام با جسم مزبور در کنش متقابل باشند، شدت جاذبه وارد بر آن بینهایت خواهد شد .

مشکل بعدی قانون گرانش نیوتن این است که طبق این قانون یک جسم به طور نامحدود می تواند سایر اجسام را جذب کرده و رشد کند، یعنی جرم یک جسم می تواند تا بینهایت افزایش یابد. این نیز با تجربه تطبیق نمی کند، زیرا وجود جسمی با جرم بینهایت مشاهده نشده است مشکل بعدی قوانین نیوتن در مورد دستگاه مرجع مطلق بود. همچنان که می دانیم حرکت یک جسم نسبی است، وقتی سخن از جسم در حال حرکت است، نخست باید دید نسبت به چه جسمی یا در واقع در کدام چارچوب در حرکت است. دستگاه های مقایسه ای در فیزیک دارای اهمیت بسیاری هستند. قوانین نیوتن نسبت به دستگاه مرجع مطلق مطرح شده بود. یعنی در جهان یک چارچوب مرجع مطلق وجود داشت که حرکت همه اجسام نسبت به آن قابل سنجش بود. در واقع همه ی اجسام در این چارچوب مطلق که آن را "اتر" می نامیدند در حرکت بودند. یعنی ناظر می توانست از حرکت نسبی دو جسم صحبت کند یا می توانست حرکت مطلق آن را مورد توجه قرار دهد.

  فرض کنید روی قله یک کوه با یک توپ جنگی گلوله ای را پرتاب می کنید. ( بدون در نظر گرفتن مقاومت هوا ) هر چه نیروی پرتاب کننده بیشتر باشد ، سرعت گلوله بهنگام خروج از لوله بیشتر خواهد بود و گلوله مسافت بیشتری طی خواهد کرد تا با نیروی جاذبه زمین سقوط کند . حال اگر سرعت پرتاب به 7.9 کیلومتر در ثانیه ( 2800 کیلومتر در ساعت ) برسد ، گلوله دیگر به زمین سقوط نخواهد کرد و با همان سرعت دور زمین ( در مدار دایره ای شکل ) خواهد چرخید. در این حالت گلوله تبدیل به یک ماهواره شده و اگر نیروی اصطحکاک هوا نباشد ، گلوله تا ابد در مدار زمین باقی می ماند ولی بخاطر وجود اصطحکاک هوا در ارتفاعات کم ، سرعت گلوله کم شده و در نهایت سقوط خواهد کرد. اگر سرعت پرتابه را افزایش دهیم ، مدار حرکت گلوله دور زمین از حالت دایره به حالت بیضی شکل تغییر خواهد کرد و با افزایش سرعت ، مدار حرکت بیضی تر خواهد شد

برای قرار دادن ماهواره در مدار بالایی و دایره ای شکل بدور زمین از موشک های 2 مرحله ای استفاده می کنند. به این صورت که موشک پس از بلند شدن و در ارتفاع کم ، مسیر مستقیم خود را کج می کند تا در مدار زمین قرار گیرد. در این لحظه موتور مرحله اول از موشک جدا می شود. همین لحظه موتور مرحله دوم روشن می شود و موشک در مدار بیضی شکل دور زمین شروع به گردش می کند. موتور مرحله دوم خاموش می شود و وقتی موشک به نقطه اوج ( دورترین نقطه از زمین مدار بیضی از زمین) رسید ، موتور دوم یکبار دیگر روشن می شود تا موشک در مدار دایره ای شکل بزرگ قرار گیرد. در همین لحظه ماهواره از موتور دوم جدا می شود و سپس با همان سرعت اولیه که از موشک در حال حرکت جدا شده ، در مدار دایره ای شکل دور زمین می گردد .

ارتفاع ماهواره ها از سطح زمین :

ماهواره های جاسوسی را اغلب در ارتفاعات کم ( 480 تا 970 کیلومتری) قرار می دهند. این ماهواره ها می توانند در عرض کمتر از دو ساعت دور زمین گردش کنند و عکس های دقیق از مراکز نظامی بگیرند.

ماهواره های علمی در مدارات میانی ( ارتفاع 4800 تا 9700 کیلومتری) قرار داده می شوند. از این ماهواره ها برای تحقیق در مورد مهاجرت حیوانات و بررسی فعالیت آتشفشانها استفاده می شود.

ماهواره های سیستم موقعیت یابی جهانی (GPS ) در ارتفاع 10000 تا 2000 کیلومتری قرار داده می شوند.

ماهواره های ارتباطی مثل ماهواره تلویزیونی را در ارتفاع 35786 کیلومتری قرار می دهند. زمان گردش ماهواره هایی که در این ارتفاع قرار می گیرند ، با زمان چرخش زمین یکی است . به همین دلیل برای دریافت اطلاعات از این ماهواره ها ، نیازی به جابجایی مکرر گیرنده زمینی ( بشقاب ماهواره ) نیست.

کره ماه ( ماهواره طبیعی زمین ) هم ارتفاع ( فاصله ) حدود 384000 کیلومتری از سطح زمین در حال گردش بدور زمین است ، دارای سرعتی معادل 1 کیلومتر در ثانیه است . با این فاصله و سرعت زمان یک دور گردش ماه بدور زمین حدودا 28 روز طول می کشد که همان طول ماه قمری است .

رابطه سرعت با ارتفاع :

همانطور که می دانید با افزایش ارتفاع از سطح زمین ، نیروی جاذبه کم می شود. هر مدار دایره ای ماهواره ، سرعت مخصوصی دارد که به آن سرعت پایداری مدار می گویند. در این سرعت نیروی جاذبه با نیروی گریز از مرکز در حالت تعادل قرار دارند. اگر سرعت ماهواره را به کمتر از سرعت پایداری کاهش دهیم ،‌ نیروی جاذبه بر نیروی گریز از مرکز غلبه کرده و ماهواره به مدار پایین تر ( ارتفاع کمتر ) سقوط خواهد کرد و بالعکس اگر سرعت ماهواره را افزایش دهیم ، نیروی گریز از مرکز بر نیروی جاذبه غلبه کرده و ماهواره در مدار بالاتر ( بیضی کشیده ) قرار می گیرد.

 نوشته: گری استیکس
این سوال ساده امروز شاید بیشتر از هر زمان دیگری پرسیده شود. در جامعه ساعت زده ما هیچ گاه پاسخ، چیزی بیشتر از یک نیم نگاه نیست و ما می توانیم برای انجام وظایف زمان بندی شده خود که دائم فشرده تر می شود، روزها را به قسمت های کوچکتر و کوچکتری تقسیم کنیم و مطمئنا همیشه می دانیم که مثلا الان ساعت هفت و سه دقیقه است. به هر حال رازگشایی های علمی نوین در مورد زمان این سوال را به شکل بی پایانی آزاردهنده می سازد. در جست وجوی شناختی دقیق از زمان، لحظه گریزپای حال در ازدحام محو شونده نانوثانیه ها گم می شود. ادراک ما از زمان حال به علت محدودیت ناشی از سرعت نور و تکانه های عصبی جهان را آن گونه که لحظه ای پیش بود ترسیم می کند. تنها بدان دلیل که خودآگاهی ما طور دیگری وانمود می کند، لحظه اکنون را هرگز درک نمی کنیم. در اصل حتی انطباق کامل رویدادها نیز از دست ما خارج می شود. نسبیت حکم می کند که زمان همچون معجونی عجیب و غریب در ترن های متحرک کندتر از ایستگاه ها و در کوه ها سریع تر از دره ها جاری می شود. زمان ساعت مچی ما دقیقا همانی نیست که در سر ماست. الان «تقریبا» هفت و چهار دقیقه بعد از ظهر است. دریافت های درونی ما از زمان به شدت متناقض اند. زمان هر زخمی را مرهم است اما در عین حال خود ویرانگری است بزرگ. زمان نسبی، اما مداوم است. اینجا زیر بهشت زمان برای هر کاری هست (از کتاب سلیمان در عهد عتیق - م) اما هرگز کافی نیست. زمان جاری است، می خزد و به شتاب می رود. ثانیه ها می توانند هم شکافته شوند و هم کش آیند. زمان بسان رودی روان منتظر هیچ کس نمی ماند اما در لحظات هیجان انگیز می ایستد. زمان به اندازه ضربان های قلب هر کس خصوصی و همچون برج ساعت میدان شهر عمومی است. به هر حال ما برای رفع این تضادها هر کاری از دستمان برآید انجام می دهیم. ظاهرا حالا هفت و پنج دقیقه بعدازظهر است و البته وقت طلاست. زمان، شریک تغییر، حریف سرعت و پول رایجی است که این همه به آن اهمیت می دهیم. زمان گرانبهاترین و بی همتاترین کالای ماست. با این حال هنوز می گوییم نمی دانیم به کجا می رود، یک سوم آن را در خواب به سر می بریم و هیچ کس حقیقتا نمی تواند حساب کند چقدر از چوب خطتمان باقی مانده است. ما می توانیم صدها راه برای صرفه جویی در وقت بیابیم اما به هر حال مقدار باقی مانده پیوسته کاهش می یابد.الان کمی پیش از هفت و شش دقیقه بعدازظهر است.زمان و حافظه به درک ما از هویت مان شکل می دهند. شاید احساس می کنیم که در پناه تاریخ هستیم اما در عین حال خود را عوامل مختاری در آینده می پنداریم، مفهوم زمان به طور نگران کننده ای در ایده های فیزیکدانان و فلاسفه ناقص است. اگر زمان مثل ابعاد فضایی یک بعد است پس باید دیروز، امروز و فردا به یک اندازه مشخص و ملموس باشند. آینده همانقدر بقا دارد که گذشته داشت و تنها در جایی است که ما هنوز ندیده ایم. به هر حال اکنون جایی ساعت هفت و هفت دقیقه بعدازظهر است. خورخه لوئیز بورخس (L.G. Borges) نویسنده آرژانتینی می نویسد «زمان جوهری است که من از آن ساخته شده ام، زمان رودخانه ای است که مرا با خود می برد اما من خود آن رودخانه ام. زمان ببری است که مرا می بلعد اما من خود آن ببرم، آتشی است که مرا می سوزاند اما من خود آن آتشم. اکنون هفت و هشت دقیقه بعدازظهر است، ساعت هایتان را تنظیم کنید.

شماره سپتامبر 2002 نشریه Scientific American ویژه نامه ای بود که تماما به زمان اختصاص داشت. در آن زمان با موضوعات فیزیک، فلسفه، زیست شناسی، انسان شناسی و. . . مورد بررسی قرار گرفته است. در این ویژه نامه خلاصه ای از آنچه علم در مورد چگونگی سیطره و کنترل زمان بر دنیای خارجی و داخلی مان کشف کرده است، بیان شد. این آگاهی تصور ما از زمان را پربارتر خواهد کرد و برای کسانی که آرزو دارند بر زمان غلبه کنند یا دست کم با آن همگام شوند امتیازهایی عملی به حساب می آید. آنچه در زیر می آید مقدمه ای است که توسط گری استیکس (G. Stix) مسئول پروژه های ویژه بر این مجموعه نوشته شده است.

بیشتر از دویست سال پیش بنجامین فرانکلین (Franklin.B) ضرب المثل مشهوری را ابداع کرد که گذر دقایق و ساعت ها را با شیلینگ ها و پوندها برابر می گرفت. هزاره جدید و آخرین دهه های پیش از آن مفهوم حقیقی سخنان وی را به نمایش گذاشته است. زمان در قرن بیست و یکم به همان چیزی تبدیل شده است که سوخت های فسیلی و فلزات گرانبها در دوره های پیشین بودند. این ماده خام حیاتی با اندازه و نرخی ثابت عامل محرک رشد اقتصادهای مبتنی بر ترابایت و گیگابایت در ثانیه (اقتصاد بر پایه تجارت اطلاعات) است. حتی یک اقتصاددان انگلیسی کوشید تا با بیانی عددی از ضرب المثل فرانکلین روح هزاره ای زمان را تسخیر کند. براساس فرمول استنتاج شده توسط یان واکر (I. Walker) از دانشگاه وارویک، سه دقیقه مسواک زدن دندان های شخصی معادل 45 سنت است، دستمزدی که (بعد از محاسبه مالیات ها و بیمه بازنشستگی) بریتانیایی های با درآمد متوسط با پرداختن به کارهای جانبی از آن چشم پوشی می کنند. براساس این فرمول نیم ساعت شستن ماشین با دست معادل 5/4 دلار است. شاید این ساده سازی زمان به پول، دیدگاه فرانکلین را به نهایتی مضحک بکشاند اما این تمسخر زمان، حقیقی و ناشی از تناوبی ریشه ای در چگونگی نگرش ما به گذر حوادث است. از عصر حجر در هزاران هزار سال پیش تاکنون سائق های بنیادی ما تغییر نکرده است. بسیاری از دغدغه های امروزی ما پیرامون همان انگیزه های خوردن، تولیدمثل و جنگ و گریز، دور می زند. فرهنگ بشری با وجود پایداری این انگیزه های ابتدایی، از زمانی که اجداد شکارچی ـ جمع آورنده ما در جنگل های ساوانا پرسه می زدند، پی درپی دچار تحول شده است. شاید ژرف ترین دگرگونی در گذر طولانی از عصر حجر به عصر اطلاعات پیرامون تجربه شخصی ما از زمان می چرخد.

در یک تعریف، زمان پیوستاری است که در آن رویدادها، از گذشته تا آینده، از پی یکدیگر می آیند. امروزه تعداد رویدادهایی که در یک مدت مشخص فشرده می شود خواه یک سال باشد یا یک نانوثانیه (میلیاردم ثانیه) به شکل بی پایانی افزایش می یابد. عصر تکنولوژی به یک بازی چشم و هم چشمی بدل شده است که در آن بیشتر همیشه بهتر است. جیمز گلیک ( J. Gleik) در کتابش با عنوان «جهان در شتاب» اشاره می کند که پیش از فراگیر شدن ناوگان پست فدرال (نوعی پست هوایی سریع السیر با تحویل خانه به خانه موسوم به FedEX) در دهه ،1980 معمولا تحویل دقیقا یک شبه مبادلات اوراق تجاری نیازی به بسته بندی نداشت. در ابتدا FedEX مشتری هایش را تحت تأثیر قرار داد اما به زودی تمام دنیا انتظار داشتند که اجناس صبح فردا برسند. گلیک می نویسد: «زمانی که همگان پست یک شبه را پذیرفتند بار دیگر مساوات برقرار شد و تنها نوبت یک گام سریع تر جهانی بود. »

ظهور اینترنت بار انتظار برای رسیدن ماشین محموله های پست فدرال در صبح فردا را از میان برداشت. در زمان اینترنتی همه چیز در همه جا به یک باره اتفاق می افتد. کاربران کامپیوترهای متصل به شبکه، در نیویورک یا داکار، می توانند در لحظه ای واحد شاهد آخرین خبر در یک صفحه اینترنتی باشند. در حقیقت زمان بر فضا برتری یافته است. شرکت ساعت سازی سواچ با تلاش برای برچیدن مرزهای زمانی ای که نقاط مختلف را مجزا می کند، گامی بلند در راستای این روند برداشت. سواچ با قسمت کردن روز به 1000 جزء که در همه جای دنیا یکسان هستند و تعیین نصف النهار در شهر بیل سوئیس، محل اداره مرکزی سواچ، استانداردی برای ثبت زمان اینترنتی ایجاد کرد که مناطق زمانی را حذف کرده است. این ساعت اینترنتی دیجیتالی هنوز با گام هایش در حال پیشروی در شبکه اینترنت و ساختمان شرکت سواچ در بیل است. اما دورنمای آن به عنوان استاندارد زمان همگانی فراگیر مشابه آرزوهای بر باد رفته برای تبدیل شدن اسپرانتو به زبانی جهانی است.

به دور از هرگونه فریبکاری دنیای ارتباطات حصارهای زمان را از میان برداشته است. این موفقیت برپایه قابلیت همواره در حال پیشرفت اندازه گیری هرچه دقیق تر زمان استوار است. در طول اعصار، توانایی اندازه گیری زمان مستقیما با افزایش کنترل ما بر محیط زندگی مان مرتبط بوده است. ثبت زمان عملی است که بیش از بیست هزار سال پیش، زمانی که شکارچیان عصر یخبندان احتمالا برای دنبال کردن روزها بین هلال های ماه روی چوب یا استخوان شکاف هایی ایجاد می کردند، برمی گردد و در حدود پنج هزار سال پیش یا بیشتر بابلی ها و مصری ها تقویم هایی برای کشاورزی و سایر فعالیت های حساس به زمان اختراع کردند. ساعت سازان اولیه دیوانه های دقیقی نبودند. آنها چرخه های طبیعی مثل روز خورشیدی، ماه قمری و سال خورشیدی را دنبال کردند. ساعت خورشیدی، اگر ابرها و شب آن را به دکوری بی فایده تبدیل نمی کردند، نمی توانست کاری بیشتر از توصیف یک سایه انجام دهد. اما ساعت مکانیکی که آغاز آن در قرن سیزدهم بود انقلابی را به راه انداخت که هم پای تحول به وجود آمده توسط اختراع بعدی یعنی صنعت چاپ به دست گوتنبرگ، بود. زمان دیگر جاری نشد آنچنان که به معنی واقعی کلمه در یک ساعت آبی می شد. بلکه این بار با مکانیزمی تقسیم شده بود که می توانست تپش های یک نوسانگر را دنبال کند. زمانی که این وسیله اصلاح شد اجازه داد تا گذر زمان در کسرهایی از ثانیه اندازه گیری شود. سرانجام ساعت مکانیکی امکان کوچک شدن ساعت را فراهم کرد. روزگاری آنها با یک فنر مارپیچ و بدون وزنه کار می کردند که می توانست مانند یک جواهر حمل یا پوشیده شود. تکنولوژی قواعد ما را در روش سازماندهی جامعه دگرگون کرد. ساعت ابزاری بود که به افراد امکان داد تا فعالیت هایشان را با سایرین هماهنگ کنند. دیوید لندز (D. Landes) تاریخ دان دانشگاه هاروارد در کتابش با عنوان «انقلاب در زمان: ساعت ها و شکل گری دنیای مدرن» می نویسد: «وقت شناسی از آن منشا گرفته است نه بدون آن. خوب یا بد، این ساعت مکانیکی است که تمدنی را ممکن ساخت که مراقب گذشت زمان و در نتیجه بهره وری و عملکرد است. »

ساعت های مکانیکی قرن ها به عنوان دقیق ترین انواع باقی ماندند. به نسبت 700 سال گذشته در پنجاه سال اخیر شاهد پیشرفت بیشتری در جست وجو برای وقت بودیم. این تنها اینترنت نبود که موجب غلبه بر فضا شد. زمان نسبت به سایر ماهیت های فیزیکی با دقت بیشتری اندازه گیری شده است. به طور مثال از زمان سپری شده برای تخمین زدن ابعاد فضایی استفاده شده است. امروزه استانداردسازان واحد متر را با فاصله ای که نور در 1299792458 ثانیه در خلاء طی می کند، اندازه می گیرند. ساعت های اتمی علاوه بر اینکه در چنین سنجش هایی مورد استفاده قرار می گیرند در تعیین موقعیت نیز نقش دارند. در برخی از آنها فرکانس تشدید اتم های سزیم به طور شگفت آوری پایدار می ماند و تبدیل به پاندول کاذبی می شود که قادر به حفظ دقت در حدود یک نانوثانیه است. ماهواره های سیستم تعیین موقعیت جهانی (GPS) دائما موقعیتشان را اعلام و زمان را توسط ساعت های اتمی که روی آنها نصب شده ثبت می کنند. یک دستگاه گیرنده این اطلاعات را نهایتا از چهار ماهواره دریافت و برای تعیین مختصات زمینی عابر، کشتی یا هواپیمایی در پاتاگونیا (منطقه ای در جنوب آرژانتین) یا لاپلند (ناحیه ای در شمال اروپا و در مجاورت قطب شمال) پردازش می کند. شرایط کاملا دقیق هستند. یک خطای زمانی در حدود میلیونم ثانیه از یکی از ماهواره ها می تواند سیگنالی به گیرنده GPS بفرستد که بیشتر از 400 متر اختلاف به وجود آورد (اگر این خطا از سوی سایر ماهواره ها نیز ارسال شود). پیشرفت ها در زمینه ثبت دقیق زمان به سرعت ادامه می یابد. در واقع شاید تا چند سال آینده ساعت سازان از خودشان پیشی بگیرند. آنها احتمالا چنان ساعت های اتمی دقیقی می سازند که همزمان کردن آنها با سایر ساعت ها غیرممکن خواهد بود. علاوه بر این محققان به اصرار خود برای دقیق تر قسمت کردن و کوچک کردن ثانیه ادامه می دهند. نیاز به سرعت به سنگ بنای عصر اطلاعات بدل شده است. در آزمایشگاه ترانزیستورها می توانند سریع تر از یک پیکوثانیه، یک هزار میلیاردم ثانیه، سوئیچ بزنند. یک تیم فرانسوی ـ هلندی رکورد سرعت جدیدی در تقسیم ثانیه به اجزای کوچک ثبت کردند. براساس گزارشی که در سال گذشته منتشر شد یک چراغ چشمک زن لیزری پالس هایی با عمر 250 آتوثانیه (250 میلیارد میلیاردم ثانیه) ساطع کرد. شاید روزی این چشمک زن به شکل یک دوربین فیلمبرداری درآید که می تواند حرکت اتم های منفرد را دنبال کند. عصر مدرن اهداف ثبت شده ای در ارزیابی زمان های بزرگ نیز دارد. روش های تاریخ گذاری رادیومتریک، اندازه گیری زمان های دور، نشان می دهند که اکنون زمین حقیقتا چقدر پیر است. قابلیت تسلط آسان بر زمان و فضا چه در اینترنت و چه در هدایت یک هواپیمای مسافربری تحت کنترل GPS به ما اجازه می دهد کارها را سریع تر انجام دهیم. تنها این مسئله برای آزمایش باقی مانده است که محدوده های سرعت تا کجا می توانند امتداد یابند.

کنفرانس ها و کتاب های عمومی ایده های ماشین زمان کیهانی، مفهومی در سفر به جلو یا عقب در زمان، را به بازی می گیرند اما با وجود توانایی ساعت سازان، زمانی که از «پرواز زمان» سخن می گوییم نه فیزیک دانان و نه فلاسفه هیچ توافقی با آنچه ما در سر داریم، ندارند. سرگشتگی در مورد ماهیت زمان، شگفتی سه جانبه ای که به گذشته، حال و آینده تجزیه می شود، قرن ها پیش تر از دوران صنعتی وجود داشت. سنت آگوستین این معمای توصیفی را روشن تر از هر کسی تشریح کرد. وی در کتاب اعترافاتش پرسید «و سپس زمان چیست؟ می دانم، اگر هیچ کس از من نپرسد و نمی دانم، اگر بخواهم آن را برای کسی که پرسیده توضیح دهم» سپس وی تلاش می کند تا علت دشواری تعریف زمان بندی را توضیح دهد «و سپس چگونه دو نوع زمان، گذشته و آینده، می توانند باشند در حالی که گذشته دیگر نیست و آینده هنوز نیامده است» فیزیکدانان متعصب نیز، آنهایی که با قید و بندهای غیرعملی از مسئولیت شانه خالی می کنند، به سختی با این پرسش درگیر هستند. ما می گوییم زمان در حرکت است همانطور که به سوی مرگ ناگزیرمان می شتابیم. اما این توصیف دقیقا چه مفهومی دارد. بار علمی بیان این مطلب که زمان با سرعت یک ثانیه بر ثانیه سپری می شود به مراتب بیشتر از گفته نن کوان (معمایی ضد و نقیض گونه به مفهوم کسب دانش شهودی که در ذن بودا از آن برای کمک به عبادت استفاده می شود) است. می توان برای جریان جاری زمان نیز نوعی شدت جریان فرض کرد. اما احتمالا چنین مقیاسی به سادگی در دسترس نخواهد بود. در واقع یکی از داغ ترین آنها در فیزیک نظری این است که آیا زمان به خودی خود غیرواقعی است یا نه. اغتشاش، یکی دیگر از آنهاست. فیزیکدانان به قدری در آن پیش رفتند که فلاسفه را به تحقیق در مورد افزایش یا عدم افزایش متغیر زمان به معادلاتشان واداشته اند. جوهر زمان معمای کهنی است که نه تنها ذهن فیزیکدانان و فلاسفه را به خود مشغول کرده بلکه انسان شناسانی که فرهنگ های غیرغربی را بررسی می کنند را نیز جلب کرده است. در واقع این فرهنگ ها سیر حوادث و رویدادها را به شکل حرکت یک توالی دایره وار غیرخطی تلقی می کنند. برای بسیاری از ما زمان نه تنها یک حقیقت بلکه عامل اصلی همه کارهایی است که انجام می دهیم. ما چه به طور ذاتی و چه اکتسابی زمان مدار هستیم. احتمالا احساسی که ما از بودن میان آینده و گذشته و یا در یک مفهوم سنتی از اسیر بودن در ماندالای بزرگ ریتم های طبیعی برگشتی داریم به یک حقیقت زیستی وابسته است. (ماندالا یا نقش نمادین جهان در مراسم مذهبی هندوئیسم و بودائیسم به عنوان ابزاری برای عبادت به کار می رود. اساسا ماندالا نماینده جهان است، ناحیه ای مقدس برای حضور خدایان و نقطه ای برای تجمع نیروهای جهانی. انسان یا همان جهان کوچک با ورود ذهنی به ماندالا و پیشروی به مرکز آن به طور تمثیلی به واسطه فرآیندهای کیهانی، فروپاشی و تجمع مجدد هدایت می شود. ) این حقایق زیستی همان هایی هستند که مقرر می کنند چگونه توپی را با چوب بیسبال بزنیم، کی احساس خواب آلودگی کنیم و چه وقت زمان ما به سر آمده است. امروزه این ریتم های زیستی حقیقی خودشان را به زیست شناسان نشان می دهند. دانشمندان در حال نزدیک شدن به مناطقی از مغز هستند که احساس گذر زمان را در مواقع تفریح به وجود می آورند، در واقع همان قسمت هایی که احساس رخوت تدریجی را به هنگام نشستن در کنفرانسی و گوش دادن به سخنرانی های کسل کننده، تحریک می کنند. همچنین آنها در تلاشند تا با اتصالات میان انواع مختلف حافظه و چگونگی سازماندهی و بازخوانی رویدادها به ترتیب زمانی، پی ببرند. بررسی انجام شده روی بیماران عصبی با حالت های متفاوتی از فراموشی که برخی از آنها توانایی قضاوت دقیق در مورد گذر ساعت ها، ماه ها و حتی دهه ها را از دست داده اند، به تشخیص مناطقی از مغز که در بردارنده چگونگی تجربه ما از زمان است کمک می کند. به خاطر آوردن اینکه در کجای ترتیب رویدادها قرار گرفته ایم معین می کند که ما کیستیم. بنابراین نهایتا این موضوع که در اصطلاح کیهان شناختی زمان در بردارنده یک حقیقت فیزیکی بنیادی است، اهمیتی ندارد. اگر این خیالی واهی است، همانی است که ما قاطعانه به آن چسبیده ایم. احترامی که نسبت به بعد چهارم، مکمل سه بعد فضایی دیگر، قائل می شویم ارتباط تنگاتنگی با یک نیاز روانی عمیق و به غنیمت شمردن نقاط عطف گذرای پرمعنایی دارد که همه ما در آن سهیم هستیم. مثل کریسمس، چهارم جولای و روزهای تولد، جز این چگونه می توان هیجان جشن ژانویه 2000 برای تاریخی را که نه مشخص کننده مهم ترین بخش زندگی مسیح و نه براساس بسیاری از شواهد هزاره واقعی است، توصیف کرد. به هر حال ما جشن هزاره آینده را اگر هنوز به عنوان یک گونه بر این سیاره حضور داشته باشیم، برگزار خواهیم کرد و در همان حال پنجاهمین سالگرد ازدواج پدر و مادرمان و بیستمین سال تأسیس ساختمان محل آتشنشانی داوطلبانه را گرامی می داریم. انجام کارهایی از این دست تنها راه پیاده کردن نظم و سلسله مراتب در دنیایی است که در آن ارسال پیام های فوری، عکس یک ساعته، تصفیه حساب پستی و تحویل مرسولات در همان روز، ما را به از دست دادن حس زنده بودن تهدید می کند.

مقدمه

در چرخ و فلک فضا ، کره زمین در هفت جهت حرکت می‌کند. هم اکنون که شما آرام نشسته و خیال می‌کنید که بی‌حرکت هستید، حداقل در هفت جهت مختلف و با سرعتهایی بسیار سرسام آور ، می‌چرخید. اگر از این سرگردانی سرگیجه نمی‌گیرید، به خواندن ادامه دهید.

حرکت وضعی زمین

کره زمین به دور محور فرضی که قطبهای شمال و جنوب را به هم وصل می‌کند، از غرب به شرق می‌چرخد. این چرخش توسط یک فیزیکدان فرانسوی به نام « فوکو » ثابت شد. وی پاندول بلندی را در زیر طاق پانتئون در پاریس آویزان نمود و آن را به نوسان در آورد. تماشاگران با تعجب دیدند که پاندول در طول روز به آهستگی در جهت گردش عقربه ساعت حرکت کرده و سوزن تیز پائین آن بر روی سطح شنی زیر آن سطح دایرهای را ترسیم میکند.(آونگ فوکو)

گردش زمین به دور خود ، بر نیروی محرکه موشکها ، گلولههای توپ ، رفت و آمد هواپیماها و جهت وزش بادها و تغییرات آب و هوا اثر میگذارد. کسانی که در میانه نصفالنهار شمالی (حدود تهران) قرار دارند، با سرعت 1300 کیلومتر در ساعت به دور محور زمین در حرکتند.

حرکت انتقالی زمین

کسانی که شبها آسمان را نظاره میکنند، با مشاهده تغییر محل ستارگان در فصول مختلف ، متوجه گردش زمین به دور خورشید می‌شوند (صور فلکی و فصول سال). صورت فلکی اسد در منطقة البروج که در فصل بهار در آسمان دیده می‌شود، جای خود را به مجموعه‌های عقرب و جبار در تابستان می‌دهد، بقیه صورتهای فلکی هم ، همینطور تغییر مکان می‌دهند، زیرا ما در روی زمین در حال حرکت در فضا هستیم.

دانشمندان نجوم معتقدند که زمین با سرعت 110000 کیلومتر در ساعت پیش میتازد. بنابراین هر روز با کیلومتر در این جهت مسافرت میکنیم. یک بچه شیرخوار روزی که تولد یک سالگی او را جشن می‌گیرد، 950 میلیون کیلومتر در این راستا حرکت کرده است.

حرکت بسوی ستارگان نزدیک به خورشید

در سال 1918 « ادموند هالی » متوجه موضوع ویژهای شد. وی موقعیت چندین ستاره را با آنچه که بطلیموس چندین قرن قبل نقشه برداری کرده بود، مطابق نمی‌دید. در واقع بعضی از ستارگان به اندازه عرض یک ماه (بدر) در آسمان جابجا شده بودند. دانشمندان پی بردند که جابجایی این ستارگان در راستای معینی است. آنها با بکارگیری پدیده دوپلر متوجه شدند که ستارگانی که اطراف ستاره « وگا » قرار دارند، با سرعت 20 کیلومتر در ثانیه به ما نزدیک می‌شوند و ستارگانی که در نقطه مقابل آنها در صورت فلکی « جبار » قرار دارند، به همان سرعت از ما دور می‌شوند.

به نظر می‌آید که خورشید با سرعت 20 کیلومتر در ثانیه (72000 کیلومتر در ساعت) بسوی ستاره وگا می‌تازد و ما را با سیاره‌هایی که به دور آن می‌گردند، به دنبال خود می‌برد. با این سرعت ما هر 20 سال به اندازه قطر منظومه شمسی حرکت می‌کنیم.

حرکت به دور کهکشان راه شیری

کهکشان راه شیری ما که مانند یک فرفره بسیار پهنی از گروههای ستارگان ، صورتهای فلکی و ابرهای بین ستاره‌ای تشکیل شده و با قطری برابر یک میلیارد میلیارد کیلومتر در گستره فضا قرار دارد، به دور محور خود در حال چرخش است و در درون آن خورشید ما با سیاراتی که در موکب آن قرار دارند، با سرعتی برابر با 800000 کیلومتر در ساعت در حال گردشند. ما هر روز 20 میلیون کیلومتر در آن جهت در حال حرکت هستیم. در یک سال فاصله خورشید تا پلوتو را با این سرعت می‌توان طی کرد. 240 میلیون سال طول می‌کشد تا این چرخ عظیم که محیط آن 3،14 میلیارد میلیارد کیلومتر است، یکبار به دور خود بچرخد.

حرکت بسوی کهکشان آندرومدا

کهکشان ما جز یک خانواده کهکشانی به نام « گروه محلی » است. در این گروه ، کهکشان آندرومدا نزدیکترین عضو به ما است و 20 میلیارد میلیارد کیلومتر از ما فاصله دارد. دانشمندان نجوم هنگام اندازه گیری سرعت گردش کهکشان راه شیری نسبت به محل کهکشانهای دیگر ، متوجه شدند که این کهکشان با سرعت 80 کیلومتر در ثانیه سریعتر از آنچه قبلا فکر می‌کردند، می‌چرخد. آنها متوجه شدند که این سرعت بخاطر گردش کهکشان به دور خودش نیست، بلکه به علت حرکتش در داخل گروه محلی است که با این سرعت در راستای لبه خود بسوی کهکشان آندرومدا به پیش می‌راند. پس ما با سرعت 288000 کیلومتر در ساعت همراه با کهکشان راه شیری بسوی آندرومدا حرکت می‌کنیم.

حرکت در ابر گروه محلی

گروه محلی خود در کناره یک گروه عظیم دیگری به نام « ابر گروه محلی » و یا « قلمرو کهکشانها » که خود شامل 50 خانواده کهکشانی شبیه گروه محلی است، قرار دارد. مرکز این گروه که حدود 70 میلیون سال نوری با ما فاصله دارد، در محلی داخل صورت فلکی سنبله در منطقة البروج می‌باشد، حداقل شامل یک هزار کهکشان است. مطالعات طیف دوپلر نشان می‌دهد که گروه محلی ما با سرعت 230 کیلومتر در ثانیه بسوی ابرگروه محلی پیش می‌رود.

حرکت در فضا

در سال 1920 بود که ادوین هابل و میلتون هوماسون دانشمندان رصدخانه کوه ویلسون در کالیفرنیا متوجه شدند که غالب گروههای کهکشانی چنان از یکدیگر دور می‌شوند که گویی از یک مرکز انفجار عظیم کیهانی که 15 تا 20 میلیارد سال پیش اتفاق افتاده ، فرار نموده و گسترش می‌یابند. در سال 1960 دانشمندان از رادیو تلسکوپها استفاده کردند تا پی به مرکز انتشار امواج رادیویی این انفجار ببرند. امروزه مشخص شده است که کهکشان راه شیری و گروه محلی و ابر گروه محلی در این گسترش فضایی سهیم هستند و در حقیقت کهکشان ما با سرعت 515 کیلومتر در ثانیه           (184000 کیلومتر در ساعت) از این مرکز انتشار امواج رادیویی دور می‌شود و بسوی خارج فضا پرتاپ می‌گردد.