صفحه اصلي | آرشيو مطالب | تماس با من | وبلاگ رسانه

با کلیک روی ستاره یک امتیاز به این مطب بده

سرعتي بالاتر از سرعت نور

آيا واقعا ممكن است كه سرعت هاي بالاتر از سرعت نور وجود داشته باشد؟

بر اساس نظريه نسبيت هيچ فرآيند فيزيكي نمي تواند در سرعت هاي بالاتر از سرعت نور در خلا انجام گيرد. بدون ترديد ، قابل قبول نبودن اين سرعت ها يكي از عجيب ترين فرضيات فيزيك جديد است.

ابر نور

در كنار دنيايي با سرعت هاي كمتر از سرعت نور (جهان تارديون ، مشتق از كلمه لاتين تاردوس به معناي آهسته) دنياي ديگري وجود دارد كه سرعت نور در آن از سرعت هاي ديگر كمتر است، نه بيشتر (جهان تاكيون مشتق از لغت يوناني تاخيس به معني سريع مي باشد). دنياي دوم كشف نشده است ، زيرا هيچ نقطه مشتركي با دنياي اول ندارد.

در سالهاي اخير ، تعدادي مقاله تحقيقاتي منتشر شده كه نويسندگان آنها احتمال وجود ذرات «ابر نور» را كه تا كنون ناميده اند، مورد بررسي قرار داده اند.

واقعيت عجيبي كه در مورد فرضيه ابر نور وجود دارد، آنست كه اين فرضيه ، نظريه نسبيت خاص را نقض نمي كند ، بلكه آن را با دنيايي كه در آن سوي محدوده سرعت نور قرار دارد سازگارتر و هماهنگ تر مي سازد.

اگر تاكيون‌ها وجود داشتند؟

عقايد متفاوتي در اين مورد وجود دارد. اگر تاكيون ها واقعا وجود داشته باشند، چه مي شود؟ در اين صورت آنها نوع سوم ذراتي مي باشند كه براي ما شناخته شده اند. اولين نوع شامل ذراتي است كه هيچگاه به سرعت نور نمي رسند. (يعني تقريبا تمام ذرات بنيادي شناخته شده) ، نوع دوم فوتون‌ها (كوانتاهاي تابش الكترومغناطيسي) و احتمالا نوترينوها مي باشند كه هر دو آنها با سرعت نور منتشر مي شوند. تاكيون ها همواره داراي سرعتي مي باشند كه از سرعت نور بيشتر است.

دنياي تاكيون ها و دنياي ما

دنياي تاكيون ها هيچ نقطه مشتركي با دنياي ما كه در آن سرعت ها كمتر از سرعت نور است ندارد. سه نوع ذره‌اي كه هم اكنون ذكر آنها به ميان آمد، داراي يك خاصيت مشترك مي‌باشند. ذرات يك گروه تحت هيچ شرايطي نمي توانند به ذرات گروه ديگر تبديل شوند. از سوي ديگر ، فقط بر اساس دانش جديد مي توانيم چنين اظهار نظري را به عمل آوريم. اگر اين مسئله را از ديدگاه اطلاعات علمي كامل‌تري كه هنوز ناشناخته است مورد بررسي قرار دهيم، ممكن است كه كاملا تغيير نمايد. در آن صورت مي توانيم فرض كنيم كه دنياي تاكيون ها با دنياي ما برخورد پيدا مي كند و اين بدان معني است كه فرآيندهايي در طبيعت وجود دارند كه در جهات نامشخص پيش مي روند.

اصل عليت كه بر اساس آن علت هميشه مقدم بر معلول است يك اصل اساسي فيزيكي است. به بيان ديگر ، هيچ رويدادي نمي تواند گذشته را تحت تاثير قرار دهد و موجب تغيير آن چيزي گردد كه اتفاق افتاده است، ولي در دنياي ذراتي كه با سرعت نور و يا بيشتر از آن حركت مي كنند ، اين اصل ممكن است تغيير نمايد و علت و معلول با توجه به چارچوب مرجع جاي خود را عوض كنند.

در فرآيندهايي كه پيام ها با سرعت بيشتر از سرعت نور حركت مي نمايند، تسلسل وقايع (وقايعي كه پيش از وقايع ديگر رخ مي دهند) به انتخاب دستگاه مختصات بستگي پيدا مي كند، در عين حال ، جهت جريان اطلاعات يعني اساس بستگي علت و معلول تغيير نمي نمايد. اين مسئله موجب نقص عليت مي گردد.

بازگشت به گذشته

گمان مي‌رود چنين جرياني بتواند براي ايجاد ارتباط تلفني با گذشته كمك كند يا ممكن است شخصي خود را به ساعت 11 صبح روز قبل انتقال دهد … . چنين چيزي مادامي كه دنياي سرعتهاي كوچك‌تر از سرعت نور با دنياي سرعتهاي بزرگ‌تر از سرعت نور برخورد پيدا كند، تناقض مي‌باشد. اگر فقط محدوده سرعت‌هاي بالاتر از سرعت نور را مورد توجه قرار دهيم، چين تناقضاتي به‌وجود نمي‌آيد. تاكنون هيچ يك از اطلاعات تجربي به دست آمده وجود تاكيون‌ها را به اثبات نرسانيده‌اند.

دنياي ريز ذره‌ها

پيشرف جهان كوچك عقايد و تصورات خارق‌العاده‌اي پديد مي‌آورد كه نظريه‌هاي دانش عادي را نقض مي‌كند و آشكارا نشان مي‌دهد. چنين عقيده‌اي كه معلومات امروزي علمي مفاهيم مطلق و غير قابل تغييري هستند، پوچ مي‌باشد. به نظر نمي‌آيد كه هيچگاه پيشرفت فيزيك و اختر فيزيك به انتها برسد.

فرضيه ذرات بنيادي كه همواره وقايع عجيب‌تري را آشكار مي‌سازد. دائما با مفاهيم پيچيده رياضي و ساير مفاهيم پيچيده به‌ وجود مي‌آيد كه با دنيايي كه ما را احاطه كرده هيچ گونه مشابهتي ندراد. بايد گفت كه اين فرضيه روز به روز بيشتر با فرضيه كيهاني آميخته مي‌شود. به عبارت ديگر قوانين طبيعي حاكم بود و نقطه نهايي و متضاد ابعاد جهاني يعني دنياي ريز ذره‌ها و دنياي وقايع كيهاني هيچگاه با يكديگر متناقض نيستند.

بيان ريز ذره‌ها بوسيله پديده گرانشي

با نفوذ بيشتر در دنياي ريز ذره‌ها ، اثرات گرانشي بطور قابل توجهي كمتر مي‌شوند. ولي اين مساله تا نقطه معيني صادق است و نقش آنها بطور مشخصي افزايش مي‌يابد. و آنها مانند وضعيتي كه در جهان بزرگ وجود دارد به صورت پديده‌هاي فيزيكي غالب در مي‌آيند. در دنياي ريز ذره‌ها كه وجه مشخصه آن فواصل كوچك است، مقادير انرژي و در نتيجه جرم به اندازه‌اي افزايش مي‌يابد كه از اين نظر دنياي ريز ذره‌ها مشابه پديده‌هاي دنياي بزرگ و فوق‌العاده بزرگ مي‌گردد و دو جهان مانند گذشته يكي مي‌شوند و به همين دليل آنها برخي از قوانين طبيعت مشترك هستند.

سياهچاله‌ها كه نشان‌دهنده چگالي فوق‌العاده زياد ماده هستند، ناحيه ديگري مي‌باشند كه در آن وقايع جهاني و ميكروسكوپيك باهم يكي مي‌شوند. در اينجا پديده گرانشي در هر دو حالت عظيم است كه در حالت اول بصورت هندسه تغيير يافته فضا و در حالت دوم به صورت اثرات مكانيك كوانتومي بيان مي‌شود

Medium (Media) Blog مركز تخصصي طراحي و اجراي قالبهاي وبسايت در ايران دانلود قالب رايگان Digtal Classic (ديجيتال) براي وبلاگ بلاگفا

نوشته شده توسط سجاد مقصودی

نگاهي به جديدترين طرح توليد انرژي در قرن بيست و يكم

امروز سوخت و انرژي در دنيا به چند دسته كلي تقسيم مي شوند. سوخت هاي فسيلي و سوخت هاي غيرفسيلي و انرژي هاي تجديد پذير و غيرقابل تجديد.

سوخت هاي فسيلي عبارتند از: نفت، گاز و زغال سنگ كه با اكسيژن هوا تركيب مي شوند و ايجاد انرژي به شكل حرارت مي كنند. اين سوخت ها در مقايسه با سوخت هاي ديگر انرژي كمتر توليد مي كنند. مثلاً يك كيلوگرم زغال سنگ حدود 8 كيلووات ساعت انرژي توليد مي كند و يك كيلوگرم نفت حدود 12 كيلووات ساعت انرژي توليد مي كنند. اين سوخت ها آلوده كننده محيط زيست نيز هستند.

به علاوه جزء ذخاير غيرقابل تجديد بوده و داراي مشكلات زيادي در حمل و نقل ايمني نيز هستند. مانند گازگرفتگي (خفگي) يا توليد گاز سمي منوكسيد كربن. دسته ديگر از سوخت ها شامل سوخت هاي هسته اي هستند مانند اورانيوم يا پلوتونيوم يا ايزوتوپ هاي هيدروژن مانند دوتريوم يا تريتيوم يا فلز سبك ليتيوم. اين سوخت ها در مقايسه با سوخت هاي دسته اول داراي امتيازات مثبت و منفي هستند. اول اينكه در اين سوخت ها بعضي ايزوتوپ ها توانايي توليد انرژي به وسيله تكنولوژي فعلي بشر را دارد مانند ايزوتوپ هاي كمياب اورانيوم 235 يا پلوتونيوم 239 يا اورانيوم 233 كه به اين ايزوتوپ ها شكاف پذير مي گويند. امتيازات اينها عبارتند از توليد مقادير زياد انرژي به وسيله حجم كم ماده سوختني. مثلاً از يك كيلوگرم اورانيوم 235 يا پلوتونيوم 239 مي توان مقدار 23 ميليون كيلووات ساعت گرما ايجاد كرد، اما مشكلاتي نيز دارند از آن جمله اين كه: غني سازي و توليد اين ايزوتوپ ها مشكلات و هزينه زيادي دارند. دوم اينكه، اين سوخت هاي هسته اي سنگين پس از توليد انرژي مقادير زيادي ايزوتوپ هاي پرتوزا از خود به جاي مي گذارند كه به زباله هاي هسته اي موسوم است.

اين زباله ها براي محيط زيست و سلامت افراد خطرناك هستند و بايد براي صدها سال در انبار هاي محكم نگهداري شوند تا راديواكتيو آن از بين برود. دسته ديگر از سوخت هاي هسته اي شامل عناصر سبك مانند دوتريوم يا تريتيوم يا ليتيوم هستند كه قرار است در راكتور هاي گداخت يا همجوش هسته اي توليد انرژي كنند. البته تاكنون از اينها در بمب هاي هيدروژني بهره برداري نظامي و تسليحاتي مي شد، اما براي توليد انرژي براي مصارف صلح آميز تكنولوژي راكتور هاي گداخت بايد تكميل شود، اين سوخت ها معايب و مزاياي فراواني دارند. اول توليد نوترون و تشعشعات نوتروني مي كنند كه بايد در راكتور هاي همجوشي هسته اي به نحوي جذب و كنترل شوند دوم اينكه تريتيوم نبايد از راكتور نشت كند زيرا يك ايزوتوپ راديواكتيو است.مزاياي اين سوخت ها عبارت از اين كه فراوان در دسترس هستند و دوم اينكه توليد انرژي زيادتري نسبت به اورانيوم يا پلوتونيوم مي كنند. مثلاً انرژي حاصل از گداخت هيدروژن به هليوم مساوي است با 177 ميليون كيلووات ساعت در صورتي كه انرژي حاصل از اورانيوم برابر است با 23000000 كيلووات ساعت. بنابراين يك كيلوگرم هيدروژن حدود 8 برابر يك كيلوگرم اورانيوم توليد انرژي مي كند.

انواع ديگر انرژي عبارتند از: انرژي خورشيدي، انرژي باد، انرژي زمين گرمايي و انرژي بيوگاز كه مشكل بزرگ اين انرژي تجديدپذير اينكه بازده انرژي اينها پايين است و دوم اينكه دائمي نيستند و سوم اينكه تكنولوژي بشر براي استفاده مقياس زياد از اينها تكميل نيافته است. ما در اين مقاله سعي مي كنيم جديدترين طرح توليد انرژي كه شايد يكي از منابع انرژي قرن 21 باشد را معرفي كنيم. اين طرح توليد انرژي عبارت از شتاب دهنده ذرات اتمي براي توليد انرژي زياد، عملكرد اين سيستم و دستگاه براساس استفاده از ميدان هاي الكتريكي و مغناطيسي براي شتاب دادن و كنترل ذرات باردار الكتريكي تا مرز سرعت نور است. اين سيستم ها قادر هستند سرعت الكترون ها و پروتون ها را تا مرز سرعت نور شتاب دهند. وقتي ذرات تا اين حد شتاب يافتند سطح انرژي آنها چند ميليون برابر مي شود و داراي انرژي عظيم و فراواني مي شود. يك مثال نشان دهنده اين مطلب است، به عنوان مثال شتاب دهنده پروتون در آزمايشگاه فرمي آمريكا قادر است ذرات پروتون را تا يك تريليون الكترون ولت (Tev) شتاب دهد.

اگر ما به وسيله اين شتاب دهنده پروتون هاي يك گرم هيدورژن معمولي كه در آب زياد است را تزريق كنيم و شتاب دهيم انرژي پروتون ها برابر خواهد بود با انرژي 26 ميليارد كيلووات ساعت انرژي، كه مساوي است با انرژي توليد شده به وسيله شكافت حدود 1200 كيلوگرم اورانيوم يا 15 ميليون بشكه نفت. همه اين انرژي عظيم و غيرقابل باور فقط به وسيله شتاب دادن پروتون هاي يك گرم هيدروژن تا سطح انرژي يك تريليون الكترون ولت است. پس با اين محاسبات دانستيم كه شتاب دهنده ها داراي چه قدرت عظيمي هستند.

شتاب دهنده ها به چند دسته كلي تقسيم بندي مي شوند

1 - شتاب دهنده هاي خطي

2 - شتاب دهنده هاي مداري

3 - شتاب دهنده سيلكووترون

علاوه بر آن ساخت و نگهداري شتاب دهنده آسان و كم هزينه است. در ضمن مي توان اين سيستم هاي مولد را در ابعاد و مقياس هاي مختلف ساخت به عنوان مثال يك شتاب دهنده خطي كه طول آن 100 متر و ولتاژ آن 10 ميليون ولت است كه قادر است انرژي معادل يك گيگا (Gev) الكترون ولت توليد كند. اين انرژي معادل است با انرژي 26 ميليون كيلووات ساعت در هر ثانيه. اگر تنها موفق شويم 50 درصد انرژي اين شتاب دهنده را استفاده كنيم اين شتاب دهنده قادر است معادل 20 هزار نيروگاه اتمي در مقياس نيروگاه اتمي هزار مگاواتي نيروگاه بوشهر توليد انرژي كند. يعني قادر خواهد بود 20 ميليون مگاوات انرژي الكتريكي توليد كند.

علاوه بر آن از حرارت و گرماي توليدي اين دستگاه مي توان براي بخار كردن آب دريا و توليد آب شيرين استفاده كرد. محاسبات نشان مي دهد كه اين سيستم قادر خواهد بود در سال معادل بارندگي ساليانه كشور آب شيرين توليد كند، بدون اينكه هوا را آلوده كند يا مشكلاتي از قبيل زباله هاي هسته اي يا پس مانده و آلودگي ايجاد كند، در واقع يكي از بهترين منابع انرژي خواهد بود. سوخت مصرفي اين دستگاه تنها چند گرم هيدروژن معمولي است انرژي توليدي از يك دستگاه شتاب دهنده يك گيگا الكترون ولت (Gev) برابر است با انرژي حاصل از سوختن 2500000 ليتر بنزين خواهد بود. بنابراين اگر به مدت يك سال كار كند معادل انرژي 500 ميليارد بشكه نفت انرژي توليد مي كند.

ارزش اقتصادي اين مقدار انرژي كه 2 برابر انرژي ذخاير نفت عربستان سعودي است با احتساب قيمت هر بشكه نفت بر مبناي 20 دلار برابر است با 10 تريليون دلار. در صورتي كه ما از اين سيستم شتاب دهنده استفاده كنيم نيازي به سوزاندن اين حجم عظيم نفت و گاز براي توليد انرژي نداريم. مزاياي اين سيستم عبارتند از: 1- مي توان در ابعاد و اندازه هاي مختلف ساخت. 2- هزينه ساخت و نگهداري آن كم بوده است. 3- هيچ گونه زباله يا آلودگي محيطي توليد نمي كند. محصول نهايي آن آب خالص يا بخار آب است. 4- با استفاده از اين دستگاه عملاً عمر منابع انرژي نامحدود مي شود و منبع عظيمي از انرژي در دسترس خواهد بود.

در حوزه ذرات

1- الكترون ولت: واحد انرژي است و برابر انرژي يك الكترون يا پروتون وقتي از اختلاف پتانسيل يك ولت عبور كند برابر است با

1.6 * 10^-19

ژول

2 _ يك گرم هيدروژن

6.02*10^23

اتم بوده كه به آن يك اتم گرم يا يك مول هيدروژن گويند.

اگر اين مقدار هيدروژن از شتاب دهنده يك (Gev) عبور كند معادل انرژي آن برابر خواهد بود:

9.6*10^13

ژول

يك كيلووات ساعت برابر است با 3600000 ژول. بنابراين انرژي آن برابر است با 26 كيلووات ساعت.

9.6*10^13

ژول تقسيم بر 3600000 مساوي

26*10^5

نوشته شده توسط سجاد مقصودی

انفجار هسته اي

تعريف انفجار

انفجار اعم از عادي يا هسته اي عبارتست از رهايي مقدار زيادي انرژي در مدت زماني بسيار كوتاه و در فضاي محدود .

ساختار انفجاري هسته اي

در انفجار هسته اي حرارت و فشار حاصل از اندازه اي است كه جرم بمب و همه مواد موجود در فضاي مزبور را در آن واحد زمان بصورت توده اي از گاز داغ ، ملتهب و فشرده در آورده و تشكيل گوي آتشين كه در حدود چند ميليون درجه حرارت است مي دهد اين گوي آتشين بلافاصله انبساط كرده و به لايه هاي بالاي جو صعود مي كند.انبساط سريع گوي آتشين فشار اطراف خود را بالا برده و موج انفجاري بسيار شديدي و يا موج ضربه فوق العاده اي در زمين يا آب يا در زير زمين ايجاد مي كند كه اثر تخريبي انفجار مربوط به آنها ست .

مشخصات انفجاري هسته اي

- در نزديكي انفجار سرعت موج از يك كيلومتر درثانيه يعني هزارها كيلومتر در ساعت بيشتر است .

- قسمت عمده اي از انرژي انفجار بصورت حرارت و نور آزاد مي شود كه در منطقه وسيعي ايجاد آتش سوزي نموده و حتي در فاصله هاي دورتر سبب سوختگي در پوست بدن موجودات زنده اي كه در معرض آنها قرارگرفته باشند مي گردد .

- مقدار زياري اشعه نامرئي هسته اي به نام تشعشع هسته اي اوليه بوجود مي آيد كه قدرت نفوذي فوق العاده اي داشته و بر حسب شدت تشعشع آنها آثار بيولوژيكي تشعشعات هسته اي وخيم يا كشنده در موجودات زنده بوجود مي آورند .

- مواد حاصل از انفجار هاي هسته اي به شدت راديو اكتيو بوده ومنطقه وسيعي را بطوري الوده مي سازد كه بر حسب نزديكي يا دوري از مركز انفجار تامدتي غير قابل سكونت خواهند بود مانند هيروشيماي ژاپن .

- در انفجارهاي معمولي درجه حرارت در مركز انفجار به حدود 5000 درجه سانتيگراد درمورد انفجارهاي هسته اي به ده ها ميليون درجه مي رسد .

حوزه انفجارهسته اي

قطر كره آتشين از بمب هسته اي يك مگاتني در يك هزارم ثانيه به حدود 150 متر رسيده ودر هر ثانيه به حداكثر اندازه خود كه حدود 2000 متر است مي رسد و پس از يك دقيقه نسبتا سرد شده و روشنايي خود را از دست مي دهد اين زماني است كه انفجار 7 كيلو متر صعود كرده است براي تصور ميزان درخشندگي آن كافيست اشاره كنيم كه :

- از فاصله يكصد كيلومتري از نور خورشيد در وسط روز درخشنده تر است .

- در پاره اي از آزمايش ها كه در طبقات بالاي جو انجام گرفته نور حاصله از فاصله 1000 كيلومتري محسوم بوده است كه تحت بعضي شرايط اين نور مي تواند موجب كوري موقتي يا سوختگي دائمي شبكيه چشم شود .

- در موقع آزمايشات هسته اي در معرض بودن تصادفي اشخاص موجب سوختگي شبكيه چشم درمسافت 10 مايلي در سلاح 20 كيلو تني شده است .

- گوي آتشين همانطور كه به سرعت بزرگ شده و صعود مي كند تغيير شكل داده و پهن تر مي شود ضمناً هوا و خاك و عناصر ديگر را از پايين به داخل خود مي مكد و به همين ترتيب دنباله اي از غبار تشكيل مي شود كه گوي آتشين را به زمين وصل مي كند كره آتشين بتدريج سرد شده و بصورت ابري متلاطم در مي آيد كه ابتدا سرخ رنگ بوده و بعد سفيد مي شود در اين حال با دنباله خود شكل قارچي به خود مي گيرد .

تخريب بعد از انفجار هسته اي

- چنانچه انفجار در سطح زمين يا نزديكي آن اتفاق بيافتد مقدار زيادي خاك و شن و مواد مختلف بخار شده و همراه با گوي آتشين بالا مي روند يك صدم انرژي سلاح مگاتني در تر كش سطحي كافي است كه 4000 تن خاك و شن و سنگ را بخار نمايد اين مواد كه بدين ترتيب به داخل گوي آتشين كشيده شده با مواد راديو اكتيو مخلوط مي شوند و ابر اتمي قارچ شكل انفجارات اتمي را شكل مي دهند ذرات اين باد بتدريج به زمين بازگشته و يا در اثر برف و باران به زمين ريخته خواهد شد اين عمل ريزش اتمي ناميده شده و منبع تشعشعات باقيه خواهند بود .

- در انفجارهاي زير آبي مقدار زيادي آب بخار خواهد شد يك صدم انرژي سلاح يك مگاتني كافيست كه 20000 تن آب را بخار كند .

- انفجار زير زميني اتمي ايجاد تكانهايي مانند زمين لرزه مي نمايد در اثر اين لرزش و جابه جاشدن قسمتي از سطح زمين خرابي بوجود مي آيد اما انرژي يك زلزله قوي با انرژي يك ميليون بمب اتمي برابر است!

تقسيم بندي انرژي انفجار سلاح اتمي

مجموع انرژي حاصله كه به نام قدرت بمب ناميده مي شود به سه اثر اوليه تقسيم مي شود . گرچه تقسيم بندي انرژي تا اندازه اي به نوع سلاح و سوختنش وشرايط انفجار بستگي دارد ولي بطور كلي بصورت زير تقسيم بندي مي شود .

- 50% انرژي به توسط موج انفجاري يا موج ضربه حمل مي شود .

- 35% انرژي را تشعشع حرارتي و امواج نوراني در خود دارند .

- 15% انرژي را تشعشع هسته اي ( 5% تشعشع ابتدايي 10% تشعشع باقيه ) دارد....

نوشته شده توسط سجاد مقصودی

چند محاسبه نسبيتي

در این بخش می خوانید:
-عقل،اگر لازم باشد تعریف عقل سلیم را تغییر می دهد،نگران فهمیدن نباشید!
-همه چیز فقط با یک اختلاف کوچک آغاز می شود.
تحول آنقدرها هم که فکر می کردیم عظیم نبود!

انتقال به سرخ گرانشي:

m=E/c^2=h.F/c^2

كاري كه پرتو نور به هنگام صعود در ميدان گرانشي انجام مي دهد، برابر است با

-(U2-U1)=(E`-E)

h.F`-h.F=(U1-U2)

ّF`=F.(1-(u2-u1)/c^2)

z=(F`-F)/F=(u2-u1)/c^2

(u2-u1)= -G.M/R

z=-R0/2R

اين آزمون براي اثبات نسبيت تا سال 1965 به تعويق افتاد. با اينكه انتقال به سرخ گرانشي در بسياري از نقاط عالم(روي كوتوله هاي سفيد و ستاره هاي نوتروني) اتفاق مي افتد،آن هم با اندازه هاي بزرگ،ولي اثر دوپلري حاصل از سرعت شعاعي با آن جمع مي شود و نمي توان مقدار حقيقي آن را تعيين كرد.تا اينكه "پوند" و "اشنايدر" آن را براي زمين تعيين كردند.

عقل،اگر لازم باشد تعريف عقل سليم را تغيير مي دهد،نگران فهميدن نباشيد!

بر خلاف تصور بعضي ازافراد كه سختي نسبيت را در معادلات آن مي دانند و براي خواندن يك كتاب راجع به نسبيت بلافاصله سراغ توضيحات آن مي روند و به معادلات نگاه هم نمي كنند. لازم به ذكر است كه آنچه نسبيت را در زمان اينشتين غير قابل فهم مي نمود،معادلات آن نبود بلكه تحليل معادلات و فهميدن اينكه اين معادلات چه معنايي در دنياي فيزيكي دارند، دشوار بود.

البته دشواري بيش از حد اين نكته در همان زمان نوپايي اين نظريه صحت داشته وادعا مي كنم كه مشكل تغييربنيان عقل سليم با گذشت زمان تا حدودي رفع شده.امروزه دانشجويان مطالبي را مي خوانند و درك مي كنند كه روزي اينشتين و فقط چند نفر ديگرآن را مي فهميدند.حتي دانش آموزان براي درك اينكه سرعت يك جسم بدون وجود نيرو ثابت مي ماند مشكلي ندارند در صورتي كه نيروي اصطكاك سالها پيش در زمان گاليله ،دانشمندان را از درك اين امرعاجز مي كرد.

لازم به ذكر است كه اين ادعا به اين معني نيست كه با گذشت زمان ميانگين هوش بشر افزايش مي يابد، بلكه اين موضوع سازگاري مغز انسان را با محيط اطراف به خوبي نشان مي دهد.در واقع امروز، عقل سليم تعريفي ديگر دارد.[بحث در اين مورد به موضوع مقاله ارتباطي ندارد،ولي حقيقتا نياز به بحثي بيش از اين دارد.]

همه چيز فقط با يك اختلاف كوچك آغاز مي شود

اگر ساعت ها با گسيل و دريافت يك كوه موج عقربه هايشان حركت كند، در ارتفاعات بيشتر به تدريج فاصله ي كوه موج ها از هم زياد مي شود، سرعت نور هم كه ثابت است، در نتيجه ساعتي كه با دريافت كوه موج كار مي كند، در چنين شرايطي كندتر است.

منشاء افزايش جرم و كوتاه شدن طول و تغيير كميتهاي اصلي ،اختلاف زماني است.

[در اينجا بايد از يك اشتباه بزرگ پرهيز كنيم:

در نسبيت خاص اختلاف مكاني موجب اختلاف زماني مي شود[چونكه سرعت نور محدود است] ولي در نسبيت عام اختلاف زماني نيز تغيير مي كند. در جمله ي بهتري مي توان گفت"تغييرات زماني تغيير مي كند."]

تحول آنقدرها هم كه فكر مي كرديم عظيم نبود!:

زيبايي نسبيت در تحولاتي كه به وجود آورد نبود،زيرا بسياري از اين اثرات بدون اينكه دانشمندان متوجه ارتباظشان با هم شوند ،قبلا محاسبه شده بودند.بلكه زيبايي اين نظريه در طرز نگاه آن به دنياست:

ابتدا تصور مي كرديم كه نور هم از اصل تفاضل سرعت نيوتون پيروي مي كند ومثلا سرعت نور چراغي كه با سرعت 10 متر بر ثانيه از ما دور مي شود برابر 10-8^10*3 متر بر ثانيه است.

اگر قبول كنيم كه بودن در اتاق در بسته اي كه با شتاب ثابت در فضاي ميان ستاره اي با بودن در ميدان گرانشي با همان شتاب گرانش فرقي نمي كند، و همچنين اصل تفاضل سرعت نيوتون را در هرلحظه براي سرعت شتابدار به كار بريم،مي توانيم اين اصل را در مورد يك ميدان گرانشي هم صادق فرض كنيم.

نسبيت پيش بيني مي كند كه در فضاي اطراف خورشيد مفهوم خط راست به يك خط خميده بدل مي شود و نور در واقع مجبور است در آن خط سير كند، كه در نتيجه نسبت به حالت اول كه فضا خميده نباشد مجبور است مسافت بيشتري بيمايد ودر واقع زمان بيشتري را در راه خواهد بود. حال فرض مي كنيم كه هنوز دوران كلاسيك فيزيك است: حال با اين ديد مسيله را چگونه توصيف مي كنيم؟ ساده است..اصل تفاضل سرعتها در ميدان گرانشي را قبول داريم پس سرعت نور كمتر مي شود[اين توجيه زماني] و گرانش نور را به طرف خود مي كشد.[اين هم بابت جابجايي نور ستاره در كنار خورشيد]

البته اينجا يك كلكي هم زدم و آن اينكه از اصل هم ارزي اينشتين استفاده كرده ام. نبوغ اينشتين در ديدن اين اصل بود...كه نبوغ ديدن اين اصل را نيوتون نداشت...شايد مي توانست بيشتر پايداربماند...

البته توضيحات بالا توجيحات كيفي است. و در محاسبات كمي،استفاده از دو نظريه متفاوت ضرايب مختلفي را به دست مي دهند، كه مي توان با توجه به تجربه تصحيحات و تعديلاتي در هر كدام انجام داد.

و در نتيجه ي تصحيحات هر دو نظريه به يك پايان مي رسند....

خوبي ديد اينشتين اين بود كه از اول به همان پايان رسيد و نياز به تصحيحات نداشت.

چرا كه اينشتين فضا را كِشيد...تا به اصل خود مبني بر ثابت بودن سرعت نور وفادار بماند!آخر او نمي خواست بار ديگر سوالش بي جواب بماند.

در فهميدن محاسبات انتقال به سرخ مشكلي نداشتيم ولي درك اينكه چه نتايجي به بار مي آورد دشوار است. نتيجه ي مستقيم آن كند شدن زمان در ارتفاع بيشتر در يك ميدان گرانشي است.

نوشته شده توسط سجاد مقصودی

فيزيك كوانتوم در هفت گام

نیلز بور (1962-1885)، از بنیانگذاران فیزیک کوانتوم، در مورد چیزی که بنیان گذارده است، جمله ای دارد به این مضمون که اگر کسی بگوید فیزیک کوانتوم را فهمیده، پس چیزی نفهمیده است. من هم در اینجا می خواهم چیزی را برایتان توضیح دهم که قرار است نفهمید!

فيزيك كوانتوم در هفت گام

نيلز بور (1962-1885)، از بنيانگذاران فيزيك كوانتوم، در مورد چيزي كه بنيان گذارده است، جمله اي دارد به اين مضمون كه اگر كسي بگويد فيزيك كوانتوم را فهميده، پس چيزي نفهميده است. من هم در اينجا مي خواهم چيزي را برايتان توضيح دهم كه قرار است نفهميد!

گام اول: تقسيم ماده

بياييد از يك رشته‌ي دراز ماكارونيِ پخته شروع كنيم. اگر اين رشته‌ي ماكاروني را نصف كنيم، بعد نصف آن را هم نصف كنيم، بعد نصفِ نصف آن را هم نصف كنيم و... شايد آخر سر به چيزي برسيم ــ البته اگر چيزي بماند! ــ كه به آن مولكولِ ماكاروني مي‌توان گفت؛ يعني كوچكترين جزئي كه هنوز ماكاروني است. حال اگر تقسيم كردن را باز هم ادامه بدهيم، حاصل كار خواص ماكاروني را نخواهد داشت، بلكه ممكن است در اثر ادامه‌ي تقسيم، به مولكول‌هاي كربن يا هيدروژن يا... بربخوريم. اين وسط، چيزي كه به درد ما مي خورد ــ يعني به دردِ نفهميدنِ كوانتوم! ــ اين است كه دست آخر، به اجزاي گسسته اي به نام مولكول يا اتم مي رسيم.

اين پرسش از ساختار ماده كه «آجرك ساختماني ماده چيست؟»، پرسشي قديمي و البته بنيادي است. ما به آن، به كمك فيزيك كلاسيك، چنين پاسخ گفته ايم: ساختار ماده، ذره اي و گسسته است؛ اين يعني نظريه‌ي مولكولي.

گام دوم: تقسيم انرژي

بياييد ايده‌ي تقيسم كردن را در مورد چيزهاي عجيب تري به كار ببريم، يا فكر كنيم كه مي توان به كار برد يا نه. مثلاً در مورد صدا. البته منظورم اين نيست كه داخل يك قوطي جيغ بكشيم و در آن را ببنديم و سعي كنيم جيغ خود را نصف ـ نصف بيرون بدهيم. صوت يك موج مكانيكي است كه مي تواند در جامدات، مايعات و گازها منتشر شود. چشمه هاي صوت معمولاً سيستم هاي مرتعش هستند. ساده ترين اين سيستم ها، تار مرتعش است ــ كه در حنجره‌ي انسان هم از آن استفاده شده است. به‌راحتي(!) و بر اساس مكانيك كلاسيك مي توان نشان داد كه بسياري از كمّيت هاي مربوط به يك تار كشيده‌ي مرتعش، از جمله فركانس، انرژي، توان و... گسسته (كوانتيده) هستند. گسسته بودن در مكانيك موجي پديده اي آشنا و طبيعي است (براي مطالعه‌ي بيشتر مي توانيد به فصل‌هاي 19 و 20 «فيزيك هاليدي» مراجعه كنيد). امواج صوتي هم مثال ديگري از كمّيت هاي گسسته (كوانتيده) در فيزيك كلاسيك هستند. مفهوم موج در مكانيك كوانتومي و فيزيك مدرن جايگاه بسيار ويژه و مهمي دارد كه جلوتر به آن مي رسيم و يكي از مفاهيم كليدي در مكانيك كوانتوم است.

پس گسسته بودن يك مفهوم كوانتومي نيست. اين تصور كه فيزيك كوانتومي مساوي است با گسسته شدن كمّيت هاي فيزيكي، همه‌ي مفهوم كوانتوم را در بر ندارد؛ كمّيت هاي گسسته در فيزيك كلاسيك هم وجود دارند. بنابراين، هنوز با ايده‌ي تقسيم كردن و سعي براي تقسيم كردن چيزها مي‌توانيم لذت ببريم!

گام سوم: مولكول نور

خوب! تا اينجا داشتم سعي مي كردم توضيح دهم كه مكانيك كوانتومي چه چيزي نيست. حالا مي رسيم به شروع ماجرا:

فرض كنيد به جاي رشته‌ي ماكاروني، بخواهيم يك باريكه‌ي نور را به طور مداوم تقسيم كنيم. آيا فكر مي كنيد كه دست آخر به چيزي مثل «مولكول نور» (يا آنچه امروز فوتون مي‌ناميم) برسيم؟ چشمه هاي نور معمولاً از جنس ماده هستند. يعني تقريباً همه‌ي نورهايي كه دور و بر ما هستند از ماده تابش مي‌كنند. ماده هم كه ساختار ذره اي ـ اتمي دارد. بنابراين، بايد ببينيم اتم ها چگونه تابش مي كنند يا مي توانند تابش كنند؟

گام چهارم: تابش الكترون

در سال 1911، رادرفورد (947-1871) نشان داد كه اتم ها، مثل ميوه‌ها، داراي هسته‌ي مركزي هستند. هسته بار مثبت دارد و الكترون‌ها به دور هسته مي چرخند. اما الكترون هاي در حال چرخش، شتاب دارند و بر مبناي اصول الكترومغناطيس، «ذره‌ي بادارِ شتابدار بايد تابش كند» و در نتيجه انرژي از دست بدهد و در يك مدار مارپيچي به سمت هسته سقوط كند. اين سرنوشتي بود كه مكانيك كلاسيك براي تمام الكترون ها /c1/پيش‌بيني و توصيه(!)

طيف تابشي اتم‌ها، بر خلاف فرضيات فيزيك كلاسيك گسسته است. به عبارت ديگر، نوارهايي روشن و تاريك در طيف تابشي ديده مي‌شوند.

در اين تصوير، طيف تابشي كربن را مي‌بينيد.

مي كرد و اگر الكترون ها به اين توصيه عمل مي كردند، همه‌ي‌ مواد ــ از جمله ما انسان‌ها ــ بايد از خود اشعه تابش مي كردند (و همان‌طور كه مي‌دانيد اشعه براي سلامتي بسيار خطرناك است)! ولي مي‌بينيم از تابشي كه بايد با حركت مارپيچي الكترون به دور هسته حاصل شود اثري نيست و طيف نوريِ تابش‌شده از اتم ها به جاي اينكه در اثر حركت مارپيچي و سقوط الكترون پيوسته باشد، يك طيف خطي گسسته است؛ مثل برچسب هاي رمزينه‌اي (barcode) كه روي اجناس فروشگاه ها مي زنند. يعني يك اتم خاص، نه تنها در اثر تابش فرو نمي‌ريزد، بلكه نوري هم كه از خود تابش مي‌كند، رنگ ها ــ يا فركانس هاي ــ گسسته و معيني دارد. گسسته بودن طيف تابشي اتم ها از جمله علامت سؤال هاي ناجور در مقابل فيزيك كلاسيك و فيزيكدانان دهه‌‌ي 1890 بود.

گام پنجم: فاجعه‌ي فرابنفش

برگرديم سر تقسيم كردن نور.

ماكسول (1879-1831) نور را به صورت يك موج الكترومغناطيس در نظر گرفته بود. از اين رو، همه فكر مي كردند نور يك پديده‌ي موجي است و ايده‌ي «مولكولِ نور»، در اواخر قرن نوزدهم، يك لطيفه‌ي اينترنتي يا SMS كاملاً بامزه و خلاقانه محسوب مي شد. به هر حال، دست سرنوشت يك علامت سؤال ناجور هم براي ماهيت موجي نور در آستين داشت كه به «فاجعه‌ي فرابنفش» مشهور شد:

يك محفظه‌ي بسته و تخليه‌شده را كه روزنه‌ي كوچكي در ديواره‌ي آن وجود دارد، در كوره اي با دماي يكنواخت قرار دهيد و آن‌قدر صبر كنيد تا آنكه تمام اجزا به دماي يكسان (تعادل گرمايي) برسند.

در دماي به اندازه‌ي كافي بالا، نور مرئي از روزنه‌ي محفظه خارج مي‌شود ــ مثل سرخ و سفيد شدن آهن گداخته در آتش آهنگري.

نمودار انرژي تابشي در واحد حجم محفظه، برحسب رابطه رايلي- جينز در فيزيك كلاسيك و رابطه پيشنهادي پلانك

در تعادل گرمايي، اين محفظه داراي انرژي تابشي‌اي است كه آن را در تعادل تابشي ـ گرمايي با ديواره ها نگه مي‌دارد. به چنين محفظه‌اي «جسم سياه» مي‌گوييم. يعني اگر روزنه به اندازه‌ي كافي كوچك باشد و پرتو نوري وارد محفظه شود، گير مي‌افتد و نمي‌تواند بيرون بيايد.

فرض كنيد ميزان انرژي تابشي در واحد حجمِ محفظه (يا چگالي انرژي تابشي) در هر لحظه U باشد. سؤال: چه كسري از اين انرژي تابشي كه به شكل امواج نوري است، طول موجي بين 546 (طول موج نور زرد) تا 578 نانومتر (طول موج نور سبز) دارند. جوابِ فيزيك كلاسيك به اين سؤال براي بعضي از طول موج‌ها بسيار بزرگ است! يعني در يك محفظه‌ي روزنه دار كه حتماً انرژي محدودي وجود دارد، مقدار انرژي در برخي طول موج‌ها به سمت بي نهايت مي‌رود. اين حالت براي طول موج‌هاي فرابنفش شديدتر هم مي‌شود. (نمودار شكل 4 را ببينيد.)

گام ششم: رفتار موجي ـ ذره‌اي

در سال 1901 ماكس پلانك (Max Planck: 1947-1858) اولين گام را به سوي مولكول نور برداشت و با استفاده از ايده‌ي تقسيم نور، جواب جانانه‌اي به اين سؤال داد. او فرض كرد كه انرژي تابشي در هر بسامدِ ? ــ بخوانيد نُو ــ به صورت مضرب صحيحي از ?h است كه در آن h يك ثابت طبيعي ــ معروف به «ثابت پلانك» ــ است. يعني فرض كرد كه انرژي تابشي در بسامد ? از «بسته هاي كوچكي با انرژي ?h» تشكيل شده است. يعني اينكه انرژي نوراني، «گسسته» و «بسته ـ بسته» است. البته گسسته بودن انرژي به‌تنهايي در فيزيك كلاسيك حرفِ ناجوري نبود‌ (همان‌طور كه قبل‌تر در مورد امواج صوتي ديديم)، بلكه آنچه گيج‌كننده بود و آشفتگي را بيشتر مي‌كرد، ماهيتِ «موجي ـ ذره‌اي» نور بود. اين تصور كه چيزي ــ مثلاً همين نور ــ هم بتواند رفتاري مثل رفتار «موج» داشته باشد و هم رفتاري مثل «ذره»، به طرز تفكر جديدي در علم محتاج بود.

ماكس پلانك، از بنيانگذاران فيزيك كوانتوم

ذره چيست؟ ذره عبارت است از جرم (يا انرژيِ) متمركز با مكان و سرعتِ معلوم. موج چيست؟ موج يعني انرژي گسترده‌شده با بسامد و طول موج. ذرات مختلف مي‌توانند با هم برخورد كنند، اما امواج با هم برخورد نمي‌كنند، بلكه تداخل مي‌كنند (شكل 6). نور قرار است هم موج باشد هم ذره! يعني دو چيز كاملاً متفاوت.

تداخل امواج آب

گام هفتم!

و اين داستان ادامه دارد ...

نوشته شده توسط سجاد مقصودی

زغال سنگ های غیرآلاینده، راهکار کاهش تولید گازهای گلخانه ای

تكنولوژی جذب و ذخیره سازی گاز CO2، در عین حالی كه تاثیری عمده در كاهش تولید گاز دی اكسید كربن دارد، موجب خواهد شد تا بتوان از زغال سنگ به منظور برآورده ساختن نیازهای مبرم جهان به انرژی استفاده نمود.`

واشنگتن – زغال سنگ اصلی ترین سوخت مورد استفاده برای تولید برق در جهان می باشد، اما احتراق آن بیش از احتراق هر سوخت فسیلی دیگری مانند نفت و گاز طبیعی، موجب افزوده شدن گاز دی اكسیدكربن – یك گاز گلخانه ای – به اتمسفر زمین به ازای هر واحد گرما می گردددانشمندان و مهندسان وزارت انرژی ایالات متحده آمریكا (DOE) به منظور حصول اطمینان از عدم ادامه روند كنونی مصرف زغال سنگ كه موجب بروز مشكلات محیط زیستی و جوی می گردد، در حال فعالیت بر روی گستره ای از تكنولوژی های گوناگون به منظور كاهش تولید گاز دی اكسیدكربن طی پروسه ایجاد نیرو می باشند.
توماس شاپ، معاون ارشد وزیر انرژی آمریكا در اداره انرژی های فسیلی در 21 مه طی یك مصاحبه با یو. اِس. اینفو اظهار داشت: `بخش عمده ای از تلاش ها و فعالیت های ما در زمینه نیروگاه های الكتریكی می باشد، زیرا این تنها فرصت ویژه برای آژانس ما می باشد كه از طریق آن می تواند بیشترین مزایا و منافع را به دست آورد.`

مطابق با نتیجه مطالعات و تحقیقات موسسه تكنولوژی ماساچوست در سال 2007 كه تحت عنوان `آینده زغال سنگ – راهكارهای محدود نمودن كربن در جهان` منتشر شده است، 5 روش برای كاهش تولید گاز دی اكسید كربن ناشی از احتراق سوخت های فسیلی وجود دارد:
- افزایش بازده انرژی مصرفی شامل انرژی مصرفی در بخش های حمل و نقل و تولید برق
- توسعه استفاده از انرژی های تجدیدپذیر مانند باد، انرژی خورشیدی و زیست توده ها
- افزایش تولید برق به وسیله انرژی اتمی
- استفاده از سوخت های فسیلی با درصد غلظت كربن كم تر
- و ادامه استفاده از سوخت های فسیلی، خصوصاً زغال سنگ، با بكارگیری تكنولوژی جذب و ذخیره سازی گاز CO2
نویسندگان این مقاله اظهار داشته اند: `ما به این نتیجه رسیده ایم كه تكنولوژی جذب و ذخیره سازی گاز CO2، در عین حالی كه تاثیری عمده در كاهش تولید گاز دی اكسید كربن دارد، موجب خواهد شد تا بتوان از زغال سنگ به منظور برآورده ساختن نیازهای مبرم جهان به انرژی استفاده نمود.`

جذب و ذخیره سازی كربن
تكنولوژی جذب و ذخیره سازی كربن، این امكان را فراهم می آورد تا گاز CO2 تولید شده توسط نیروگاه هایی كه از سوخت های فسیلی استفاده می نمایند و یا مراكز تولید گاز طبیعی، جمع آوری شده و به صورت تركیبات زمین شناختی مانند منابع آب زیرزمینی شور و یا منابع نفت و گاز قدیمی در اعماق زمین ذخیره گردد.
هنگامی كه گاز CO2 به اعماق زمین پمپ می شود، این گاز متراكم شده و به صورت یك مایع در حفره ها و محفظه های بین تخته سنگ های زیرزمینی قرار می گیرد. هرچه CO2 بیشتر در زیر زمین بماند، بر میزان ایمنی و امنیت ذخیره سازی آن افزوده می گردد.
وزارت انرژی آمریكا در آزمایشگاههای ملی تكنولوژی انرژی (NETL) خود در پنسیلوانیا، در حال تحقیق و پژوهش در زمینه طراحی و توسعه یك چرخه كامل از تكنولوژی جذب و ذخیره سازی گاز CO2 و بكارگیری این تكنولوژی ها در نیروگاه هایی كه گازهای گلخانه ای تولید نمی نمایند – نیروگاه های FutureGen – می باشد و پیش بینی می شود كه این نیروگاه ها در سال 2012 عملیاتی گردند.
كارل بائر، مدیر NETL در پانزدهم مه به كمیته فرعی كنگره آمریكا در زمینه انرژی و محیط زیست گفت : `دو چالش مهم و عمده ای كه اكنون در مسیر توسعه و گسترش تكنولوژی نیروگاه های غیرآلاینده قرار دارند، كاهش هزینه های جذب و ذخیره سازی كربن و حصول اطمینان از ایمنی و اثرات زمین شناسی ذخیره سازی CO2 در بلندمدت می باشد.`
بائر افزود كه هدف NETL از عملیاتی نمودن پروژه نیروگاه غیرآلاینده در سال 2012، این می باشد كه `نشان دهد ما می توانیم با توسعه و بكارگیری تكنولوژی های پیشرفته نسبت به جذب و ذخیره سازی دست كم 90 درصد از گاز CO2 بالقوه تولید شده توسط نیروگاه های زغال سنگی اقدام نماییم و این امر تنها كمتر از 10 درصد بر بهای برق تولید شده توسط این نیروگاه ها خواهد افزود.`
ذخیره سازی گاز CO2 در اعماق زمین – كه بیش از 30 سال است كه توسط صنایع نفتی به كار گرفته می شود – در بسیاری از پروژه های بزرگ مورد آزمایش و توسعه قرار گرفته است. برخی از این پروژه ها عبارتند از `پروژه اسلیپنر` در دریای شمالی نروژ، `پروژه ذخیره سازی و نظارت ویبرن` در كانادا و `پروژه صلاح` در الجزیره.
هم چنین 25 برنامه آزمایشی دیگر نیز از طریق هفت طرح همكاری منطقه ای وزارت انرژی آمریكا در زمینه جداسازی كربن در ایالات متحده آمریكا و كانادا در حال اجرا می باشد. این پروژه در حال فعالیت در زمینه تشخیص و آزمایش نویدبخش ترین و مطمئن ترین فرصت ها برای جذب و ذخیره سازی گاز CO2 می باشد.
تمامی این پروژه ها و هم چنین بیش از 15 برنامه در دست اجرای دیگر، همگی قسمتی از یك طرح بین المللی برای مقابله با تغییرات اوضاع جوی به نام `مجمع مدیریت برنامه جداسازی كربن` می باشند كه توسط وزارت انرژی ایالات متحده آمریكا رهبری می گردد. كشورهای عضو این طرح عبارتند از استرالیا، برزیل، كانادا، چین، كلمبیا، دانمارك، كمیسیون اروپایی، فرانسه، آلمان، هندوستان، ایتالیا، ژاپن، مكزیك، هلند، نروژ، روسیه، عربستان سعودی، آفریقای جنوبی، كره جنوبی ،انگلستان و ایالات متحده آمریكا.
بكارگیری دو تكنولوژی در كنار هم
تكنولوژی جذب و ذخیره سازی كربن هنوز در مقیاس بزرگ برای تولید برق به كار نمی رود، اما چندین پروژه مختلف برای دستیابی به این هدف در حال تلاش و فعالیت می باشند. برخی از این پروژه ها عبارتند از `پروژه ZeroGen ` در استرالیا، یك پروژه نمایشی به منظور بكارگیری همزمان تكنولوژی تبدیل به گاز نمودن زغال سنگ و جذب و ذخیره سازی كربن به منظور تولید برق در نیروگاه هایی كه میزان انتشار گازهای آلاینده توسط آن ها پایین می باشد و پروژه FutureGen در ایالات متحده آمریكا.
FutureGen یك پروژه بین المللی به رهبری ایالات متحده آمریكا به منظور ساخت اولین نیروگاه تحقیقاتی جهان با استفاده از تكنولوژی های جداسازی كربن و استفاده از سوخت هیدروژن می باشد. هدف از این پروژه یك بیلیون دلاری، ساخت اولین نیروگاه جهان می باشد كه از سوخت های فسیلی استفاده نموده و گاز گلخانه ای نیز تولید نمی نماید. با آغاز به كار این نیروگاه در سال 2012، این نیروگاه پاكیزه ترین و غیرآلاینده ترین نیروگاه جهان خواهد بود كه از سوخت های فسیلی استفاده می نماید.
شاپ اظهار داشت كه مطابق جداول زمان بندی كنونی، تا سال 2020 تكنولوژی جذب و ذخیره سازی كربن اقتصادی و مقرون به صرفه خواهد شد و این جنبه اقتصادی بودن استفاده از این تكنولوژی، مهم ترین جنبه آن می باشد.
شاپ افزود: `این تكنولوژی باید مطابق چهارچوب و خطی مشی صحیحی توسعه یابد... و ما در این زمینه تلاش و فعالیت زیادی انجام می دهیم. اما ما باید به این نكته توجه داشته باشیم كه استفاده از تكنولوژی جذب و ذخیره سازی كربن باید منجر به حداقل افزایش هزینه ها و قیمت ها گردد و در غیر این صورت، نه در ایالات متحده آمریكا و نه در هیچ نقطه دیگری از جهان از این تكنولوژی استفاده نخواهد شد`

نوشته شده توسط سجاد مقصودی

دیدکلی
این گازها از مخلوط شدن گازهای گوناگون مانند CO2 ، He ، H2S ، N2 با هیدروکربنها تشکیل می‌شوند. هیدروکربنها معمولا ازنوع متان و دیگر پارافین‌های ردیف پایین هستند. فشار و دما ، ترکیبات گاز در فازهای مختلف را معین می‌سازد. درنتیجه کاهش فشار ، اکثر هیدروکربنهای ردیف بالا تغییرحالت می‌دهند، یعنی گازهای مرطوب درست می‌شوند. درصورتی که تمام گازهای خشک تقریبا از متان درست می‌شوند.

گازهای مرطوب شامل متان و مقدار قابل توجهی از آلکان‌ها با تعداد کربن بالا هستند.

هیدروکربنهای گازی متعلق به سری نفتهای پارافینی
گازهای خشک (Dry Gases)
این گازها حاوی مقدارزیادی متان می‌باشند (64 الی 96 درصد) و این گازها به سختی تبدیل به مایع می‌شوند. در کان‌سارهای زغال سنگ و مناطق مردابی نیز گازهای خشک بوفور یافت می‌شوند که قسمت عمده آنها از متان بوجود آمده است. گاز متان در حرارت و فشار موجود در منابع زیرزمینی قابل تراکم نیست. بنابراین همیشه بصورت گاز در کان‌سارها وجود دارد و فقط در نتیجه فشارهای زیاد می‌تواند در نفت حل شود.

گازهای مرطوب (Wet Gases)
این گازها تقریبا به سهولت می‌توانند به مایع تبدیل شوند و دارای مقدار زیادی از پارافین‌های ردیف بالا مانند اتان ، پروپان ، هگزان و هپتان می‌باشند. این گازها را می‌توان تحت فشار و حرارت زیاد به مایع تبدیل کرد. لذا نسبت به شرایطی که در کانسار حاکم است، این گازها به شکل فاز مایع یا فاز بخار در آنجا وجود دارند.

لایه‌های مخازن نفت و گاز

گازهای طبیعی در کانسارهای نفت
بنابر آنچه گذشت، گازهای طبیعی ممکن است همراه با نفت و یا به صورت مجزا تشکیل کانسار دهند که هر دو نوع آن ، از نظر اقتصادی خیلی با ارزش می‌باشد. در کانسارهای نفت ، امکان دارد که گازهای طبیعی به حالتهای مختلف دیده شوند. غالبا این گازها قسمت فوقانی منابع را اشغال کرده ، چون وزن مخصوص کمتری دارند، در نتیجه یا بر روی نفت و یا بر روی آب قرار دارند. ولی بعضی اوقات در کانسارهای نفت حاوی گاز ، درصد قابل ملاحظه‌ای از گازها به صورت محلول قرار می‌گیرد که نسبت آن وابسته به اختصاصات فیزیکی نفت و گاز و همچنین حرارت و فشار منبع یا مخزن است.

گاهی ممکن است دریک مخزن ، درصد قابل ملاحظه‌ای از گازهای طبیعی محلول در آب باشند. در اعماق بیش از دو هزار متری نیز ، تحت شرایط فشار و حرارت زیاد ، گازهای مخلوط در نفت از نظر فیزیکی غیر قابل تشخیص می‌باشند.

گازهای ترش و شیرین
گازهایی که دارای CO2 و گوگرد هستند، به نام گازهای ترش و گازهای دارای گوگرد کمتر را گازهای شیرین گویند.

کانسارهای گازهای طبیعی
گازهای طبیعی زیرزمینی یا به تنهایی و یا به همراه نفت تشکیل کانسار می‌دهند. درصورت همراه بودن با نفت گازها در داخل نفت حل می‌شوند و درصورت رسیدن به درجه اشباع ، تجزیه شده ، در قسمت‌های بالای افق‌های نفتی به شکل گنبدهای گازی قرار می‌گیرند.

مهار گازهای طبیعی
اگرچه هنگام استخراج نفت ، سعی می‌شود برای نگهداری انرژی کانسار از استخراج آن جلوگیری شود، باز این گاز حل شده در نفت در هنگام استخراج به همراه آن خارج می‌شوند. درسالهای گذشته این گازها را آتش می‌زدند. ولی امروزه از آنها به عنوان مواد خام شیمیایی و ماده سوختنی با ارزش استفاده می‌کنند.

ترکیب گازهای طبیعی
دربعضی جاها ، گازهای زیرزمینی دارای نیتروژن بیشتر (کانزاس) یا CO2 بیشتر (مجارستان ، کلرادو) درخود هستند. بخشی از CO2 ، از محصولات تشکیلات نفتی و بخشی نیز با منشاء آتشفشانی بوجود می‌آید. مقدار جزئی هیدروژن نیز در اکثر مواقع پیدا شده است. گازهای ازت‌دار می‌توانند تا 2.5 درصد حجمی هلیوم داشته باشند (مانند ایالات متحده امریکا). از شکسته شدن عناصر رادیواکتیو درون سنگهای ساحلی هلیوم بوجود می‌آید. گازهای دارای سنگ مخزن کربناته ، دارای مقدار زیادی H2S هستند.

رسیدن گازهای طبیعی به سطح زمین
بیرون آمدن گازهای طبیعی زیرزمینی به سطح زمین ، همانند بروز نفت به سطح زمین ، از پدیده‌های مهم بوده ، توسط میزان بیرون آمدن گازطبیعی می‌توان در مورد پتانسیل کانسارهای هیدروکربنی ، اطلاعات با ارزش و مهمی بدست آورد. ولی تشخیص و تفکیک این گازها خیلی ساده نیست تا بدانیم آیا این گاز مربوط به گاز مردابی یا گاز زغال سنگ و یا گاز مربوط به نفت است. از وجود هیدروکربنهای ردیف بالا ، می‌توان گفت که این گاز از نوع زیرزمینی است.

گازهای موجود در کانسارهای زغال سنگ
این نوع گازها تا 6 درصد حاوی هیدروکربنهای ردیف بالا هستند. گازهایی که منشاء آنها مربوط به زغال سنگ است، خیلی کمیاب هستند (مانند گازهای موجود در کانسارهای زغال سنگ هلند) و علت آن را چنین توجیه می‌کنند که این نوع گازهای حاصل در مرحله زغال شدگی برای خودشان سنگ مخزن خوبی پیدا نمی‌کنند تا جمع شوند.

تفکیک گازهای طبیعی ازنفت
گازی که همراه نفت است، باید از آن جدا شود تا نفت خالص بدست آید. اگر نفت و گازی که باهم از چاه خارج می‌گردند، پیش از آنکه از هم جدا شوند، مستقیما به مخازن نفت هدایت گردند، گاز چون سبک و فرار است، مقداری از آن ، از منافذ فوقانی مخزن به هوا می‌رود و در ضمن ، مقداری از اجزای سبک و گرانبهای نفت را هم با خود خارج می‌کند. از این رو ، نفت را پس از خروج از چاه و پیش از آنکه به مخزن بفرستیم، به درون دستگاه تفکیک که نفت و گاز را از هم جدا می‌سازد، هدایت می‌کنیم.

دستگاه تفکیک نفت و گاز
این دستگاه به شکل یک استوانه قائم است که در آن ، ذرات گاز از هم باز و به اصطلاح منبسط می‌گردد و در این ضمن ، از سرعت آن نیز کاسته می‌شود. وقتی فشار و سرعت گاز ، خیلی کم شد، مقدار زیادی از آن ، از نفت جدا می‌گردد. آنگاه آن را توسط لوله به درون ظرفی هدایت کرده ، از آن استفاده می‌کنند.

گازهای طبیعی تفکیک شده
گازی که از دستگاه جدا کننده خارج می‌گردد، غالبا از نوع گاز تر است و مقدار زیادی بنزین سبک همراه دارد. این بنزین طبیعی ، بسیار مفید و قیمتی است. از این رو ، نباید آن را به هدر داد. در اوایل پیدایش صنعت نفت ، از این ماده گرانبها استفاده‌ای به عمل نمی‌آمد و آن را همراه با سایر اجزای گاز به هدر می‌دادند. اما رفته رفته که به اهمیت و فواید این گاز پی بردند، سعی شد که بنزین طبیعی آن را استخراج نموده ، از بقیه اجزای آن نیز به انواع گوناگون استفاده شود.
Medium (Media) Blog مركز تخصصي طراحي و اجراي قالبهاي وبسايت در ايران دانلود قالب رايگان Digtal Classic (ديجيتال) براي وبلاگ بلاگفا

نوشته شده توسط سجاد مقصودی

روش شناسي طراحي تحليلي

در این مقاله مقدمه ای بر ماهیت مسائل طراحی و شرح مختصری بر روشهای طرح منطقی در مهندسی ارائه می گردد...

روش شناسي طراحي تحليلي

The Methodology of Analytical Design

در اين مقاله مقدمه اي بر ماهيت مسائل طراحي و شرح مختصري بر روشهاي طرح منطقي در مهندسي ارائه مي گردد.

مقدمه

ازتحليل منطقي علم, به وضوح مي توان چنين استنتاج نمود كه بخشي از كار علم تئوريك است (تفسير) و بخش ديگر , جنبه هاي عملي آن كه عبارتست از پيش بيني و كاربرد تكنيكي. پوپر(k.popper) در كتاب دانش عيني و در مقاله معروف كشكول و فانوس the Bucket and the searchlight)) دو نظريه پيرامون معرفت را طرح مي نمايد و بيان مي دارد كه اين دو هدف به اعتباري دو جنبه مختلف از يك فعاليت واحدند. تفسير, به عبارتي بيان نامعلوم است بر حسب معلوم. طي تكامل تاريخ علم, با روش هاي گوناگون تفسير, روبرو هستيم كه غالباً متضمن نوعي قياس منطقي هستند. قياسي كه نتيجه اش, حادثهء مورد تفسير(Explicandum) است و مقدماتش نيز از قوانين نظام طبيعت بعلاوه شرايط خاص تفسير كننده (initial conditions) تشكيل شده است. در اينجا نيز استنتاج از يك تك مقدمه مبهم است و مفسرها Explicans)) مشتمل بر دو قسم اند. هر تفسيري كه تنها محدود به قضاياي مخصوصه باشد ناقص است و وجود يك قانون كلي در كنار آن ضروريست.

اما كار علم به تفسيرهاي صرفاً تئوريك محدود نمي شود و جنبه هاي عملي نظير طراحي را نيز در بر مي گيرد. ناگفته نماند كه جنبه هاي غير تئوريك علم كه عبارتند از _استنتاج پيش بيني_ و _كاربرد تكنيكي_ نيز اساساً بر پايه همان طرح منطقي قرار دارند كه در تفسير علمي با آن مواجه بوديم. با اين تفاوت كه توالي منطقي براي استنتاج پيش بيني دقيقاً در جهت عكس تفسير مي باشد. در يك تفسير علمي نتيجه بر ما معلوم است و آنچه اهميت دارد جستجوي تفسير كننده اي مقنع و رضايت بخش است. در حاليكه استنتاج پيش بيني در جهت مخالف سير مي كند. در استنتاج پيش بيني تئوري ها و قوانين علمي بر ما معلومند و قضاياي مخصوصه نيز يا با مشاهده تعيين مي گردند ( يا معلوم فرض ميشوند). آنچه كه براي يافتن باقي مي ماند پيامدهاي منطقي است. در اين طرح منطقي پيش بيني P جايگزين نتيجه E در تفسير مي گردد به اضافه اينكه جهت طرح نيز دقيقاً عكس تفسير است.

وجه ديگر علم عبارتست از كاربرد تكنيكي كه طرح منطقي آن نيزدر جهت مخالف تفسير مي باشد. ( ...ساختن يك پل را در نظر بگيريد كه بايد با برخي نيازهاي عملي كه در فهرستي از مشخصات طرح مقرر شده اند وفق دهد. آنچه كه بما داده شده است مشخصات طرح S مي باشد كه وضعيتي مطلوب (پلي كه بايد ساخته شود) را تشريح مي كند. (S مشخصات طرح مورد خواست مشتري است كه الزاماً با مشخصات فني مهندس يكسان نيست) بعلاوه تئوري هاي فيزيكي مربوطه شامل برخي متد هاي تجربي نيز داده مي شوند. آنچه كه لازم است مكشوف گردد برخي قضاياي مخصوصه هستند كه بايد به لحاظ تكنيكي محقق شوند و بصورتي هستند كه مشخصات طرح و نيز تئوري را مي توان از آنها استنتاج نمود. لذا در اين حالت در طرح منطقي ما S جايگزين E مي شود. منظور از اين تحليل آن نيست كه كار مهندس فني فقط به كار زدن تئوري هايي است كه توسط دانشمندان علم نظري تدارك شده اند. به عكس مهندس و مهندس فني پيوسته با مسائل حل نشده مواجه است. اين مسائل در درجات مختلفي از تجربه قرار ميگيرند اما معمولاً طبيعتي تقريباً تئوريك دارند و در تلاش براي حل آنها مهندس فني همچون هر كس ديگر از متد تخمين يا آزمايش و امتحان و ابطال و يا حذف خطا بهره مي گيرد...) ] براي مطالعه بيشتر در اين زمينه رجوع كنيد به كتاب برخورد علمي, J.T. Davies, The scientific Approach [

1.1 ماهيت مسائل طراحي

مسائل مهندسي اساساً متفاوت از علوم محض مي باشند . اساس مهندسي نظير تحليل خطاها ، مديريت پيكربندي ، برآورد ريسك و استفاده مجدد براي توسعه راه حلي امكان پذير و مقرون به صرفه از نظر اقتصادي و زماني به جهت حل مسائل و مشكلات جهان واقع مي باشد. يك دانشمند در اكثر موارد يك مهندس نيست ؛ ولي يك مهندس بايد پايه اي قوي در علوم محض داشته باشد. مفهوم طراحي , به عنوان جنبه تكنيكي و كاربردي علوم , تعاريف گسترده اي را بر مي تابد. در اصولي ترين تعبير, طراحي , فرمولبندي نقشه اي براي ارضاي يك نياز بشري است. (... مسائل طراحي بر خلاف مسائل علمي يا رياضي جواب منحصر به فرد ندارند. درخواست جواب صحيح براي يك مساله طراحي درخواستي بي معني است. چون چنين جوابي وجود ندارد. در حقيقت جواب "خوب" امروز ممكن است براي فردا جوابي "ضعيف" باشد. البته در صورتي كه علم در اين فاصله پيشرفت كرده باشد و تغييرات ديگر ساختاري يا اجتماعي به وقوع پيوسته باشد...). طراحي هميشه در معرض قيدهاي مشخص مسئله است. يك مسئله طراحي به هيچ وجه مسئله اي فرضي نيست. آفرينش نتيجه نهايي به وسيله انجام اعمالي مشخص و يا خلق چيزي كه واقعيت فيزيكي دارد. در مهندسي كلمه "طراحي" از نظر اشخاص مختلف معاني مختلفي دارد. در مهندسي مكانيك طراحي به معناي طرح اشياء و سيستمهايي با ماهيت مكانيكي نظير (ماشينها, فراورده ها, سازه ها وسايل و ابزار) است. كه براي طراحي غالب اين قسمتها از رياضيات, علم مواد و علم مهندسي مكانيك بهره مي گيرند. در بعضي رشته هاي مهندسي كلمه طراحي با عبارتهاي ديگري نظير "مهندسي سيستمها" يا "نظريه تصميم گيري كاربردي" جايگزين شده است. اگرچه كه بكارگيري لفظ "كاربردي" به دنبال اصطلاح طراحي از اساس, زايد و بيهوده به نظر مي رسد. چراكه طراحي, مفهومي است كه في نفسه بر جنبه عملي و ما به ازاء خارجي و به تبع آن جنبه هاي كاربردي علوم متمركز شده است. اما صرف نظر از اينكه چه كلماتي در بيان عمل طراحي به كار مي رود, اين موضوع فرايندي است كه در آن اصول علمي و ابزار مهندسي _رياضي, كامپيوتر, نقشه كشي و ..._ به كار گرفته مي شود تا طرحي توليد شود كه در صورت اجرا يكي از نيازهاي بشري را برطرف كند. در مجموع فرايند طراحي مدلي منطقي را شامل مي شود كه از اغلب با تشخيص يك نياز و تصميم گيري درباره آن آغاز مي شود. پس از تكرار بسيار با عرضه نقشه هايي براي رفع نياز پايان مي پذيرد.

شكل 1.1.1

طراحي به واقع ابتكار خلاقانه اي است كه در پي يك نياز و براي بهبود وضع موجود پديد مي آيد. تشخيص نياز و تبيين آن غالباً به تبع بروز يك نارضايتي مبهم يا درك نادرست چيزي جلوه مي كند. اغلب, نياز به هيچ وجه واضح نيست و تشخيص آن معلول شرايط نامناسبي است كه تقريباً بطور همزمان ظاهر ميشوند.

پروسه طراحي اغلب مشتمل بر مراحل زير مي باشد:

_ تشخيص نياز

_ تعريف مساله

_ تركيب كردن

_ تحليل و بهينه سازي

_ ارزيابي

_ عرضه

شكل 1.1.2

گام بعدي در طراحي پس از طي مراحل مقدماتي (تشخيص نياز و تعريف مسئله و نيز بدست آوردن مجموعه اطلاعات و خصوصيات ضمني), تركيب كردن راه حل بهينه است. (...تركيب بدون تحليل و بهينه سازي انجام پذير نيست. زيرا سيستم مورد نظر بايد تحليل شود تا معلوم گردد كه آيا كارايي آن با خصوصيات سازگاري دارد يا نه؟ نتيجه تحليل ممكن است آشكار كننده اين واقعيت باشد كه سيستم , سيستم بهينه اي نيست. اگر طرح در يك يا هردوي اين آزمايشها مردود شود عمل تركيب بايد دوباره آغاز شود... طراحي فرايندي تكراري است كه در آن چنديد مرحله را طي مي كنيم. نتايج ارزيابي مي شوند و سپس به مراحل اوليه عمل بر مي گرديم.

شكل 1.1.3

اين امكان وجود دارد كه چندين قطعه يك سيستم تركيب شوند سپس مورد تحليل و بهينه سازي قرار گيرند آنگاه با بازگشت به مرحله تركيب در مي يابيم اين تركيب چه اثري بر ساير اجزاي سيستم گذاشته است. هم در تحليل و هم در بهينه سازي بايد مدلهاي از سيستم ساخته شود كه بتوان راجع به آن نوعي تحليل رياضي به كار برد. هدف از ايجاد مدلهاي رياضي اين است كه مدلي را كه به خوبي مشابه سيستم فيزيكي حقيقي است بيابيم. در يك محيط دانشگاهي توسل به روشهاي رياضي در مسائل طراحي اجتناب ناپذير است. (...براي داشتن تصويري صحيح از موضوع بايستي به اين مطلب توجه شود كه در بسياري از موارد طراحي ملاحظات مهم طرح به گونه اي هستند كه به هيچ وجه به محاسبه و يا تجربه براي تعريف جزء يا سيستم نيازي نيست...هرگز اينگونه نيست كه تصميم گيري در مورد هر طرحي لزوماً با توسل به شيوه هاي رياضي ممكن شود.) در مرحله نهايي طراحي, يعني ارزيابي و عرضه سيستم اين سوال را طرح مي نمايم كه آيا طرح پاسخگوي نياز خواهد بود يا خير. آيا سيستم قابل اعتمادي طراحي كرده ايم؟ آيا توان رقابت با مدلهاي مشابه را دارد؟ آيا به لحاظ ساخت و مصرف توجيه اقتصادي دارد؟ آيا تعمير و نگهداري آن به سهولت ميسر است؟ آيا از فروش يا كاربرد آن سودي حاصل مي شود؟ ارزيابي , آزمون نهايي يك طرح موفق است و غالباً مستلزم آزمايش مدلي از طرح در آزمايشگاه (Prototyping) است.

2.1 ملاحظات طراحي

"ملاحظات طراحي" ويژگيهايي است كه بر طراحي اجزاء و يا كل سيستم اثر مي گذارند. عمده اين ملاحظات كه عموماً در طراحي سيستم ها و سازه ها ي مهندسي لحاظ مي شوند استحكام , قابليت اعتماد, صرفه اقتصادي, ايمني, سهولت تعمير و نگهداري و قابليت رقابت در بازار است . يكي از اين ملاحظات ضريب ايمني مي باشد كه ميزان ايمني يك عضو را ارزيابي مي كند. F عاملي است كه بر جزء مكانيكي ﺘﺄثير مي گذارد و مي تواند نيرو لنگر پيچشي لنگر خمشي تغيير شكل خمشي و ... باشد. اگر F افزايش يابد سرانجام به مقداري مي رسد كه هر افزايشي در آن سبب آسيب رسيدن دائمي به توانايي عملكرد صحيح آن عضو سيستم مي شود. ضريب ايمني در مهندسي به صورت زير تعريف مي گردد:

زماني كه F برابر Fu شود, 1 n = و اساساً ايمني وجود ندارد. در نتيجه حاشيه ايمني با معادله 1- m ═ n تعريف مي گردد. جمله Fu جمله اي كاملاً عمومي براي هر نوع استحكام و كميتي است كه به طور آماري تغيير مي كند. علاوه بر اين جمله F نيز به نوبه خود تغييرات آماري دارد. (... به اين دليل ضريب ايمني n >1 مانع گسيختگي نمي شود. بخاطر ارتباط متقابل بين درجه مخاطره و n بعضي از صاحبنظران ترجيح مي دهند بجاي ايمني ضريب طراحي را به كار ببرند. بيشترين كاربرد ضريب ايمني هنگامي است كه تنش را با استحكام مقايسه مي كنيم تا ميزان ايمني را تخمين بزنيم...). بنابراين از ضريب ايمني براي محاسبه ترديدهاي ناشي ازاستحكام قطعه (كه ممكن است به دلايل شكل هندسي قطعه و گوناگوني فنون پردازش سردكاري و گرم كاري تغيير يابد) و بارگذاري روي آن (كه سازنده و طراح هيچ كنترلي بر روي آن ندارد) به كار مي رود. از جمله ديگر ملاحظات طراحي كه به نسبت ازاهميت بيشتري برخوردارند مي توان به صرفه اقتصادي, در دسترس بودن , زيبايي و قابليت اعتماد قطعه يا سازه اشاره نمود. سنجش آماري احتمال عدم گسيختگي يك قطعه مكانيكي حين كار, قابليت اعتماد آن قطعه ناميده مي شود. قابليت اعتماد R را با عددي در گسترهء 1 ≤ R<0 سنجيد. قابليت اعتماد R= 0.9 بيانگر آن است كه به احتمال % 90 قطعه وظيفه خود را بدون گسيختگي انجام خواهد داد. قابليت اعتماد R = 1 را نمي توان بدست آورد و اين مقدار براي R چنين معني مي دهد كه گسيختگي مطلقاً ناممكن است. ] طراحي اجزاء در مهندسي مكانيك/جوزف ادوارد شيگلي[ . هواپيمايي را در نظر بگيريد كه از صدها قسمت جزئي تشكيل شده است و بديهي است چنانچه حتي يك قسمت بسيار جزئي آن بطور ناقص ساخته يا نصب شود ماحصل كار مصيبت بار خواهد بود. گزارش نهايي سازمان هواپيمايي كشوري ايالات متحده امريكا FAA درباره بسياري از نواقص و معايب ساختماني يا مكانيكي حاكي از آن است كه خرابي هاي مزبور در نتيجه يك يا چند ترسيم ناقص و يا نصب ناقص و ناشيانه قطعات ايجاد شده اند. (...طراح مبتكري كه هواپيماي عملياتي طراحي كرده به گونه اي موفق كليه الزامات طراحي را مد نظر قرار مي دهد تا هواپيمايش بتواند سرعتهاي زياد و عمليات شديد را تحمل كند. مطلب مزبور به هيچ عنوان نمي بايست طراحان هواپيماي تفريحي سبك و فوق سبك را به اين گفتار رهنمون سازد كه "من هواپيماي خود را تنها براي پرواز در شرايط آب و هواي خوب و پرواز با ديد كامل VFR طرح و خواهم ساخت. زيرا هواپيماي من نمي تواند بارهاي تنشي را مانند يك هواپيمياي عملياتي طراحي كند." دليل فوق كاذب است هر وسيله اي دير يا زود در معرض برخي سوء استفاده هاي غير مترقبه و در اين مثال نظير مسير پرواز بد آب و هوا عمليات شديد در حين پرواز به منظور اجتناب از برخورد با موانع شرايط طوفاني و ... قرار ميگيرد. عادي ترين نقص يك طرح ضعيف طراحي ناشيانه آن است كه در نتيجه دانش و تجربه اندك طراح يا سازنده به وجود مي آيد...) ]راهنماي طراحي جزئيات هواپيما/م.دزيك[ . در سازه هاي مهندسي اندازه هاي فيزيكي تمام اجزاي باربر سازه ها بايد معين و تعريف شوند. اين اجزاء بايد طوري طراحي شوند كه بتوانند در مقابل نيروهاي واقعي و يا احتمالي كه ممكن است بر آنها ﺘﺄثير نمايد مقاومت كنند. ] مقاومت مصالح ايگور پوپوف/ شاپور طاحوني [ . حتي اگر سازه اي به لحاظ مسائل فني بي نقص طراحي شده باشد نبايد در ظاهر, غير ايمن و غير مستحكم جلوه كند و موجب پريشاني استفاده كنندگان گردد. در نهايت آنچه كه سبب مي شود طراحي و متدهاي آن را يك مدل ذهني منطبق بر منطق بدانيم آن است كه محصول نهايي اين پروسه, قطعه يا سازه اي خواهد بود كه به نوعي همه ملاحظات طراحي و يا دست كم بخشهايي از آنرا كه از اهميت بيشتري برخوردارند ارضا مي كند. شرح جزئيات ملاحظاتي را كه در مسائل طراحي مد نظر قرار مي گيرند بايد در تئوريهاي مهندسي ارزش جستجو نمود. (...مهندسي ارزش يك كوشش سازمان يافته براي تحليل عملكرد سيستم ها ، تجهيزات ، خدمات وموسسات به منظور رسيدن به عملكرد واقعي با كمترين هزينه در طول عمر پروژه است كهسازگار با كيفيت و ايمني مورد نظر است. مهندسي ارزش از جمله تكنيك هاي مطرح و موفقدر زمينه تخصيص بهينه بودجه و صرفه جويي در هزينه طرح ها در طول عمر پروژه مي باشد . يك تكنيك بسيار كارا و مهم براي مصرف بهينه بودجه تخصيص يافته. اين روش در واقع تكنيكي براي افزايش ارزش يك پروژه ، ارضاي نياز مصرف كننده باحداقل هزينه و نيز اجراي پروژه در كوتاه ترين زمان ممكن و با حفظ كيفيت و مطلوبيتمورد نظر است . هدف اصلي بهينه سازي ارزش يك پروژه در مرحله طراحي از طريق راهكارهاي عملي و انتخاب بهترين راه حل براي رسيدن به اهداف پروژه با حداقل هزينه درطول عمر پروژه است.مهندسي ارزش صرفاً مهندسي خوب، و يا يك برنامه پيشنهادي يابرنامه كاري تكراري و روزمره نيست ،بلكه يك رويكرد مستقل و هدفمند براي برخورد باپروژه هاست . از اين رو بايد توجه داشت كه انجام مطالعات مهندسي ارزش خود نيز دارايهزينه است و بايد نسبت به ميزان صرفه جويي كه در هزينه ها به وجود مي آورد قابلتوجيه باشد(…. تعريف انجمن مهندسي ارزش آمريكا (SAVE) بدين صورت است كه "مهندسي ارزش مجموعه تكنيك هاي نظام مند و كاربردي است كه براي تشخيص كاركرد يك محصول / خدمت و توليد آن كاركردها باحداقل هزينه ميباشد " ] موسسه FAR بند 52.248به نقل ازمديريت پروژه ايران/IPM [

شكل 2.1.1

شكست يا موفقيت هر فعاليت مهندسي اگرچه ممكن است در نتيجه خوش شانسي يا بد شانسي باشد ولي مهندسي به طور كلي بر پايه اين موارد بنا نشده است . احتمالا مهمترين ايده در پشت مهندسي ايده اي است كه بتواند بصورت سازمان يافته ، آينده نگرانه ، مبتني بر راه حل عملي و امكان پذير ، مقرون به صرفه اقتصادي و در كوتاهترين زمان يك مساله يا مشكل مطرح شده در جهان واقعي را حل نمايد . شانس ممكن است در بسياري از پروژه هاي مهندسي نقش داشته باشد ولي اكثر مهندسين اين طور فكر مي كنند كه آنها مي توانند نقشي بسيار مهم و حساس در برون داد ها (خروجي هاي) يك فعاليت مهندسي داشته باشند .

مهم ترين تكنيك هاي مهندسي مواردي هستند كه :

1. بتوان آنها را به صورت كمي و كيفي تشريح نموده و توضيح داد .

2. بتوان به طور مكرر از آنها استفاده نموده و هر بار نتايج مشابه بدست آورد.

3. قابل درك و فهم ، در يك بازه زماني منطقي ، براي ديگران باشد .

4. نتايجي قابل ملاحظه ، عميق و بهتر نسبت به ساير تكنيك ها داشته باشد .

5. در دامنه نسبتاً وسيعي از موارد و پروژه ها قابل استفاده باشد .

نوشته شده توسط سجاد مقصودی

بور و هايزنبرگ از بمب چه گفتند؟

بور و هایزنبرگ دو فیزیکدان برجسته قرن بیستم، در سپتامبر ۱۹۴۱ درست در بحبوحه جنگ جهانى دوم ملاقاتى داشتند که به یکى از بحث انگیزترین رویدادهاى تاریخ علم بدل شده است.......

بور و هايزنبرگ از بمب چه گفتند؟

بور و هايزنبرگ دو فيزيكدان برجسته قرن بيستم، در سپتامبر ۱۹۴۱ درست در بحبوحه جنگ جهانى دوم ملاقاتى داشتند كه به يكى از بحث انگيزترين رويدادهاى تاريخ علم بدل شده است. اهميت آن ديدار به دليل حرف هايى است كه اين دو دانشمند از انرژى هسته اى و همين طور سلاح هسته اى زده اند. سال ها بعد از آن ملاقات و بعد از جنگ، فيزيكدانان ديگر و مورخين علم ادعاهاى عجيبى در مورد آن ملاقات مطرح كردند. حرف هايى از اين دست كه هايزنبرگ قصد داشته از بور اطلاعات بگيرد، يا اينكه بور اطلاعات هايزنبرگ را در اختيار آمريكايى ها قرار داده است. اين مقاله سعى دارد ضمن بررسى اين ملاقات نگاهى به رويدادهاى آن سال ها و چگونگى ساخته شدن سلاح هسته اى بيندازد.

هايزنبرگ شاگرد ممتاز

ورنر هايزنبرگ فيزيكدان آلمانى و برنده نوبل فيزيك يكى از برجسته ترين فيزيكدانان قرن بيستم است و نيلز بور دانماركى كه او نيز برنده نوبل فيزيك شد از شاگرد آلمانى اش مشهورتر است. سابقه آشنايى اين دو فيزيكدان به سال هاى دهه ۲۰ و هنگام شكل گيرى مكانيك كوانتومى بازمى گردد. هايزنبرگ پس از پايان دوران دكترا در آلمان به دانمارك رفت تا در موسسه اى در كپنهاگ دستيار بور شود. در آن سال ها كپنهاگ به مركز فيزيك مدرن تبديل شد و دانشمندان زيادى در آنجا گرد آمدند تا مكانيك كوانتومى را كامل كنند. نام هاى بزرگى چون ماكس بورن، ولفگانگ پاولى، پل ديراك و... به آن موسسه رفت و آمد داشتند اما در راس آنها بور و هايزنبرگ قرار داشتند. هايزنبرگ جوان خيلى زود به نتايج خوبى رسيد و فرمول بندى ماتريسى خود از مكانيك كوانتومى را ارائه داد و همچنين اصل عدم قطعيت خود را مطرح كرد. بعد از اين سال ها هايزنبرگ به آلمان بازگشت و در دانشگاه لايپزيگ مشغول تدريس شد و بور نيز در كپنهاگ ماند. پس از آن نيز هايزنبرگ به دانشگاه برلين رفت. همزمان با آن قدرت نازى ها در آلمان شدت مى يافت. موج مهاجرت دانشمندان و فيزيكدانان همكار هايزنبرگ شروع شده بود، خيلى هايشان به دليل ترس از يهودى بودن آلمان را ترك مى كردند. اما هايزنبرگ كشورش را ترك نكرد. او شخصيتى احساساتى داشت و با وجود مخالفت با سياست هاى رايش سوم، حس وطن پرستى اش اجازه مهاجرت را به او نمى داد. شروع دوران جديد براى او به معنى سازش بود: «در آغاز هر درس انسان ناچار بود دستش را بلند كند و سلام نازى بدهد. اما آيا من حتى پيش از به قدرت رسيدن هيتلر دستم را بلند نمى كردم

و براى دوستانم تكان نمى دادم؟ آيا به راستى اين يك سازش غيرشرافتمندانه محسوب مى شد؟ انسان مجبور بود همه نامه هاى رسمى با جمله هايل هيتلر را امضا كند. سازشى اينجا، سازشى آنجا و بالاخره كجا بايد خط فاصل را مى كشيديم؟ اما براى سازش بايد حساب پس مى داديم و شايد هم بدتر از آن.» او عقيده داشت مردم بايد سعى كنند از فاجعه جلوگيرى كنند نه اينكه از آن فرار كنند. هايزنبرگ كه در تابستان ۱۹۳۹ براى سخنرانى و همچنين ديدن همكارانش به آمريكا سفر كرده بود، از جانب آنها تشويق به ماندن شد. او در خاطراتش نوشته است:«آنها اصلاً نمى توانستند بفهمند كه آدمى عقل به سرش باشد و به كشورى برگردد كه به شكست آن يقين كامل دارد.» هايزنبرگ با يك كشتى تقريباً خالى كه گواه از درستى استدلالات همكارانش داشت، درست قبل از شروع جنگ به كشورش بازگشت.

با شروع جنگ هايزنبرگ و ديگر همكارانش به خدمت فراخوانده شدند و كارى كه از آنها انتظار داشتند استفاده فنى از انرژى اتمى بود. به اين ترتيب هايزنبرگ و ديگر فيزيكدانان آلمانى كه در آن كشور مانده بودند عضو اجبارى باشگاه اورانيوم شدند. همان طور كه هايزنبرگ در خاطراتش ذكر مى كند، در آن زمان اعتقاد داشت كه استفاده از انرژى اتمى زمان زيادى مى برد. او ادعا مى كرد كه ساختن رآكتور بسيار آسان تر و كم هزينه تر از ساختن بمب اتمى است. «جدا كردن دو ايزوتوپ سنگين مثل اورانيوم ۲۳۵ و اورانيوم ۲۳۸ با اختلاف جرمى كمى كه دارند و توليد آنها به ميزانى كه دست كم چند كيلوگرم اورانيوم ۲۳۵ از آن به دست آيد، كار فنى غول آسايى است. اما در رآكتور اتمى تنها چيزى كه نياز داريم چند تن اورانيوم بسيار خالص به اضافه گرافيت يا آب سنگين است. اين كار به تلاش كمترى، در حدود يك صدم يا حتى يك هزارم، نياز دارد.» هايزنبرگ در قسمت هايى از خاطراتش ذكر مى كند كه اصلاً قصد كمك به ساختن سلاح هسته اى را نداشته و بيشتر به دنبال راه هاى صلح آميز استفاده از اين انرژى جديد بوده است. او مى گويد هدفش به تعويق انداختن عملى شدن مطالعات نظرى شان بوده است. «گرچه ما مى دانستيم كه ساختن بمب اتمى امكانپذير است و روش دقيق ساخت آن را هم مى شناختيم، اما اشكالات فنى اين كار را از آنچه بود بزرگتر مى پنداشتيم. بنابراين با كمال خوشحالى مى توانستيم گزارش صادقانه اى از آخرين تحولات به مقامات ارائه دهيم و مطمئن باشيم كه هيچ گونه اقدام جدى براى ساختن بمب اتمى در آلمان صورت نخواهد گرفت.»

بور، استاد شگفت زده

در سپتامبر ۱۹۴۳ نيلز بور فهميد كه گشتاپو در آلمان قصد دستگيرى او را دارد. چند هفته بعد، در ۲۹ سپتامبر، او، همسرش و برخى ديگر كه اميدى براى فرار از دانمارك داشتند با قايقى مخفيانه به سوئد گريختند. در روز ۶ اكتبر نيروهاى انگليسى بور را به تنهايى به اسكاتلند فرستادند كه از آنجا به لندن رفت. بور در لندن با جان اندرسون شيمى- فيزيكدانى كه مدير پروژه بمب اتمى انگليس بود ملاقات كرد و اندرسون خلاصه اى از برنامه انگليسى- آمريكايى بمب را براى فيزيكدان دانماركى توضيح داد. بنا به گفته آيگه، پسر بور كه يك هفته بعد به پدرش در انگلستان پيوست و در تمام طول جنگ دستيار او بود؛ بور از روند پيشرفت برنامه انگليسى- آمريكايى شديداً غافلگير شده بود. شايد شوكه شدن توصيف بهترى از وضعيت او باشد.

غافلگيرى بور دو دليل داشت. در طول دهه ۳۰ ميلادى وقتى كه فيزيك هسته اى در حال پيشرفت بود، بور در موقعيت هاى زيادى گفته بود كه فكر مى كند هر استفاده عملى از انرژى هسته اى غيرممكن است. اما وقتى در بهار ۱۹۳۹ جزئيات مهمى مربوط به شكافت هسته اورانيوم را فهميد، آن ديدگاه تغيير كرد. در دسامبر ۱۹۳۸ شيمى- فيزيكدانان آلمانى، اوتو هان و فريتس اشتراسمن كشف كردند كه اورانيوم اگر با نوترون بمباران شود قابل شكافت است. ليزمايتنر دستيار اوتو هان حدس زده بود كه هسته هاى اورانيوم در آزمايش ها دوپاره مى شوند و بنابراين نام «شكافت» را بر روى اين فرايند گذاشته بودند. در آزمايش ها از اورانيوم طبيعى استفاده مى شد كه ۹۹ درصد آن اورانيوم ۲۳۸ است و تقريباً ۷۰ درصد از يك درصد باقى مانده اورانيوم ۲۳۵ است كه هسته آن ۳ نوترون كمتر از ايزوتوپ ديگر دارد. ايزوتوپ ها از لحاظ شيميايى تمايزناپذير هستند. آنچه بور فهميد اين بود كه به خاطر تفاوت هاى ساختارى تنها ايزوتوپ هاى كمياب ۲۳۵ در آزمايش هان- اشتراسمن شكافته مى شوند. او نتيجه گرفت كه ساختن سلاح هسته اى تقريباً غيرممكن است، زيرا مستلزم جداسازى ايزوتوپ ها است كه كارى بسيار مشكل است. بور در دسامبر ۱۹۳۹ در يك سخنرانى ادعا كرد، با وسايل تكنيكى حاضر خالص سازى ايزوتوپ هاى كمياب براى تحقق واكنش زنجيره اى غيرممكن است. بنابراين زياد عجيب نيست كه چرا بور چهار سال بعد با فهميدن آنچه متفقين قصد انجامش را داشتند شوكه شد.

ملاقات جنجالى

دليل ديگر غافلگيرى بور را مى توان در ملاقات او با فيزيكدان آلمانى ورنر هايزنبرگ در نيمه سپتامبر ۱۹۴۱ (تقريباً دو سال قبل از فرارش به انگليس) رديابى كرد. در آن زمان بيش از يك سال بود كه آلمانى ها دانمارك را اشغال و يك موسسه فرهنگى آلمانى را در كپنهاگ تاسيس كرده بودند كه كارهاى تبليغاتى انجام مى داد. از فعاليت هاى اين موسسه برنامه ريزى ملاقات هاى علمى بود و هايزنبرگ يكى از چندين دانشمندى بود كه با برنامه اين موسسه به كپنهاگ آمده بود. او كه پس از سال ها به كپنهاگ بازگشته بود يك هفته را در آنجا گذراند و از موسسه بور ديدن كرد. در طول يكى از اين بازديدها بود كه آن ملاقات تاريخى اتفاق افتاد. آنها چند ساعتى را بدون حضور هيچ كس با يكديگر صحبت كردند. به نظر نمى رسد كه هيچ كدام از آنها يادداشتى از جزئيات بحث برداشته باشند، بنابراين هيچكس كاملاً مطمئن نيست كه در آن جلسه چه حرف هايى گفته شد. بور بعد از آن ملاقات اين احساس را داشت كه هايزنبرگ بر روى سلاح اتمى كار مى كند. همان طور كه آيگه بور بعدها يادآورى مى كند: «هايزنبرگ اين بحث را مطرح كرد كه كاربردهاى نظامى انرژى هسته اى چيست. پدر من چندان تمايلى به اين كار نداشت و ترديدش را از مشكلات تكنيكى بزرگى كه وجود داشت بيان كرد. اما به نظر او هايزنبرگ فكر مى كرد امكان هاى جديد مى تواند پايان جنگ را تعيين كند، اگر جنگ كمى بيشتر طول بكشد.» حال دو سال بعد، بور براى اولين بار از برنامه سلاح هاى هسته اى متفقين آگاه شده بود. اما آلمانى ها در طول آن دو سال چه كارى انجام داده بودند؟ هيچ تعجبى ندارد كه بور در آن زمان شگفت زده شده باشد.

فهميدن اينكه «امكانات جديد» دقيقاً چه معنايى مى توانست داشته باشد جالب است و با بررسى تاريخ پيشرفت فيزيك هسته اى مى توان حدس هايى در اين زمينه زد. در اواسط دهه ۴۰ فيزيكدانان در هر دو طرف جنگ فهميدند به جز شكافت اورانيوم يك روش كاملاً متفاوت براى ساخت سلاح هسته اى وجود دارد؛ عنصرى كه بعدها پلوتونيوم نام گرفت. آن عنصر كمى سنگين تر از اورانيوم است و خواص شيميايى متفاوتى دارد، اما ساختار هسته اى آن به گونه اى است كه مانند اورانيوم قابل شكافت است. پلوتونيوم برخلاف اورانيوم به طور طبيعى وجود ندارد و بايد در يك رآكتور هسته اى با بمباران سوخت اورانيومى رآكتور به وسيله نوترون ها ساخته شود. با كشف اين فرآيند، به معناى قطعى به قسمتى از پروژه ساخت سلاح هسته اى تبديل شد. شكى نيست كه هايزنبرگ وقتى با بور ملاقات كرد اين واقعيت را به خوبى مى دانست. او حتى سمينارهايى را براى مقامات بلندپايه آلمانى ارائه كرده بود كه وجود چنين امكانى را توضيح مى داد. آيا اين چيزى بود كه او سعى داشت به بور بگويد و اگر اين طور بود، چرا؟ آيا هايزنبرگ مى خواست از طريق بور براى آمريكايى ها و متفقين پيغام بفرستد يا مى خواست از اطلاعات بور براى فهميدن اينكه آنها تا چه حد پيشرفت كرده اند استفاده كند؟ شايد هم مى خواست به متفقين بفهماند كه آلمان هيچ پيشرفتى نكرده است. بور چطور؟ آيا او چيزى از ملاقاتش با هايزنبرگ به آمريكايى ها گفت؟ تمامى اين سئوال ها و حدس ها و گمان ها هنوز سال ها بعد از آن ملاقات مطرح است و هنوز جواب قطعى و دقيقى براى آن وجود ندارد.

نقشه اى كه به لس آلاموس رسيد

يكى از داستان هاى جالب در مورد ملاقات بور و هايزنبرگ ماجراى طرحى است كه هايزنبرگ در طول ملاقات به بور داده است. معلوم نيست كه آيا هايزنبرگ آن شكل را در طول ملاقات كشيده است يا قبل از آن. با توجه به عادت فيزيكدانان هنگام ارتباط با يكديگر تصور بر اين است كه او شكل را همان موقع و براى توضيح ايده هايش كشيده است. در هر حال بايد به دنبال اين سئوال باشيم كه آن شكل چگونه در دسامبر ۱۹۴۳ راهش را به آزمايشگاه لس آلاموس باز كرد. آن شكل حاوى اطلاعات مهمى بود از اينكه آلمانى ها چگونه سلاح هسته اى را طراحى مى كردند. كسى كه از وجود اين شكل مطلع شد، جرمى برنشتاين فيزيكدان آمريكايى است كه به جز مقالات و كتاب هاى تكنيكى و تخصصى، سال ها يكى از نويسندگان اصلى مجله نيويوركر بود. او در سال ۱۹۷۷ طى يك سرى مصاحبه با هانس بته وجود آن طرح اسرارآميز را كشف كرد. بته كه در سال هاى جنگ عضوى از پروژه منهتن تحت نظر رابرت اپنهايمر بود، از وجود شكلى صحبت مى كرد كه نيلز بور هنگام سخنرانى در لس آلاموس به آنها نشان داد. بته در اين مصاحبه گفته است: «هايزنبرگ يك طرح به بور داده بود و بور بعدها اين طرح را براى ما در لس آلاموس آورد. آن شكل به وضوح طرحى از يك رآكتور بود، اما واكنش ما هنگام ديدن آن شكل اين بود كه آلمانى ها واقعاً ديوانه اند. حتماً مى خواهند رآكتور را روى لندن بيندازند!» تنها كمى بعد از جنگ بود كه دانشمندان حاضر در لس آلاموس فهميدند، آلمانى ها دقيقاً مى دانستند با رآكتور چه كار كنند. حداقل بايد گفت به طور نظرى اين را مى دانستند و به طور عملى به نتيجه نرسيده بودند وگرنه امروز به جاى هيروشيما و ناكازاكى بايد لندن را اولين قربانى سلاح هاى هسته اى مى دانستيم. قبل از انتشار اين مصاحبه ها از جرمى برنشتاين در نيويوركر هيچ كس چيزى از آن شكل نمى دانست و اين جريان داستان ملاقات بور- هايزنبرگ را از حدس و گمان خارج كرد. اما برنشتاين براى اطمينان از صحت حرف هاى بته با اشخاص ديگرى هم تماس گرفت. او به دنبال كسانى گشت كه آن زمان در لس آلاموس بودند، اما اپنهايمر مرده بود، بور مرده بود، بيشتر آنها مرده بودند. اما يك نفر هنوز زنده بود؛ ويكتور وايسكوف دوست نزديك رابرت اپنهايمر. او هم ادعا مى كرد كه طرح را نديده اما چيزهايى درباره آن شنيده است. ولى آيگه پسر بور به كلى وجود چنين چيزى را انكار مى كرد. برنشتاين سرانجام با تحقيق و مصاحبه با افراد مختلف به اين نتيجه رسيد كه هايزنبرگ خودش چيزى به بور نداده است، اما بور آن شكل را پس از صحبت هاى هايزنبرگ كشيده است. حتى حدس مى زنند كه بور چيزهايى را هم به آن طرح اضافه كرده باشد، كه حاصل پژوهش هاى خودش بعد از ملاقات بوده است. در هر حال چيزى كه همه تائيد كردند اين است كه آن شكل و نوشته هايش دست خط خود هايزنبرگ نبوده است. اما اصلاً چرا هايزنبرگ چنين صحبت هايى را مطرح كرده بود؟ آيا مى خواست بور نتايج مطالعات او را بررسى و تائيد كند؟ آيا مى خواست به بور نشان دهد كه آلمانى ها با مطالعه بر روى رآكتور به دنبال استفاده صلح آميز از انرژى هسته اى هستند؟ نيات هايزنبرگ هنوز در ابهام است و شايد هيچ گاه روشن نشود، چرا كه حتى خود او در خاطراتش كه در كتاب«مرزهاى فيزيك» (در فارسى «جزء و كل») نوشته است، چيز زيادى از آن ملاقات بحث انگيز مطرح نكرده است. تنها به وحشت بور از شنيدن نام سلاح هسته اى اشاره كرده است و اينكه بور توجه زيادى به موانع فنى مورد اشاره هايزنبرگ نكرده است.

نامه ها و نمايشنامه ها

گويا موضوع ملاقات بور و هايزنبرگ آنقدر جذاب بوده است كه به دنياى هنر نيز كشيده شود. «كپنهاگ» نام نمايشنامه اى است كه مايكل فريان در حدود سال ۹۸ نوشته و به روى صحنه برده است. اين نمايشنامه داستان آن ملاقات را با سه شخصيت اصلى كه روح هايزنبرگ، بور و همسر بور هستند به تصوير مى كشد. اما همه چيز از روى حدس و گمان است و در واقع هيچ كس از يك نمايشنامه نويس انتظار تحقيقات مستند را ندارد. مورخان براى يافتن منابع مستند بايد بيشتر از اينها صبر مى كردند، قرار بود خانواده بور نامه هاى وى را در سال ،۲۰۱۲ پنجاه سال پس از مرگ بور، منتشر كنند. اما اين همه ابهام و حتى اتهام به بور باعث شد كه آنها تصميم بگيرند اين كار را ده سال زودتر انجام دهند، براى همين آن نامه ها در سال ۲۰۰۲ منتشر شدند. قبل از آن تمام چيزى كه مورخان علم مى دانستند بر پايه حرف هاى مبهم و گاه متناقض بور و هايزنبرگ بود كه از منابع دست دوم به دست آمده بود. بور در آن نامه ها به دفعات تاكيد مى كند كه خاطره شفافى از ملاقات با هايزنبرگ دارد و يادداشت هاى بسيار دقيقى از آنچه هايزنبرگ گفته بود برداشته است. او ادعا مى كند كه هايزنبرگ متقاعد شده بود كه اگر جنگ با پيروزى آلمان پايان نيابد، بايد تصميم به استفاده از بمب اتم بگيرد. بور مى گويد برخلاف حرف هاى بعدى هايزنبرگ سكوتش در طول صحبت به خاطر شوكه شدنش از اين نبود كه فهميده بود شكافت از لحاظ تكنيكى امكانپذير است، بلكه به اين خاطر بود كه قبلاً نفهميده بود آلمانى ها بر روى بمب كار مى كنند و در مورد متفقين هم تا سال ۱۹۴۳ كه به انگلستان فرار كردند اين را نمى دانست. بور مدعى است هايزنبرگ به دانمارك رفته بود تا بور و ديگر فيزيكدانان دانماركى را متقاعد كند تا با آلمانى ها در پروژه باشگاه اورانيوم همكارى كنند. اما اين اسناد را بايد با دقت و احتياط بيشترى بررسى كرد، چرا كه حداقل ۱۶ سال پس از پايان جنگ نوشته شده اند و ادعاى بور براى يادآورى دقيق و شفاف شايد زياد قابل اعتماد نباشد. پس هنوز هم اين سئوال مهم پابرجا است: «هدف هايزنبرگ از آن ملاقات چه بوده است؟»

نوشته شده توسط سجاد مقصودی

يك سوال فيزيك !

توضیح دهید که چگونه میتوان با استفاده از یک فشار سنج ارتفاع یک آسمان خراش را اندازه گرفت؟

سوال بالا یکی از سوالات دانشگاه فیزیک در دانشگاه کپنهاگ بود !

يك سوال فيزيك.

توضيح دهيد كه چگونه ميتوان با استفاده از يك فشار سنج ارتفاع يك آسمان خراش را اندازه گرفت؟

سوال بالا يكي از سوالات دانشگاه فيزيك در دانشگاه كپنهانگ بود.

يكي از دانشجويان چنين پاسخ داد: به فشار سنج يك نخ بلند مي بنديم.سپس فشارسنج را از بالاي آسمان خراش طوري آويزان ميكنيم كه سرش به زمين بخورد.ارتفاع ساختمان مورد نظر برابر با طول نخ به اضافه طول فشارسنج خواهد بود.

پاسخ بالا چنان مسخره به نظر مي آمد كه مصحح بدون تامل دانشجو را مردود اعلام كرد.ولي دانشجو اصرار داشت كه پاسخ او كاملا درست است و درخواست تجديد نظر در نمره خود كرد. يكي از اساتيد دانشگاه به عنوان قاضي تعيين شد و قرار شد كه تصميم نهايي را او بگيرد.

نظر قاضي اين بود كه پاسخ دانشجو در واقع درست است.ولي نشانگر هيچ گونه دانشي نسبت به اصول علم فيزيك نيست.سپس تصميم گرفته شد كه دانشجو احضار شود و در طي فرصتي شش دقيقه اي پاسخي شفاهي ارائه دهد كه نشانگر حداقل آشنايي او با اصول علم فيزيك باشد.

دانشجو در پنج دقيقه اول ساكت نشسته بود و فكر مي كرد.قاضي به او يادآوري كرد كه زمان تغيين شده در حال اتمام است.دانشجو گفت كه چندين روش به ذهنش رسيده است ولي نميتواند تصميم گيري كند كه كدام يك بهترين مي باشد.

قاضي به او گفت كه عجله كند و دانشجو پاسخ داد:«روش اول اين است كه فشارسنج را از بالاي آسمان خراش رها كنيم و مدت زمانيكه طول ميكشد به زمين برسد را اندازه گيري كنيم.ارتفاع ساختمان را ميتوان با استفاده از اين مدت زمان و فرمولي كه روي كاغذ نوشته ام محاسبه كرد.»

دانشجو بلافاصله افزود:«ولي من اين روش را پيشنهاد نميكنم.چون ممكن است فشارسنج خراب شود!»

روش ديگر اين است كه اگر خورشيد مي تابد طول فشارسنج را اندازه بگيريم سپس طول سايهُ فشارسنج را اندازه بگيريم و آنگاه طول سايهُ ساختمان را اندازه بگيريم.با استفاده از نتايج و يك نسبت هندسي ساده مي توان ارتفاع ساختمان را اندازه گيري كرد.رابطهُاين روش را نيز روي كاغذ نوشته ام.

ولي اگر بخواهيم با روشي علمي تر ارتفاع ساختمان را اندازه بگيريم ميتوانيم يك ريسمان كوتاه را به انتهاي فشارسنج ببنديم و آن را مانند آونگ ابتدا در سطح زمين و سپس در پشت بام آسمان خراش به نوسان درآوريم.سپس ارتفاع ساختمان را با استفاده از تفاضل نيروي گرانش دو سطح بدست آوريم.من رابطه هاي مربوط به اين روش را كه بسيار طولاني و پيچيده مي باشند در اين كاغذ نوشته ام.

آها! يك روش ديگر كه چندان هم بد نيست:اگر آسمان خراش پتهُ اضطراري داشته باشد ميتوانيم با استفاده از فشار سنج سطح بيروني آن را علامت گذاري كرده و بالا برويم سپس با استفاده از تعداد نشان ها و طول فشارسنج ارتفاع ساختمان را بدست بياوريم.

ولي اگر شما خيلي سرسختانه دوست داشته باشيد كه از خواص مخصوص فشارسنج براي اندازه گيري ارتفاع استفاده كنيد مي توانيد فشار هوا در بالاي ساختمان را اندازه گيري كنيد و سپس فشار هوا در سطح زمين را اندازه گيري كنيد سپس با استفاده از تفاضل فشارهاي حاصل ارتفاع ساختمان را بدست بياوريد.

ولي بدون شك بهترين راه اين مي باشد كه در خانهُ سرايدار آسمان خراش را بزنيم و به او بگوييم كه اگر دوست دارد صاحب اين فشارسنج خوشگل بشود مي تواند ارتفاع آسمان خراش را به ما بگويد تا فشار سنج را به او بدهيم.

دانشجويي كه داستان او را خوانديد « نيلز بور » فيزيكدان دانماركي بود.

نوشته شده توسط سجاد مقصودی

خلاء صفر و جرم ذرات

اینکه اجسام جرم خود را از کجا به دست می‌آورند یکی از عمیق‌ترین اسرار طبیعت است. اکنون یک گروه از محققان فرضیه ای پیشنهاد کرده‌اند که بر مبنای آن جرم محصول تعامل میان ماده و خلا کوانتومی در کیهان است ....

اينكه اجسام جرم خود را از كجا به دست مي‌آورند يكي از عميق‌ترين اسرار طبيعت است. اكنون يك گروه از محققان فرضيه اي پيشنهاد كرده‌اند كه بر مبناي آن جرم محصول تعامل ميان ماده و خلا كوانتومي در كيهان است

اين نظريه در گذشته براي توضيح جرم حالت سكون مورد استفاده قرار گرفته بود. مقصود از جرم حالت سكون خاصيت مقاومت اجسام در مقابل تغيير سرعت (شتاب) است

اما اكنون اين نظريه براي تعريف جرم گرانشي نيز مورد استفاده قرار گرفته است. مقصود از جرم گرانشي نيرويي است كه ماده يا يك جسم مادي در درون يك ميدان جاذبه احساس مي‌كند

سالهاي سال نظر متعارف در ميان دانشمندان داير بر آن بود كه چيزي كه از آن با عنوان ميدان هيگز ياد مي‌كردند و معتقد بودند به وسيله ذره‌اي موسوم به بوزون هيگز توليد مي‌شود مسوول بروز جرم در اجسام است

اما مشكلي كه وجود دارد آن است كه به رغم هزينه و زمان زيادي كه صرف شده و استفاده زيادي كه از دستگاههاي شتاب‌دهنده به عمل آمده هنوز هيچكس بوزون هيگز را در آزمايشگاه يا در عرصه كيهان رديابي نكرده است

ذره هيگز در دهه ‪ ۱۹۷۰به افتخار فيزيكدان انگليسي پيتر هيگز نام گذاري شده و فرض بر آن است كه اين ذره دو ميدان الكترومغناطيس و اندركنش ضعيف بين هسته اي را به يكديگر پيوند مي‌زند و يكي مي‌سازد

در دهه ‪ ۱۹۹۰آلفونسو روئيدا از دانشگاه دولتي كاليفرنيا در لانگ بيچ و برنارد هايش كه در آن هنگام در موسسه فيزيك و اخترفيزيك كاليفرنيا تحقيق مي كرد و اكنون در موسسه "مني وان نت وركس ‪= ManyOne Networksشبكه هاي تكي-چندتايي" فعاليت مي‌كند پيشنهاد كردند كه يك ميدان كاملا متفاوت موسوم به ميدان خلا كوانتومي احتمالا مسوول توليد جرم است

اين ميدان كه وجود آن به وسيله نظريه مكانيك كوانتومي پيش بيني شده، كمترين تراز و مقياس انرژي در عالم به شمار مي‌آيد و به وسيله بقاياي نوسانات الكترومغناطيس در هر جاي كيهان به وجود مي‌آيد

به اين ميدان همچنين نام ميدان نقطه صفر اطلاق شده و تصور مي‌شود كه اين ميدان خود را به صورت اقيانوسي از فوتونهاي مجازي ظاهر مي‌سازد كه در سراسر كيهان دائم سر از اين اقيانوس بيرون مي‌آورند و لحظه اي مي‌درخشند و دوباره به اقيانوس عدم فرو مي‌روند

روئيدا و هايش استدلال كردند كه ذرات باردار مادي مانند الكترونها دائما به واسطه ميدان صفر دچار نوسان و بالا و پائين رفتن مي‌شوند اما اين نوسانات به صورتي انجام مي‌شود كه اگر اين ذرات با سرعتي ثابت نسبت به اين ميدان در حال حركت باشند آنگاه اثر برآيندي اين نوسانات صفر خواهد بود. به عبارت ديگر هيچ نيروي منتج مستقلي بر روي اين ذرات عمل نمي‌كند

اما اگر ذرات در حال حركت شتابدار باشند آنگاه بر اساس محاسباتي كه در سال ‪ ۱۹۹۴به وسيله اين دو فيزيكدان به انجام رسيده بود، روشن مي‌شد كه تعداد فوتونهايي كه از درون اقيانوس فوتونهي مجازي در برابر اين ذرات ظاهر مي‌شوند از تعداد فوتونهايي كه در پشت سرشان قرار مي‌گيرند بيشتر خواهد بود و به اين ترتيب يك نيروي برآيند بر ذرات وارد خواهد شد كه با حركت ذرات مخالفت مي‌كند و به اين ترتيب موجب توليد جرم حالت سكون يا اينرسيال ذرات مي‌شود

اما اين تحقيق كه در آن هنگام در نشريه فيزيكال ريويو به چاپ رسيد تنها يك نوع جرم را توضيح مي‌داد. اكنون فيزيكدانان مدعي شده‌اند كه از همين مكانيزم مي‌توان براي توضيح جرم گرانشي نيز استفاده به عمل آورد

يك جرم بسيار سنگين را در نظر بگيريد كه ساختار زمان-مكان را در اطراف خود دچار خمش كرده است. درست نظير يك وزنه سنگين كه روي يك تشك فنري قرار داده شود اين شي سنگين در عين حال ميدان صفر يا ميدان كوانتومي را نيز دچار خمش خواهد كرد بطوريكه ذره اي كه در نزديك اين شي سنگين قرار دارد و در محدوده خميدگي زمان-مكان كه به وسيله آن ايجاد شده قرار گرفته در جهتي كه رو به سمت شي دارد با شمار كمتري فوتون در اين اقيانوس مجازي مواجه مي شود تا در جهتي كه دور تر از شي است

اين امر بدين معناست كه يك نيروي برآيند به ذره وارد مي‌شود كه آن را به سمت شي سنگين مي‌راند و بنابراين ذره احساس مي‌كند كه در چنبر گرانش شي سنگين گير كرده است، اين نيرو همان جرم گرانشي يا وزن ذره را بوجود مي آورد

به اعتقاد رويئدا و هايش كه تحقيق اخير خود را در نشريه علمي "آنالن در فيزيكي ‪ = Annalen der Physikسالنامه فيزيك" درج كرده‌اند اين نظريه نشان مي‌دهد سخن اينشتين در خصوص معادل بودن جرم گرانشي و جرم حاصل از شتاب درست بوده است

در جرم حاصل از شتاب اين ذره است كه در درون اقيانوس خلا يا ميدان صفر با شتاب در حال حركت است و در حالت جرم گرانشي اين ميدان صفر است كه با همان شتاب ذره را در مي‌نورد

به اين ترتيب منشا توليد وزن ذرات مادي همان منشا توليد جرم حالت سكون آنها است

اما اين فرضيه هنوز با موافقت ديگر فيزيكدانان روبرو نشده است. يكي از مسائل اصلي اين فرضيه موقعيت خود ميدان صفر است كه راز سر به مهري است و درباره آن اطلاعات زيادي در دست نيست

كل انرژي ذخيره شده در اين ميدان به نحو حيرت انگيزي زياد است و مقدار آن چنان است كه مي‌تواند كل كيهان را در خود مچاله كند و آن را همچون يك قلب تپنده به نوسانات ضرباهنگ دار وادارد

اما واضح است كه چنين حالتي در كيهان مشاهده نمي‌شود. محدوديت ديگر اين فرضيه آن است كه تنها درباره ذرات باردار كاربرد دارد

شلدون گلاشو فيزيكدان برنده جايزه نوبل از دانشگاه بوستن درباره اين فرضيه نظر منفي دارد

او مي‌گويد: اين فرضيه، به قول ولفگانگ پائولي حتي نادرست هم نيست

اما پائول وسن از دانشگاه استنفورد بر اين باور است كه رويكرد غير متعارف روئيدا و هايش حاوي نكات درخور توجهي است. اما اين دو تن بايد شواهدي نيز در تاييد آن ارائه دهند. به عنوان مثال اگر اين دو تن يك پيش بيني بديع با استفاده از نظريه خود ارائه دهند آنگاه همه نظرها به سمت فرضيه شان جلب خواهد شد

نوشته شده توسط سجاد مقصودی

سايه صوت (OMBRE ACOUSTIQUE)

آيا سايه صوت قابل مشاهده است؟

سايه صوت چه شكلي تشكيل مي‌شود ؟

آيا سايه صوت را مي‌توان همانند سايه نور تشخيص داد؟

چرا هنگام مكالمه با تلفن هر چند بلند حرف بزنيم باز صداي رسيده به طرف مقابل چندان تغيير نمي‌كند؟

چرا صوت موسيقي كه ما در خارج از تالار مي‌شنويم، به اندازه صداي داخل تالار براي ما جذاب نيست؟

بين صوت و نور ظاهرا جزئي اختلاف مشاهده مي‌شود كه لازم است راجع به آن توضيح دهيم. مي‌دانيم كه صوت و نور هر دو ماهيت موجي دارند و اكثر آنچه را كه در مورد امواج نوري مشاهده مي‌كنيم ، در مورد فيزيك امواج صوتي نيز قابل مشاهده است.

علل تشكيل سايه صوت

از جمله چيزهايي كه وجودش در مورد فيزيك امواج نوري بخوبي قابل روئيت و مشاهده است سايه نور است. در صورتي كه در فيزيك امواج صوتي معمولا سايه واضح مشاهده نمي‌شود. علت حقيقي اين امر اين نيست كه امواج صوتي در برخورد با مانع ، توليد سايه نمي‌كنند. زيرا در عمل مانعي كه ابعادش به اندازه طول موج صوت بزرگ باشد، در دسترس ما نيست.

پراش نور

بزرگي طول موج نور در حدود اعشار ميكروني مي‌باشد. بنابرين ، هر گونه مانعي ولو كوچك هم كه باشد ابعادش نسبت به طول موج نور بي‌نهايت بزرگ است. مثلا ابعاد در ، ديوار ، پرده و دسته صندلي ، برگ درختان و غيره هر كدام ميليونها دفعه و بيشتر بزرگتر از طول موج نور مي‌باشند و البته وقتي مانع خيلي كوچك و يا باريك شود ، مثلا به كوچكي سوزن و يا به باريكي رشته مويي باشد. ديگر نمي‌تواند براي نور ، سايه خوبي درست كند. و در اين حالت پديده ديفراكسيون حادث مي‌گردد و در پشت مانع بطريق خاصي نور مشاهده مي‌شود.

ديفراكسيون صوت

طول موج صداهاي انساني در حدود متر است (براي حرف زدن معمولي مردان طول موج از 2.5 -3 متر و براي حرف زدن معمولي زنها طول موج از 1.2 متر تا 1.5 متر تغيير مي‌كند) بنابرين مثلا ديواري كه داراي ده متر باشد. نسبت به طول موج چندان بزرگ نيست و نمي‌تواند براي آن حائل خوبي باشد و از اين جهت در اثر ديفراكسيون صوت صداي صحبت كننده از پشت آن شنيده مي شود.

نمايش سايه صوت

اگر نت صوت خيلي زير باشد مشاهده سايه آن آسانتر است. و مي‌توان در آزمايشگاه با آنها سايه صوت را درست كرد. مثلا ممكن است با سوت گالتن (سوتي است كه طول موج آن در حدود دسيمتر و اعشار آن مي‌باشد) با بكار بردن مقوايي به ابعاد متر تا اندازه سايه صوت را قابل مشاهده نمود.

مي‌دانيم كه هر نوع صوتي با مشخصات سه گانه خود يعني شدت ، ارتفاع ، طنين مشخص مي‌گردد. و چون هر گونه صدايي مخلوط از صداي اصلي و هارمونيكهاي آن و در نتيجه مخلوطي از صداهايي با ارتفاع مختلف مي‌باشد. و لذا وقتي مانع در جلو فيزيك امواج صوتي قرار مي‌گيرد ممكن است بعضي از آن صداها زيرترند بكلي متوقف گردند و براي آنها توليد سايه شود و يا بطور ناقص به پشت مانع برسند. بنابراين عمل مانع نسبت به صداهاي زير و بم يكسان نمي‌باشد. نتيجه اينكه ممكن است در خلا ، ديوار مشخصات صوتي كه در جلوي آن درست شده است موجود نباشد. و بطور خلاصه صدا در رسيدن به پشت مانع تغيير نمايد.

نوشته شده توسط سجاد مقصودی

انقلاب بزرگ كوپرنيكي

نيكلا كوپرنيك (1543-1473) اخترشناس، رياضيدان، كشيك، حقوقدان و اقتصادان با استعدادي بود كه در نزد مردم بسيار محترم بود. اصليت وي لهستاني بود و براي ادامه تحصيل به ايتاليا رفت. كوپرنيك نخستين كسي بود كه در دوران رنسانس، انقلاب بزرگي را در زمينه اخترشناسي برپا مي كند.كوپرنيك به مسئله حركت دوراني افلاطون در مورد اجرام آسماني بسيار علاقه مند بود و در اين زمينه تلاش هاي بسيار انجام داد. كوپرنيك معتقد بود كه حركت اجرام آسماني مانند ستاره ها،سيارات و ماه يك حركت دوراني(دايره اي) و يا تركيبي از حركات دوراني است. زيرا در حركات دوراني، جرم در يك دوره مشخص و ثابت به حالت و وضعيت قبلي خود برمي گردد. كوپرنيك با مشاهدات و تحقيقات گسترده و محاسبات دقيق به اين نتيجه رسيد كه اگر حركت سيارات به حركت دوره اي زمين در ارتباط باشد، و حركت دوره اي سيارات را بر اساس گردش آن ها به دور خورشيد محاسبه كنيم به اين نتيجه مي رسيم كه علاوه بر نظم و ارتباط ميان آن ها(منظور حركت دوراني زمين و خورشيد مركزي) و ترتيب حاكم بر مدار هاي سيارات، حركت دوراني اين اجرام با هم در ارتباط مي باشند. به طوري كه تغيير در هر يك از اين مدار ها باعث در هم فرو ريختن اجرام و در نتيجه منظومه مي شود.

سرانجام كوپرنيك منظومه خود را تدوين كرد كه منظومه وي با منظومه زمين مركزي بطليموس كه مورد قبول عامه مردم (از جمله كليسا) آن دوره بود، مغايرت داشت. وي در منظومه خود خورشيد را مركز قرار داد كه زمين و ديگر سيارات به دور آن در حال حركت هستند. نيكلا منظومه خود را بر اساس چند فرض بنيان نهاد:

1) مركزيِ هندسي ودقيق براي مدار اجرم آسماني وجود ندارد.

2) خورشيد در مركز قرار دارد و زمين و ديگر سيارات به دور آن حركت مي كنند.

3) زمين ديگر مركز جهان نيست. زمين علاوه بر حركت گردشي به دور خورشيد، به دور خود نيز مي چرخد.

4) حركت خورشيد در آسمان بر اساس حركت دوره اي زمين مي باشد.

5) حركت ظاهري اجرام آسماني در آسمان تنها بر اساس حركت خود آن ها نيست، بلكه اين حركت ها با حركت دوره اي زمين نيز در ارتباط مي باشند.

كوپرنيك نظر داد كه گردش زمين به دور خود يك شبانه روز به طول مي انجامد.

كوپرنيك تلاش مي كرد تا نظريه خود را از طريق رياضيات اثبات كند. وي با محاسبات خود به اين نتيجه رسيد كه هرچه قدر از سيارات دور به خورشيد نزديك شويم، بر سرعت گردش آن ها افزوده مي شود. زحل كه دورترين سياره آن زمان بود، يك دور يكنواخت خود را به مدت 29.5 سال و سپس مشتري اين دوره را در 11.8 سال مي پيمايد. بعد از مشتري نوبت به مريخ مي رسد كه اين دوره را در مدت 687 روز و زهره 224 روز و عطارد 88 روز سپري مي كنند. البته اين مقادير را كوپرنيك محاسبه كرده است و اختلاف اين مقادير با مقادير امروزي ناچيز است.

اين محاسبات بخشي از اثبات تئوري كوپرنيك با استفاده از هندسه بود.

مزيت تئوري كوپرنيك آن بود كه وي با استناد به نظريه خورشيد مركزي به نتايجي دست يافت كه برخي از اين نتايج در نظريه بطليموسي امكان پذير نبود.

مهمترين اين نتايج عبارتند از:

الف) محاسبه اندازه مدار سيارات كه به دور خورشيد مي گردند.

ب) محاسبه دوره تناوب گردش سيارات به دور خورشيد.

ج) بدست آوردن سرعت نسبي حركت دوراني سيارت.

د) مشخص كردن حركت زاويه اي سيارات و موضع آن ها در آسمان. كه اين نتيجه در هر دو تئوري كوپرنيك و بطليموس وجود داشت.

بر اين اساس بود كه كوپرنيك به اين نتيجه رسيد كه ميان مدار هاي سيارات و جايگاه آن ها ارتباطي وجود دارد؛ طبق گفته خود ((هرگونه تغيير مكاني در هر قسمت از آن باعث به هم خوردن قسمت هاي ديگر و همه جهان مي شود)).كوپرنيك مدعي بود كه برتري نظريه او در زيبايي و سادگي آن است. وي در اين رابطه در كتاب خود، ""درباره گردش افلاك آسماني"" مي گويد((در ميانه همه خورشيد بدون حركت مي پايد. به راستي، چه كسي در اين معبد عظيم و زيبا، منبع نور را در جايي جز آنجا كه بتواند همه قسمت هاي ديگر را بيفروزد و روشنايي بخشد، قرار مي دهد؟ پس در اساس اين برگزيدگي، تقارن قابل ستايش در جهان و هماهنگي بارزي در حركت و اندازه كرات مي يابيم، آن چنان كه به هيچ وجه ديگري نمي توانست باشد)).

تئوري كوپرنيك بنا به دلايلي به زودي مورد قبول عامه مردم قرار نگرفت. بيش از يك قرن طول كشيد تا نظريه خورشيدمركزي ميان اخترشناسان مورد پذيرش قرارگيرد.

مهمترين دلايلي كه عليه اين نظريه مطرح شده بود:

1) منظومه كوپرنيكي بيشتر جنبه رياضي، سادگي و زيبايي داشت وبا مشاهدات نجومي آن زمان مطابقت نداشت و به همين دليل مورد پذيرش عام قرار نگرفت.

2) يكي از ضعف هايي كه كوپرنيك در اثبات نظريه خود داشت آن بود كه او نمي توانست با استفاده از نظريه هاي پيشين، نظريه خود را اثبات كند.

3) يكي از دلايلي كه هميشه بر ضد نظريه خورشيدمركزي مطرح بود آنست كه اگر زمين در حال حركت مي بود، بايستي به كلي منهدم شود. زيرا اگر زمين حركت كند، آنگاه هوا، پرندگان و قطرات باراني كه به زمين مي بارند، جا مي ماندند. يكي از مثل هايي كه مخالفين به گاليله مي گفتند آن بود كه اگر زمين در حال حركت باشد، توپي كه از بالاي برج پيزا پرتاب مي شد بايد به عقب (جهت خلاف گردش زمين) جا بماند. اما كوپرنيك مي پنداشت كه هوا به همراه زمين به در حال حركت است. و از طرفي وي در نظر داشت كه اگر چنين مي بود پس چرا ديگر اجرام آسماني كه در حال حركتند، منهدم و نابود نمي شوند. 4) الگوي خورشيد مركزي كوپرنيك با عقايد و اصول ارسطو مغايرت داشت. و از طرفي چون در آن زمان كليسا طرفدار اصول ارسطو بود، به همين دليل نظر همه مسيحيان بر ضد كوپرنيك بود. آنان به آيات انجيل استناد مي كردند و مي گفتند كه معمار و طرح خلقت جهان بر اساس منظومه و تئوري بطليموس است. به همين دليل سازمان تفتيش عقيده، كتاب كوپرنيك را كه مخالف با كتاب مقدس بود، ممنوع اعلام كرد. اگر چه نظريه خورشيد مركزي كوپرنيك با نظريه زمين مركزي بطليموس از نظر علميِ مشاهده نجومي سازگار بود اما از نظر فلسفي مغايرت داشت. چون كوپرنيك چارچوب مرجع خود را از زمين به خورشيد منتقل كرده بود. و اين انتقال چارچوب از نظر فيزيك سينماتيكي امروزي كاملا صحيح مي باشد.

نوشته شده توسط سجاد مقصودی

سرعت فرار

تا کنون به این فکر کرده اید که برای فرار از کره خاکی و رفتن به بالاهای آسمان یا در بیان بهتر همان فضا به چه سرعتی نیاز داریم...

سرعت فرار

تا كنون به اين فكر كرده ايد كه براي فرار از كره خاكي و رفتن به بالاهاي آسمان يا در بيان بهتر همان فضا به چه سرعتي نياز داريم؟

تا كنون به اين فكر كرده ايد كه براي فرار از كره خاكي و رفتن به بالاهاي آسمان يا در بيان بهتر همان فضا به چه سرعتي نياز داريم؟ براي باز كردن بهتر مسئله بهتر است بدانيم براي گريز از جاذبه زمين به سرعتي نياز دارم كه سرعت فرار نام دارد اين سرعت براي هر وسيله اي مقداري خاص محاسبه مي شود كه با يكي از روابط فيزيكي كه آن را ذكر خواهيم كرد بدست مي آيد، از همين رابطه سرعت مورد نياز براي غلبه به جاذبه زمين براي فضاپيماهاي مختلف را بدست مي آورند. در اين رابطه داريم :

اين فرمول عبارت مي شود از :

- V_eكه همان سرعت فرار نام دارد كه بر حسب متر بر ثانيه محاسبه مي شود.

- G ثابت جهاني گرانش است كه مقدار آن برابر ^11-10 * 6.67 مي باشد.

- M جرم جسم بزرگ بر حسب كيلوگرم مي باشد.

- d نيز فاصله مورد نظر بر حسب متر مي باشد.

حال براي درك بهتر اين فرمول و نحده استفاده از آن مسئله اي ساده و جالب را مورد بررسي قرار مي دهيم :

- فضاپيماي آپولو 11 براي ترك زمين به سمت فضا حداقل به چه سرعتي نياز داشت؟

اين مقدار سرعت برابر 38624.256 كيلومتر بر ثانيه است و فضانوردان آپولو 11 با چنين سرعتي از زمين خارج شدند كه در مقايسه سرعت پيشرفته ترين جت هاي امروزي مقداري بسيار زياد است، البته فضانوردان از قبل براي تحمل چنين فشارهايي آموزش هاي لازم را مي بينند و تمرينات و مراحل زيادي را طي مي كنند تا در چنين ماموريت هاي دشواري دچار آسيب نشوند.حال شما نيز مي توانيد مسئله هاي زيادي را در اين زمينه حل كنيد، حتي مي توانيد محاسبه نماييد كه اگر روزي خواستيد تنهايي از زمين خارج شويد به چه سرعتي نياز داريد.

نوشته شده توسط سجاد مقصودی

طرز كار راكت هاي فضايي

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 و ...

طرز كار راكت هاي فضايي

مقدمه:
يكي از عجيب ترين كشفيات انسان دسترسي به فضا است كه پيچيدگي و مشكلات خاص خود را دارد. راه يابي به فضا پيچيده است، چرا كه بايد با بسياري از مشكلات روبرو شد. مثلا:

- وجود خلا در فضا

- مشكلات گرما و حرارت

- مشكل ورود مجدد به زمين

- مكانيك مدارها

- ذرات و باقي مانده هاي فضا

- تابش هاي كيهاني و خورشيدي

- طراحي امكانات براي ثابت نگه داشتن اشيا در بي وزني

ولي بزرگترين مشكل ايجاد انرژي لازم براي بالا بردن فضاپيما از زمين است كه براي درك اين موضوع بايد به بررسي طرز كار موتورهاي موشك پرداخت.

در يك ديدگاه ساده، مي توان موتورهاي موشك را به آساني و با هزينه اي نسبتا كم طراحي كرد و حتي آن را به پرواز درآورد اما اگر بخواهيم مسئله را در سطح كلان بررسي كنيم با مشكلات و پيچيدگي هاي بسياري مواجه هستيم و اين موتورهاي موشك (و به خصوص سيستم سوخت آن ها) آنقدر پيچيده است كه تا به حال تنها سه كشور توانسته اند با استفاده از اين فناوري انسان را در مدار زمين قرار دهند.

در اين مقاله ما موتورهاي موشك هاي فضايي را مورد بررسي قرار مي دهيم تا با طرز كار و پيچيدگي هاي آن ها آشنا شويم.

نكات پايه اي:

عموما وقتي كسي درباره موتورها فكر مي كند، خود به خود مطالبي درباره چرخش برايش تداعي مي شود.براي مثال حركت متناوب پيستون در موتور بنزيني كه انرژي چرخشي براي به حركت در آوردن چرخ ها را توليد مي كند. و يا موتور الكتريكي كه با توليد ميدان الكتريكي كه با توليد ميدان مغناطيسي نيروي چرخشي براي پنكه يا سي دي رام توليد مي كنند. موتور بخار هم به طور مشابه كار مي كنند.

ولي موتور موشك از لحاظ ساختار متفاوت است. موتور موشك ها موتورهاي واكنشي هستند.اساس كار موتور موشك برپايه ي قانون معروف نيوتون است كه مي گويد: "براي هر كنش واكنشي وجود دارد به مقدار مساوي ولي درجهت مخالف آن". موتور موشك نيز جرم را در يك جهت پرتاب مي كند و از واكنش آن در جهت مخالف سود مي برد.

البته تصور اين اصل (پرتاب جرم و سود بردن از واكنش) ممكن است در ابتدا كمي عجيب به نظر بيايد، چرا كه در عمل بسيار متفاوت مي نماياند. انفجار، صدا و فشار چيزهايي است كه در ظاهر باعث حركت موشك مي شود و نه "پرتاب جرم".

بگذاريد تا با بيان چند مثال تصويري بهتر از واقعيت را روشن كنم:

● اگر تا به حال با اسلحه ي(به خصوص سايز بزرگ آن) shotgun شليك كرده باشيد، متوجه مي شويد كه ضربه ي بسيار قوي اي، با نيروي بسيار زياد به شانه شما وارد مي كند.

يك اسلحه مقدار 1 انس فلز را به يك جهت و با سرعت 700 مايل در ساعت شليك مي كند و در واكنش شما را به عقب حركت مي دهد.

● اگر تا به حال شير آتش نشاني را ديده باشيد، متوجه مي شويد كه براي نگه داشتن آن بايد نيروي بسيار زيادي را صرف كنيد (اگر دقت كرده باشيد گاهي 2 يا 3 آتش نشان يك شير را نگه مي دارند) كه در اين جا شير آتش نشاني مثل موتور موشك عمل مي كند.

شير آتش نشاني، آب را در يك جهت پرتاب ميكند و آتش نشان ها از نيرو و وزن خود استفاده مي كنند تا در برابر واكنش آن مقاومت كنند. اگر آن ها اجازه بدهند تا شير رها شود، شير به اين طرف و آن طرف پرتاب مي شود.

حال اگر آتش نشان ها روي يك اسكيت برد ايستاده باشند شير آتش فشاني آن ها را با سرعت زيادي به عقب مي راند.

● اگر يك بادكنك را باد كنيد و آن را رها كنيد، بادكنك به پرواز در مي آيد، تا وقتي كه هواي داخل آن به طور كامل خالي شود. پس مي توان گفت كه شما يكم موتور موشك ساخته ايد. در اين جا چيزي كه به بيرون پرتاب مي شود مولكول هاي هواي درون بادكنك هستند.

بسياري از مردم فكر مي كنند كه مولكول هاي هوا اهميتي ندارند، در حالي كه اينطور نيست. هنگامي كه شما به آن ها اجازه مي دهيد تا از دريچه بادكنك به بيرون پرتاب شوند، بر اثر واكنش به وجود آمده بادكنك به جهت مخالف پرتاب مي شود.

در ادامه براي درك بهتر موضوع، به مثالي دقيق تر اشاره مي كنم:

● سناريوي توپ بيسبال در فضا:

شرايط زير را تصور كنيد،

مثلا شما لباس فضانوردان را پوشيده ايد و در فضا در كنار فضاپيما معلق مانده ايد و چندين توپ بيسبال در دست داريد. حال اگر شما توپ بيسبال را پرتاب كنيد، واكنش آن بدن شما را به جهت مخالف توپ حركت مي دهد.

سرعت شما پس از پرتاب توپ به وزن توپ و شتاب وارده بستگي دارد. همانطور كه مي دانيم حاصلضرب جرم در شتاب برابر نيرو است، يعني:

F=m.a

همچنين ميدانيم كه هر نيرويي كه شما به توپ وارد كنيد، توپ نيز نيرويي مساوي ولي در جهت مخالف به بدن شما وارد ميكند كه همان واكنش است. پس مي توان گفت:

m.a=m.a

حال فرض مي كنيم كه توپ بيسبال 1 كيلو گرم وزن داشته باشد و وزن شما و لباس فضايي هم 100 كيلوگرم باشد. پس با اين حساب اگر شما توپ بيسبال را با سرعت 21 متر در ساعت پرتاب كنيد. يعني شما با دست خود به يك توپ بيسبال 1 كيلو گرمي، شتابي وارد كرده ايد كه سرعت 21 متر در ساعت گرفته است. واكنش آن روي بدن شما تاثير مي گذارد، ولي وزن بدن شما 100 برابر توپ بيسبال است. پس بدن شما با 100/1 سرعت توپ بيسبال (يا 0.21 متر بر ساعت) به عقب حركت مي كند.

حال اگر شما مي خواهيد از توپ بيسبال خود قدرت بيش تري بگيريد، شما دو انتخاب داريد: افزايش جرم يا افزايش شتاب وارده

شما مي توانيد يا يك توپ سنگين تر پرتاب كنيد و يا اينكه شما مي توانيد توپ بيسبال را سريع تر پرتاب كنيد (شتاب آن را افزايش دهيد)، و اين دو تنها كارهايي است كه مي توانيد انجام دهيد.

يك موتور موشك نيز به طور كلي جرم را در قالب گازهاي پرفشار پرتاب مي كند؛ موتور گاز را در يك جهت به بيرون پرتاب مي كند تا از واكنش آن در جهت مخالف سود ببرد. اين جرم از مقدار سوختي كه در موتور موشك مي سوزد بدست مي آيد.

عمليات سوختن به سوخت شتاب مي دهد تا از دهانه خروجي موشك با سرعت زياد بيرون بيايد.

وقتي سوخت جامد يا مايع مي سوزد و به گاز تبديل مي شود، جرم آن تغيير نمي كند بلكه تغيير در حجم آن است. يعني اگر شما مقدار يك كيلو سوخت مايع موشك را بسوزانيد مقدار يك كيلو جرم با حجمي بيشتر، از دهانه خروجي موشك با دماي بالا و سرعت زياد خارج مي شود. عمليات سوختن، جرم را شتاب مي دهد.
بياييد تا بيش تر درباره ي نيروي پرتاب بدانيم:

نيروي پرتاب:

قدرت موتور يك موشك را نيروي پرتاب آن مي گويند. نيروي پرتاب در آمريكا به صورت
(پوند) ponds of thrust
و در سيستم متريك با واحد نيوتون شناخته شده است (هر 4.45 نيوتون نيروي پرتاب برابر است با 1 پوند نيروي پرتاب).

هر يك پوند نيروي پرتاب (4.45 نيوتون) مقدار نيروي است كه مي تواند يك شي 1 پوندي (453.59 گرم) را در حالت ساكن مخالف نيروي جاذبه زمين نگه دارد.

بنابر اين در روي زمين شتاب جاذبه 21 متر در ساعت در ثانيه (32 فوت در ثانيه در ثانيه) است.

نوشته شده توسط سجاد مقصودی

قوانين ترموديناميك

همه چیز درباره قوانین صفرم - یکم - دوم و سوم ترمودینامیک

قوانين ترموديناميك

قانون صفرم ترموديناميك

قانون صفرم ترموديناميك بيان مي‌كند كه اگر دو سيستم با سيستم سومي در حال تعادل گرمايي باشند، با يكديگر در حال تعادلند.

قانون اول ترموديناميك

قانون اول ترموديناميك كه به عنوان قانون بقاي كار و انرژي نيز شناخته مي‌شود، مي‌گويد كه حالت تعادل ماكروسكوپي يك سيستم با كميتي به نام انرژي دروني (U) بيان مي‌شود. انرژي دروني داراي خاصيتي است كه براي يك سيستم منزوي (ايزوله) داريم:

U=مقدار ثابت

اگر به سيستم اجازهٔ برهم‌كنش با محيط داده شود، سيستم از حالت ماكروسكوپي اوليهٔ خود به حالت ماكروسكوپي ديگري منتقل مي‌شود كه تغيير انرژي دروني را براي اين تحول (فرآيند) مي‌توان به شكل زير نشان داد:

Δ U = Q - W

كه در اين فرمول W، كار ماكروسكوپي انجام شده توسط سيستم در برابر نيروي خارجي و Q مقدار گرماي جذب شده توسط سيستم در طي اين فرآيند است.

نمادگذاري

شميي و فيزيك

چون در شيمي و فيزيك سيستم مورد توجه است، گرما و كاري كه به سيمتم داده مي‌شود مورد نظر ماست و انرژي دروني را Q+W در نظر مي‌گيريم.(سيستم را بسته,در حالت سكون و در غياب ميداانها در نظر ميگيريم)

$\mathrm{d}U=\delta Q+\delta W\,$ ,

where

d U

يك افزايش بي‌اندازه كوچك در انرژي دروني سيستم است.,

δ Q

يك مقدار بي‌اندازه كوچك از گرما كه به سيستم افزوده مي‌شود,

δ W

يك كار بي‌اندازه كوچك كه بر روي سيستم انجام مي‌شود و

δ

نماد ديفرانسيل است.

قانون دوم ترموديناميك

قانون اول ترموديناميك تنها بياني از تئوري كار و انرژي يا قانون بقاي انرژي است. يك آونگ ساده يا يك آونگ ايده‌آل براي هميشه به نوسان ادامه مي‌دهد. فيلمي از يك آونگ كه به جلو و عقب نوسان مي‌كند را در نظر بگيريد. اگر ما فيلم را برعكس نشان بدهيم، نخواهيم توانست آن را از حالت عادي تشخيص بدهيم.

اما برداري (نشانگري) براي زمان وجود دارد. دامنهٔ نوسان آونگ به تدريج كوجكتر مي‌شود. اگر توپي را از ارتفاع خاصي رها كنيد، در هر بار برخورد توپ با زمين، كمتر از دفعهٔ قبل بالا خواهد آمد. فيلمي از اين توپ در دنياي واقعي، هنگام پخش برعكس، متفاوت ديده خواهدشد. قطعات يخ در داخل فنجان چاي ذوب مي‌شوند در حالي كه چاي سردتر مي‌شود.

هيچ تناقضي با قانون اول ترموديناميك نخواهد داشت اگر ما ببينيم كه در داخل يك فنجان چاي قطعات يخ تشكيل شده و چاي گرمتر شود. اين با قانون بقاي انرژي سازگار است اما «ما هيچگاه چنين چيزي را نمي‌بينيم». قانون دوم ترموديناميك توضيح مي‌دهد كه چرا چنين چيزي اتفاق نمي‌افتد.

بيان كلوين-پلانك

ساخت يك موتور گرمايي سيكلي (چرخه‌اي) كه جر جذب گرما از منبع و انجام كار مساوي با گرماي چذب شده تأثير ديگري بر محيط نداشته باشد، غير ممكن است.

يا مي‌توان گفت كه: ساخت ماشين گرمايي با بازدهي ۱۰۰ درصد غيرممكن است.

بيان كلازيوس

ساخت يك موتور سيكلي كه تأثيري جز انتقال مداوم گرما از دماي سرد به دماي گرم نداشته باشد، غير ممكن است.

ارتباط اين دو بيان

اين دو بيان قانون دوم ترموديناميك معادل (هم‌ارز) هستند. اگر بتوان يكي از آنها را نقض كرد، ديگري نيز نقض مي‌شود.

قانون سوم ترموديناميك

قانون سوم ترموديناميك مي‌گويد هنگامي كه انرژي يك سيستم به حداقل مقدار خود ميل مي‌كند، انتروپي سيستم به مقدار قابل چشم‌پوشي مي‌رسد. يا بطور نمادين: هنگامي كه

$U\longrightarrow{U_{0}}$ ، $S\longrightarrow{0}$

از رابطهٔ بين انرژي دروني و دما، رابطهٔ بالا را مي‌توان به صورت زير نوشت:

هنگامي كه $T\longrightarrow{0}$ ، $S\longrightarrow{0}$

اما در هنگام كاربرد اين قانون بايد توجه داشت كه در اين دما ( $T\longrightarrow{0}$ ) سيستم در حال تعادل است يا نه. زيرا با پايين آمدن دما، سرعت رسيدن به تعادل خيلي زياد مي‌شود.

نوشته شده توسط سجاد مقصودی

نظريه جنبشي گازها

قوانين مكانيك را مي‌توان بطور آماري در دو سطح مختلف به مجموعه‌اي از اتمها اعمال كرد در سطحي كه نظريه جنبشي گازها ناميده مي‌شود. به طريقي كم و بيش فيزيكي و با استفاده از روشهاي نسبتا ساده ميانگين گيري رياضي ، عمل مي‌كنيم. براي فهم نظريه جنبشي گاز را در فشار ، دما ، گرماي ويژه و انرژي داخلي اين روش را كه در سطح بكار برده مي‌شود.

نگاه اجمالي
در ترموديناميك فقط با متغيرهاي ماكروسكوپيك ، مانند فشار و دما و حجم سر و كار داريم. قوانين اصلي ترموديناميك‌ها بر حسب چنين كميتهايي بيان مي‌شوند. ابدا درباره اين امر كه ماده از اتمها ساخته شده است صحبتي نمي‌كنند. ليكن مكانيك آماري ، كه با همان حيطه‌اي از علم سر و كار دارد كه ترموديناميك از آن بحث مي‌كند و وجود اتمها را از پيش مفروض مي‌داند. قوانين اصلي مكانيك آماري حامي قوانين مكانيك‌اند كه در حدود اتمهاي تشكيل دهنده سيسنم بكار مي‌روند.

تاريخچه
نظريه جنبشي توسط رابرت بويل (Rabert Boyle) (1627 – 1691) ، دانيل بونولي (1700 – 1782) ، جيمز ژول (1818 – 1889) ، كرونيگ (1822 – 1874) ، رودولف كلاوسيوس (1822 – 1888) و كلرك ماكسول ( 1831 – 1879 ) و عده‌اي ديگر تكوين يافته است. در اينجا نظريه جنبشي را فقط در مورد گازها بكار مي‌بريم، زيرا برهم كنش‌هاي بين اتمها ، در گازها به مراتب متغيرترند تا در مايعات. و اين امر مشكلات رياضي را خيلي آسانتر مي‌كند.

در سطح ديگر مي‌توان قوانين مكانيك را بطور آماري و با استفاده از روشهايي كه صوري‌تر و انتزاعي‌تر از روشهاي نظريه جنبشي هستند بكار برد. اين رهيافت كه توسط جي ويلارد گيبس (J.willard Gibbs) و لودويگ بولتز ماني (Ludwig Boltz manni) (1844 – 1906) و ديگران تكامل يافته است، مكانيك آماري ناميده مي‌شود، كه نظريه جنبشي را به عنوان يكي از شاخه‌هاي فرعي در بر مي‌گيرد. با استفاده از اين روشها مي‌توان قوانين ترموديناميك را به دست آورد. بدين ترتيب معلوم مي‌شود كه ترموديناميك شاخه‌اي از علم مكانيك است.

محاسبه فشار بر پايه نظريه جنبشي
فشار يك گاز ايده‌آل را با استفاده از نظريه جنبشي محاسبه مي‌كنند. براي ساده كردن مطلب ، گازي را در يك ظرف مكعب شكل با ديواره‌هاي كاملا كشسان در نظر مي‌گيريم. فرض مي‌كنيم طول هر ضلع مكعب L باشد. سطحهاي عمود بر محور X را كه مساحت هر كدام e2 است. A1 و A2 مي‌ناميم. مولكولي را در نظر مي‌گيريم كه داراي سرعت V باشد. سرعت V را مي‌توان در راستاي يالهاي مولفه‌هاي Vx و Vy و Vz تجزيه كرد. اگر اين ذره با A1 برخورد كند در بازگشت مولفه X سرعت آن معكوس مي شود. اين برخورد اثري رو ي مولفه Vy و يا Vy ندارد در نتيجه متغير اندازه حركت عبارت خواهد بود :

(m Vx - m Vx) = 2 m Vx - )= اندازه حركت اوليه – اندازه حركت نهايي

كه بر A1 عمود است. بنابراين اندازه حركتي e به A1 داده مي‌شود برابر با m Vx2 خواهد بود زيرا اندازه حركت كل پايسته است.

زمان لازم براي طي كردن مكعب برابر خواهد بود با Vx/L. در A2 دوباره مولفه y سرعت معكوس مي‌شود و ذره به طرف A1 باز مي‌گردد. با اين فرض كه در اين ميان برخوردي صورت نمي‌گيرد مدت رفت و برگشت برابر با 2 e Vx خواهد بود. به طوري كه آهنگ انتقال اندازه حركت از ذره به A1 عبارت است: mVx2/e = Vx/2e . 2 mVx ، براي به دست آوردن نيروي كل وارد بر سطح A1 ، يعني آهنگ انتقال اندازه حركتي از طرف تمام مولكولهاي گاز به A1 داده مي‌شود.

(P = M/e(Vx12 + Vx22 + Vx32

P = 1/2eV2

تعبير دما از ديدگاه نظريه جنبشي
با توجه به فرمول RT 2/3 = 1/2 MV2 يعني انرژي كل انتقال هر مول از مولكولهاي يك گاز ايده‌آل ، با دما متناسب است. مي‌توان گفت كه اين نتيجه با توجه به معادله بالا براي جور در آمدن نظريه جنبشي با معادله حالت يك گاز ايده‌آل لازم است. و يا اينكه مي‌توان معادله بالا را به عنوان تعريفي از دما بر پايه نظريه جنبشي يا بر مبناي ميكروسكوبيك در نظر گرفت. هر دو مورد بينشي از مفهوم دماي گاز به ما مي‌دهد. دماي يك گاز مربوط است به انرژي جنبشي انتقال كل نسبت به مركز جرم گاز اندازه گيري مي‌شود. انرژي جنبشي مربوط به حركت مركز جرم گاز ربطي به دماي گاز ندارد.

حركت كاتوره‌اي را به عنوان بخشي از تعريف آماري يك گاز ايده‌آل در نظر گرفت. V2 را بر اين اساس مي‌توان محاسبه كرد. در يك توزيع كاتوره‌اي سرعتهاي مولكولي ، مركز جرم در حال سكون خواهد بود. بنابراين ما بايد چارچوب مرجعي را بكار ببريم كه در آن مركز جرم گاز در حال سكون باشد. در چارچوبهاي ديگر ، سرعت هر يك از مولكولها به اندازه U (سرعت مركز جرم در آن چارچوب) از سرعت آنها در چارچوب مركز جرم بيشتر است. در اينصورت حركتها ديگر كتره‌اي نخواهد بود و براي V2 مقادير متفاوتي بدست مي‌آيد. پس دماي گاز داخل يك ظرف در يك قطار متحرك افزايش مي‌يابد. مي‌دانيم كه M V2 1/2 ميانگين انرژي جنبشي انتقالي هر مولكول است. اين كميت در يك دماي معين كه در اين مورد صفر درجه سلسيوس است، براي همه گازها مقدار تقريبا يكساني دارد. پس نتيجه مي‌گيريم كه در دماي T ، نسبت جذر ميانگين مربعي سرعتهاي مولكولهاي دو گاز مختلف مساوي است با ريشه دماي عكس نسبت به مربعهاي آنها.

T=2/3k m1 V12/2= 2/3k m2 V22/2

مسافت آزاد ميانگين
در فاصله برخوردهاي پي‌درپي ، هر مولكول از گاز با سرعت ثابتي در طول يك خط راست حركت مي‌كند. فاصله متوسط بين اين برخوردهاي پي‌درپي را مسافت آزاد ميانگين مي‌نامند. اگر مولكولها به شكل نقطه بودند، اصلا با هم برخورد نمي‌كردند. و مسافت آزاد ميانگين بينهايت مي‌شد. اما مولكولها نقطه‌اي نيستند و بدين جهت برخوردهايي روي مي‌دهد. اگر تعداد مولكولها آنقدر زياد بود كه مي‌توانستند فضايي را كه در اختيار دارند كاملا پر كنند و ديگر جايي براي حركت انتقالي آنها باقي نمي‌ماند. آن وقت مسافت آزاد ميانگين صفر مي‌شد. بنابراين مسافت آزاد ميانگين بستگي دارد به اندازه مولكولها و تعداد واحد آنها در واحد حجم. و به قطر d و مولكولهاي گاز به صورت كروي هستند در اين صورت مقطع براي برخورد برابر با лd2 خواهد بود.

مولكولي با قطر 2d را در نظر مي‌گيريم كه با سرعت V در داخل گازي از ذرات نقطه‌اي هم ارز حركت مي‌كند. اين مولكول در مدت t استوانه‌اي با سطح مقطع лd2 و طول Vt را مي‌روبد. اگر nv تعداد مولكولها در واحد حجم باشد استوانه شامل (лd2 Vt ) nv ذره خواهد بود. مسافت آزاد ميانگين ، L ، فاصله متوسط بين دو برخورد پي‌درپي است بنابراين ، L ، عبارت است از كل مسافتي كه مولكول در مدت t مي‌پيمايد. (Vt) تقسيم بر تعداد برخوردهايي كه در اين مدت انجام مي‌دهد. يعني

I = Vt/πd2nv =1/√2πnd2

I=1/√2πnd2

اين ميانگين بر مبناي تصويري است كه در آن يك مولكول با هدفهاي ساكن برخورد مي‌كند. در واقع ، برخوردهاي مولكول با هدف دماي متحرك انجام مي‌گيرد در نتيجه تعداد برخورد دما از اين مقدار بيشتر است.

توزيع سرعتهاي مولكولي
با توجه به سرعت جذر ميانگين مربعي مولكولهاي گاز ، اما گستره سرعتهاي تك‌تك مولكولها بسيار وسيع است. بطوري كه براي هر گازي منحني‌‌اي از سرعتها مولكولي وجود دارد كه به دما وابسته است. اگر سرعتهاي تمام مولكولهاي يك گاز يكسان باشند اين وضعيت نمي‌تواند مدت زياد دوام بياورد. زيرا سرعتهاي مولكولي به علت برخوردها تغيير خواهند كرد. با وجود اين انتظار نداريم كه سرعت تعداد زيادي از مولكولها بسيار كمتر از V‌rms (يعني نزديك صفر) يا بسيار بيشتر از Vrms ، زيرا وجود چنين سرعتهايي مستلزم آن است كه يك رشته برخوردهايي نامحتمل و موجي صورت بگيرد. مسئله محتملترين توزيع سرعتها در مورد تعداد زيادي از مولكولهاي يك گاز را ابتدا كلوك ماكسول حل كرد. قانوني كه او ارائه كرد در مورد نمونه‌اي از گاز كه N مولكول را شامل مي‌شد چنين است :

N(V)=4πN(m/2πKt)3/2V2e-mv2/2kt

در اين معادله N(V)dV تعداد مولكولهايي است كه سرعت بين V و V+3v است، T دماي مطلق ، K ثابت بولتزمن ، m جرم هر مولكول است. تعداد كل مولكولهاي گاز (N) را ، با جمع كردن (يعني انتگرال‌گيري) تعداد موجود در هر بازه ديفرانسيلي سرعت از صفر تا بينهايت به دست مي‌آيد. واحد (N(V مي‌تواند مثلا مولكول برا سانتيمتر بر ثانيه باشد.

N =∫∞0N(V)dv

توزيع سرعتهاي مولكولي در مايعات
توزيع سرعتهاي مولكولي در مايعات شبيه گاز است. اما بعضي از مولكولهاي مايع (آنهايي كه سريعترند) مي‌توانند در دماهايي كاملا پايينتر از نقطه جوش عادي از سطح مايع بگريزند. (يعني تبخير شوند). فقط اين مولكولها هستند كه مي‌توانند بر جاذبه مولكولهاي سطح فائق آيند. و در اثر تبخير فرار كنند. بنابراين انرژي جنبشي ميانگين مولكولهاي باقيمانده نيز كاهش مي‌يابد در نتيجه دماي مايع پايين مي‌آيد. اين امر روشن مي‌كند كه چرا تبخير فرايند سرمايشي است.

مثال واقعي در مورد توزيع سرعتهاي مولكولي
با توجه به فرمول N(V)= Σ410N(M/2πkT)3/2 توزيع سرعتهاي مولكولي هم به جرم مولكول و هم به دما بستگي دارد هرچه جرم كمتر باشد نسبت مولكولهاي سريع در يك دماي معين بيشتر است. بنابراين احتمال اينكه هيدروژن در ارتفاعات زياد از جو فرار كند بيشتر است، تا اكسيژن و ازت. كره ماه داراي جو رقيقي است. براي آنكه مولكولهاي اين جو احتمال زيادي براي فرار از كشش گرانشي ضعيف ماه ، حتي در دماهاي پايين آنجا نداشته باشند، انتظار مي‌رود كه اين مولكولها يا اتمها متعلق به عناصر سنگينتر باشند. طبق شواهدي ، در اين جو گازهاي بي اثر سنگين مانند كريپتون و گزنون وجود دارند كه براثر واپاشي پرتوزا در تاريخ گذشته ماه توليد شده‌اند. فشار جو ماه در حدود 10 برابر فشار جو زمين است.

توزيع ماكسولي
ماكسول قانون توزيع سرعتهاي مولكولي را در سال 1859 ميلادي به دست آورد. در آن زمان بررسي اين قانون به كمك اندازه گيري مستقيم ممكن نبود و در حقيقت تا سال 1920 كه اولين كوشش جدي در اين راه توسط اشترن (Stern) به عمل آمد، هيچ اقدامي صورت نگرفته بود. افراد مختلفي تكنيكهاي اين كار را به سرعت بهبود بخشيدند. تا اينكه در سال 1955 يك بررسي تجربي بسيار دقيق در تائيد اين قانون (در مورد مولكولهاي گاز توسط ميلر (Miller) و كاش (Kusch) از دانشگاه كلمبيا صورت گرفت.

اسبابي كه اين دو نفر بكار بردند در مجموعه‌‌اي از آزمايشها مقداري تاليوم در كوره قرار مي‌دادند و ديواره‌هاي كوره O را تا دماي يكنواخت 80±4K گرم كردند. در اين دما تاليوم بخار مي‌شود و با فشار 3.2x10-3 ميليمتر جيوه ، كوره را پر مي‌كند. بعضي از مولكولهاي بخار تاليوم از شكاف s به فضاي كاملا تخليه شده خارج كوره فرار مي‌كند و روي استوانه چرخان R مي‌افتند در اين صورت استوانه كه طولش L است تعدادي شيار به صورت مورب تعبيه شده كه فقط يكي از آنها را مي‌توان ديد. به ازاي يك سرعت زاويه‌اي معين استوانه (W) فقط مولكولهايي كه داراي سرعت كاملا مشخص V هستند مي‌توانند بدون برخورد با ديواره‌ها از شيارها عبور كنند. سرعت V را مي‌توان از رابطه زير بدست آورد:

V=LW/q و L/V= φ/W = زمان عبور مولكول از شيار

φ : تغيير مكان زاويه‌اي بين ورودي و خروجي يك شيار مورب است. استوانه چرخان يك سرعت گزين است، سرعت انتخاب شده با سرعت زاويه‌اي (قابل كنترل) W متناسب است.

نقص توزيع سرعت ماكسولي با نظريه جنبشي
اگرچه توزيع ماكسولي سرعت براي گازها در شرايط عادي سازگاري بسيار خوبي با مشاهدات دارد. ولي در چگاليهاي بالا ، كه فرضهاي اساسي نظريه جنبشي كلاسيك صادق نيستند. اين سازگاري نيز به هم مي‌خورد. در اين شرايط بايد از توزيعهاي سرعت مبتني بر اصول مكانيك كوانتومي ، يعني توزيع فرمي - ديراك (Fermi Dirac) بوز – انيشتين (Bose Einstein) استفاده كرد. اين توزيعهاي كوانتمي در ناحيه كلاسيك ( چگالي كم ) با توزيع ماكسولي توافق نزديك دارند و در جايي كه توزيع كلاسيك با شكست مواجه مي‌شود با نتايج تجربي سازگارند. بنابراين در كاربرد توزيع ماكسولي محدوديتهايي وجود دارد. همانگونه كه در واقع براي هر نظريه‌اي چنين است. Medium (Media) Blog مركز تخصصي طراحي و اجراي قالبهاي وبسايت در ايران دانلود قالب رايگان Digtal Classic (ديجيتال) براي وبلاگ بلاگفا

نوشته شده توسط سجاد مقصودی

اکسیژن (از کلمه لاتین) به معنی :(( هر آنچه زندگی میبخشد))

نیتروژن ( از کلمه یونانی) به معنی :((محروم کننده از زندگی))

آرگن ( از کلمه یونانی) به معنی :((غیر فعال)) به دلیل خنثی بودن.

هلیم ( از کلمه یونانی) به معنی :((خورشید)) زیرا خورشید یک گوی گازی شامل گاز میباشد.

نئون (از کلمه یونانی) به معنی :((جدید))

کریپتون (از کلمه یونانی) به معنی :((پنهان)) زیرا به راحتی قابل دستیابی نیست.

نوشته شده توسط سجاد مقصودی

درباره وبلاگ

درباره نویسنده: سلام.. اميدورام كه اين مجموعه جمع آوري شده كمك شاياني در بالا بردن سطح اطلاعات شما كاربران عزيز بكنه..من سجاد مقصودي هستم .. فارغ التحصيل در مقطع كارشناسي ارشد رشته مكانيك گرايش طراحي جامدات .. و هم اكنون دانشجوي دكتري مكانيك در گرايش تبديل انرژي هستم..

مقالات ارائه شده:
مديريت زمان
مديريت جلسات
موتورهاي DC
ترجمه كتاب Power Generation Handbook - Selection, Applications, Operation, and
Maintenance
شماره تماس : 09124497467

نوشته هاي پيشين

فلسفه ي مكانيك كوانتومي(بخش دوم) فلسفه ي مكانيك كوانتومي(بخش اول) كنترل استرس در محيط كار و منزل محاسبه انتقال گرما در سطوح نانومقياس اصول پايه طراحي خودرو ده آزمايش برتر جهان ( زيباترين آزمايش هاي فيزيك در تاريخ ) فيزيك شتابدهنده دیفرانسیل سیستم های تعلیق خودرو چگونه کار می کنند؟ توربين گازي

پيوندهاي وبلاگ

خبري اطلاعات دايرةالمعارف وبلاگ شيمي سايت دانشنامه رشد دانلود نرم افزار يک سايت جالب فيزيک دانستنيهاي علمي مجله فيزيک آمريکا انجمن فيزيک استادان امريکا مقالات علمي فيزيک دنياي رسانه هاي ديجيتال كارگاه طراحي قالب خروجي فيد RSS وبلاگ چه سايتهايي به اين وبلاگ لينک
داده اند ... ؟

آرشيو مطالب

هفته سوم آبان 1388 هفته اوّل آبان 1388 هفته اوّل مهر 1388 هفته سوم شهریور 1388 هفته دوم شهریور 1388 هفته اوّل شهریور 1388 هفته چهارم مرداد 1388 هفته دوم مرداد 1388 هفته اوّل مرداد 1388 هفته چهارم تیر 1388 هفته دوم تیر 1388 هفته دوم خرداد 1388 هفته سوم اردیبهشت 1388 هفته دوم اردیبهشت 1388 هفته چهارم فروردین 1388 هفته سوم فروردین 1388 هفته دوم فروردین 1388 هفته سوم اسفند 1387 هفته دوم اسفند 1387 هفته اوّل اسفند 1387 هفته چهارم بهمن 1387 هفته دوم بهمن 1387 هفته چهارم دی 1387 هفته سوم دی 1387 هفته چهارم آذر 1387 هفته دوم آذر 1387 هفته اوّل آذر 1387 هفته دوم آبان 1387 هفته اوّل آبان 1387 هفته سوم مهر 1387 هفته اوّل مهر 1387 هفته دوم شهریور 1387 هفته چهارم مرداد 1387 هفته دوم مرداد 1387 هفته چهارم تیر 1387 هفته سوم تیر 1387 هفته دوم تیر 1387 هفته اوّل تیر 1387 هفته چهارم خرداد 1387 هفته سوم خرداد 1387 هفته دوم خرداد 1387 هفته اوّل خرداد 1387 هفته چهارم اردیبهشت 1387 هفته سوم اردیبهشت 1387 هفته دوم اردیبهشت 1387 هفته چهارم فروردین 1387 هفته اوّل فروردین 1387 آرشيو کامل وبلاگ

آرشيو موضوعي

فيزيك شتابدهنده Interactive Thermodynamic Cycles ده آزمايش برتر جهان ( زيباترين آزمايش هاي فيزيك در اصول پايه طراحي خودرو محاسبه انتقال گرما در سطوح نانومقياس كنترل استرس در محيط كار و منزل فلسفه ي مكانيك كوانتومي(بخش اول) فلسفه ي مكانيك كوانتومي(بخش دوم) منحنی هم دمای جذب سطحی لانگیمور شیمی سطح(جذب سطحی) خواص کولیگاتیو محلول های ایده آل و غیر ایده آل تبالدلات فازی در سیستم های یک جزئی-دوجزئی وسه جزئی نکاتی در باره گازهای حقیقی قوانین حاکم بر گازهای ایده آل و حقیقی روش شناسی طراحی تحلیلی بور و هایزنبرگ از بمب چه گفتند؟ خلا صفر و جرم ذرات سایه صوت انقلاب بزرگ کوپرنیکی سرعت فرار طرز کار راکت های فضایی قوانین ترمودینامیک نظریه جنبشی گازها سرچشمه نام گازها نکات جالبی در مورد گازها زغال سنگ های غیر آلاینده راهکارکاهش گازهای گلخانه فیزیک کوانتوم در هفت گام چند محاسبه نسبیتی(قسمت سوم) انفجار هسته ای نگاهی به جدیدترین طرح تولید انرژی در قرن 21 سرعتی بالاتر از سرعت نور گرانش کوانتومی چگاله های گرما سفر در زمان از بعد پنجم تله پورت چیست؟ انتقال انسان و اشیا به صورت نور استیون هاوکینگ کیست؟ زندگی نامه انیشتین رهام گاز در نمايشگاه بين المللي نفت وگازو پتروشيمي احتمال از هم پاشیدن منظومه شمسی تولد تا مرگ ستارگان صحبت کردن نقاط کوانتومی با یکدیگر MOMENTS IN LIFE فوتون بررسي كلي سه قانون مشهور فشار گازها مایع شدن گازها نظریه نواری ماده تاریک نامرئی در زمین چگونه نسبيت و كوانتوم سازگار مي شوند؟ چند محاسبه نسبیتی (قسمت دوم) چند محاسبه نسبیتی (قسمت اول) گریز از فاجعه انهدام متافيزيك و پوزيتيويسم منطقي پیوندهای شیمیایی و انواع آن شمشير 2 لبه نانوذرات انرژي نقطه صفر و معادله ديراك تئوري ساخت ليزر گازي co2 (قسمت اول) تئوري ساخت ليزر گازي co2 (قسمت دوم) از سنگ اورانيوم تا بمب اتم دانـشـمـندان ايـرانـي دوران بـاسـتـان نظریه شعور (بخش سوم) نظریه شعور(بخش دوم) نظریه شعور (بخش اول) انواع مکانیک در فیزیک شبيه سازي مكانيك حركت ماهواره ي دو چرخشي دوكي اصل هاي مكملي اساس موتورهاي القايي AC هفت شگفتي عظيم در جهان فيزيك آشنايي با استپ موتور آيا ذرات بنيادي، " نوترينوها " جرم دارند؟ منظومه شمسي كروي نيست تخم مرغي شكل است چرا بلورهاي برف شش پر و متقارن و سفيد هستند؟ آشنایی با انواع تلسکوپ آموزش مکانیک رباط 1 اندیشه های نیچه نيروگاه هسته اي نيروگاه سيكل تركيبي سونامي چگونه به وجود مي‌آيد؟ مهندسي هوافضا (Aerospace Engineering) چيست؟ چند واقعيت جالب در مورد سياره زمين پمپ هيدروليكي امواج صوتی ERP (برنامه ریزی منابع سازمانی) چیست ؟ تفکر سیستمی و سیستم های متفکر مهندسی معکوس 7 عادت مردمان موثر تولید ناب دانش نوآوری 160 نکته در مدیریت : توصیه‌هایی برای مدیران و ... Building a Map of Dark Energy Heat recovery steam generator پلاسما الکترو گراویتی دیوار صوتی اثر پروانه ای Reciprocating Compressor Bearings فلزات و تغییر شکلشان Rocket اشیاء فضائی آشنايي با روش هاي تفكيك و تخليص تركيبات آلي معرفی گروه های عاملی و روش شناسایی در آزمایشگاه علل خرابي ياتاقان ترانسفور ماتورهاي برق استخراج معادلات حركت ژيروسكوپ قدرت انتقاد سازنده توربين هاي گازي سيستم تعليق خودرو چگونه كار ميكند دیفرانسیل Technorati Blog Tools

نويسندگان وبلاگ

بخش ويژه

Free counter

علم و تكنولوژي (technology weblog)

قوانين ترموديناميك

قانون صفرم ترموديناميك

قانون صفرم ترموديناميك بيان مي‌كند كه اگر دو سيستم با سيستم سومي در حال تعادل گرمايي باشند، با يكديگر در حال تعادلند.

قانون اول ترموديناميك

نمادگذاري

شميي و فيزيك

قانون دوم ترموديناميك

بيان كلازيوس

ارتباط اين دو بيان

قانون سوم ترموديناميك

pictofxt

Digital Classic Template

rohamgas

سجاد مقصودی

http://rohamgas.blogfa.com

علم و تكنولوژي (technology weblog)

علم و تكنولوژي (technology weblog)

قوانين ترموديناميكقانون صفرم ترموديناميك

قانون صفرم ترموديناميك بيان مي‌كند كه اگر دو سيستم با سيستم سومي در حال تعادل گرمايي باشند، با يكديگر در حال تعادلند.

قانون اول ترموديناميك

نمادگذاري

شميي و فيزيك

قانون دوم ترموديناميك

بيان كلازيوس

ارتباط اين دو بيان

قانون سوم ترموديناميك

قانون سوم ترموديناميك مي‌گويد هنگامي كه انرژي يك سيستم به حداقل مقدار خود ميل مي‌كند، انتروپي سيستم به مقدار قابل چشم‌پوشي مي‌رسد. يا بطور نمادين: هنگامي كه،

pictofxt

Digital Classic Template

rohamgas

سجاد مقصودی

http://rohamgas.blogfa.com

علم و تكنولوژي (technology weblog)

قوانين ترموديناميك

قانون صفرم ترموديناميك