معلق کردن توپ درهوا

یک توپ را در جریانی از هوا معلق کنید.

معلق ماندن یک توپ به طور ثابت در جریان نامرئی هوا صحنه ی جالبی است. در این حالت وقتی تلاش می کنید توپ را با دست هل دهید، احساس می کنید که توپ نیرویی در خلاف جهت به دست شما وارد می کند . همچنین می توانید متوجه انحراف جریان هوا توسط توپ شوید . این آزمایش نیرویی که موجب بلند شدن هواپیما از سطح زمین می شود را نشان می دهد.

وسایل مورد نیاز

• سشوار ( یا جارو برقی )
• کاغذ نازک (زرورق)
• یک توپ تنیس رومیزی یا یک بالون کروی کوچک یا یک توپ پلاستیکی کوچک

شرح آزمایش

سشوار را روشن کرده و همانند شکل ، رو به بالا نگه دارید. با دقت توپ را در جریان هوای سشوار به حال تعادل درآورید. به آرامی آن را از جریان هوا بیرون بکشید . توجه کنید وقتی فقط نیمی از توپ بیرون از جریان هواست، احساس می کنید به طرف جریان هوا کشیده می شود. توپ را رها کنید . خواهید دید که توپ به جلو و عقب نوسان می کند و سپس جایی نزدیک مرکز جریان هوا متوقف می شود.
با یک دست توپ را اندکی از جریان هوا بیرون بکشید . با دست دیگر، یک تکه کاغذ نازک را در بالای توپ نگه داشته و در مورد جریان هوا در آن نقطه تحقیق کنید . توجه کنید که توپ جریان هوا را به طرف خارج منحرف می کند . اگر به جای سشوار از جاروبرقی و به جای توپ پینگ پنگ از توپ پلاستیکی استفاده می کنید ، در عمل می توانید جریان منحرف شده که به دستتان برخورد می کند را احساس کنید.
جریان هوا را کمی کج کنید و توجه کنید که توپ همچنان معلق می ماند.
توپ را در جریان هوا متعادل کرده وسشوار و توپ را به طرف یک دیوار ببرید (کنج اتاق بهتر است) . افزایش ارتفاع توپ را ملاحظه کنید .

چه اتفاقی در حال وقوع است؟

وقتی توپ در جریان هوا معلق است، هوای بالارونده به زیر توپ برخورد کرده و یک ناحیه ی پر فشار در آن جا بوجود می آورد . ناحیه ی پر فشار زیر توپ از افتادن آن بر اثر کشش جاذبه ی زمین جلوگیری می کند.
وقتی توپ را اندکی از جریان هوا خارج می کنید، هوا در اطراف قوس توپ که به مرکز جریان هوا نزدیک است، جریان پیدا کرده، و به سمت بالا می رود. جریان هوای روبه بالا نیرویی به سمت داخل به توپ وارد می کند (درست مثل نیرویی که جریان هوای رو به پایین زیر یک هلیکوپتر به پره های آن وارد می کند). این توضیح براساس قانون عمل و عکس العمل نیوتون می باشد.
طریقه ی دیگر توجیه این رویداد آن است که وقتی هوا قوسی را پیرامون توپ طی می کند، باعث می شود فشار هوا کم شده و فشار هوای جو ساکن در طرف دیگر توپ، آن را به طرف جریان هوا هل دهد.

انرژی جنبشی

انرژی به صورتهای مختلف انرژی از قبیل مکانیکی ، پتانسیل ، گرمایی ،... می‌تواند وجود داشته باشد. انرژی جنبشی یکی از صورتهای مختلف انرژی است و به صورت نصف حاصل ضرب جرم در مجذور سرعت جسم تعریف می‌شود. به بیان دیگر اگر جرم جسم را با m و سرعت آن را با v نشان دهیم، در این صورت انرژی جنبشی که با K نمایش داده می‌شود، به صورت زیر است:

K = 1/2mv²

مقدمه

در بررسی حرکت اجسام معمولا دو نوع انرژی بیشتر مورد توجه قرار می‌گیرد. انرژی پتانسیل که ناشی از مکان قرار گیری جسم نسبت به سطحی که به عنوان سطح با پتانسیل صفر فرض می‌شود و انرژی جنبشی که هر جسم به دلیل حرکت دارای این نوع انرژی است. یعنی اگر جسمی ثابت باشد، انرژی جنبشی آن صفر خواهد بود. مخصوصا در مواردی که نیروهای موجود در مسئله از نوع پایستار باشند در این صورت انرژی مکانیکی بقا دارد و لذا اگر انرژی جنبشی جسم افزایش پیدا کند، انرژی پتانسیل کاهش می‌یابد و برعکس کاهش انرژی جنبشی با افزایش انرژی پتانسیل همراه است.

قضیه کار و انرژی

معمولا بیشترین کاربرد انرژی جنبشی در بحث حرکت در قضیه کار و انرژی ظاهر می‌شود. لازم به یادآوری است که هرگاه در اثر اعمال نیرویی ، یک جسم از محل اولیه خود جابجا شود، در این صورت می‌گویند که نیرو بر روی جسم کار انجام می‌دهد. بنابراین قضیه کار و انرژی بیان می‌کند که هرگاه بر روی جسمی کار انجام شود، انرژی جنبشی آن تغییر می‌کند. به عبارت دیگر تغییرات انرژی جنبشی با انجام کار انجام شده بر روی جسم برابر است.

قضیه کار و انرژی قانون جدید و مستقلی از مکانیک کلاسیک نیست. این قضیه برای حل مسائلی مفید است که در آنها کار انجام شده توسط نیروی برایند به راحتی قابل محاسبه است و ما می‌خواهیم سرعت ذره را در مکانهای خاصی پیدا کنیم. آنچه بیشتر اهمیت دارد این واقعیت است که قضیه کار و انرژی نقطه آغازی برای یک تعمیم جامع در علم فیزیک است. چون در بسیاری از موارد بهتر است کار انجام شده توسط هر نیرو را جداگانه محاسبه کرده و نام خاصی برای کار انجام شده توسط هر نیرو قائل شویم. لذا آنچه قبلا در مورد معتبر بودن این قضیه در مواردی که به صورت کار انجام شده توسط نیروی برایند تعبیر می‌کنیم، مشکلی ایجاد نمی‌کند.

یکای انرژی جنبشی

انرژی جنبشی یک جسم در حال حرکت با کاری که می‌تواند انجام دهد تا به حال سکون برسد، متناسب است. این نتیجه اعم از این که نیروهای اعمال شده ثابت یا متغیر باشند، صادق است. بنابراین یکای انرژی جنبشی و کار یکسان خواهند بود و انرژی جنبشی مانند کار یک کمیت اسکالر است. انرژی جنبشی گروهی از ذرات صرفا از انرژی جمع اسکالر انرژیهای جنبشی تک تک ذرات آن گروه بدست می‌آید.

انرژی جنبشی جسم صلب

معمولا در مورد حرکت جسم صلب به عنوان سیستمی از ذرات ، دو نوع انرژی جنبشی می‌توانیم تعریف کنیم. این دو نوع انرژی که بواسطه نوع حرکت به دو صورت متفاوت می‌تواند وجود داشته باشد.

انرژی جنبشی انتقالی

گفتیم که انرژی کمیتی اسکالر است. بنابراین در مورد یک سیستم متشکل از چند ذره ، انرژی جنبشی کل برابر با مجموع انرژی جنبشی تک تک ذرات خواهد بود. اما در مورد یک جسم صلب که تعداد ذرات خیلی زیاد است، نقطه‌ای به عنوان مرکز جرم تعریف می‌شود که نماینده کل جسم صلب است. بنابراین انرژی جنبشی انتقالی نیز به صورت نصف حاصلضرب جرم جسم صلب در مجذور سرعت مرکز جرم تعریف می‌شود.

انرژی جنبشی دورانی

جسم صلبی را در نظر بگیرید که با سرعت زاویه‌ای ω حول محوری که نسبت به یک چارچوب لخت خاص ثابت است، می‌چرخد. هر ذره این جسم در حال دوران مقدار معینی انرژی جنبشی دارد. چون تعداد این ذرات در جسم صلب زیاد است، لذا کمیتی به نام لختی دورانی تعریف می‌شود. لختی دورانی به صورت مجموع جملاتی تعریف می‌شود که هر جمله با حاصل ضرب جرم یک ذره از جسم صلب در مجذور فاصله عمودی ذره از محور دوران برابر است. بنابراین انرژ ی جنبشی دورانی جسم صلب که بخاطر دوران حاصل می‌شود، برابر است با نصف حاصل ضرب لختی دورانی جسم صلب در مجذور سرعت زاویه‌ای.

این رابطه شبیه انرژی جنبشی انتقالی جسم است. یعنی سرعت زاویه‌ای مانسته سرعت خطی است و لختی دورانی مانسته جرم لختی یا جرم انتقالی است. هر چند جرم یک جسم به محل آن بستگی ندارد، ولی لختی دورانی به محوری که جسم حول آن می‌چرخد، بستگی دارد. در واقع می‌توان گفت که انرژی جنبشی دورانی همان انرژی جنبشی انتقالی معمولی تمام اجزای جسم است و نوع جدیدی از انرژی نیست. انرژی جنبشی دورانی در واقع راه مناسبی برای بیان انرژی جنبشی هر جسم صلب در حال دوران است. انرژی جنبشی دورانی جسمی که با سرعت زاویه‌ای معین می‌چرخد، نه تنها به جرم جسم بستگی دارد، بلکه به چگونگی توزیع جرم آن نسبت به محور دوران نیز وابسته است

انرژی پتانسیل

انرژی به شکلهای مختلف پدیدار می‌شود. یکی از آنها انرژی پتانسیل یا انرژی ذخیره‌ای است. این شکل انرژی چه شباهتها یا چه تفاوتهایی با صورتهای دیگر انرژی دارد؟ چگونه می‌توانیم از آن بهره گیری کنیم؟ انرژی شیمیایی به انرژی هسته‌ای ، انرژیِ گرانشی ، انرژیِ الکتریسته ساکن و انرژی مغناطیسی ، نمونه‌هایی از انرژی پتانسیل هستند. انرژی پتانسیل می‌تواند برای ما اهمیت زیادی داشته باشد.

برای مثال ، هنگامی که تلویزیون روشن می‌کنیم و مأموریت رفت و برگشت سفینه‌ای فضایی را به تماشا می‌نشینیم، در واقع از انرژی الکتریکی استفاده می‌کنیم که از انرژی پتانسیل (مثلا انرژی پتانسیل گرانشی آب ذخیره شده در پشت سد) حاصل می‌شود. یا تبدیل انرژی پتانسیل شیمیایی موجود در سوخت موشکها به انرژی جنبشی است، که سفینه از سکوی پرتاب به فضا پرتاب می‌شود. باتریهای مورد استفاده از فلاش دوربینها یا در رادیوهای کوچک ، بنزین مصرفی برای راندن اتومبیلی و بالاخره ، غذایی که می‌خوریم همه و همه محتوی انرژی پتانسیل هستند.

سیر تحولی و رشد

با توجه به نقش مهم انرژی پتانسیل در عرصه‌های دانش به فناوری زندگی روزانه ، ممکن است چنین تصور شود که از زمان تشخیص شناسایی این انرژیِِ مدتی طولانی گذشته است، اما اینطور نیست. مفهوم نیرو را که بستگی نزدیکی با انرژی پتانسیل دارد. اولین بار آیزااک نیوتن در قرن هفدهم مطرح کرد. ولی مفهوم انرژی یا پایستگی انرژی تا قرن نوزدهم مطرح نشد. مدتها قبل از آن ، در اواخر قرن هفدهم ، هویگنس در بحث حرکت ، به انرژی پتانسیل اشاره کرده بود؟ اما اصطلاح انرژی پتانسیل را بکار نبرده بود و اهمیت آن را نیز در نیافته بود. در اوایل قرن هیجدهم ژاک برنولی کار مجازی را که مشابه انرژی پتانسیل است توصیف کرده ، ولی به اهمیت آن پی نبرد.

در اواخر قرن هیجدهم و اوایل قرن نوزدهم ، ژوزف لاگرانژ ، لاپلاس ، پواسون و جورج گرین مفهوم پتانسیل الکتریکی را (که به انرژی پتانسیل الکتریکی بسیار نزدیک است). در فرمول بندی ریاضی اثرات الکتریکی بکار بردند، اما آن هم به اهمیت انرژیِ پتانسیل پی نبرد. تمرکز این دانشمندان روی مباحث مکانیک و گرما بود. بحثهای بعدی تمام حوزه‌های علوم فیزیکی را در برگرفت. پس از این کارها بود که با تلاش بسیاری از مهندسان و دانشمندان توجه به اهمیت انرژی پتانسیل بیشتر و بیشتر شد.

انرژی پتانسیل در کجا و چگونه ذخیره می‌شود؟

انرژی پتانسیل ، نوعی انرژی ذخیره شده است. انرژی پتانسیل ، اثری سیستمی است و برای جسمی کاملا منزوی وجود ندارد. جسم به اعتبار خود کمیت مکانی‌اش نسبت به سایر اجسامی که بر آن نیرو وارد می‌کنند و یا به دلیل موقعیت مکانی‌اش در میدانی که بر آن نیرو وارد می‌کنند، دارای انرژی پتانسیل است. هیچ جسم منفردی انرژی پتانسیل ندارد. همه اجسامی که برهمکنش متقابل دارند، بطور جمعی انرژی ذخیره می‌کنند.

توپی که روی میز است انرژی پتانسیل گرانشی دارد و این به گونه‌ای است توپ و زمین هر دو در ذخیره سازی این انرژی سهیم‌اند. این انرژی از آنجا ناشی می‌شود که زمین و توپ بر یکدیگر نیرو وارد می‌کنند. اگر توپ با زمین در مکان خود نبودند انرژی پتانسیل گرانشی نمی‌توانست وجود داشته باشد. در دور و میدان نیز انرژی پتانسیل از فضایی که میدان وجود دارد ذخیره می‌شود.

ویژگیهای انرژی پتانسیل

• در واقع ، این تغییرات انرژی پتانسیل است که در خور اهمیت است نه مقدار آن قبل یا بعد تغییر. اگر چه مکانی که در آن انرژی پتانسیل صفر می‌تواند انتخاب مفیدی باشد به مانند سطح دریا به عنوان مبنای صفر انرژی پتانسیل گرانشی زمین و یا سطح داخلی خازن استوانه‌ای به عنوان مبنای صفر انرژی الکتریکی ذخیره شده در آن ، اما این انتخابها هیچ یک الزامی نیست. زیرا آنها اختلاف انرژی پتانسیل بین مکانهای مختلف است که اهمیت دارد. اندازه اختلاف پتانسیل هرگز هیچ ربطی به چگونگی پیدا شدن آن ندارد. یعنی این تغییر مستقل از مسیر است. این یکی از ویژگیهای اساسی انرژی پتانسیل است.
  
  
• تغییرات انرژی پتانسیل ممکن است به پیدایش انرژی جنبشی ، انرژی الکتریکی ، یا انرژی گرمایی منجر شود. فناوری نوین بر همین پایه استوار است، دستیابی به چنین تغییری به پایداری انرژی ذخیره شده بستگی دارد. برای انرژی پتانسیل سه نوع منحنی می‌توان در نظر گرفت: اگر چه این سخنها معرف همه حالتها نیستند، اما نشان می‌دهند که چگونه انرژی پتانسیل ممکن است با مکان تغییر کند.
  
  
• می‌توان جسم کوچکی مثل گلوله‌ای مرمرین را روی یک کاسه وارونه (در حالت ناپایدار) ، درون کاسه (در حالت پایدار) یا در فرورفتگی کاسه وارونه‌ای که لبه دارد (در حالت شبه پایدار) در نظر گرفت. آنگاه کاسه نقش منحنی انرژی پتانسیل هسته‌ای را خواهد دانست.
  
  
• در حالت پایدار تغییر نامحتمل است.
  
  
• در حالت شبه پایدار غلبه بر سد پتانسیل (یعنی بالا رفتن از لبه) مستلزم انرژی اضافی است، مثلا این انرژی اضافی می‌تواند از جرقه‌ای که بخار بنزین را در سیلندرهای موتور خودرو مشتعل می‌کند ناشی می‌شود. در برخی موارد نادر هیچ انرژی اضافی لازم نیست. مثل وقتی که ذره‌ای در هسته اتم سد پتانسیل را طی فرآیندی به نام تونل زنی سوراخ می‌کند.

کاربرد حالتهای انرژی پتانسیل در صنعت

در فناوری نوین تعادل شبه پایدار ترجیح داده می‌شود. زیرا انرژی پتانسیل می‌تواند تا زمانی که ما بخواهیم در حالت تعلیق باقی بماند. که نمونه آن در روشن کردن رادیوی ترانزیستوری و تبدیل انرژی شیمیایی باتری به انرژی الکتریکی می‌توان نشان داد.

تغییر انرژی پتانسیل

هر تغییر انرژی پتانسیلی به پیدایش نیرویی می‌انجامد. نیروی گرانشی ای که در حالت تعادل ناپایدار موجب می شود که گلوله روی سطح خارجی کاسه به پایین بلغزد. اندازه ی نیرو را از شیب سختی می‌سنجیم. هر چه این شیب تندتر باشد قویتر است. البته همه نیرو ، از تغییر انرژی پتانسیل ناشی نمی‌شوند. نیروهایی که این گونه‌اند. نظیر نیروی گرانشی و نیروی کولنی نیروی تابعی پایستاری ، داریم:

F = - du/dx و u = -∫F dx

که در آن F نیرو ، u انرژی پتانسیل و x مکان است.

• نیروهایی که از تغییر انرژی پتانسیل ناشی نمی‌شوند، نظیر نیروی اصطکاک ، نیروهای ناپایستارند. برای چنین نیروهایی ، انرژی پتانسیل قابل تبیین نیست

روشن کردن لامپ با سیب زمینی

روشن کردن لامپ با سیب زمینی! چیزی جالبتر از این نیست، اگر باور ندارید امتحان کنید.

وسایل لازم

• یک لامپ کوچک 2،5 ولتی
  
  
• یک پایه لامپ
  
  
• 13 قطعه سیم مسی هر کدام به طول تقریبی 25 سانتیمتر (بدون روپوش)
  
  
• 12 نوار باریک مسی به ابعاد 5x1 سانتیمتر و به ضخامت دلخواه
  
  
• 12 نوار باریک روی به ابعاد 5x1 سانتیمتر و به ضخامت دلخواه
  
  
• 12 عدد سیب زمینی
  
  مس را از سازندگان وسایل مسی می‌توانید تهیه کنید و روی را هم از پوسته پیلهای مصرف شده می‌توانید ببرید.

روش آزمایش

برای انجام آزمایش ، یک نوار مسی و یک نوار رویی را در هر کدام از سیب زمینی‌ها در حدود 1،5 سانتیمتر فرو ببرید. فاصله این دو نوار از هم را در حدود یک سانتیمتر تنظیم کنید. بدین ترتیب هر کدام از سیب زمینی‌ها ، یک پیل ضعیف به شمار می‌آید.

اکنون به وسیله سیمهای رابط مسی ، سیب زمینی‌ها را طوری به همدیگر مربوط سازید که یک نوار مسی از یک سیب زمینی به نوار رویی سیب زمینی دیگر وصل شود. جهت اطمینان کامل از اتصال سیم به صفحه‌های فلزی پس از چند دور پیچیدن ، روی آن نوار چسب بزنید. پس از اتصال سیب زمینی‌ها به یکدیگر ، آنها را به فاصله کمی از هم ، روی میز طوری بچینید که تقریبا تشکیل دایره بدهند. در پایان ، دو انتهای آزاد این پیلها را به دو پیچ پایه لامپ وصل کنید. لامپ روشن خواهد شد.
اگر به جای سیب زمینی از پرتقال ، نارنج و بویژه لیموترش استفاده کنید، نتیجه بهتری خواهید گرفت.

پیل سیب زمینی ، تقلیدی از پیل ولتاست که به سال 1800 میلادی توسط الکساندر ولتا دانشمند ایتالیایی ساخته شده است

نوشته نامرئی

آیا می‌خواهید روی یک کاغذ سفید با مرکب نامرئی مطلبی بنویسید، که هیچکس نتواند آن را بخواند. مگر اینکه از راز آن باخبر باشد و بتواند آن را قابل دیدن کند؟ این کار خیلی ساده است، مخصوصا که بی‌شک مواد اولیه آن را شما در خانه دارید.

نوشتن نامه نامرئی

یک صفحه کاغذ سفید ، یک قلم مشق معمولی ، مقداری سرکه یا آبلیمو فراهم کنید و به دقت مطلب دلخواه را روی کاغذ بنویسید. کاغذ را با آبلیمو یا سرکه تر کنید. ابتدا نوشته مورد نظر تا حدی خوانده می‌شود. ولی بتدریج که خشک می‌شود، محو می‌گردد و هر کس که به کاغذ مزبور نگاه کند، آن را سفید و مصرف نشده می‌پندارد. ولی این نوشته اگر به هیچ وسیله‌ای قابل خواندن نباشد، چیزی بی‌ارزش خواهد بود.

پس به چگونگی قابل روئیت کردن آن توجه کنید. کافی است که این کاغذ را روی شعله بگیرید، تا نوشته پدیدار گردد. در این مورد بهترین وسیله استفاده از یک شمع است. شمع را روشن کنید و کاغذ را به فاصله مناسب روی آن بگیرید و به هر طرف حرکت کنید تا گرم شود، بی‌آنکه شعله‌ور گردد. ملاحظه خواهید کرد که به تدریج نوشته مزبور قابل خواندن می‌شود.

علت ظاهر شدن کلمات بعد از حرارت دادن

آن قسمت از کاغذ که به سرکه یا آبلیمو آغشته شده است، در اثر حرارت بیشتر از جاهایی دیگر کربنیزه می‌شود و نوشته‌ها به رنگ قهوه‌ای مایل به سیاه در می‌آیند. در حالی که سایر قسمتهای کاغذ سفیدی خود را حفظ می‌کند. همین!

بنابراین وقتی از یک دوست نامه سفیدی به دست شما برسد، تعجب نکنید و آن را دور نیندازید، زیرا ممکن است یک پیام با مرکب نامرئی در آن نوشته شده باشد، پس آن را گرم کنید تا برای شما قابل روئیت باشد

کوتاه وخواندنی از فیزیک

چرا برگ درختان نمی‌سوند؟

اگر شما تکه تکه‌ای فلز یا شیشه را در برابر نور خورشید قرار دهید، در مدت کوتاهی گرم می‌شود، اما اگر به برگ درختان دست بزنید، حتی با اینکه تمام روز خورشید به آنها تابید. گرم نشده‌اند. علت خنک ماندن برگها این این است که آنها روزنه‌های بسیار کوچکی دارند که همانند روزنه‌های پوست ما عمل می‌کنند. به این معنی که قطرات ریز آب از روزنه‌های موجود در سطح برگ بیرون می‌آیند و بخار می‌شوند، به این عمل در اصطلاح تعریق گفته می‌شود که باعث می‌شود دمای برگها ثابت بماند. به همین علت هر زمان آنها را لمس کنید خنک و تازه هستند.

چرا پرندگان روی یکی پا می‌خوابند؟

حتما پرندگان را در حال خواب دیده‌اید که سرشان را زیر بال خود فرو می‌برند و روی یکی پا می‌خوابند؟ علت این کار آنها این است که پرندگان گرما را بسیار دوست دارند و از آنجا که پاهای آنها پر ندارد، مقدار زیادی از گرمای بدنشان بویژه هنگامی که در آب سرد یا روی یخ می‌ایستند از طریق پاهایشان هدر می‌رود. چون این مخلوقات می‌توانند روی یکی پا بایستند و تعادل خود را حفظ کنند، بنابراین روی یکی پای خود ایستاده و پای دیگر را زیر بدن خود و در میان پرها قرار می‌دهند و از این طریق مانع به هدر رفتن گرمای بدنشان می‌شوند.

چرا عربها با وجود گرمای هوا لباس زیاد می‌پوشند؟

حتما شما هم عادت دارید که در زمستان لباس زیاد بپوشید و در تابستان برای مقابله با گرمای هوا لباس کم و با رنگ روشن را ترجیح می‌دهید ولی ساکنین کشورهای عربی در تابستان هم لباس زیادی می‌پوشند. علت چیست؟

کشورهای عرب اغلب در مناطق گرم کره زمین واقع شده‌اند که تابستانهایی طولانی و بسیار داغ دارد. آنجا کاهش تعداد لباس در برابر آفتاب سوزان بی‌تاثیر است. بنابراین عربها لباس زیادی می‌پوشند تا در برابر اشعه‌های سوزناک خورشید بدن خود را عایق بندی کنند. یعنی لباس زیاد بدن آنها را گرم نمی‌کند بلکه آن را در برابر تابش داغ آفتاب محافظت می‌کند.

چرا زنبورها وزوز می‌کنند؟

بال زنبورها به هنگام پرواز بیش از 200 بار در ثانیه به هم می‌خورد. علت وزوز آنها هم همین حرکت سریع بالهایشان است. خیلی‌ها گمان می‌کنند زنبورها با وزوز کردن با هم حرف می‌زنند اما زنبورها قادر به شنیدن نیستند. در واقع آنها اصلا گوش ندارند. آنها با احساس لرزش شاخک‌ها یا پاها با هم ارتباط برقرار می‌کنند. نحوه برقراری ارتباط زنبورها هنگامی که مشغول "رقص دم جنبان" هستند به خوبی آشکار می‌شود. "رقص دم جنبان" اجرای حرکات موزوئی است که در آن زنبور ضمن جنباندن دم خود ، بالهایش را نیز بسیار سریع به هم می‌زند و صدای وزوز مشخص ایجاد می‌کند.

درخشندگی کرم شب تاب از چیست؟

نور کرم شب تاب کاملا شبیه نورهای دیگر است، ولی اصلا گرما ندارد به این گونه نورافشانی ، «نورافشانی سرد» گفته می‌شود این نور بر اثر ماده‌ای به نام «لوسی فرین» ایجاد می‌شود که در بدن کرم شب تاب وجود دارد وقتی این ماده با اکسیژن ترکیب می‌شود، می‌درخشد.

عمر جهان چقدر هست؟

جهان حدود 13.7 میلیارد سال پیش متولد شده است. فقط حدود 4 درصد عالم از ماده ، به شکلی که ما می‌شناسیم تشکیل شده است ، یعنی ماده معمولی که ما می‌شناسیم و در آزمایشگاه وجود دارد، فقط 4 درصد کل عالم را می‌سازد. 23 درصد عالم را ماده تاریک سرد تشکیل داده که دانشمندان اطلاعات خیلی کمی درباره‌اش دارند و 73درصد باقی مانده را انرژی تاریک عجیب تشکیل می‌دهد که تقریبا تنها چیزی که در موردش می‌دانیم، این است که وجود دارد! هندسه کیهان تخت است و مشاهدات WMAP مدل تورمی را تایید می‌کند که می‌گوید:

جهان با مهبانگ شروع شد و در زمان کوتاهی خیلی سریع منبسط شد و سپس آهنگ انبساطش کند شد تا به مقدار کنونیش رسید. این انبساط ادامه خواهد داشت و جهان تا ابد منبسط خواهد شد. نتایج اخیر امکان توقف انبساط یا باز رمیدن جهان در خودش را رد می‌کند. طبق محاسبات نخستین ستاره‌ها 200 میلیون سال پس از تولید کیهان متولد شدند. به خاطر زمانی که طول کشیده تا این تابش به ما برسد این داده‌های جدید جهان را درست آن طور که بلافاصله پس از مهبانگ بوده ، نشان می‌دهد. این تابش دورترین چیزی است که دانشمندان تاکنون موفق به مشاهده آن شده‌اند.

لکه کور چشم کجاست؟

لکه کور چشم نقطه‌ای است روی شبکیه که محل خروج رشته‌های عصبی چشم از آن است و در این محل کوچک هیچ گونه سلول بینایی وجود ندارد (چه مخروطی و چه استوانه‌ای) لذا وقتی تصویر روی این محل بیفتد دیده نخواهد شد. سازوکار مغز طوری است که این محل خالی را با استفاده از تصویر سایر نقاط حدس میزند و ما معمولا متوجه این نقطه تاریک نمی‌شویم ولی اگر دقیقا یک تصور کوچک در این محل بیفتد ما واقعا آنرا نخواهیم دید.

حالت پنجم ماده!

آیا می‌دانستید علاوه بر جامد مایع و گاز و پلاسما حالت پنجم ماده چگالش بوز انیشتین است که به اثرات کوانتومی این دسته مواد مربوط است. در این حالت ماده فاقد چسبندگی ، کشش سطحی است و می‌خواهد خود را در حداکثر سطح بگستراند و از دیواره‌های ظرف خود بالا می‌رود. ظاهری شبیه مایع دارد و لی کاملا مثل گاز ایده‌آل عمل می‌کند و اگر آنرا به حرکت در آوریم تا ابد به حرکت خود ادامه می‌دهد. هلیوم (⁴He) در دماهای بسیار پایین نمونه‌ای از آن است. حالت ششم ماده هم اخیرا کشف شده است.

آیا جرم همان انرژی است؟

جالب است بدانید که انرژی حاصل از تبدیل یک گرم از هر ماده به انرژی برابر با انرژی پتانسیل موجود در سد آبی به ارتفاع 100 متر که در پشت آن نود میلیون متر مکعب آب جمع شده باشد.

علت جرقه زنی در سنگ چخماخ چیست؟

سنگ چخماخ با نام flint معروف می‌باشد، تیره رنگ می‌باشد و در شاخه کوارتزها قرار می‌گیرد Flint نوع کوارتز آلفا می‌باشد که تا دمای 573 درجه سانتیگراد پایداری دارد و به صورت گرهکهایی در گچ و سنگ آهک یافت می‌شود .از سنگهای حاوی سیلیس SiO₂ که عموماً منشاء رسوبی دارند می‌باشد. ‌این سنگها یک پارچه بوده که به علت نقص ساختمانی در برخورد با یکدیگر جرقه زده و ^3-O آزاد می‌نماید این سنگ با نام سنگ آتشزنه معروف می‌باشد.

حلقه های مغناطیسی

دو سیم حامل جریان موازی به هم نیرو وارد می کنند.

وقتی جریان الکتریکی وارد سیم می شود، یک میدان مغناطیسی در اطراف سیم بوجود می آید. اگر شما دو سیم حامل جریان را کنار هم قرار دهید، میدان مغناطیسی اطراف هر سیم به دیگرسیم حامل جریان، نیرو یی وارد می کند. این نیروها می توانند دو سیم حامل جریان را از هم دور یا به یکدیگر نزدیک کنند.

وسایل مورد نیاز

• یک عدد باطری 6ولتی ( یا یک منبع جریان معادل آن )
• دو عدد سیم مسی که در هر انتهایشان یک گیره ی سوسماری وجود دارد
• میله یا چوبی برای ایستاندن
• نوار چسب
• فویل آلومینیومی

شرح آزمایش

با چوب یا میله، پایه هایی مانند شکل زیر، برای سیم ها طراحی کنید.

نواری ازفویل آلومینیوم به پهنای حدود 1 سانتی متر و طول 60 سانتی مترببرید. یکی از دو سر نوار را مانند شکل به میله ایستا بچسبانید و آن را حلقه کنید و مطمئن شوید که دو سرنوار هیچ اتصالی با هم ندارند. یک سر نوار را به سیم مسی بسته و سر دیگر آن را آزاد بگذارید.

دو سر نوار آلومینیومی را به سیم مسی بسته و ببینید که بخش پایینی و بالایی حلقه یکدیگر را دفع می کنند. با نزدیک کردن دو سر نوار ( بدون تماس)، دفع آن نیز بیشتر می شود. حال نوار را طوری آویزان کنید که دو سرآن روی هم بیفتند، بطوریکه یک اتصال الکتریکی خوب برقرار کنند. یک سر سیم را به آن قسمتی که روی هم افتاده وصل کرده وسر دیگر سیم را به قسمت پائینی حلقه ( با توجه به اینکه حلقه را از هم باز نگه داشته اید )، وصل کنید.
توجه کنید که وقتی جریان برقرارمی شود دو طرف حلقه همدیگر را جذب می کنند.

چه اتفاقی در حال وقوع است؟

سیم حامل جریان، در اطراف خود یک میدان مغناظیسی تولید می کند که بصورت دایره وار دور سیم بوجود می آید. وقتی جریان از درون میدان مغناطیسی می گذرد، میدان نیروئی به آن اعمال می کند. بنابراین هر سیم حامل جریان، میدان مغناطیسی در منطقهُ سیم دیگر ایجاد کرده و در نتیجه به سیم دیگر نیرو اعمال می کند. دو سیم موازی حامل جریان یکدیگر را جذب یا دفع می کنند که این بستگی به جهت جریان درون دو سیم دارد. اگر جهت جریان های دو سیم یکی باشد دو سیم همدیگر را جذب و اگر جهت جریان های دو سیم خلاف یکدیگر باشند، دو سیم همدیگر را دفع می کنند.
نیروئی که در فویل آلومینیومی ایجاد می شود بسیار کوچک است و این به خاطر این است که جریانی که درآلومینیوم ایجاد می شود کوچک است، فقط دو آمپر. جریانهای قویتر نیروهای قوی تری ایجاد می کنند. به طور مثال ، با استفاده از سیمهای حامل جریان400 آمپر، نیروهائی بالای 10000 برابر نیروئی که ما در این آزمایش ایجاد کردیم، تولید می شود.

نیروی چسبندگی

نیروهای چسبندگی (پیوستگی) نیروهایی هستند که مولکولهای یک ماده را بسوی یکدیگر می‌کشند.

دید کلی

اگر به قطره آبی که از شیر آب می‌چکد توجه کنیم، می‌بینیم که قطره پس از جدا شدن از شیر آب در تمام طول مسیر به صورت قطره باقی می‌ماند. مولکولهای این قطره در حین سقوط از یکدیگر دور نمی‌شوند و متصل بهم باقی مانده یا اینکه حشره که روی سطح آب می‌نشیند، بدون آنکه لایه سطحی آب را پاره کند. با اینکه سطح آن کشیده می‌شود ولی همانند یک پوسته کشسان نیرویی رو به بالا بر حشره وارد می‌کند که مانع پاره شدن سطح آب می‌شود، در تمامی این موارد باید نیرویی ربایش مطرح باشد که همان نیروی چسبندگی است.

نیروی ربایشی باعث نمی‌شود که مولکولها در هم فرو روند، زیرا وقتی که مولکولها بهم بسیار نزدیک می‌شوند یک نیروی رانشی قوی بین آنها ایجاد می‌شود که از نزدیک شدن بیشتر آنها جلوگیری می‌کند. نیروی رانشی بین مولکولها عاملی هست که مایعات را تقریبا تراکم ناپذیر می‌کند. نیروی بین مولکولی رانشی است و در فاصله‌های بیشتر این نیروها ربایشی است. نیروهای بین مولکولی دارای برد کوتاه هستند، یعنی وقتی فاصله مولکولها چند برابر فاصله بین مولکولی می‌شود. نیروهای بین مولکولی بسیار کوچک و عملا صفر می‌شوند.

کشش سطحی

نیروی چسبندگی بین مولکولها که سبب می‌شود سطح مایع بصورت پیوسته کشیده شود، رفتار کند کشش سطحی نامیده می‌شود.

نیروی چسبندگی سطحی

نیروهایی هستند که مولکولهای یک ماده را بسوی مولکولهای یک ماده دیگر می‌کشند. این نیروها باعث می‌شوند که مایع به سطح ظرف چسبیده و آنرا تر کند. برای مثال اگر کمی آب روی سطح شیشه بریزیم آب سطح شیشه را تر می‌کند، علت آن است که مولکولهای آب در مجاور شیشه با نیروی چسبندگی سطحی از طرف شیشه و از سوی دیگر با نیروی چسبندگی از طرف سایر مولکولهای آب کشیده می‌شوند. چون نیروهای چسبندگی سطحی بین مولکولهای آب و مولکولهای شیشه بزرگتر از نیروهای چسبندگی بین مولکولهای آب است.

مولکولهای آب به شیشه می‌چسبد و می‌گوییم آب شیشه را تر می‌کند. با چرب کردن سطح شیشه نیروهای چسبندگی بین مولکولهای آب باعث می‌شود که آب به صورت قطره درآید. نیروی چسبندگی موجود بین مولکولهای جیوه باعث می‌شود که جیوه حتی روی سطح شیشه‌ای تمیز نیز به شکل قطره درآید. چون نیروهای چسبندگی سطحی بین جیوه و شیشه ضعیف‌اند جیوه شیشه را تر نمی‌کند.

بررسی اثرهای کشش سطحی

یک سوزن را روی قطعه کوچکی از کاغذ کاهی بگذارید و کاغذ را به آرامی روی سطح آب قرار دهید. بعد از مدتی کاغذ خیس شده و در آب فرو می‌رود، در حالیکه سوزن روی سطح آب شناور می‌ماند. اگر به سطح آب در اطراف سوزن شناور به دقت نگاه کنید می‌بینید که سطح همانند یک پوسته کشیده در محل تماس سوزن فرو رفته است. علت آن این است که سطح آزاد مایع همانند یک پوسته کشسان عمل کرده و وجود نیروهای بین مولکولی در سطح مایع است.

حالات ماده

از وارسی مخلوطها و مواد خالص سه حالت از چهار حالت ماده ، به آسانی مشخص می‌شود که این سه حالت عبارتند از: جامدات ، مایعات و گازها. پلاسما حالت چهارم ماده است. پلاسما ، حالت معمول مواد موجود در زندگی روزمره ما نیست، ولی متداولترین حالت ماده در جهان است.

دید کلی

یونانیان باستان ، عالم را متشکل از چهار عنصر آتش ، خاک ، آب و هوا می‌دانستند. امروزه دانشمندان بکمک این عناصر ، تمام اجزای تشکیل دهنده جهان را آن طور که هست ، توضیح می‌دهند. آتش بیانگر انرژی بوده و سه عنصر دیگر نشان دهنده سه حالت از ماده جامد ، مایع و گاز) می‌باشند. بر طبق این تقسیم بندی ، مواد جامد دارای شکل و ابعاد مشخصی بوده و همچنین جرم ، حجم و وزن مشخصی دارند.

مایعات و گازها شاره هستند، یعنی جریان می‌یابند. این اجسام شکل معینی ندارند و شکل ظرفی را که در آن قرار دارند بخود می‌گیرند، در حالیکه مقدار معینی دارند. مثلا مقدار آب ، دی اکسید کربن ، هوا ، شیر و غیره جرم قابل اندازه گیری و معینی دارند، اما نمی‌توانند همانند جامدات با اعمال نیروی پس زنی کشانی ، در مقابل تغییر شکل ، مقاومت کنند.

آزمایشات ساده

• مقدار معینی مایع ، حجم مشخصی دارد، گاز چنین نیست. اگر یک لیتر شیر را در چهار لیوان بریزیم، در مجموع همان یک لیتر حجم را اشغال می‌کند. حجم اشغال شده توسط سطح افقی بالای شیر در لیوان مشخص می‌شود. همین سطح است که باعث تمایز مایعات از گازها می‌شود.
  
  
• اگر گاز سنگین و قابل روئیت (رنگی) کلر را از ظرفی به ظرف دیگر بریزیم و در ظرف را باز بگذاریم ، گاز درون ظرف باقی نمی‌ماند. گازها همانند مایعات ، سطح افقی در بالای حجم اشغال کرده خود ندارند و در همه جا پخش می‌شوند. بنابراین ، حجم گاز برابرحجم هر ظرفی است که در آن قرار می‌گیرد.

جامد

در حالت جامد ، نیروهای بین مولکولی ، بقدری قویتر از انرژی جنبشی هستند که باعث سخت شدن جسم در نتیجه عدم جاری شدن آن می‌گردند. جامدات شکل و حجم معینی دارند. در جامدات فاصله مولکولها مانند فاصله آنها در مایع است. جامدات نمی‌توانند مانند وضعیتی که حالات مایع و گاز دارند، آزادانه به اطراف حرکت کنند. بلکه ، در جامد ، مولکولها در مکانهای خاصی قرار می‌گیرند و فقط می‌توانند در اطراف این مکانها حرکت نوسانی رفت و برگشتی بسیار کوچک انجام دهند.

این حرکت نوسانی ، بخصوص در جامدات بلورین ، کاربردهای صنعتی و علمی زیادی را برای این دسته از مواد به دنبال دارد.

مایع

در حالت مایع ، مولکولها بهم نزدیک‌تر بوده، بطوریکه نیروهای مابینشان قویتر از انرژی جنبشی آنان می‌باشد. از طرف دیگر ، نیروها آنقدر قوی نیستند که قادر به ممانعت از حرکت مولکولها گردند. از این روست که جریان مایع از ظرفی به ظرف دیگر شدنی است، اما نسبت سرعت جاری شدن آب در مقایسه با مایعات دیگر از قبیل روغنها و گلسیرین بسیار متفاوت است که این تفاوت در سرعت جاری شدن ، میزان مقاومت یک مایع در مقابل جاری شدن ،یعنی ویسکوزیته آن خوانده می شود که خود تابعی از شکل ، اندازه مولکولی ، درجه حرارت و فشار می‌باشد. بنابراین مایعات حجم معین و شکل نامعینی دارند.

فاصله مولکولها در مایعات در مقایسه با گازها بسیار کم است. در مایعات ، مولکولها به اطراف خود حرکت می‌کنند و به سهولت روی هم می‌لغزند و راحت جریان (شارش) پیدا می‌کنند. مواد مایع با قابلیت شکل پذیری و جریان یافتن در شبکه‌های ریز ، کاربردهای زیادی در صنعت پیدا کرده‌اند.

گاز

حالت فیزیکی مواد در شرایط فشار و درجه حرارت طبیعی ، بستگی به اندازه مولکولی و نیروهای فی‌مابین آن دارد. اگر مقدار کمی از یک گاز ، در یک تانک نسبتا بزرگی قرار گیرد، مولکولهای آن با سرعت در سرتاسر تانک پخش می‌شوند. پخش سریع مولکولهای گاز دلالت بر آن می‌کند که نیروهای موجود فی‌مابین مولکولها ، بمراتب ضعیفتر از انرژی جنبشی آن است و از آنجایی که ممکن است مقدار کمی از یک گاز در سرتاسر تانک یافت شود، نشان دهنده آن است که مولکولهای گاز باید نسبتا از هم فاصله گرفته باشند. بنابراین گازها شکل و حجمشان بستگی به ظرفی دارد که در آن جای دارند.

در حالت گازی ، مولکولها آزادانه به اطراف حرکت کرده و با یکدیگر و نیز با دیواره ظرف برخورد می‌کنند. فاصله مولکولها در حالت گازی در حدود چند ده برابر فاصله آنها در حالت مایع و جامد است. اگر در یک ظرف نوشابه پلاستیکی را بسته و آنرا متراکم کنید و سپس آنرا با آب پر کرده و دوباره سعی کنید که آنرا متراکم کنید، در حالت اول بعلت فاصله زیاد بین مولکولی در گاز ، متراکم کردن سنگین‌تر و سخت‌تر صورت می‌گیرد، در صورتی که در حالت دوم چنین نیست.

پلاسما

پلاسما حالت چهارمی از ماده است که دانش امروزی نتوانسته آنها را جزو سه حالت دیگر پندارد و مجبور شده آنرا حالت مستقلی به حساب آورد. این ماده با ماهیت محیط یونیزه ، ترکیبی از یونهای مثبت و الکترون با غلظت معین می‌باشد که مقدار الکترونها و یونهای مثبت در یک محیط پلاسما تقریبا برابر است و حالت پلاسمای مواد ، تقریبا حالت شبه خنثایی دارد. پدیده‌های طبیعی زیادی از جمله آتش ، خورشید ، ستارگان و غیره در رده حالت پلاسمایی ماده قرار می‌گیرند.

پلاسما شبیه به گاز است، ولی مرکب از ذرات باردار متحرکی به نام یون است. یونها بشدت تحت تاثیر نیروهای الکتریکی و مغناطیسی قرار می‌گیرند. مواد طبیعی در حالت پلاسما عبارتند از انواع شعله ، بخش خارجی جو زمین ، اتمسفر ستارگان ، بسیاری از مواد موجود در فضای سحابی و بخشی از دم ستاره دنباله‌دار و شفقهای قطبی شمالی. نمایش خیره کننده از حالت پلاسمایی ماده است که در میدان مغناطیسی جریان می‌یابد.

بد نیست بدانید که دانش امروزی حالات دیگری از جمله برهمکنش ضعیف و قوی هسته‌ای را نیز در دسته‌بندیها بعنوان حالات پنجم و ششم ماده بحساب می‌آورد که از این حالات در توجیه خواص نکلئونهای هسته ، نیروهای هسته‌ای ، واکنش های هسته‌ای و در کل ((فیزیک ذرات بنیادی استفاده می‌شود.

ساختمان گاز متان ، یک گاز طبیعی

چگال بوز-اینشتین

حالت پنجم با نام ماده چگال بوز-اینشتین (Booze-Einstein condensate) که در سال ۱۹۹۵ کشف شد، در اثر سرد شدن ذراتی به نام بوزون‌ها (Bosons) تا دماهایی بسیار پایین پدید می‌آید. بوزون‌های سرد در هم فرومی‌روند و ابر ذره‌ای که رفتاری بیشتر شبیه یک موج دارد تا ذره‌های معمولی ، شکل می‌گیرد. ماده چگال بوز-اینشتین شکننده‌ است و سرعت عبور نور در آن بسیار کم است.

چگال فرمیونی

حالت تازه هم ماده چگال فرمیونی (Fermionic condensate) است. "دبورا جین" (Deborah Jin) از دانشگاه کلورادو که گروهش در اواخر پاییز ۱۳۸۲ ، موفق به کشف این شکل تازه ماده شده‌ است، می‌گوید: "وقتی با شکل جدیدی از ماده روبرو می‌شوید، باید زمانی را صرف شناخت ویژگیهایش کنید. آنها این ماده تازه را با سرد کردن ابری از پانصدهزار اتم پتاسیم با جرم اتمی 40 تا دمایی کمتر از یک میلیونیم درجه بالاتر از صفر مطلق پدیدآوردند. این اتمها در چنین دمایی بدون گرانروی جریان می‌یابند و این ، نشانه ظهور ماده‌ای جدید بود. در دماهای پایین‌تر چه اتفاقی میافتد؟ هنوز نمیدانیم."

ماده چگال فرمیونی بسیار شبیه ماده چگال بوز-اینشتین (BEC) است. ذرات بنیادی و اتمها در طبیعت می‌توانند به شکل بوزون یا فرمیون باشند. یکی از تفاوتهای اساسی میان آنها حالتهای کوانتومی مجاز برای ذرات است. تعداد زیادی بوزون می‌توانند در یک حالت کوانتومی باشند ، مثلا انرژی ، اسپین و ... آنها یکی باشد ، اما مطابق اصل طرد پائولی ، دو فرمیون نمی‌توانند همزمان حالتهای کوانتومی یکسان داشته باشند.

برای همین ، مثلا در آرایش اتمی ، الکترونها که فرمیون هستند، نمی‌توانند همگی در یک تراز انرژی قرار گیرند.در هر اوربیتال تنها دو الکترون که اسپین‌های متفاوت داشته باشند، جا می‌گیرد و الکترونهای بعدی باید به اوربیتال دیگری با انرژی بالاتر بروند. بنابراین اگر فرمیونها را سرد کنیم و انرژی آنها را بگیریم ، ابتدا پایین‌ترین تراز انرژی پر می‌شود ، اما ذره بعدی باید به ترازی با انرژی بالاتر برود.

وجود ماده چگال فرمیونی همانند ماده چگال یوز- اینشتین سالها قبل پیش‌بینی شده و خواص آن محاسبه شده بود ، اما رسیدن به دمای نزدیک به صفر مطلق که برای تشکیل این شکل ماده لازم است تاکنون ممکن نشده بود. هر دو از فرورفتن اتمها در دماهایی بسیار پایین ساخته می‌شوند. اتمهای BEC بوزون ‌هستند و اتمهای ماده چگال فرمیونی ، فرمیون

کشش سطحی

1 . با استفاده از یک مقوای نازک یا چنگال سوزنی را به آرامی روی سطح آب داخل یک ظرف قرار دهید و با احتیاط مقوا یا چنگال را از زیر سوزن کنار ببرید.

مشاهده خواهید کرد که :

سوزن در سطح آب شناور می ماند .

توضیح :

سوزن از مقدار آبی که می تواند جا به جا کند سنگینتر است و انتظار می رود در آب فرو رود . اما وجود یک پوسته نامرئی کشسان سوزن را شناور نگه می دارد . وقتی آب با هوا سطح مشترک پیدا می کنند ، تمام مولکولهای سطحی آب به همدیگر متصل شده لایه بسیار نازک پیوسته و پوست مانندی را بوجود می آورد .
2 . داخل ظرفی که سوزن روی سطح آن شناور است یک تکه صابون فرو کنید .

مشاهده خواهید کرد که :

سوزن فوراً پایین می رود .

توضیح :

صابون کشش سطحی را کاهش می دهد .
یکی از دلایلی که ما از صابون برای شستشو استفاده می کنیم ، همین است . با کاهش کشش سطحی ، آب صابون می تواند سطوح روغنی و چرب را خیس کند .

شهاب

شهابواره‌ها اجرامی هستند که در فضای بین سیاره‌ای در حال گردشند و ممکن است با زمین برخورد کنند. هنگامی که با سرعت 1170 کیلومتر در ساعت وارد بخش بالایی جو می‌شوند، تبدیل به شهاب می‌شوند و در ارتفاع بین 110 و 70 کلیومتری دنباله‌ای نورانی از خود باقی می‌گذارند. وقتی این اجرام به زمین می‌رسند، شهاب سنگ نامیده می‌شوند.

دید کلی

شهاب یک ذره کوچکی است که معمولا به اندازه یک دانه شن بوده و در فضای بین سیاره‌ای حرکت می‌کند. چنانچه با زمین برخورد نماید، به علت سرعت زیادش در اثر اصطکاک با هوا تا حد سفید شدگی گرم می‌شود و مولکولهای گازی را یونیزه کرده و باعث تشعشع نور می‌شود. تقریبا تمام شهابها قبل از اینکه به سطح زمین برسند، تحلیل می‌روند و بعضی اوقات یک شهاب بزرگ و بسیار روشن در آسمان ظاهر می‌شود که ممکن است در حین پرواز شکسته شده یا حتی منفجر گردد.

سرعت شهاب

سرعت یک شهاب نسبت به یک ناظر زمینی ، جمع سرعت مداری شهاب و زمین است. زمین در روی مدار بیضی خود با سرعت متوسط 30 کیلومتر در ثانیه حرکت می‌کند (حرکت انتقالی زمین). چنانچه یک شهاب در یک مدار سهمی شکل حرکت کند، سرعت آن در نزدیکی زمین تقریبا 42 کیلومتر در ثانیه است. در صورتی که سرعتهای دو مدار در خلاف جهت یکدیگر باشد، سرعت نسبی شهاب در موقع ورود به جو زمین برابر 72 = 30 + 42 کیلومتر در ثانیه است.

سنگهای آسمانی

شهابها پس از ورود به جو زمین سریعتر از مولکولهای هوا حرکت می‌کنند. وقتی که به طرف زمین می‌آیند، هوا را در جلو خود فشرده کرده و به اندازه‌ای گرم می‌شوند که لایه سطحی آنها ذوب گردیده و از بین می‌روند. اغلب شهابها قبل از رسیدن به زمین کاملا نابود می‌شوند. آنهایی که به زمین می‌رسند، به نام سنگ آسمانی (شهاب سنگ) معروفند.

سنگهای آسمانی بسیار کوچک

اصطلاح سنگهای آسمانی بسیار کوچک به شهابهایی اطلاق می‌شود که به اندازه‌ای کوچک هستند که بدون هیچ تخریبی از جو زمین عبور می‌کنند. اندازه چنین ذراتی در حدود 3 یا 4 میکرون است.

حفره‌های شهابی

در صبح 12 فوریه 1947 یک سنگ آسمانی در دامنه‌های صخره‌ای در شرق سیبری سقوط کرد. هیئت اعزامی به سرپرستی وی. جی. فسنکوف (V. G. fessenkov) بیش از 100 حفره بزرگ و کوچک که بزرگترین آنها عمقی در حدود 15 تا 20 متر و قطر 40 متر داشت، پیدا کردند. جرم شهابهایی که برای بوجود آمدن حفره‌های شهابی کافی باشند، در حدود 10⁹ گرم و حجم آن تقریبا 10 متر مکعب است.

بشقاب پرنده

مشاهده بیش از شصت هزار بشقاب پرنده و اختفای اسرار ساخت و روش کار آنها از سوی سازندگان و استفاده کنندگان این شی سبب شده است تا بشقاب پرنده بصورت یک معمای غامض و لاینحل جلوه‌گر شود. اشیای مشاهده شده در آسمان یا در روی زمین را که تعبیر و تفسیر رفتار ، حرکت ، نمای ظاهری ، نورافشانی و سایر ویژگیهایشان در چارچوب دانش ما ، مشکل یا غیر ممکن به نظر آید و یا ظاهرا چنان نشان دهد که فناوری آنها نتواند فناوری زمین باشد یوفو (UFO) می‌نامند. کلمه یوفو از ترکیب حرق اول نام انگلیسی این اشیاء یعنی Unidentified Flying Objects ، گرفته شده و معادل فارسی آن "اشیای پرنده ناشناخته" است.

این اشیاء را بشقابهای پرنده (Flying Saurars) ، اشیاء مرموز آسمان (Sky’s Mystenous Objects) ، اشیاء فضایی نامتعارف (Unconventional arial Objcts) و نامهای دیگر نامیده‌اند. این نامها بویژه اصلاح بشقاب پرنده و برداشت مردم از ماهیت و منشأ آن توسط مطبوعات عنوان و منتشر و متداول شده است. در جامعه علمی از اصلاح بشقاب پرنده برای اشیاء یاد شده استفاده نمی‌شود، زیرا همه آنها به شکل بشقاب نیستند. اطلاعات جمع آوری شده درباره بشقابهای پرنده در چند دهه گذشته ، شامل عکس ، مشاهده راداری ، شواهد عینی و اثرهای بجای مانده روی زمین یا محیط اطراف محل فرود این شی پرنده ، همه دلالت بر وجود آن می‌کنند.

تاریخچه بشقاب پرنده

در اسناد تاریخی بطور وضوح ، مطلبی درباره بشقاب پرنده یافت نمی‌شود، مطالبی که در اسناد تاریخی به عنوان پدیده‌های غیر متعارف نام برده شده‌اند، همان پدیده‌های آسمانی هستند. اگر چه باستان شناسان ، در گوشه و کنار جهان ، اشکالی را یافته‌اند که تا آنها را به عنوان تصویر سفینه‌های انسان ماورا زمین قلمداد می‌کنند، این برداشتها درست نیست. بشقاب پرنده‌های زیادی در سال 1276 (1897) در آمریکا دیده شده‌اند. مردم آنها را کشتی هوایی (Air ship) می‌نامیدند، که شبیه دیژیرابل بودند (Dirigeable) بودند. بشقابهای پرنده به مفهوم امروزی آنها ، ابتدا از سال 1322 (1943) تا پایان جنگ جهانی دوم مشاهده شده‌اند که همان فوفایتر (Foo Fighter) آلمانیها بودند.

در روزنامه‌های 22 آذر 1327 (13 دسامبر 1944) ، گلوله‌های نقره‌ای شناور در هوا ، که متناوبا خاموش و روشن می‌شدند و هواپیماهای شکاری و بمب افکنها را تعقیب می‌کردند، سلاحهای جنگی نازیها معرفی شدند. درست در زمانی که فناوری ساخت موشک و هواپیما به مرحله‌ای رسید که امکان سفرهای فضایی را بطور واقعی متصور کرد، فعالیت بشقابهای پرنده بطور ناگهانی افزیش یافت. روز جهانی بشقاب پرنده را باید 2 تیر 1326 (14 ژوئن 1947) در نظر گرفت، زیرا در بعد از ظهر این روز بود برای نخستین بار بعد از جنگ جهانی دوم ، گزارش مشاهده بشقاب پرنده در مطبوعات ایالات متحده آمریکا چاپ شد و از این روز صحبت بشقاب پرنده میان مردم شایع شد. مشاهده بیش از بیش بشقاب پرنده در کشورهای مختلف جهان در سال 1326 (1957) سبب شد تا این سال را "سال جهانی بشقاب پرنده" نام گذاری کنند.

ماهیت بشقاب پرنده

بررسی گزارشهای مشاهده بشقاب پرنده توسط افراد مطلع و آشنا ، فقط معتبر است. زیرا ، بسیاری از کسانی که مدعی مشاهده بشقاب پرنده شدند، اشیاء یا پدیده‌های شناخته شده را به عنوان بشقاب پرنده تلقی کردند. مشهورترین و آشناترین این اشیاء یا پدیده‌ها عبارتند از: موشکهای پرتاب شده توسط هواپیما ، ماهواره‌های برخاسته از زمین ، شهاب ، قطعات شهاب سنگ خرد شده که با انمعکاس نور خورشید روشن دیده می‌شوند، روشن شدن ابرهای ارتفاع پایین توسط خورشید ، طبقات موشکهای حامل ، نورهای به رنگهای مختلف حاصل از سوختن ماهواره‌ها در جو ، گلوله‌های منور نظامی ، هواپیماهایی که فرود آمدنشان را علامت می‌دهند، بالونهای آزمایش ، کره‌های درخشان یا قرصهای براق و روشن حاصل از انعکاس نور توسط سطوح خارجی هواپیماهای مدرن ، دنباله بخار هواپیماها ، سطح بالونهای آزمایشی و هر سطح صیقل داده شده ، حشراتی که در ارتفاعات خیلی بالا پرواز می‌کنند، پرندگان ، هاله نورانی اطراف خطوط سیمهای انتقال برق فشار قوی در اثر احاطه شدن با کریستالهای یخ در زمستان ، سیارات ، ستاره‌های درخشان ، نورافکن ، اعلانات نورانی بدنه هواپیما ، امواج انعکاس یافته رادارهای دور برد روی صفحه رادار (در اثر تغییرات محلی جو) ، هواپیماهای بدون خلبان ، سراب نوری جو ، سراب الکترونیکی یونوسفری ، کاغذ سفید سرگردان در هوا که در اثر تابش نور خورشید درخشان دیده می‌شوند، حباب کف و غیره.

از میان اشیاء و پدیده‌های فوق الذکر ، هیچ شی به انداره سیاره زهره به عنوان بشقاب پرنده گزارش نشده است. دلیل این است که ظهور ، قطر زاویه‌ای ، رنگ ، قرمز شدگی تدریجی ، تغییر ظاهری شکل و رنگ هنگام مشاهده با دوربینهای دو چشمی با تلسکوپهای کوچک سبب غیر طبیعی جلوه دادن سیاره زهره می‌شود. از پدیده‌های جوی دیگر که باعث ایجاد تصورات خیالی می‌شوند، بادهای شدید و خشن هستند.

فعالیتهای غیر عادی خورشیدی و پدیده‌های مختلف جوی در لایه‌های مختلف جو ، شفق قطبی ، گردبادهای کوچک و ... را می توان نام برد. ملاحظه می‌شود که پدیده‌ها و اشیاء گوناگونی به عنوان بشقاب پرنده می‌تواند جلوه‌گر باشد. از میان آنها فقط تعداد کمی مربوط به بشقاب پرنده به مفهوم واقعی است. دلیل گزارشهای نامربوط به بشقتاب پرنده ، بیشتر از عدم آشنایی مشاهده کنندگان با پدیده‌های طبیعی و عدم اطلاع آنها از وجود اشیاء موجود در فضا و جو زمین ناشی می‌شود.

مشخصات کلی بشقاب پرنده

بشقابهای پرنده صورتهایی از یک شی با پیچیدگی متغیر است و معمولا از شکل هندسی کروی مشتق می‌شوند و به شکل دیسک ، بیضوی (شبیه به توپ راگبی) ، دوکی ، استوانه‌ای و مخروطی دیده شدند. بیشتر آنها به شکل بشقاب با قطری حدود 7.5 متر و با گنبدی به ارتفاع 1.5 تا 1.8ر در وسط بودند. بشقابهای پرنده قادرند به سرعت ابعاد خود را تغییر دهند. بشقاب پرنده شی کاملا مجهزی است که شکل سطح قابل مشاهده آن نقش ثانوی در پرواز دارد و معمولا فاقد بال و چرخ است. این اشیاء وقتی از فاصله نزدیک مشاهده می‌شوند، دارای ابعاد نسبتا کوچک ، غالبا کوچکتر از 20 متر هستند، ولی ابعاد انعکاسی راداری آنها تقریبا به اندازه یک هواپیمای جت بوتینگ 707 است.

بشقابهای پرنده ، معما بصورت دسته جمعی پرواز می‌کنند، ولی بصورت انفرادی نیز زیاد دیده شده‌اند. آنها ، گاه در فضا به قطعات کوچکتر تقسیم می‌شوند و در چندین مورد هم قطعات کوچک نورانی بهم پیوسته و شی واحدی را بوجود می‌آوزند. ازعجایب اینکه ، بشقابهای پرنده قادرند بطور ناگهانی و آنی خود را از نظرها ناپدید کنند. بشقابهای پرنده قابلیت ساکن ایستادن در هوا را دارند و می‌توانند شتاب و سرعت زیاد را داشته باشند. از ویژگیهای جالب و جذابشان نور افشانی آنها می‌باشد. گزارشها نشان می‌دهند که آنها در دو فاز مختلف تاریک و روشن مشاهده می‌شوند، اغلب روی زمین می‌نشینند، گاه چنان آرام می‌نشینند که گویی روی قشری از مه آرمیده‌اند.

از ویژگیهای دیگرشان ، وجود یک یا چند سرنشین در آنهاست که معمولا مایل به مشاهده شدن نیستند. سرنشینان بشقابهای پرنده مجهز به دستگاهی با توانایی تابش پرتوهایی هستند که از میان اشخاص و دیوار عبور می‌کند. سرنشینان قادر به پرواز بوده ، اصابت تیر را احساس نکرده و متقابلا می‌توانند مشاهده کنندگان را فلج کنند. در برخی گزارشها آمده که سرنشینان شبیه انسان هستند. بشقابهای پرنده در پرواز در ارتفاعات کم و یا در روی زمین اثرهایی بر دستگاههای ساخت بشر و محیط اطراف بر جای می‌گذارند. بشقابهای پرنده از تواناییهای هواپیماهای مدرن کاملا آگاهند، از اینرو فاصله خود را اسلحه هوایماها و توپهای ضد هوایی طوری حفظ می‌کنند تا هموراه در خارج از برد موثر آنها قرار گیرند و می‌توانند کلیه سیستمهای الکترونیکی و موتوری و راداری و ... هواپیماها را از کار بیاندازند.

مشاهده کنندگانی که به بشقابهای پرنده خیلی نزدیک شدند، در معرض آثار رادیواکتیو قرار گرفتند. به علاوه ، این اشیاء قادرند رادار را به موقع حس و خنثی نمایند و مانع قفل شدن رادارهای کنترل آتش شوند و در دید رادارهای دور برد واقع نشوند. سرنشینان بشقاب پرنده مجهز به سیستم مولد نیروی دافعه قابل حمل‌اند، که پرواز و شناور شدن آنها را در فضا ممکن می‌سازد. به علاوه ، پدیده‌های عدم اصابت گلوله به دستگاه و سرنشینان آن به کمک میدان دافعه قابل توجیه‌اند.

سرگرمی های فیزیک

• آیا پوستین گرم می‌کند؟
• آزمایش گربه ی خندان
• آزمایش پرنده در قفس
• آزمایش پس دید
• آزمایش آسمان آبی
• آزمایش تعادل چوب
• آزمایش حباب های صابون
• آزمایش دیسک اسرار آمیز
• این مسئله شوخی نیست
• اجسام کجا سنگین تر هستند؟
• از واگن در حال حرکت چگونه باید پرید؟
• با سیب زمینی لامپ روشن کنید!
• باتری لیموترش
• تاکسی پرنده
• جانداران و پرواز
• حلقه‌های مغناطیسی
• چه فصلی از سال زیر پای ماست؟
• چه زمانی سریعتر به دور خورشید می‌گردیم؟
• نوشته نامرئی
• چگونه می‌نوشیم؟
• چرا اشیا نوک تیز به آسانی فرو می‌روند؟
• چرا برای ذوب یخ نمک می ریزند؟
• چرا دو چشم داریم؟
• چرخ دوچرخه به عنوان یک ژیروسکوپ
• درست وزن کردن با ترازویی که درست نیست
• ذره بین قوی با یک قطره آب
• زنجیر کشسان «سرگرمی فیزیک»
• زندگی در اعماق اقیانوس
• شگفتیهای جهان علم
• علت بوجود آمدن باد چیست؟
• قندیل یخ
• قابلمه کاغذی
• قدم بزنیم یا بدویم؟
• قربانیان مثلث برمودا
• کوتاه و خواندنی فیزیک
• کدام یک سنگین تر است؟
• گرفتن گلوله جنگی با دست
• لیوانی که هر آنچه در آن بریزید جا می‌گیرد!
• ما با چه سرعتی حرکت می‌کنیم؟
• مثلث برمودا و دریای شیاطین
• معلق کردن توپ در هوا
• معمای چرخ گاری
• هندوانه و خربزه خطرناک
• یک هزارم ثانیه
• یک تن آهن سنگینتر است یا یک تن چوب؟

آهن ربا

• آیا تابحال به این فکر کرده اید که جرثقیل ، چگونه قطعات بزرگ آهن را جابجا می کند؟

• آیا تا کنون ملاحظه کرده اید که یک میخ آهنی بعد از چند بار مالش برروی یک آهنربا ، میخهای آهنی کوچکتر از خود را جذب کند؟

برای پاسخ گفتن به پرسشهای فوق و سوالات دیگر شبیه آنها ، باید اطلاعاتی در مورد آهنربا و خاصیت آهنربایی داشته باشیم. مقاله حاضر تا حدی ما را با این مقوله آشنا می کند.

سنگ مغناطیسی و کهربا ، دو ماده طبیعی هستند که از دیر باز ، مورد توجه مردم بوده اند. سنگ مغناطیسی ، یک ماده معدنی با خصوصیات غیر عادی است که آهن را جذب می کند. اگر یک قطعه کوچک از این سنگ را از نقطه ای آویزان کنیم. آن قدر می چرخد تا سرانجام بطور تقریبی در راستای شمال و جنوب قرار گیرد. نخستین بار در کشورهای غربی ، دریانوردان از این سنگ بعنوان قطبنما استفاده می کردند.

سیر تحولی و رشد :

انسانهای اولیه به سنگهایی برخورد کردند که قابلیت جذب آهن را داشتند. معروف است که ، نخستین بار ، شش قرن قبل از میلاد مسیح ، در شهر باستانی ماگنزیا واقع در آسیای صغیر «ترکیه امروزی) ، یونانیان به این سنگ برخورد کردند. بنابراین بخاطر نام محل پیدایش اولیه ، نام این سنگ را ماگنتیت یا مغناطیس گذاشتند که ترجمه فارسی آن آهنربا می باشد. سنگ مذکور از جنس اکسید طبیعی آهن با فرمول شیمیایی Fe₃O₄ می باشد.

بعدها ملاحظه گردید که این سنگ در مناطق دیگر کره زمین نیز وجود دارد. پدیده مغناطیس همراه با کشف آهنربای طبیعی مشاهده شده است. با پیشرفت علوم مختلف و افزایش اطلاعات بشر در زمینه مغناطیس ، انواع آهنرباهای طبیعی و مصنوعی ساخته شد. امروزه از آهنربا در قسمتهای مختلف مانند صنعت ، دریانوردی و ... استفاده می گردد.

منشا پیدایش :

کهربا شیرهای است که مدتها پیش از بعضی از درختان مانند کاج که چوب نرم دارند، بیرون تراوید. و در طی قرنها سخت شده و بصورت جسم جامدی نیم شفاف در آمده است. کهربا به رنگهای زرد تا قهوهای وجود دارد. کهربای صیقل داده شده سنگ زینتی زیبایی است و گاهی شامل بقایای حشرههایی است که در زمانهای گذشته در شیره چسبناک گرفتار شده اند.

یونانیان باستان خاصیت شگفت انگیز کهربا تشخیص داده بودند. اگر کهربا را به شدت به پارچهای مالش دهیم اجسامی مانند تکه های کاه یا رانههای گیاه را که نزدیک آن باشد جذب میکند. اما سنگ مغناطیس یک ماده معدنی است که در طبیعت وجود دارد. نخستین توصیف نوشته شده از کاربرد سنگ مغناطیس به عنوان یک قطب نما در دریانوردی در کشورهای غربی ، مربوط به اواخر قرن دوازدهم میلادی است. ولی خواص این سنگ خیلی پیش از آن در چین شناخته شده بود.

انواع آهنربا :

اساس کار تمام آهنرباها یکسان است، اما به دلیل کاربرد در دستگاههای مختلف ، آرایش و صنعت ، آن را به اشکال و اندازه‌های گوناگون می سازند، و لذا انواع آن از لحاظ شکل عبارتند از :

• تیغهای
• میلهای
• نعلیشکل
• استوانهای
• حلقهای
• کروی
• پلاستیکی
• سرامیکی و ...

حوزه عمل :

آهنربا به طور مستقیم و غیر مستقیم در زندگی روزانه بشر موثر است و به جرات می توان گفت که اگر این خاصیت نبود زندگی بشر امروزی با مشکل مواجه می شد. از جمله وسایلی که در ساختمان آن از خاصیت آهنربایی استفاده شده است، می توان به یخچال ، قطب نما ، کنتور برق ، انواع بلندگوها ، موتورهای الکتریکی (مانند کولر ، پنکه ، لوازم خانگی و ...) ، وسایل اندازه گیری الکتریکی مانند ولت سنج ، آمپر سنج و ... اشاره کرد.

آیا آهنربا بغیر از آهن ، اجسام دیگری را جذب می کند؟

بعد از پیدایش آهنربا ، دانشمندان به این فکر افتادند که آیا آهنربا غیر از آهن ، اجسام دیگری را نیز می تواند جذب کند. پس از بررسیها و مطالعات مختلف ، سرانجام مشخص شد که آهنربا در عنصر دیگر به نامهای نیکل و کبالت را نیز می تواند جذب کند. بر این اساس به سه عنصر آهن ، کبالت ، نیکل و آلیاژهای آنها که توسط آهنربا جذب می گردد، مواد مغناطیسی می گویند. بدیهی است که سایر مواد را که فاقد این خاصیت است، مواد غیر مغناطیسی می گویند.

روشهای مختلف تشخیص قطبهای یک آهنربا :

• اگر یک آهنربا را از وسط بوسیله تکه نخ بسته و از محلی آویزان کنید، آهنربا در راستای شمال و جنوب مغناطیسی زمین قرار می گیرد.

• با توجه به اینکه در آهنرباها ، قطبهای همنام همدیگر را دفع و قطبهای غیر همنام همدیگر را جذب می کنند، لذا اگر یک آهنربای دیگر که قطبهای آن معلوم است، در اختیار داشته باشیم، به راحتی می توان قطبهای آهنربای دیگر را تشخیص داد.

• به کمک یک عقربه مغناطیسی و با استفاده از رانش و ربایش قطبها نیز میتوان این کار را انجام داد.

میدان مغناطیسی زمین

در هر نقطه‌ای در نزدیکی سطح زمین ، عقربه مغناطیسی آویزان از رشته یا واقع روی یک نقطه به ترتیب خاصی سمت گیری می‌کند (تقریبا در جهت شمال به جنوب). این واقعیت مهم به این معنا است که زمین میدان مغناطیسی ایجاد می‌کند، مطالعه میدان مغناطیسی زمین برای مقاصد عملی و علمی از اهمیتی اساسی برخودار است.

از زمانهای قدیم ، قطب نماها ، یعنی وسایلی بر اساس استفاده از میدان مغناطیسی زمین برای سمت گیری نسبت به چهار جهت اصلی ، بکار گرفته می‌شدند. قطب نمای مرسوم شامل یک عقره مغناطیسی و یک صفحه مدرج است و در جهت یابیها کاربرد وسیعی دارد.

از میدان مغناطیسی زمین چه استفاده‌هایی می‌شود؟

در دریانوردی و هوانوردی جدید ، دیگر قطب نمای مغناطیسی تنها وسیله‌ای برای سمت گیری و تعیین مسیر کشتی یا هواپیما نیست. برای این منظور وسایل دیگری نیز وجود دارد. با وجود این ، از اهمیت قطب نمای مغناطیسی به هیچ وجه کاسته نشده است. تمام کشتیها و هواپیماهای امروزی به قطب نمای مغناطیسی مجهزند. زمین شناسان ، شکارچیان و مسافران نیز از قطب نما خیلی استفاده می‌کنند. وجود میدان مغناطیسی زمین انجام پاره‌ای از بررسیهای مهم دیگر را میسر ساخته است. از آن جمله می‌توان از روشهای اکتشاف و مطالعه ذخایر آهن نام برد.

قطبهای مغناطیسی زمین

مغناطیس زمین
پیرامون زمین را میدان مغناطیسی که ماینوتسفر یا مغناطو کره نامیده می‌شود احاطه نموده است. باید توجه داشت که نقاط به هم رسیدن خطوط میدان مغناطیسی روی سطح زمین قرار ندارد، بلکه قدری از آن پایینتر هستند. همچنین قطبهای مغناطیسی زمین با قطبهای جغرافیایی آن منطبق نیستند. محور میدان مغناطیسی زمین ، یعنی خط مستقیمی که از هر دو قطب مغناطیسی می‌گذرد، از مرکز زمین نمی‌گذرد و از اینرو قطر زمین نیست. مغناطو کره توسط دو عامل مشخص می‌شود: انحراف مغناطیسی و شیب مغناطیسی.

انحراف مغناطیسی عبارت است از زاویه انحراف عقربه مغناطیسی از نصف النهار جغرافیایی مورد نظر. خطوط واصل نقاط دارای انحراف مغناطیسی مساوی که خطوط هم گوشه نام دارند، در جنوب و شمال قطبین مغناطیسی که مخالف قطبین جغرافیایی است، همگرا می شود. برخی از محققان ، عدم تطابق قطبهای مغناطیسی و جغرافیایی را به توزیع نایکنواخت خشکی و آب در زمین توجیه می‌نمایند.

شیب مغناطیسی عبارت است از زاویه میان عقربه مغناطیسی نسبت به افق (در نیمکره شمالی سر شمالی عقربه و در نیمکره جنوبی عقربه به افق متمایل می شود). ضمن حرکت از استوا به سوی قطبین ، شیب مغناطیس افزایش می یابد. خط واصل نقاط دارای شیب صفر استوای مغناطیسی نام دارد . استوای مغناطیسی ، استوای جغرافیایی را در دو نقطه، یکی با 169˚ طول شرقی و دیگری با ˚23 طول غربی به جنوب و در نیمکره شرقی به شمال منحرف می گردد. در قطبین مغناطیسی شیب به ˚90 می رسد.

مغناطش خود بخودی مواد در میدان مغناطیسی زمین

از مغناطش خودبخودی مواد در میدان مغناطیسی زمین استفاده‌های زیادی می‌شود. از جمله در ساخت مینهای مغناطیسی است که در عمق معینی زیر سطح آب قرار می‌دهند و با عبور کشتی از بالای آنها منفجر می‌شود. ساز و کاری که باعث صعود مین به سطح و انفجار آن می‌شود وقتی عمل می‌کند که عقربه مغناطیسی که می‌تواند حول میله‌ای افقی بچرخد، بر اثر میدان مغناطیسی کشتی که از بالای مین می گذرد، بتواند بگردد. معلوم شده است که کشتی همیشه خودبخود آهنربا می‌شود. برای محافظت در مقابل مینهای مغناطیسی دو روش بکار می‌برند:

مین روبی

این روش عبارت است از حمل مغناطیس نیرومندی که با طنابهای سیمی از هواپیمای در حال پرواز در ارتفاع کم در منطقه مین گذاری شده آویزان می‌شود. گاهی کابل سیمی دایره شکلی را بطور شناور روی آب قرار می‌دهند و جریانی از آن می‌گذرانند. بر اثر میدان مغناطیسی یا جریان ، ساز و کار مینها عمل می‌کند و بدون هیچ خسارتی منفجر می‌شوند.

خنثی سازی میدان مغناطیسی کشتی

این روش به این ترتیب است که حلقه هایی از سیم عایق بندی شده را به کشتی وصل می‌کنند و جریانی را از آنها می‌گذرانند، بطوری که میدان مغناطیسی این جریان مساوی و در خلاف جهت میدان مغناطیسی کشتی (که یک مغناطیس دائمی است) باشد. وقتی که این میدانها باهم ترکیب شوند، همدیگر را خنثی می‌کند و کشتی بدون اینکه ساز و کار مین را به کار اندازد از روی آن می‌گذرد.

آنچه باید بدانیم

• از مدتها پیش (قرن شانزدهم) معلوم شده است که شبکه پنجره قائم به مرور زمان آهنربا می‌شود.
  
  
• یکی از اولین پژوهشگران میدان مغناطیسی زمین ، گیلبرت (Gilbert) آزمایش زیر را در کتاب خود شرح داده است. اگر شخصی به یک میله آهنی که از شمال به جنوب قرار گرفته است با چکش بکوبد، میله آهنربا می‌شود.
  
  
• در تدارک پرواز به قطب شمال ، بیشترین توجه به سمت گیری هواپیما در نزدیکی قطب مبذول می‌شود، زیرا قطبهای مغناطیسی معمولی در این فاصله به کلی از کار کردن باز می‌ماند و عملا بدون استفاده هستند.

چگالی

چگالی ماده شناور در مایع

چگالی مقدار جرم موجود در واحد حجم ماده است که آنرا با علامت اختصاری ρ نشان می‌دهند که از رابطه ρ=m/V یا D=m/V بدست می‌آید. در این رابطه D یا ρ چگالی ماده ، m جرم جسم و V حجم اشغال شده توسط آن ماده می‌باشد.

دید کلی

• آیا تا به حال ، جرم مواد را با هم مقایسه کرده‌اید؟
• آیا تا به حال از خود پرسیده‌اید که شیر سنگینتر است یا آب؟
  
  

مردم گاهی می‌گویند سرب سنگیتر از پَر است. اما یک گونی بزرگ پُر از پَر ، سنیگتر از یک ساچمه سربی است. واژه سنگینی سه مفهوم متفاوت دارد. مثلا در عبارت «یک سنگ خیلی سنگین است و نمی‌شود حرکت داد.» ، منظور وزن سنگ است. در چنین مفهومی هیچ جوابی برای پرسش «شیر سنگینتر است یا آب؟» وجود ندارد. سوالات اخیر مربوط به یک ویژگی عام از کلیه مواد می‌باشد. این ویژگی چگالی یا جرم حجمی نام دارد که از مشخصه‌های فیزیکی مواد به حساب می‌آید که این ویژگی مواد مستقل از ابعاد نمونه می‌باشد. بنابراین برای بیان دقیق ، باید بگوییم چگالی سرب بیشتر از چگالی پر است و در مورد شیر و آب نیز این امر صادق است.

واحدها

در اندازه‌گیری چگالی جامدات و مایعات معمولا جرم را بر حسب گرم (g) یا کیلوگرم (kg) و حجم را بر حسب سانتیمتر مکعب (cm³) یا مترمکعب (m³) بیان می‌کنند که در این صورت چگالی برحسب واحدهای کیلوگرم بر متر مکعب (Kg/m³) یا گرم بر سانتیمتر مکعب (gr/cm³) می‌سنجند. چگالی نشانگر این است که جرم ماده تا چه حد متراکم شده است. مثلا ، سرب یک ماده چگال است، زیرا مقدار زیادی از آن در حجم کوچکتر متراکم شده از طرف دیگر چگالی هوا بسیار کم است.

طریقه اندازه گیری

برای اندازه‌گیری چگالی یک جسم باید هم جرم جسم (m) و هم حجم (V) آن را اندازه‌گیری کنیم. جرم را می‌توانیم با ترازو اندازه‌گیری کنیم. حجم یک جسم جامد را می‌توانیم با راههای گوناگون اندازه بگیریم. مثلا برای بدست آوردن حجم یک مکعب ، اندازه یک ضلع آن را به توان 3 می‌رسانیم و یا برای تعیین حجم یک مکعب مستطیل طول ، عرض و ارتفاع آن را در هم ضرب می‌کنیم. حجم یک مایع را می‌توانیم با ظرف شفاف مدرجی که واحدهای حجم را نشان می‌دهد، اندازه بگیریم. در آزمایشگاه معمولا برای اندازه گیری حجم مایعات از استوانه مدرج استفاده می‌کنند. در مواردی بوسیله اندازه‌گیری جرم نسبی مواد نسبت به هم از طریق چگالی نسبی مواد نسبت به هم می‌توانیم چگالی تک‌تک مواد را اندازه‌گیری نموده و مشخص نماییم.

ستون چگالی
روغن
آب
مایع طلا

چگالی نسبی

مقایسه چگالی دو مایع با یکدیگر یا مقایسه چگالی یک جامد با یک مایع خیلی راحت است. اگر چگالی جسمی کمتر از مایع باشد، در آن شناور می‌شود و در غیر اینصورت در آن غرق می گردد. مثلا چگالی چوب از آب کمتر است و برای همین است که چوب روی آب شناور می‌ماند «نیروی ارشمیدس».

مواد چگال

هسته اتمهای تشکیل دهنده مواد و ستارگان از جمله کوتوله‌های سفید ، ستارههای نوترونی ، ابر نواختران ، سیاه چاله‌ها و ... چگالترین موادها هستند.

قیف جدا کننده

وسیله‌ای است که مایعات را بر اساس شاخص چگالی از هم جدا می‌کند؛ مثلا اگر مخلوط روغن و آب را در مخزن این دستگاه بریزیم، بر حسب چگالی مواد در داخل این ظرف تفکیک می‌شود. اگر شیر زیر ظرف را باز کنیم، مایعی که دارای چگالی بالاست، در زیر قرار گرفته و از دستگاه خارج می‌گردد تا اینکه به مرز جدایی مایعات روغن و آب برسد، در چنین حالتی شیر را می‌بندیم و دستگاه با موفقیت دو مایع مخلوط را از هم جدا می‌کند.

توجه: تغییرات دما سبب تغییر حجم جسم می‌شود. بنابراین، با تغییر دما چگالی یک ماده تغییر می‌کند. از این رو چگالی اغلب مواد را در ˚25C معین می‌کنند.

جدول چگالی بعضی از مواد معمولی در 25 درجه سانتی‌گراد

ماده	چگالی g/cm^3
گاز طبیعی	0.000656
هوا	0.00118
اتانول0.78948
سدیم کلرید	2.164
فولاد ضد زنگ	8.037
جیوه	13.545

حل یک مسئله

مسئله: حجم یک قطعه موم 8.50cm³ و جرم آن 8.06g است. چگالی موم را بدست آورید.
راه حل:
چگالی، جرم در واحد حجم است و به صورت زیر نشان داده می‌شود.

D=m/V

با جایگذاری مقادیر معلوم ، خواهیم داشت:

D=8.06g/8.5cm³=0.948g/cm³