گرانش

از دیر باز دست کم از زمان یونانیان، همواره دو مسئله مورد توجه بود:

1. تمایل اجسام به سقوط به طرف زمین هنگام رها شدن.
2. حرکات سیارات ، از جمله خورشید و ماه که در آن زمان سیاره محسوب می‌شدند.
   
   در گذشته این دو موضوع را جدا از هم می‌دانستند. یکی از دستاوردهای بزگ جناب آقای اسحاق نیوتن این بود که نتیجه گرفت: این دو موضوع در واقع امر واحدی هستند و از قوانین یکسانی پیروی می‌کنند. در سال 1665 ، پس از تعطیلی مدرسه بخاطر شیوع طاعون ، نیوتن که در آن زمان 23 سال داشت، از کمبریج به لینکلن شایر رفت. او در حدود پنجاه سال بعد نوشت:
   
   ... در همان سال (1665) این فکر به نظرم آمد که نیروی لازم برای نگه داشتن ماه در مدارش و نیروی گرانش در سطح زمین با تقریب خوبی باهم مشابهند. وویلیام استوکلی ، یکی از دوستان جوان اسحاق نیوتن می‌نویسد، وقتی با اسحاق نیوتن زیر درختان سیب یک باغ مشغول صرف چای بوده است اسحاق نیوتن به او گفته که ایده گرانش در یک چنین جایی به ذهنش خطور کرده است. استوکس می‌نویسد:« او در حالی که نشسته و در فکر فرو رفته بود، سقوط یک سیب توجهش را جلب می‌کند و به مفهوم گرانش پی می‌برد. پس از آن به تدریج خاصیت گرانش را در مورد حرکت زمین و اجسام سماوی بکار می‌برد و ... .» البته باید گفت: اینکه سیب مذکور به سر اسحاق نیوتن خورده است یا خیر معلوم نیست!
   
   اسحاق نیوتن تا سال 1678 ، یعنی تقریبا تا 22 سال پس از درک مفهوم اساسی گرانش نتایج محاسبات خود را بطور کامل منتشر نکرد. در این سال دستاوردهایش را در کتاب مشهور اصول که از آثار بزرگ اوست منتشر کرد. از دلایلی که باعث می‌شد او نتایج خود را انتشار ندهد، می‌توان به دو دلیل اشاره کرد: یکی شعاع زمین ، که برای انجام محاسبات لازم بود و اسحاق نیوتن آن را نمی‌دانست و دیگری ، اسحاق نیوتن بطور کلی از انتشار نتایج کار خود ابا داشت. زیرا مردی کمرو و درونگرا بود و از بحث و جدل نفرت داشت.
   
   راسل در مورد او می‌گوید:« اگر او با مخالفتهایی که گالیله با آنها مواجه بود روبرو می‌شد، شاید هرگز حتی یک سطر هم منتشر نمی‌کرد. در واقع ، ادموند هالی (که ستاره دنباله‌دار هالی به نام اوست) باعث شد اسحاق نیوتن کتاب اصول را منتشر کند. اسحاق نیوتن در کتاب اصول از حد مسائل سیب - زمین فراتر می‌رود و قانون گرانش خود را به تمام اجسام تعمیم می‌دهد.
   
   

گرانش را میتوان در سه قلمرو مطالعه کرد:

1. جاذبه بین دو جسم مانند دو سنگ و یا هر دو شیئ دیگر. اگر جه نیروی بین اجسام به روشهای دقیق قابل اندازه گیری است، ولی بسیار ضعیفتر از آن است که ما با حواس معمولی خود آنرا درک کنیم.
   
   
2. جاذبه زمین بر ما و اجسام اطراف ما که یک عامل تعیین کننده در زندگی ماست و فقط با اقدامات فوق العاده می‌توانیم از آن رهایی پیدا کنیم. مانند پرتاب سفینه‌های فضایی که باید از قید جاذبه زمین رها شوند.
   
   
3. در مقیاس کیهانی یعنی در قلمرو منظومه شمسی و برهمکنش سیاره‌ها و ستاره‌ها ، گرانش نیروی غالب است.
   
   اسحاق نیوتن توانست حرکت سیارات در منظومه شمسی و حرکت در حال سقوط در نزدیکی سطح زمین را با یک مفهوم بیان کند. به این ترتیب مکانیک زمینی و مکانیک سماوی را که قبلا از هم جدا بودند در یک نظریه واحد باهم بیان کند.

قانون گرانش جهانی

نیرویی که دو ذره به جرمهای m₁ و m₂ و به فاصله r ازهم به یکدیگر وارد می‌کنند، نیروی جاذبه‌ای است که در امتداد خط واصل دو ذره اثر می‌کند و بزرگی آن برابر است با:

F = Gm₁m₂/r²

G یک ثابت جهانی است و مقدار آن برای تمام زوج ذرات یکسان است. این قانون گرانش جهانی اسحاق نیوتن است. برای اینکه این قانون را خوب درک کنیم بعضی خصوصیات آن را یادآور می‌شویم:

• نیروهای گرانش میان دو ذره ، زوج نیروهای کنش - واکنش (عمل و عکس العمل) هستند. ذره اول نیرویی به ذره دوم وارد می‌کند که جهت آن به طرف ذره اول (جاذبه) و در امتداد خطی است که دو ذره را به هم وصل می‌کند. به همین ترتیب ذره دوم نیز نیرویی به ذره اول وارد می‌کند که جهت آن به طرف ذره دوم (جاذبه) و در متداد خط واصل دو ذره است. بزرگی این نیروها مساوی ولی جهت آنها خلاف یکدیگر است.
  
  
• ثابت جهانی G را نباید با g که شتاب ناشی از جاذبه گرانشی زمین روی یک جسم است اشتباه کرد. ثابت G دارای بعد L³/MT² و یک کمیت نرده‌ای است (عددثابتی است)، در حالی که g با بعد LT^-2 یک کمیت برداری است ، که نه جهانی است و نه ثابت (در نقاط مختلف زمین بسته به فاصله تا مرکز زمین تغییر می‌کند).
  
  با انجام آزمایشات دقیق می‌توان مقدار G را بدست آورد. این کار را برای اولین بار لرد کاوندیش در سال 1798 انجام داد. در حال حاضر مقدار پذیرفته شده برای G برابر است با:
  
  

G = 6.67×10^-11

نیروی گرانش بزرگی که زمین به تمام اجسام نزدیک به سطحش وارد می‌کند، ناشی از جرم فوق العاده زیاد آن است. در واقع جرم زمین را می‌توان با استفاده از قانون گرانش جهانی اسحاق نیوتن و مقدار محاسبه شده G در آزمایش کاوندیش تعیین کرد. به همین دلیل کاوندیش را نخستین کسی می‌دانند که زمین را وزن کرده است! جرم زمین را M_e و جرم جسمی واقع بر سطح آنرا m می‌گیریم. داریم:

F = GmM_e/R_e² & F = mg

mg = GmM_e / R_e² → M_e = g R_e²/G

که R_e شعاع زمین یا همان فاصله دو جسم از یکدیگر است. زیرا جرم زمین را در مرکز آن فرض می‌کنیم.

گرانش و لختی

نیروی گرانش وارد بر هر جسم ، همانطور که در معادله F = Gm₁m₂/r² مشخص است با جرم متناسب است. به دلیل وجود این تناسب میان نیروی گرانش و جرم است که ما معمولا نظریه گرانش را شاخه‌ای از مکانیک می‌دانیم، در حالی که نظریه مربوط به دیگر نیروها (الکترومغناطیسی ، هسته‌ای و ... )را جداگانه بررسی می‌کنیم. یک نتیجه مهم این تناسب آن است که ما می‌توانیم جرم را با اندازه گیری نیروی گرانشی وارد بر آن (وزن آن) تعیین کنیم. برای اینکار از یک نیرو سنج استفاده می‌کنیم، یا نیروی گرانشی وارد بر یک جرم را با نیروی گرانشی وارد بر جرم استاندارد (مثلا وزنه یک کیلو گرمی) ، به کمک ترازو مقایسه می‌کنیم. به عبارت دیگر برای تعیین جرم جسمی ، آنرا وزن می‌کنیم.

اگر بخواهیم جسم ساکنی را روی یک سطح افقی بدون اصطکاک به جلو برانیم ، متوجه می‌شویم که برای حرکت دادن آن نیرو لازم است، زیرا جسم لخت است و می‌خواهد در حال سکون باقی بماند. یا اگر در حال حرکت است، می‌کوشد این حالت را حفظ کند، در این حالت گرانش وجود ندارد. در فضا(دور از زمین) نیز همین نیرو برای شتاب دادن به یک جسم لازم است. این جرم است که ایجاب می‌کند که برای تغییر دادن حرکت جسم ، نیرو بکار رود. همین جرم است که در دینامیک در رابطه F= ma ظاهر می‌شود.

اما وضع دیگری نیز وجود دارد که در آن هم جرم جسم ظاهر می‌شود.

به عنوان مثال برای نگه داشتن جسمی در ارتفاعی بالا تر از سطح زمین ، نیرو لازم است. اگر ما جسم را نگه نداریم با حرکت شتابدار به زمین سقوط می‌کند. نیروی لازم برای نگه داشتن جسم در هوا از نظر بزرگی با نیروی جاذبه گرانشی میان جسم و زمین برابر است. در اینجا لختی هیچ نقشی ندارد، بلکه خاصیت جذب شدن اجسام توسط اجسام دیگری چون زمین مهم است.

تغییرات شتاب گرانشی (g) همانطور که گفتیم g ثابت نیست و از نقطه‌ای به نقطه دیگر زمین ، بسته به فاصله آن نقطه از مرکز زمین تغییر می‌کند(در نقاط نزدیک سطح زمین می‌توان آنرا ثابت فرض کرد که شما هم در حل مسائل همین کار را انجام می‌دهید و آن را 9.8 یا 10 متر بر مجذور ثانیه فرض می‌کنید).

اما موضوع دیگری بجز فاصله تا مرکز زمین ، نیز وجود داردکه بر g تأثیر می‌گذارد و آن دوران زمین است. اگر جسمی در استوا به یک نیرو سنج آویخته شده باشد، نیروهای وارد بر جسم عبارتنداز: کشش رو به بالای نیروسنج ، w ،که همان وزن ظاهری جسم است و کشش رو به پایین جاذبه گرانشی زمین که با رابطه: F = GmM_e/r² بیان می‌شود. این جسم در حال تعادل نیست زیرا ضمن دوران با زمین تحت تأثیر شتاب جانب مرکز a_R قرار دارد. بنا براین باید نیروی جانب مرکز برآیندی به طرف مرکز زمین به جسم وارد شود. در نتیجه F ، نیروی جاذبه گرانشی (وزن واقعی جسم) باید از w ، نیروی کشش رو به بالای نیروسنج (وزن ظاهری جسم) بیشتر باشد. بنابراین: (دراستوا)


GM_em/R_e² - mg = ma_R --------> آنگاه F - w = ma_R
بنابراین: F = ma (نیروی برآیند)


پس: g = GM_e/R_e² - a_R


از آنجایی که: a_R = Reω² = R_e(2π/T)² = 4π²R_e/T²
که در آن ω سرعت زاویه‌ای دوران زمین ،T دوره تناوب و R_e شعاع زمین است. در قطبها از آنجایی که شعاع دوران صفر است بنابراین: 0 = a_R است، پس داریم:

g = GM_e/R_e²

که همان نتیجه قبلی است.

میدان گرانش

یک حقیقت اساسی درباره گرانش این است که دو جرم بر یکدیگر نیرو وارد می‌کنند. اگر بخواهیم می‌توانیم این موضوع را بصورت تأثیر کنش مستقیم میان دو ذره در نظر بگیریم. این دیدگاه را کنش از راه دور می‌نامند. یعنی ذرات از راه دور و بدون اینکه باهم تماس داشته باشند روی هم اثر می‌گذارند. دیدگاه دیگر استفاده از مفهوم میدان است، که بنا به آن یک ذره جرم دار فضای اطرافش را طوری تغییر می‌دهد که در آن میدان گرانشی ایجاد می‌کند. این میدان بر هر ذره جرم داری که در آن قرار گیرد یک نیروی جاذبه گرانشی وارد می‌کند. بنابراین در تصور ما از نیروهای میان ذرات جرم دار ، میدان نقش واسطه ایفا می‌کند.

در مثال جرم زمین ، اگر جسمی را در مجاورت زمین قرار دهیم، نیرویی بر آن وارد می‌شود،این نیرو در هر نقطه از فضای اطراف زمین دارای جهت و بزرگی مشخصی است. جهت این نیرو که در راستای شعاع زمین است ، به طرف مرکز زمین و بزرگی آن برابر mg. بنابراین در هر نقطه در نزدیکی زمین می‌توان یک بردار g وابسته کرد. بردار g شتابی است که جسم رها شده در هر نقطه بدست می‌آورد و آنرا شدت میدان گرانش در آن نقطه می‌نامند. چون g = F/m شدت میدان گرانش در هر نقطه را می‌توان بصورت نیروی گرانشی وارد بر یکای جرم در آن نقطه تعریف کنیم.

وزن و جرم

وزن جسمی روی زمین 10 اسحاق نیوتن است. اگر این جسم را به فضا برده و بخواهیم به آن شتاب یک متر بر مجذور ثانیه بدهیم، چند اسحاق نیوتن نیرو باید وارد کنیم؟

1. یک؟
2. ده؟
3. صفر؟
4. در فضا نمی‌توان به جسمی شتاب داد!
   
   وزن هر جسم عبارت است از نیروی جاذبه‌ای که زمین به آن وارد می‌کند. وزن چون از نوع نیروست ، کمیتی است برداری. جهت این بردار همان جهت نیروی گرانشی ، یعنی به طرف مرکز زمین است . بزرگی وزن بر حسب یکای نیرو یعنی اسحاق نیوتن بیان می‌شود. وقتی جسمی به جرم m آزادانه در خلا سقوط می‌کند، شتاب آن برابر شتاب گرانش «g» و نیروی وارد بر آن «w» برابر وزن خودش است. اگر از قانون دوم نیوتن (F = ma) ، برای جسمی که آزادانه سقوط می‌کند استفاده کنیم خواهیم داشت: w = mg. که w و g بردارهایی هستند که جهتشان متوجه مرکز زمین است. برای اینکه از سقوط جسمی جلو گیری کنیم باید نیرویی که بزرگی آن برابر بزرگی w و جهت آن به طرف بالاست به آن وارد کنیم ، به گونه‌ای که برآیند نیروهای وارد بر جسم صفر شود. وقتی جسمی از فنری آویزان است و به حال تعادل قرار دارد، کشش فنر این نیرو را تأمین می‌کند.
   
   گفتیم وزن هر جسم ، یعنی نیرویی که زمین به طرف پایین بر جسم وارد می‌کند، یک کمیت برداری است، جرم جسم یک کمیت نرده ای است. رابطه میان وزن وجرم بصورت w = mg است.چون g از یک نقطه زمین به نقطه دیگر آن تغییر می‌کند، w یعنی وزن جسمی به جرم m در مکانهای مختلف متفاوت است. بنابراین یک کیلو گرم جرم در محلی که g برابر 9.8 متر بر مجذور ثانیه است، 9.8 اسحاق نیوتن ( 9.8 = 9.8×1= w )و درمحلی که g برابر 9.78 متر بر مجذور ثانیه است، 9.78 اسحاق نیوتن وزن دارد. در نتیجه بر خلاف جرم که خاصیت ذاتی جسم است (و همیشه ثابت)،وزن یک جسم به محل آن نسبت به مرکز زمین بستگی دارد.در نقاط مختلف روی زمین ترازوهای فنری (نیرو سنجها) ، مقادیر متفاوت و ترازوهای شاهین دار ، مقادیر یکسانی را نشان می‌دهند (زیرا نیرو سنج وزن را نشان می‌دهد، ولی ترازوی شاهین دار جرم را).
   
   در نواحی از فضا که نیروی گرانش (نیرویی که از طرف زمین بر اجسام وارد می‌شود) وجود ندارد، وزن یک جسم صفر است. در حالی که اثرهای لختی و در نتیجه جرم جسم نسبت به مقدار آن در روی زمین بدون تغییر می‌ماند. در یک سفینه فضایی بلند کردن یک قطعه سربی بزرگ کار ساده‌ای است (w = 0 )، ولی اگر فضا نورد به این قطعه لگد بزند همچنان به پایش ضربه وارد می‌شود (زیرا m مخالف صفر است). برای شتاب دادن به یک جسم در فضا ،همان اندازه نیرو لازم است که برای شتاب دادن آن در امتداد یک سطح افقی بدون اصطکاک در روی زمین ، زیرا جرم جسم همه جا یکسان است. اما برای نگه داشتن یک جسم در سطح زمین ، نیروی بسیار بیشتری از نیروی لازم برای نگه داشتن آن در فضا مورد نیاز است، زیرا در فضا وزن صفر است ولی در روی زمین چنین نیست

اتمسفر

دید کلی

مایع یا گاز بر هر جسمی که در آن غوطه‌ور است فشار وارد می‌کند. این فشار را هیدروستاتیکی می‌گویند. پرده‌های گوش به تغییرات فشار هیدروستاتیک حساس‌اند. به همین دلیل وقتی در آب شیرجه می‌رویم و یا وقتی در آسانسور ناگهان بالا می‌رویم این تغییرات را احساس می‌کنیم. همه ما در ته یک دریای هوا زندگی می‌کنیم و از این هوا فشاری بر همه چیز وارد می‌شود. روش کلاسیک اندازه گیری این فشار که هنوز هم بطور وسیعی رایج است فشار سنج جیوه‌ای است.

اتمسفر چیست؟

در لایه‌های جو زمین فشار ناشی از هوای محیط به چگالی هوا و ارتفاع از سطح زمین ، دمای هوا و سرعت وزش باد وابسته است. این فشار بیشترین مقدارش را در سطح دریا دارد و در ارتفاعات بالا به شدت با تابع نمایی کاهش می‌یابد. برای همین است که در بالای کوه تخم مرغ زودتر پخته می‌شود و یا اینکه آب سریعتر می‌جوشد، زیرا فشار هوا پایین بوده و دما نیز ارتباط مستقیم با فشار هوا دارد. با این حال بر حسب رنج فشار جو زمین رابه لایه‌هایی طبقه بندی نموده‌اند. بد نیست بدانید که این فشار به تغییرات شدت تابش نور خورشید نیز بستگی دارد و در اثر توان تابش بالا ، افزایش می‌یابد.

طرز ساخت فشار سنج جیوه‌ای

• یک لوله شیشه‌ای به طول حدود یک متر انتخاب و آنرا از جیوه پرکنید. انتهای باز لوله را با انگشت بگیرید و در همین حال آن را داخل یک ظرف پر از آب جیوه قرار دهید . وقتی انگشت خود را بردارید جیوه درلوله پایین می‌آید و یک ناحیه خلأ در فضای بالای جیوه تشکیل می‌دهد. جیوه در لوله ، در بالای ظرف جیوه ، معیاری از فشار هوا است.
  
  
• توجه کنید که کار با فشار سنج جیوه‌ای اقدامات احتیاطی ویژه‌ای را لازم دارد. چون جیوه سمی است برای انجام آزمایش بایستی موارد احتیاطی کار با آن را رعایت نمایید.
  
  
• اولین فشار سنج محتوی آب بود و ارتفاع ستون آن به بیش از 10.37m می‌رسید. استفاده از جیوه این امکان را فراهم کرد که طول لوله کوتاهتر باشد، زیرا چگالی جیوه بیش از 13 برابر چگالی آب است.

اندازه گیری فشار جو

وقتی فشار هوا برابر یک اتمسفر استاندارد یا 101.3pa است ، ارتفاع ستون جیوه چقدر است؟ تعادل هیدروستاتیکی وقتی برقرار می‌شود که فشار ناشی از وزن ستون جیوه در ته لوله ، با فشار جوی که جیوه را در ته لوله نگه می‌دارد و مانع ریختن آن در ظرف می‌شود، برابر باشد.

بنابراین می‌خواهیم بدانیم ، طول ستون جیوه چقدر باشد تا فشاری برابر 101.3pa را درته لوله تولید کند؟ حجم جیوه برابر است با طول ستون جیوه (h) ضرب در مساحت سطح آن (A) یعنی v = hA در نتیجه ، فشار اتمسفر بر حسب ارتفاع ستونی از جیوه که این فشار می‌تواند آن را در فشار سنج نگه دارد، اندازه گیری می‌شود.

P = ρgh

می‌توان بر حسب حجم سیال جابجا شده سیال به کمک نیروی ارشمیدس نیز فشار جو را اندازه گیری کرد. البته قوانین شارل گیلوساک ، بویل و مایروت و معادله حالت گازها سنجش فشار هوا را به مراتب آسان نموده‌اند.

تداخل امواج

برهمنهی اثرهای فیزیکی دو یا چند قطار موج را تداخل می‌‌گویند. به عنوان مثال ، هرگاه دو موج با فرکانس و دامنه یکسان باهم ترکیب شوند، اثرات بسیار جالبی ظاهر می‌‌شوند. کلیه این پدیده‌ها در مبحث تداخل مورد بحث قرار می‌‌گیرند.

اطلاعات اولیه

دو سیم کوچک را به تیغه مرتعش طوری محکم می‌‌کنیم که وقتی در فاصله‌ای از سطح آب به تیغه فشار می‌‌آوریم، هر دو بطور هم زمان به سطح آب بخورند. در این صورت دو موج دایره‌ای با طول موج یکسان بدست می‌‌آید که از دو مرکز منتشر می‌‌شوند و در تشتک آب باهم ترکیب می‌‌شوند. ناحیه‌هایی در روی سطح آب بوجود می‌‌آید که در آن ارتعاشها قوی هستند و در نواحی دیگر ارتعاشها از بین می‌‌روند. چنین نواحی متناوب را نقش تداخلی گفته و پدیده برهمنهی امواج را که منجر به چنین نقشی می‌‌شود، تداخل می‌‌گویند.

تشریح تداخل با استفاده از روابط ریاضی

دو موج با دامنه و فرکانس یکسان در نظر بگیرید که هر دو با سرعت یکسان در جهت مثبت محور xها حرکت می‌‌کنند و بین آنها اختلاف فازی به اندازه Ф وجود دارد. معادلات این دو موج را می‌‌توان بصورت زیر نوشت:

(y₁ = y_m Sin (kx - ωt

(y₂ = y_m Sin (kx - ωt - Ф

در روابط فوق k عدد موج ، ω فرکانس زاویه‌ای ، y_m دامنه و Ф اختلاف فاز بین دو موج است. حال اگر این دو موج باهم ترکیب شوند، موج برآیند با فرض برقرار بودن اصل برهمنهش به صورت زیر خواهد بود:

{y = y₁ + y₂ = y_m{sin (kx - ωt - Ф) + sin (kx - ωt

این موج برآیند ، موج جدیدی است که همان فرکانس دو موج اولیه را دارد، ولی دامنه‌اش برابر:

y_m cos Ф/2

است.

تداخل سازنده و ویرانگر

اگر Ф یعنی اختلاف فاز بین دو موج اولیه ، صفر باشد، در این صورت دو موج در همه جا همفاز هستند، یعنی بالاترین و پائین‌ترین نقاط دو موج بر هم منطبق هستند. در این حالت اصطلاحا گفته می‌‌شود که امواج بطور سازنده باهم تداخل کرده‌اند. در این حالت دامنه موج برآیند بیشترین مقدار ، یعنی دو برابر دامنه هر یک از امواج اولیه به تنهایی است. از طرف دیگر ، اگر Ф = 0 باشد، در این صورت دامنه موج برآیند صفر خواهد بود. در این حالت بالاترین نقطه یک موج دقیقا بر پائین‌ترین نقطه موج دیگر منطبق می‌‌شود و اصطلاحا گفته می‌‌شود که تداخل ویرانگر اتفاق افتاده است.

شرط ایجاد تداخل پایدار

اگر بطور اختیاری فاز یکی از چشمه‌ها را تغییر دهیم، در این صورت در هر نقطه دو ارتعاش به تناوب یکسان و متفاوت می‌‌شوند و محل ماکزیممها (نقاط تداخل سازنده) ثابت نمی‌‌ماند. همچنین اگر دوره تناوب دو موج مختلف باشد، در هر نقطه سطح تقویت ارتعاشها به تضعیف تبدیل و سپس ارتعاشها دوباره تقویت می‌‌شوند و همین طور تا آخر ادامه پیدا می‌‌کند. هر قدر اختلاف دوره تناوب بیشتر و یا آهنگ تغییر فاز یکی از ارتعاشها زیادتر باشد، ماکزیممها محلشان را سریعتر تغییر می‌‌دهند.

وقتی از نقش تداخلی صحبت می‌‌کنیم، منظور نقشی یک در میان از ماکزیممها و مینیممهای پایدار و مستقل از زمان است. این نقش پایدار فقط وقتی ظاهر می‌‌شود که امواج بر هم نهاده شده ، دارای دوره تناوب یکسان بوده و در هر نقطه ثابت اختلاف ثابت باشد. این قبیل امواج را امواج همدوس می‌‌گویند. در نتیجه تداخل پایدار فقط به شرطی مشاهده می‌‌شود که امواج همدوس باشند.

شرایط عملی تداخل

در عمل اثرهای تداخلی از قطار موجهایی حاصل می‌‌شوند که از یک چشمه (یا از چشمه‌هایی که بین فازهای آنها رابطه ثابتی وجود دارد) بیرون می‌‌آیند، ولی تا نقطه تداخل ، مسیرهای متفاوتی را می‌‌پیمایند. اختلاف فاز Ф بین امواجی را که به یک نقطه می‌‌رسند، می‌‌توان با تعیین اختلاف مسیرهایی که این موجها از چشمه تا نقطه تداخل می‌‌پیمایند، محاسبه کرد. هرگاه اختلاف مسیر مضرب درستی از طول موج (به صورت nλ که n عدد طبیعی است) باشد، دو موج بطور سازنده باهم تداخل می‌‌کنند، ولی اگر اختلاف مسیر مضرب کسری از طول موج λ باشد (مثل {λ/2 ، λ/3 و غیره)، در این صورت امواج بطور ویرانگر با هم تداخل می‌‌کنند.

به بیان دیگر ، می‌‌توان گفت که ماکزیممهای نقش تداخلی ایجاد شده توسط دو چشمه‌ای که بطور همفاز ارتعاش می‌‌کنند، در نقاطی مشاهده می‌‌شوند که اختلاف راه برابر با مقدار صحیحی از طول موج (یا به عبارت دیگر مقدار زوجی از نصف طول موج) باشد و مینیممها در نقاطی قرار می‌‌گیرند که در آنها اختلاف راه برابر مقدار فردی از نصف طول موج باشد. اگر دو موج ناهمدوس بر هم‌ نهاده شوند، شدت‌ها فقط به هم افزوده می‌‌شوند، بطوری که افزوده شدن موج دوم در هر نقطه منجر به افزایش شدت موج به مقداری برابر با شدت موج دوم می‌‌شود. بنابراین ماکزیمم یا مینیممی مشاهده نمی‌‌شود.

تداخل امواج صوتی

پدیده تداخل نیز ، مانند پراش ، در هر پدیده موجی ، بدون توجه به طبیعت امواج ، مشاهده می‌‌شود. قواعد مربوط به امواج صوتی نیز به همان صورتی است که قبلا اشاره شد. فرض کنید دو دیاپازون یکسان که صدای آنها همنوا است، روی یک تخته که بتواند حول یک محوری بچرخد، محکم شده است. اگر دیاپازونها به ارتعاش در آیند (مثلا با آرشه ویولن) و تخته به آرامی گردانده شود، نواحی صدای تقویت شده و تضعیف شده نسبت به ناظر حرکت خواهند کرد و ناظر متناوبا صدای بلند و صدای بسیار ضعیف خواهند شنید.

البته این مسئله را در زندگی روزمره خود بارها مشاهده می‌‌کنیم. به عنوان مثال ، اگر ظهر بلندگوهای یک مسجد در حال پخش اذان باشند و ما در طول یک مسیر پیاده راه برویم، ملاحظه می‌‌کنیم که در بعضی از نقاط صدا را به وضوح می‌‌شنویم، ولی در بعضی از نقاط ، صدای ضعیفی شنیده می‌‌شود.

تداخل امواج نوری

آزمایشهای بسیاری برای نشان دادن تداخل در مورد امواج نوری انجام شده است که از جمله می‌‌توان به آزمایش دو شکاف یانگ اشاره کرد. به عنوان مثال ، فرض کنید که از یک چشمه نوری ، امواج نورانی بر روی صفحه‌ای که دو سوراخ سیاه بسیار کوچک روی آن قرار دارد که اندازه آنها قابل مقایسه با طول موج چشمه نور است، می‌تابد. در این صورت پرتوهای نوری بعد از خروج از دو شکاف با هم تداخل می‌‌کنند. اگر در فاصله معینی از صفحه ، یک پرده قرار دهیم، نقشهای تداخلی به صورت نقاط تاریک و روشن در روی پرده ظاهر می‌‌شوند. نقاط روشن ، نشان دهنده تداخل سازنده هستند و نقاط تاریک ، تداخل ویرانگر را نشان می‌‌دهند.

مباحث مرتبط با عنوان

امواج الکترومغناطیسی

در مکانیک کلاسیک و ترمودینامیک تلاش ما بر این است که کوتاهترین وجمع و جورترین معادلات یا قوانین را که یک موضع را تا حد امکان بطور کامل تعریف می‌کنند معرفی کنیم. در مکانیک به قوانین حرکت نیوتن و قوانین وابسته به آنها ، مانند قانون گرانش نیوتن، و در ترمودینامیک به سه قانون اساسی ترمودینامیک رسیدیم. در مورد الکترومغناطیس ، معادلات ماکسول به عنوان مبنا تعریف می‌شود. به عبارت دیگر می‌توان گفت که معادلات ماکسول توصیف کاملی از الکترو‌مغناطیس بدست می‌دهد و علاوه برآن اپتیک را به صورت جزء مکمل الکترومغناطیس پایه گذاری می‌کند. به ویژه این معادلات به ما امکان خواهد داد تا ثابت کنیم که سرعت نور در فضای آزاد طبق رابطه (C = 1/√μ₀ ε₀) به الکترومغناطیس|کمیتهای صرفا الکتریکی و مغناطیسی مربوط می‌شود.

یکی از نتایج بسیار مهم معادلات ماکسول ، مفهوم طیف الکترومغناطیسی است که حاصل کشف تجربی موج رادیویی است. قسمت عمده فیزیک امواج الکترومغناطیسی را از چشمه‌های ماورای زمین دریافت می‌کنیم و در واقع همه آگاهیهای که درباره جهان داریم از این طریق به ما می‌رسد. بدیهی است که فیزیک امواج الکترومغناطیسی خارج از زمین در گسترده نور مرئی از آغاز خلقت بشر مشاهده شده‌اند.

تعریف امواج الکترومغناطیسی

امواج الکترومغناطیسی یک رده از امواج است که دارای مشخصات زیر است:

• امواج الکترومغناطیسی دارای ماهیت و سرعت یکسان هستند و فقط از لحاظ فرکانس ، یا طول موج باهم تفاوت دارند
• در طیف امواج الکترومغناطیس هیچ شکافی وجود ندارد. یعنی هر فرکانس دلخواه را می‌توانیم تولید کنیم.
• برای مقیاسهای بسامد یا طول موج ، هیچ حد بالا یا پائین تعیین شده‌ای وجود ندارد.
• از جمله منابع زمینی امواج الکترومغناطیسی می‌توان به امواج دستگاه رله تلفن ، چراغهای روشنایی و نظایر آن اشاره کرد.
• این امواج برای انتشار خود نیاز به محیط مادی ندارند.
• قسمت عمده این فیزیک امواج دارای منبع فرازمینی هستند.
• امواج الکترومغناطیسی جزو امواج عرضی هستند.

گستره امواج الکترومغناطیسی

امواج الکترومغناطیسی از طولانی‌ترین موج رادیویی ، با طول موج‌های معادل چندین کیلومتر ، شروع شده پس از گذر از موج رادیویی متوسط و کوتاه تا نواحی کهموج ، فروسرخ و مرئی امتداد می‌یابد. بعد از ناحیه مرئی فرابنفش قرار دارد که خود منتهی به نواحی اشعه ایکس ، اشعه گاما و اشعه کیهانی می‌شود. نموداری از این طیف که در آن نواحی قراردادی طیفی نشان داده می‌شوند در شکل آمده است که این تقسیم بندی‌ها جز برای ناحیه دقیقا تعریف شده مرئی لزوما اختیاری‌اند.

یکاهای معروف فیزیک امواج الکترومغناطیسی

• طول موج λ بنا به تناسب مورد ، برحسب متر و همچنین میکرون یا میکرومتر μm ، واحد آنگستروم A و واحد ایکس XU نشان داده می‌شود.
  
  
• با بکار بردن متر به عنوان واحد طول ، طول موجهای نوری بایستی بنا به تناسب برحسب ، nm سنجیده شوند، ولی هنوز آنگستروم یک واحد رسمی بوده و به عنوان متداول ترین واحد در طیف نمایی بکار برده می‌شود.
  
  
• واحد XU ابتدا به شکل مستقل طوری تعریف شده بود که رابطه آن با آنگستروم به صورت 1A = XU 1002.060بود. این واحد اکنون دقیقا معادل ^10-10 یا m 10^-13 تعریف شده است.
  
  
• علی رغم طبقه بندی عمومی تابش با طول موج ، کمیت مهم از نظر ساختار اتمی و مولکولی فرکانس <ν = c/λ_vacΔE = hv به اختلاف انرژی ΔE بین دو حالت ساکن دستگاه مربوط است. در طول موجهای کوتاهتر مناسب‌تر آن است که به جای ν واحد متناسب با آن یعنی عدد موجی δ = 1/λ_vac = c/v جایگزین شود. مؤلفین مختلف واحدهای مختلفی را برای عدد موجی مانند ΄ν ، K و δ بکار می‌برند که همگی یکسان‌اند، در این بحث علامت δ انتخاب شده است، زیرا امکان اشتباه آن با خود ν و یا سایر ثابتها کم است.
  
  
• واحد عدد موجی یک بر سانتیمتر است که گاهی کایزر (K) نامیده می‌شود. واحد کوچکتر آن میلی کایزر است که (mk) واحد مناسبی برای ساختار فوق ریز و کارهای مربوط به عرض خطی است. هر چند که متخصصین طیف نمایی فرکانس رادیویی برای این قبیل کمیتها واحد فرکانس یعنی MHz را بکار می‌برند (MHz 29.979=mk 1 ).
  
  
• انرژی موج را بر حسب واحد الکترون ولت (ev) بیان می‌کنند که انرژیهای فوتونی خیلی بالا (مربوط به طول موجهای خیلی کوتاه) یک الکترون ولت معادل 1.6x10^-19J است.

طیف نمایی و امواج الکترومغناطیسی

• ناحیه مرئی یا نور مرئی (4000-7500 آنگستروم) توسط نواحی فروسرخ از طرف طول موجهای بلند ، فرابنفش از طرف طول موجهای کوتاه ، محصور شده است. معمولا این نواحی به قسمتهای فروسرخ و فرابنفش دور و نزدیک ، با محدوده‌هایی به ترتیب در حدود 30 میکرومتر و 2000 آنگستروم تقسیم می‌شوند که نواحی مزبور دارای شفافیت نوری برای موادی شفاف از جمله منشورها و عدسیها می‌باشند.
  
  
• تا این اواخر ناحیه مرئی متشکل از فروسرخ تا فرابنفش نور توسط گافهایی از نواحی رادیویی و اشعه ایکس سوا می‌شدند که در آنها بر انگیزش و آشکار سازی تابش با طول موجهای متناسب ممکن نبوده است. اختراع رادار در سالهای جنگ (45 - 1938) راه ورود به نواحی امواج خیلی کوتاه رادیویی یا کهموج را باز کرد، در حالی که در همان زمان طیف شناسان فروسرخ دامنه فعالیت خود را تا به نواحی طول موجهای بلندتر توسعه می‌دادند. این دو ناحیه هم اکنون ابعاد کوچکتر از میلیمتر روی هم می‌افتند.
  
  
• گاف طول موج کوتاه ، بخاطر جالب بودنش برای متخصصین فیزیک پلاسما و اختر فیزیک به خوبی پر شده است. هم اکنون حدود طیف نمایی نوری به زیر 2 آنگستروم رسیده است در حالی که مرز پرتوهای ایکس نرم تا 50 آنگستروم می‌رسند. تشخیص بین پرتو نوری و پرتو ایکس ، در ناحیه پوشش فوق الذکر بر منشأ خطوط طیفی مبتنی است.
  
  
• طیف نمایی نوری با گذار‌های الکترونهای خارجی یا ظرفیتی و طیف نمایی اشعه ایکس با گذارهای الکترونهای داخلی مربوط می‌کند. طیفهای نوری ، طول موجهای خیلی کوتاه از الکترونهای خارجی عناصری با درجه یونش بسیار بالا بوجود می‌آیند.

کاربرد‌های امواج الکترومغناطیسی

• کاربردهای امواج الکترومغناطیسی در مخابرات: از این جمله می‌توان فیبر نوری ، دستگاه رله تلفن ، موجبرها ، ماهواره و ... اشاره کرد.
  
  
• کاربرد‌های امواج الکترو‌مغناطیسی در نظامی: مانند بمب الکترومغناطیسی ، انواع رادار ، ردیابهای موشک و ... .
  
  
• کاربردهای امواج الکترو مغناطیسی در پزشکی: از قبیل عکسبرداری مغناطیسی ، رادیولوژی ، سونوگرافی با لیزر ، کاربرد اشعه ایکس و گاما در فیزیک پزشکی و ... .
  
  
• کاربردهای امواج الکترومغناطیسی در صنعت: انواع برشکاریهای لیزری ، قطار الکترو‌مغناطیسی و صندلی مغناطیسی و ... .
  
  
• کاربردهای امواج الکترومغناطیسی در اخترشناسی: با مطاله طیف الکترومغناطیسی گسیل شده از جو می‌توان به ساختار اجرام آسمانی پی‌برد

حرکت نوسانی

در بیان حرکتهای مکانیکی بسیار متنوعی که در طبیعت روی می‌دهند، اغلب با ‏حرکتهای تکراری مواجه می‌شویم. هر چرخش یک حرکت تکراری است. هر نقطه از ‏جسم در حال چرخش یکنواخت ، طی هر چرخشی ، از موضع چرخشی قبلی با حفظ ‏ترکیب و بدون تغییر سرعت می‌گذرد.

اگر به شاخه‌ها و ساقه‌های درختانی که بر اثر باد تکان می‌خوردند، کشتیهای در حال ‏حرکت بر امواج دریا ، آونگ ساعت در حال تاب خوردن ، حرکت دو طرفه‌ پیستونها و ‏میله‌های اتصال به ماشین بخار با موتور دیزل ، ضربه‌های بالا و پایین سوزن چرخ خیاطی ‏، جزر و مدهای متناوب ، حرکت بازوها و پا در حین راه رفتن یا دویدن و ضربان قلب نگاه ‏کنیم، همه این حرکتها از یک کیفیت برخوردارند.

تعریف حرکت دوره‌ای

در عمل ، تکرار در هر شرایطی همواره یکسان نیست. گاهی هر دوره تازه دقیقا تجدید ‏دوره قبلی است (تاب خوردن آونگ ، حرکت شاخه‌های درخت) ، انحراف از تکرار دقیق ‏کامل گاهی چنان کوچکند که می‌توان از آنها صرفنظر و حرکت را با دقت زیادی تکراری ‏فرض کرد. به عبارتی دیگر حرکت دوره‌ای فرض می‌شود.‏ حرکت تکراری را هنگامی دوره‌ای می‌نامند که هر دوره آن دقیقا در دورهای دیگر تجدید ‏شود. مدت زمان یک دوره (پریود) نامیده می‌شود. بدیهی است که دوره چرخش ‏یکنواخت برابر مدت زمان یک دوران است.‏

نوسانات آزاد

اجسام و وسایلی که خودشان می‌توانند حرکتهای دوره‌ای انجام دهند نقش بسیار ‏مهمی را در طبیعت ایفا می‌کنند. منظور از خودشان این است که توسط نیروهای ‏دوره‌ای خارجی وادار به نوسان نمی‌شوند. به این دلیل چنین نوسانهایی را در مقابل ‏نوسانهای واداشته که بر اثر متغیر دوره‌ای خارجی انجام می‌گیرند، نوسان آزاد می‌نامند.

مثلا اگر دری را متناوبا به داخل و خارج فشار دهیم در باز و بسته می‌شود، یعنی حرکت ‏دوره‌ای واداشته است. خود در دوره‌ای حرکت نمی‌کند. اگر آن را ببندیم و در حال خود ‏رها کنیم، حرکت چرخشی نخواهد داشت، ولی اگر باری را که از فنر قائمی آویزان است ‏بکشیم یا منحرف کنیم وضع فرق می‌کند. تمام اجسام از این نوع یا دستگاههای ‏اجسامی که خودشان می‌توانند حرکت دوره‌ای یا نوسانهایی را انجام دهند دستگاههای ‏نوسانی نامیده می‌شوند و نوسانهایی که این دستگاهها بدون تأثیر نیروی خارجی ‏انجام می‌دهند نوسانهای آزاد نام دارند.‏

نوسانگرها

نه تنها در ماشینها و ساز و کارهای گوناگون (مثل ساز و کار چرخ ساعت) با دستگاههای ‏نوسانی سر و کار داریم، بلکه بعدا می‌بینیم که اغلب چشمه‌های صوتی دستگاههای ‏نوسانی‌اند، انتشار صوت در هوا به این دلیل صورت می‌گیرد که خود هوا نوعی دستگاه ‏نوسانی است. ‏از این گذشته علاوه بر دستگاههای نوسانی مکانیکی ، دستگاههای نوسانی ‏الکترومغناطیسی نیز وجود دارد. که در آنها نوسانهای الکتریکی می توانند روی دهند و ‏همینها اساس مهندسی رادیو را تشکیل می‌دهند. سرانجام ، بسیاری دستگاههای ‏دوگانه ، مثل دستگاههای نوسانی الکترومکانیکی نیز وجود دارند که در زمینه‌های ‏گوناگون بکار می‌روند.‏

نوسانات آونگ

هرگاه جسمی چنان آویزان شود که گرانیگاهش پایینتر از نقطه آویز باشد یک آونگ ‏درست می‌شود. چکش آویزان از میخ ، وزنه آویزان از فنر مثالهایی از دستگاه نوسانی‌‏اند، و با آونگ ساعت دیواری تشابه دارند. هرگاه دستگاهی بتواند نوسانهای آزاد انجام ‏دهد با موضع تعادل پایدار مشخص می‌شود. آونگ ، هنگامی در این موضع است که ‏گرانیگاهش روی امتداد قائم و زیر نقطه آویز باشد.

اگر آونگ را از این موضع بکشیم یا آن را اندکی هل دهیم، آونگ شروع به نوسان می‌کند ‏یعنی به دو طرف موضع تعادل منحرف می‌شود. انحراف ماکزیمم از موضع تعادل آونگ ‏دامنه نوسان نامیده می‌شود. دامنه را انحراف اولیه یا هل دادنی که آونگ را به حرکت ‏می‌اندازد معین می‌کند. این خاصیت بستگی دامنه به شرایط اولیه نه فقط خاص ‏نوسانهای آزاد آونگ است، بلکه در کل در نوسانهای آزاد تعداد زیادی دستگاههای ‏نوسانی نیز صادق است.‏

آزمایش ساده با آونگ

تار مویی (تکه‌ای از سیم نازک یا رشته نایلونی کشسانی) را به آونگ می‌بندیم و ‏شیشه دوده اندودی را به زیر آونگ قرار می‌دهیم. بطوری که آونگ تماس کمی را با ‏شیشه دود اندوده شده داشته باشد. اگر صفحه را با سرعت ثابت در راستای عمود بر ‏صفحه نوسانها حرکت دهیم و همزمان با حرکت دادن صفحه آونگ نیز در حرکت باشد ‏روی صفحه خط موجداری می‌کشد. در این آزمایش ساده‌ترین نوسان نگار یعنی ‏وسیله‌ای برای ثبت نوسانها بدست آورده‌ایم، منحنیهایی که با کمک نوسان نگار ثبت ‏شده‌اند، نوسان نگاشت نامیده می‌شوند.

چون حرکت دود اندود یکنواخت حرکت داده می‌شود، هر جابجایی آن متناسب با ‏زمانی است که طی آن جابجایی به انجام رسیده است. بنابراین می‌توان گفت که ‏زمان با مقیاس معینی در امتداد خط مستقیم برده شده است (مقیاس به سرعت ‏صفحه بستگی دارد). از طرف دیگر تار روی صفحه در راستای عمود بر خط (صفحه) فواصل ‏بین نوک آونگ و موضع متعادل آن یعنی فاصله‌ای را که نوک آونگ از این موضع دور می‌‏شود علامت می‌گذارد. پس نوسان نگاشت درست نمودار حرکت ، یعنی منحنی بیان ‏کننده بستگی مسیر به زمان است.‏

کاملا معلوم است که در چنین نموداری شیب خط منحنی مساوی سرعت حرکت است. ‏آونگ با سرعت ماکزیمم از موضع تعادل می‌گذرد. بنابراین شیب منحنی موجدار در ‏نقاطی که خط را قطع می‌کند ماکزیمم است. برعکس ، سرعت آونگ در لحظه‌های ‏مربوط به ماکزیمم انحرافها مساوی صفحه است. از این رو مماس بر خط موجدار در ‏نقاطی که ماکزیمم فاصله را از خط دارد با آن موازی است (یعنی شیب مماس مساوی ‏صفر است).‏

موج صوتی

• تصور شما از موج صوتی چیست؟
• چرا وقتی به یک شی ضربه می‌زنیم صدا تولید می‌شود؟
• فکر می‌کنید که صوت می‌تواند در خلا منتشر شود؟
• پدیده‌هایی مانند تداخل ، انعکاس و ... در مورد صوت چگونه بررسی می‌گردند؟
• امواج صوتی جزو کدام گروه از امواج عرضی یا طولی است؟
  
  هوا دارای خاصیت ارتجاعی می‌باشد هنگامی که یک لایه از مولکولهای هوا به جلو رانده می‌شود، این لایه به نوبه خود لایه دیگری را به جلو می‌راند و خود به حال اول بر می‌گردد. لایه جدیدی نیز لایه دیگری را به جلو می‌راند و به همین ترتیب این عمل بارها و بارها تکرار می‌گردد تا انرژی به پایان برسد. این جابجایی مولکولها اگر بیش از 16 مرتبه در ثانیه تکرار می‌گردد صدا بوجود می‌آید. هر رفت و برگشت لایه هوا یک سیکل نام دارد و تعداد سیکل در ثانیه تواتر یا بسامد یا فرکانس نامیده می‌شود.

موج صوتی چیست؟

امواج صوتی ، امواج مکانیکی طولی هستند. این فیزیک امواج می‌توانند در جامدات ، مایعات و گازها منتشر شوند. ذرات مادی منتقل کننده این فیزیک امواج ، در راستای انتشار موج نوسان می‌کنند. فیزیک امواج مکانیکی طولی در گستره وسیعی از بسامدها به وجود می‌آیند و در این میان بسامدهای فیزیک امواج صوتی در محدوده‌ای قرار گرفته‌اند که می‌توانند گوش و مغز انسان را برای شنیدن تحریک کنند.

این محدوده تقریبا از 20 هرتز تا حدود 20000 هرتز است و گستره شنیده شدنی نامیده می‌شود. فیزیک امواج مکانیکی طولی را که بسامدشان زیر گستره شنیده شدنی باشد امواج فرو صوتی ، و آنهایی که بسامدشان بالای این گستره باشد ، امواج فراصوتی گویند.

تولید صوت

هر گاه به جسمی ضربه می‌زنیم لایه‌های هوا بین دست ما در جسم جابجا می‌شوند و اگر این جابجاییها بیش از 16 بار در ثانیه باشند، صدا ایجاد می‌شود. برای اینکه بهتر بتوانیم نقش اندامهای گفتار را در تولید آواهای زبان فارسی مورد مطالعه قرار دهیم، ابتدا به نظر می‌رسد لازم است مطالب مختصری درباره چگونگی تولید آوا یا صوت ارائه کنیم.

آوا یا صوت از ارتعاش مولکولهای هوا حاصل می‌شود. ارتعاش یعنی حرکت مولکولهای هوا از جای خود در مسیر معین و بازگشت آنها به جای اولیه. این پدیده فیزیکی را اصطلاحا موج می‌نامیم. برای آنکه بتوانیم یک تصویر تقریبی از طرز بوجود آمدن موج صوتی را مجسم کنیم پاندولی را در نظر می‌گیریم. اگر وزنه پاندول را به یک طرف کشیده آن را رها سازیم، پاندول با سرعت ، به منتهی الیه طرف دیگر رفته دوباره در همان مسیر بجای اول می‌گردد. این حرکت به دفعات زیاد صورت می‌گیرد، ولی در هر دفعه خط سیر آن اندکی کوتاهتر می‌شود تا اینکه وزنه پاندول دوباره به حالت اولیه یعنی سکون در آید.

وزنه پاندول در این حرکت ، لایه‌ای از مولکولهای هوا را با خود به جلو می‌راند و این عمل موجب می‌شود که در یک سوی وزنه ، رقت مولکولی در سوی دیگر تراکم مولکولی ایجاد شود. رقت یعنی زیاد شدن فاصله بین مولکولها و تراکم یعنی کم شدن فاصله آنها. اگر با دو دست یک لاستیک را بکشیم طول لاستیک زیاد می‌شود یا به سخن دیگر ، لاستیک کش می آید.

علت این موضوع آن است که فاصله بین مولکولها در قسمتهای میانی لاستیک زیاد شده و مولکولها بین دو سر لاستیک زیاد شده و مولکولها به طرف دو سر لاستیک کشانده می‌شوند و در نتیجه فاصله میان مولکولها در دو سر لاستیک کم می‌شود. بدین ترتیب در قسمت میانی لاستیک رقت مولکولی و در دو سر آن تراکم مولکولی ایجاد می‌شود. اکنون اگر دو سر لاستیک را رها کنیم مولکولها دوباره به جای اولیه خود بر می‌گردند.

خاصیت ارتجاعی هوا

هوا نیز دارای همین خاصیت ارتجاعی است، منتهی به مراتب بیشتر از لاستیک. هر رقت و تراکم مولکولی در هوا موجب رقت و تراکمهای دیگر می‌گردد. بدین معنی که ، هنگامی که یک لایه از مولکولهای هوا به جلو رانده می‌شود این لایه به نوبه خود لایه دیگری را به جلو می‌راند و خود به حال اول بر می‌گردد. لایه جدیدی نیز لایه دیگری را ، و به همین ترتیب این عمل بارها و بارها تکرار می‌گردد تا انرژی به پایان برسد. این جابجایی مولکولها اگر بیش از 16مرتبه در ثانیه تکرار گردد صدا بوجود می‌آید.

اگر کتابی را از ارتفاع معینی به طرف زمین رها کنیم بر اثر سقوط کتاب ، فشار هوای بین کتاب و زمین زیاد می‌شود و این فشار ، مولکولهای هوا را به اطراف می‌راند. مولکولهای رانده شده به نوبت مولکولهای مجاور خود را به جلو رانده و خود به حالت اول بر می‌گردند. این عمل آنقدر تکرار می‌شود تا انرژی حاصل از سقوط کتاب به پایان برسد. هنگام تماس کتاب با زمین صدایی به گوش می‌رسد، در صورتی که در اثنای سقوط آن صدایی شنیده نمی‌شود.

علت این است که هنگام تماس کتاب با زمین ، بر اثر زیاد بودن مقدار انرژی جابجا شدن مولکولها یا همان رقت و تراکم هوا خیلی بیشتر از 16 مرتبه در ثاینه است و به این علت صدای حاصله قابل شنیدن می‌باشد. هر رقت و تراکم یک سیکل نام دارد و تعداد سیکل در ثانیه تواتر یا بسامد نامیده می‌شود. بنابراین ، وقتی می‌گوییم فرکانس (تواتر) موج مثلا 500 سیکل است، یعنی 500 مرتبه رقت و تراکم در مولکولهای هوا ایجاد شده است. هر قدر بسامد بیشتر باشد صدا به اصطلاح زیرتر است و نیز قدر بسامد کمتر باشد صدا اصطلاحا بمتر است.

چشمه فیزیک امواج فروصوتی و فراصوتی

فیزیک امواج فروصوتی که با آنها سروکار داریم معمولا توسط چشمه‌های بزرگ تولید می‌شوند. امواج زمین لرزه‌ای از آن جمله‌اند. بسامدهای بالای مربوط به فیزیک امواج فراصوتی را می‌توان به وسیله ارتعاشات کشسان یک بلور کوارتز که بر اثر تشدید با یک میدان الکتریکی متناوب در بلور القا شده است ، ایجاد کرد. به این طریق می‌توان بسامدهای فراصوتی به بزرگی 6x10⁸ هرتز تولید کرد. طول موج متناظر با این بسامد در هوا در حدود 5x10^-5 سانتی‌متر است که همان حدود طول موج نور مرئی است.

مشخصات فیزیکی

جابجایی یا ارتعاش مولکولهای هوا در تمام جهات صورت می‌گیرد و بسته به مقدار انرژی موجود ، هر لایه از مولکولها مسافتی را طی می‌کنند. به سخن دیگر هر چه انری بیشتر باشد مسافتی را که موج می‌پیماید بیشتر است. طول مسافتی را که هر طبقه از مولکولهای هوا طی نموده و دوباره به جای اولیه خود بر می‌گردد دامنه نوسان نامند. هر چه آن مسافت زیادتر باشد صدا بلندتر است. بلندی صدا را با زیر و بمی آن نباید اشتباه کرد، زیرا بلندی صدا مربوط به تعداد ارتعاش در ثانیه است.

بنابراین صدای ممکن است بم ولی بلند باشد. بالعکس صدای دیگری ممکن است زیر ولی کوتاه باشد. اگر امواج صوتی در مسیر حرکت خود به جسمی از قبیل پرده گوش برخورد کنند و آن را به همان اندازه مرتعش سازند، ارتعاش پرده گوش بوسیله اندامهای گوش داخلی به مراکز اعصاب شنوایی منتقل گشته و در نتیجه صدا شنیده می‌شود و عکس العمل لازم صادر می‌شود.

چشمه فیزیک امواج شنیده شدنی

فیزیک امواج شنیده شدنی در تارهای مرتعش (بلندگو ، طبل) ایجاد می‌شوند. همه این عناصر مرتعش به تناوب هوای پیرامون خود را در حرکت به طرف جلو ، فشرده و در حرکت به طرف عقب ، رقیق می‌کنند. هوا این آشفتگیها را بصورت موج از چشمه به خارج انتقال می‌دهد. این فیزیک امواج به هنگام وارد شدن در گوش ، احساس صوت را بوجود می‌آورند. موجهایی که تقریبا متناوب هستند و یا تعداد کمی از مؤلفه‌های تقریبی متناوب را شامل می‌شوند، احساس خوشایندی بوجود می‌آورند (اگر شدت خیلی زیاد نباشد) اصوات موسیقی از این جمله‌اند. صوتی که شکل موج آن متناوب نباشد ، بصورت نوفه شنیده می شود. نوفه را می‌توان برهمنهشی از امواج متناوب دانست که در آن تعداد مؤلفه‌ها خیلی زیاد است.

یک آزمایش ساده

دو سر یک سیم فولادی به طول یک متر و به قطر یک میلیمتر را که کشیده شده و بوسیله دو قطعه سنگ یا آهن محکم شده است ، در نظر می‌گیریم. حال اگر وسط سیم را به کناری کشیده و رها کنیم صدایی شنیده نمی‌شود، در صورتی که ارتعاش آن کاملا به چشم دیده می‌شود. ولی اگر یک طرف سیم را به کنار یک لنگه در تخته‌ای متصل کنیم و آزمایش را دوباره انجام دهیم، صدای آن کاملا شنیده می‌شود، با وجود آنکه ارتعاش آن مشهود نیست. علت این امر آن است که در دفعه اول هوای مجاور سیم بجای اینکه تراکم و انبساط پیدا کند، روی سیم لغزیده است و در مرتبه دوم هوای مجاور لنگه در ، مجال لغزیدن و رسیدن به کنار آن را قبل از تجدید ارتعاش نداشته است.

امواج صوتی در جامدات و مایعات

همانطور که درون هوا ارتعاشات طولی توام با تراکم و انبساط منتشر می‌شود، به همان طریق نیز ارتعاشات طولی توأم با تراکم و انبساط در داخل مایعات و جامدات انتشار پیدا می‌کنند. اگر میله فلزی را برای لحظه کوتاهی در امتداد خودش کشیده و رها کنیم ، تراکم و انبساط در طول میله انتشار پیدا خواهد کرد و همین طور اگر نقطه‌ای از جسم جامد را مرتعش سازیم (به عنوان مثال با چکش به گوشه یک قطعه سنگ یا فلز بزنیم) تراکم و انبساط به شکل سطوح کروی در تمام جسم مرتعش منتشر می‌شوند.

مخصوصا نباید چنان کرد که انتشار تراکم و انبساط درون اجسام مختص به ارتعاشات شنیدنی است، بلکه هر نوع ارتعاش با هر فرکانس ممکن است در آنها انتشار یابد. تنها فرقی که جامدات و مایعات در انتقال صوت با هوا و گاز دارند در زیاد بودن سرعت انتشار صوت در آنهاست.

مشاهدات تجربی

• چیزی که در موقع انتشار صوت در هوا انتقال می‌یابد، هوا نیست. به دلیل اینکه صدای هواپیما از ابر و دود غلیظ عبور کرده و به ما می‌رسد. بدون آنکه ابر را پراکنده ساخته و با خود به طرف ما بیاورد.
  
  
• هوا در حین انتشار صوت جلو و عقب می‌رود. یعنی مرتعش می‌شود. برای مشاهده این امر کافی است یک قطعه فیلم عکاسی را بین دو انگشت گرفته و در مقابل آن با آواز بلند بخوانیم، در اینصورت حرکت رفت و آمد تند فیلم را به خوبی در محل اتصال انگشتان خود با فیلم حس می‌نماییم.
  
  
• عبور فیزیک امواج صوتی در هوا با کم و زیاد شدن فشار (انبساط و تراکم) همراه می‌باشد. در جدار لوله صوتی سوراخی درست کرده و سپس ورقه نازک کاغذی روی آن می‌چسبانیم و از خارج به این کاغذ پاندول سبک ساده از چوب آقطی آویزان نموده و لوله را بطور افقی نگاه به بالا و پایین رفتن می‌کند. اگر تنها هوا حرکت می‌کرد و اختلاف فشار در آن وجود نداشت پاندول رفت و آمد نمی‌کرد زیرا حرکت ارتعاشی هوای درون لوله موازی با سطح کاغذ بوده و ممکن نبود که تولید حرکت متناوب در ورقه کاغذ بنماید.
  
  
• در نتیجه وجود همین انبساط و تراکم ، در فیزیک امواج صوتی ، اختلاف چگالی متناوب پیدا می شود. زیرا اگر تغییر فشار را در فیزیک امواج صوتی قبول کنیم لازم است که تغییر چگالی در آنها رانیز قبول کنیم. به کمک چندین پاندول که در طول لوله صوتی افقی بطریق فوق آویزان کرده‌ایم می‌توانیم ثابت کنیم که هنگام ایجاد صوت در لوله ، پاندولی که نزدیکتر به دهانه لوله است زودتر از پاندولهای دیگر به ارتعاش در می‌آید.
  
  پس وقتی قسمتی از هوای درون لوله در داخل آن به سمت انتهای آن حرکت کرده و قسمت دیگری از هوای درون لوله ساکن است، ناچار چگالی قسمتی که بین این دو قسمت متحرک و ساکن قرار دارد ، تغییر کرده است. موضوع وجود اختلاف چگالی در هوای مرتعش عملا به تحقیق رسیده است و از تغییر چگالی هوا در موقع ارتعاش که باعث تغییر ضریب شکست می‌شود، استفاده کرد. و فیزیک امواج صوتی را به کمک جرقه الکتریکی عکسبرداری نموده‌اند

امواج

امواج (Waves)

فهرست مقالات امواج

مباحث علمی	مباحث کاربردی و تجربی
موج خطی	مدولاتور امواج
موج غیرخطی	ترسیم فرنل
موج	محاسبه سرعت فاز
امواج مکانیکی	تشدید در نوسان نگار
موج نوری	اندازه گیری سرعت موج
امواج رادیویی	لرزه نگاری
امواج فرابنفش	آشکار ساز صوت
امواج مادون قرمز	فرکانس مقطع
موج صوتی	دیاپازن
امواج الکترومغناطیسی	چین روی سطح آب
موج عرضی	موج طولی و عرضی
موج طولی
موج تخت
موج کروی
جبهه موج
گروه موجی
سرعت فاز
سرعت گروه
انتشار امواج
جذب موج
موج تابشی
موج بازتابشی
اصل برهمنهی امواج
امواج مختلط
امواج ساکن
تغییر فاز نوسان
طول موج
فرکانس موج صوتی
هرتز
واحد فرکانس
پدیده تشدید
هلمهولتز
تابش مادون قرمز
فرکانس تشدید
فرکانس طبیی
مدولاسیون دامنه
امواج همدوس
امواج غیر همدوس
پراش امواج
بردار موج
سرعت موج
سرعت موج طولی
موج استوانه‌ای
موج تکرنگ
معادلات موج تخت
موج قطبیP
موج قطبیs
موج سینوسی
امواج پیچیده
ترکیب امواج
پراش امواج رادیویی
موج انفجاری
موج لرزه‌ای
سرعت انتشار موج
فرکانس مقطع
امواج روی سطح مایع
انتشار انرژی موج
بازتاب موج
تداخل امواج
موج مادی
امواج غیر مکانیکی
پراش صوتی

دید کلی

وقتی که صحبت از موج به میان می آید. بلافاصله به یاد امواج خروشان دریا می افتیم که به طرف ساحل می‌آیند و خود را به صخره‌ها می‌کوبند. این امواج مقادیر زیادی انرژی را از دور دستهای دریا با خود به ساحل می آورند. امواج پیوسته به طرف ساحل در حرکت هستند، لذا آب فقط در محل خود بالا و پایین ، یا عقب و جلو می‌رود. اما در واقع موج فقط به همین نوع خاص امواج ختم نمی‌شود. بلکه امواج مختلفی را می توان نام برد که در زندگی روزمره خود با آنها مواجه می‌شویم، ولی بی توجه از کنا آنها عبور می‌کنیم. به عنوان نمونه می‌توان به حرکت برگهای درختان که در پاییز آرام آرام به زمین می‌افتند، تکه سنگی که به داخل آب می‌افتد و امواجی را بر سطح آب ایجاد می‌کند، امواج صوتی و هزاران نمونه دیگر اشاره کرد.

فیزیکدانان آشفتگی روی سطح اقیانوسها را موج دوره‌ای (تناوبی) می‌گویند. این آشفتگی یک نقش یکسان را بطور پیوسته تکرار می‌کند. جهان پر از امواج دوره‌ای است، اگر چه بیشتر آنها نامرئی هستند. تمام این امواج آشفتگیهای دوره‌ای هستند که وجود ، اشتراک زیادی باهم دارند. اما غیر از امواج دوره‌ای ، امواج دیگری نیز وجود دارند که فقط برای یک لحظه دوام می‌آورند، این نوع امواج را امواج پالسی می‌گویند. ریگی که به سطح آب می‌افتد. فلاش دوربین عکاسی ، صدای شلیک گلوله از تفنگ از این گونه‌اند.

مشخصات موج

• دامنه موج: دامنه موج ، یکی از مشخصات هر موج حرکت نوسانی است که برای توصیف ریاضی آن لازم است و آن عبارتست از بیشینه جابجایی جسم نوسان کننده از موضع تعادل آن.
  
  
• دوره تناوب: دوره تناوب هر نوسان مدت زمانی است که طول می‌کشد، تا یک نوسان کامل انجام شود. این مشخصه نیز برای توصیف ریاضی حرکت نوسانی لازم است.
  
  
• فرکانس موج: عکس دوره تناوب را بسامد یا فرکانس می‌گویند. بنابراین واحد آن نیز عکس زمان می‌باشد در اصطلاح علمی هرتز می‌گویند.

تقسیم بندی کلی موج

• امواج مکانیکی: موجی را که برای انتقال خود نیاز به محیط مادی دارد را موج مکانیکی می‌گویند. به عبارت دیگری می‌توان گفت که این امواج در خلا منتشر نمی‌شوند. انواع مختلف امواج مکانیکی را می‌توان با در نظر گرفتن چگونگی رابطه بین حرکات ذرهه‌ای ماده با راستای انتشار خود امواج از هم تمییز داد. اگر حرکت ذرات ماده حامل موج ، بر راستای انتشار موج عمود باشد. در این صورت موج حاصل را موج عرضی می‌گویند. به عنوان مثال ، هرگاه انتهای یک ریسمان قائم تحت کشش را به عقب و جلو به نوسان در آوریم، یک موج عرضی در آن به راه می‌افتند. این آشفتگی در طول ریسمان پیش می‌رود ولی ارتعاش ذره‌های ریسمان بر راستای انتشار آشفتگی عمود است.
  
  از طرف دیگر هرگاه جابجایی ذرههای حامل موج مکانیکی در راستای انتشار انجام بگیرد یک موج طولی خواهیم داشت. به عنوان مثال هرگاه انتهای یک فنر قائم کشیده شده را به بالا و پایین به نوسان در آوریم، یک موج طولی در فنر به راه می‌افتد و حلقه‌های فنر در راستایی که این آشفتگی در طول فنر طی می‌کند، به بالا و پایین ارتعاش خواهند کرد. امواج صوتی از جمله امواح طولی هستند. البته امواج دیگری نیز وجود دارند که نه بطور کامل طولی و نه بطور کامل عرضی هستند. به عنوان مثال امواج روی سطح آب از این گونه‌اند.
  
  
• امواج غیر مکانیکی: این امواج برای انتشار خود به محیط مادی نیاز ندارند و در خلا نیز منتشر می‌شوند. از جمله این امواج می‌توان به امواج الکترومغناطیسی ، امواج رادیو و تلویزیون ، امواج فرابنفش ، امواج نوری ، امواج ماکروویو اشاره کرد.
  
  
• موج مادی: در مکانیک کوانتومی به هر ذره مادی یک موج نسبت می‌دهند. به عبارت دیگر برای هر ذره ماده دو گونه طبیعت در نظر گرفته می‌شود. طبیعت موجی و طبیعت ذره‌ای. این دو حالت هیچ وقت بطور همزمان در نظر گرفته نمی‌شود. یعنی امکان ندارد در یک پدیده هم حالت موجی و هم حالت ذره‌ای در مورد یک ذره در نظر گرفته شود.
  
  
• امواج را معمولا بر اساس جبهه موج نیز می‌توان به دو گروه امواج تخت و امواج کروی تقسیم کرد. اگر آشفتگیها فقط در یک راستا منتشر شوند، امواج را امواج تخت می‌گویند. در هر لحظه معین ، وضعیت در تمام نقاط یک صفحه عمود بر راستای انتشار ، یکسان است. جبهه‌های موج به شکل تخت و پرتوها به صورت خطوط راست و موازی هستند. اما اگر آشفتگی از یک چشمه موج در تمام جهات بطرف خارج منتشر شود، در اینصورت جبهه موج شکل کروی دارند و پرتوها خطهای شعاعی هستند. در چنین حالت موج را موج کروی گویند. البته شکلهای دیگری نیز برای جبهه موج می‌توان در نظر گرفت که حالت استوانه‌ای از این جمله می‌باشد.

فضا

فیزیک فضا (Spase Physics)

فهرست مقالات فیزیک فضا

مباحث علمی	مباحث کاربردی و تجربی
جو زمین	جوسنج
جزیره مغناطیسی	تونل باد
علم بالستیک	بحران لایه اوزون
اتمسفر	شفق قطبی
اگزوسفر لایه	تخریب لایه اوزون
فیزیک جو	سوراخ لایه اوزون
ماگنتوسفر لایه	فروغ آسمانی
تعادل ترمودینامیکی اتمسفر	طوفان مغناطیسی
جذب تابش در اتمسفر	باد خورشیدی
سیارات	ضخامت نوری
شار فوتونی	پروپ فضایی مصنوعی
یونسفر لایه	جذب تابش در اتمسفر
تولید و اتلاف در یونسفر	تولید تابش در اتمسفر
چگالی الکترونی یونسفر	یونش فوتونی اتمسفر
ترکیب مجدد در یونسفر	تابش فیزیک امواج کوتاه خورشیدی
انتقال و پخش یون در پلاسما	مقطع مؤثر فوتویونش
لایه هموسفر	یونش فوتوالکترونی اتمسفر
لایه تروپوسفر	لایه بار الکتریکی
مقطع یونش پلاسمای یونسفر	هلال مغناطیسی
پلاسماسفر	تابش تله‌ای
محفظه مغناطیسی پلاسماسفر	کمربند تشعشعی زمین
پلاسماپوز	بارش شفق قطبی
پیکربندی ماگنتوسفر زمین	الکترون مصنوعی
انتشار و جذب فروغ آسمانی	پیکربندی شفق قطبی
مخروط اتلاف شفق قطبی	شهاب سنگ
تبادل بار الکتریکی در جو زمین	ماهواره مصنوعی
قوانین ناوردایی در کمربند زمین	سنجش دمای اتمسفر
ترکیب تابش تله‌ای	تعیین چگالی اتمسفر
منشأ تابش تله‌ای وان آلن	اثر B بر موج الکترومغناطیسی
تحقیقات فضایی	فوتوشیمی
مکانیک سماوی	منشأ تابش سیاره‌ای
گرانش	ارتفاع سنجی
برهمکنش باد خورشیدی و شهاب	مورفولوژی و شفق قطبی
قوانین کپلر	ریزش پروتونی
اصطلاحات رایج مکانیک سماوی	طیف شفق قطبی
مسیر حرکت سیارات	مغناطیس سیاره‌ای
مسیر بین سیاره‌ای سفینه	میدان مغناطیسی زمین
ساختار اتمسفر	توفان مغناطیسی زمین
ترکیبات اتمسفر	ماگنتوسفر و باد خورشیدی
معادلات فضا	آشوب مغناطیسی زمین
اتمسفر و تابش خورشیدی	شار تله‌ای
طول عمر ذرات تله‌ای	لایه اوزون
شتاب مکانی
مقطع یونش
یونش اتمسفر بالا
میدان الکتریکی یونسفر
انتقال و پخش در یونسفر
ترکیب مجدد ذرات در اتمسفر
اتلاف یونش اتمسفر
تابش تله‌ای

نگاه اجمالی

انسان کنجکاو همواره در جریان پیشرفت علوم مختلف از فضای بالای سر خود غافل نبوده ‌است. و تلاش فوق‌العاده زیادی را جهت گشودن اسرار آن انجام داده‌است. انواع ماهواره‌های فضایی ، سفینه‌های فضایی ، تلسکوپهای گوناگون از جمله ابزار و وسایلی هستند که در این راستا توسط انسان ایجاد شده‌اند.

فیزیک فضا یکی از این شاخه‌های علم فیزیک است که تا اندازه‌ای پاسخگوی هزاران سوال موجود در ذهن بشر در مورد فضا می‌باشد. بخشی از فیزیک فضا که در آن اجرام آسمانی مورد مطالعه قرار می‌گیرد، مکانیک سماوی است. در این بخش نیروهای موثر بر حرکت اجسامی نظیر سیارات ، ماهواره‌ها و پروپهای مصنوعی مورد مطالعه قرار می‌گیرد.

قوانین کپلر

در سال 1619 ، کپلر در مورد حرکت سیارات سه قانون اساسی خود را با استفاده از مشاهدات تیکو براهه بیان کرد. قوانین کپلر که پایه و اساس قوانین نیوتن و مکانیک کلاسیک برای حرکت سیارات است، عبارتند از :

• حرکت سیارات به ‌دور خورشید در یک مدار بیضوی انجام می‌گیرد که خورشید در یکی از کانونهای آن بیضی قرار دارد.
  
  
• مدار یک سیاره به ‌دور خورشید ، سطحی را تشکیل می‌دهد که این سطح جاروب شده توسط خط واصل بین سیاره و خورشید با زمان حرکت سیاره نسبت مستقیم دارد.
  
  
• نسبت بین مربع دوره تناوب گردش هر سیاره و مکعب نصف محور بزرگ مدار بیضوی ، در مورد هر سیاره منظومه شمسی عدد یکسانی است.

فیزیک اتمسفر

فیزیک فضا یک علم بسیار جدید است. با وجود این یک تکنولوژی مهم سبب حل بسیاری از ناشناخته‌های قبلی بوده ‌است. محیط ، فضایی از اندرکنش‌های زیادی مانند نیروی گرانشی ، ماگنتواستاتیک ، الکترواستاتیک ، الکترومغناطیس و ... ، نسبت به زمان تغییرات مهمی را نشان می‌دهد که طبیعت ترکیب و توزیع ماده ، دمای گاز بین ستاره‌ای را تغییر می‌دهد.

در فیزیک اتمسفر پارامترهای مهم معین در هر نقطه از اتمسفر مانند فشار ، چگالی ، دما ، میدان مغناطیسی زمین ، میدان الکتریکی ، تابش الکترومغناطیسی موجود در اتمسفر ، ذرات باردار و شهاب سنگها مورد مطالعه قرار می‌گیرند.

برهمکنش نور خورشید با اتمسفر

انرژی تابش خورشیدی در مسیر فاصله خورشید تا زمین در اثر برخورد با گازهای موجود در اتمسفر زمین در فرایندهای مختلفی شرکت می‌کند. در اثر این فرایندها قسمت اعظمی از تابش خورشیدی که برای انسان و موجودات زنده زیان ‌آور است، جذب می‌گردند. تعدادی از این پدیده‌های برهمکنشی عبارتنداز:

• جذب تابش در اتمسفر: در اتمسفر زمین عناصری مانند اوزن ، اکسیژن ، ازت ، هلیوم ، گاز کربنیک ، هیدروژن و گازهای دیگر وجود دارد. همچنین می‌دانیم که امواج الکترومغناطیسی از ذراتی به‌ نام فوتون تشکیل شده‌اند. این فوتونها بعد از گسیل از خورشید توسط عناصر موجود در جو زمین تحت فرایندهای مختلف مانند پدیده فوتوالکتریک ، اثر کامپتون و ... جذب می‌شوند.
  
  
• پدیده یونش: در اثر برهمکنش فوتون با گازهای موجود در جو زمین ، این گازها یونیزه می‌شوند. اتمهای یونیزه دوباره در اثر برخورد با الکترونهای موجود در اتمسفر در فرایند ترکیب مجدد شرکت می‌کنند. این فرایندها همچنین در جو زمین انجام می‌شوند. یکی از نتایج این فرایندها ایجاد پلاسما در اتمسفر می‌باشد.

تابش فیزیک امواج کوتاه خورشیدی

اکنون تکنولوژی پژوهشهای فضایی توسعه یافته ‌است و اطلاعات غیر مستقیم تابش خورشیدی که موجب یونش می‌شوند، به حد کافی مورد مطالعه قرار گرفته است. اطلاعات اولیه حاصل از پرتاب موشکها ، اشعه ایکس تابشی ناشی از خورشید ، ، خطوط طیفی لیمن ذره آلفا را نتیجه داده ‌است. با دستگاههای مجهزتر می‌توان طیف فیزیک امواج کوتاه خورشید را عکسبرداری کرد و اثر فوتوالکتریکی را با موشکها مشاهده کرد.

پدیده‌های بارز فیزیک فضا

• فروغ آسمانی: آسمان شب سیاه کاملا تاریک نیست. ستارگان ، سیارات ، نور منطقه البروجی و ماه هر کدام سطح زمین را روشن می‌کنند. در عرضهای بالاتر شعله‌های شفق و سوسوزدن در سراسر آسمان وجود دارد و این پدیده‌ها بر حسب اقتضا در عرضهای متوسط زمین ظاهر می‌شوند. اتمسفر سیاره در پی این اثرات تابش می‌کند، که این تابش را فروغ آسمانی می‌گویند.
  
  
• شفق قطبی: در عرض‌های بالای زمین ، آسمان شب گاهی به صورت ناگهانی و به شکل متحرک روشن می‌شود که این درخشش‌ها را شفق قطبی می‌گویند. این درخشش‌ها شفاف هستند و می‌توان ستارگان را از داخل آنها مشاهده کرد. اغلب درخشندگی آنها به اندازه‌ای است که با نور آنها می‌توان نوشته‌ای را مطالعه کرد. معمولا در �

فیزیک نوین

فیزیک نوین (Modern Physics)

فهرست مقالات فیزیک نوین

مباحث علمی	مباحث کاربردی و تجربی
نسبیت خاص	پدیده چرنکوف
نسبیت عام	لامپ سدیم
نسبیت خاص و مکانیک نیوتنی	لامپ هلیوم
تبدیلات لورنتس در نسبیت	لامپ فرانک- هرتز
جرم اینرسی	پارادوکس دوقلو
اتساع زمان	تولید تابش ترمزی
انقباض طول	در آشامی فوتونها
جمع نسبیتی سرعتها	سلول فوتوالکتریک
اثر دوپلر نسبیتی	فیلتر طیف سنجی
جرم نسبیتی	اثر هال در نیمه هادی
هم ارزی جرم وانرژی	طیف سنجی با باریکه الکترونی
تبدیلات گالیله	مشاهده تخلیه الکتریکی گاز
ناوردایی گالیله	تخلیه الکتریکی هیدروژن اتمی
اصول موضوع انیشتن	بررسی فرمول بالمر
کند شدن سرعتها در نسبیت	قانون عکس مربعات در تابش
گشتاور زاویه ای	طول موج دوبروی الکترون
چهار بردار تکانه- انرژی	پراش الکترونی
کمیت فضا- زمان	جذب اشعه گاما در لایه سربی
تبدیلات هموردا	مشاهده اثر فوتوالکتریک
سینماتیک نسبیتی	پراکنش کوانتومی نور
فیزیک نسبیتی	جذب اشعه ایکس در آلومینیوم
فیزیک کلاسیک	نحوه تولید اشعه تک رنگ
فیزیک کوانتومی	آزمایش فرانک- هرتز
فیزیک کوانتومی نسبیتی	کوانتش تراز انرژی اتمی
سرعت نور	کوانتش فضایی
ابعاد اتمی	آزمایش اثر بهنجار زیمن
اصل همخوانی در فیزیک	مشاهده پدیده کامپتون
چهار بردار فضا- زمان	بار ویژه الکترون
نسبیت خاص و الکترومغناطیس	اندازه گیری ثابت ریدبرگ
برهمکنش فوتون و الکترون	اندازه گیری جریان فوتوالکتریک
اصل مکملی	اندازه گیری طیف سدیم و جیوه
طیف هیدروژنی	اندازه گیری ثابت پلانک
کوانتش اندازه حرکت زاویه ای	آزمایش میلیکان
اتمهای هیدروژن گونه	اندازه گیری ثابت هال
کوانتش فضایی	اندازه گیری ماگنتون بوهر
اسپین الکترون	نحوه کار با اسپکترومتر
اصل طرد پاولی	اندازه گیری زاویه با اسپکترومتر
خواص گروههای جدول تناوبی
طیف مشخصه اشعه ایکس
برهمکنش کلاسیکی
مکانیک نسبیتی
اصطلاحات مکانیک نسبیتی

دید کلی

• می‌دانید فیزیک نوین چیست؟
• فیزیک نوین با فیزیک کلاسیک چه تفاوتی دارد و در چه مواردی با آن مشابه است؟
• چه مفاهیم اساسی از فیزیک کلاسیک به فیزیک قرن بیستم ، که با ذرات خیلی و خیلی سریع سروکار دارد ، انتقال یافته‌اند؟
• کدامیک از مفاهیم کلاسیک بدون تغییر می ماند و کدامیک باید اصلاح شود؟

این سوالها و سوالهای مهم دیگر موضوعاتی هستند که در فیزیک نوین مورد بحث قرار می‌گیرند.

پیدایش فیزیک نوین

تا اواخر قرن نوزده قوانین حرکت نیوتن بر دنیای مکانیک حکومت میکرد و به عنوان پایه‌های مکانیک کلاسیک بودند. همچنین تا این زمان تبدیلات گالیله به عنوان بهترین الگو جهت تبدیل مختصات به شمار می رفت. بر اساس این تبدیلات سرعت نور مقداری ثابت می‌شود و با حرکت ناظر تغییر می‌کرد. تا اینکه آلبرت انیشتین نظریه نسبیت را ارائه داد و دنیای فیزیک را متحول ساخت. در این زمان آزمایشهای زیادی برای اندازه گیری سرعت نور انجام شد و دانشمندان به این نتیجه رسیدند که سرعت نور مستقل ار حرکت چارچوبهای مرجع مقداری ثابت است. به این ترتیب فیزیک نوین بصورت رسمی پایه ریزی شد. در حالت کلی می‌توان گفت که فیزیک نوین در مورد اصول فیزیک قرن بیستم به صورت نسبتا دقیق و در عین حال در یک سطح بنیادی بحث می‌کند.

پایستگی جرم

برخلاف آنچه در مکانیک کلاسیک تصور می‌شد ، در فیزیک نوین جرم یک جسم کمیتی تغییر ناپذیر نیست ، بلکه با بالا رفتن سرعت افزایش پیدا می‌کند. بدین ترتیب است که وقتی سرعت یک جسم به سرعت نور (C=3X10⁸m/s) نزدیک می‌شود، جرم آن به سوی بینهایت میل می‌کند. پس سرعت نور معرف حدی است که تجاوز از آن را نمی‌توان انتظار داشت. لازم به یادآوری است که غیر از مورد سرعتهای بیشتر از 0.1 سرعت نور ، این تصحیح جرم محسوس نیست. از طرف دیگر ، قبول می‌کنیم که جرم و انرژی می‌‌توانند متقابلا به یکدیگر تبدیل شوند. بدین جهت است که در فروپاشیهای اتمی چنانکه می‌دانیم ، انرژی قابل ملاحظه ای تولید می‌شود. مجموع جرمهای اجسام حاصل همیشه کمتر از جرم جسم خرد شده است. با استفاده از فرمول آلبرت انیشتین می‌توان انرژی آزاد شده را محاسبه کرد.

E=mC²

بنابراین ، بجای پایستگی جرم در حالت کلاسیک ، پایستگی جرم و انرژی قرار می‌گیرد. به عبارت دیگر هرگاه جرم تغییر کند آن تغییر به وسیله تغییر انرژی جبران می‌شود. و لذا انرژی و جرم را می‌توان به یکدیگر تبدیل کرد.

پایستگی زمان

برخلاف فیزیک کلاسیک ، در فیزیک نوین زمان یک کمیت ثابت و پایا نیست و بلکه به حرکت چارچوبهای مرجع بستگی دارد و با بالا رفتن سرعت طولانیتر می‌گویند. از این مسئله تحت عنوان پدیده اتساع زمان در فیزیک نوین یاد می‌شود.

T=T₀/√1-(v/c)²

پدیده اتساع زمان به مسائل بسیار جالبی مانند پاردوکس دو قلوها منجر می‌شود. به عبارت دیگر ، اگر دو برادر دو قلو را در نظر بگیریم که در یک لحظه در روی زمین متولد می‌شوند ، آنگاه یکی از این دو برادر بوسیله سفینهای که با سرعتی نزدیک به سرعت نور حرکت می‌کند به طرف کره ماه برود ، در اینصورت بعد از گذشت مدت زمانی ، فاصله سنی که دو برادر از یکدیگر دارند متفاوت خواهد بود.






لازم به ذکر است که در حد V<زمان نسبی در فیزیک نوین به زمان مطلق در فیزیک کلاسیک تحویل می‌شود. در تجربه‌های روزمره ، اجسامی را مشاهده می‌کنیم که با سرعتهای خیلی کوچکتر از سرعت نور در حرکت‌اند. بنابراین ، اثرهای نسبیتی برجسته‌ای که بوسیله تبدیلات لورنتس جسم می‌شوند ، به آسمانی قابل درک نیستند. این پدیده ها اغلب در واپاشیهای پرتوزا اعمال می‌شوند.

پایستگی طول

در فیزیک نوین فضا نیز مطلق بودن خود را از دست داده و به یک کمیت نسبی تبدیل می‌شود که به سرعت ناظرها بستگی دارد. این پدیده نیز به عنوان انقباض فضا معروف است. رابطهای که انقباض فضا بر حسب آن بیان می‌شود ، به صورت زیر است.

L=L₀x√1-(v/c)²

بر اساس رابطه فوق اگر سرعت افزایش پیدا کند ، طول کوتاهتر می‌شود.

جرم فوتون

ملاحظه کردیم که در فیزیک نوین جرم بر اساس رابطه m=m₀/√1-(v/c)² تغییر می‌کند. بنابراین در مورد فوتون که دارای سرعت C می‌باشد ، مقدار بینهایت برای جرم فوتون حاصل می‌گردد. برای احتزار از این مسئله جرم سکون فوتون (m₀) را برای صفر فرض می‌شود.

پایستگی تکانه

می‌دانیم که در فیزیک کلاسیک تکانه بر حسب رابطه P=mv بیان می‌شود. از طرف دیگر گفتیم که جرم پایسته نبوده و بسته به سرعت ناظرها تغییر می‌کند. بنابراین تکانه که یک کمیت پایسته در فیزیک کلاسیک است ، پایستگی خود را از دست می‌دهد. همچنین دیدیم که طبق رابطه آلبرت انیشتین تغییر در جرم با تغییر در انرژی جبران میشود. بنابراین ، بجای کمیت پایسته تکانه فیزیک کلاسیک ، در فیزیک نوین کمیت دیگری بنام اندازه حرکت-انرژی معرفی می‌شود. این کمیت همواره مقداری پایسته خواهد بود که براساس رابطه زیر بیان می شود.

E²=E²₀+(pc)²

معادله فوق یک رابطه اساسی در دینامیک نسبیتی می‌باشد. چون در فضای سه بعدی اندازه حرکت (تکانه) دارای سه مولفه است. رابطه فوق به عنوان چهار بردار اندازه حرکت - انرژی معروف است.

چهار بردار فضا-زمان

ملاحظه کردیم که در فیزیک نوین رابطه پایسته جدیدی به نام اندازه حرکت-انرژی حاصل شد. همچنین بجای پایستگی جداگانه فضایی و پایستگی زمانی فیزیک کلاسیک ، در فیزیک نوین زمان و فضا به یکدیگر وابسته گشته و یک کمیت پایسته به عنوان چهار بردار فضا-زمان بوجود می‌آید.

سخن آخر

آنچه اشاره شد در واقع مفاهیم اولیهای هستند که برای ورود به فیزیک نوین لازم است. یعنی باید ابتدا در نگرش کلاسیکی خود تغییراتی اعمال کنیم و سپس وارد فیزیک نوین شویم. بعد از اینکه خود را به این اطلاعات اولیه تجهیز کردیم ، به راحتی می‌توانیم پدیده‌هایی چون پدیده فوتوالکتریک ، اثر کامپتون ، تولیدزوج و نابودی زوج ، تولید اشعه ایکس و موارد دیگر را به راحتی تغییر کنیم.

مسئله دیگری که در فیزیک نوین مورد مطالعه قرار می گیرد ، مطالعه ساختار اتمی مواد ، برهمکنش فوتون با ماده و واکنش های هسته‌ای با استفاده از مفاهیم اولیه فیزیک نوین بحث می‌شود.

رایانه

1.مانیتور
2.مادر برد
3.CPU
4.RAM
5.تجهیزات جانبی
6.سیم برق
7.CD drive
8.دیسک سخت
9.کی برد
10.ماوس

تعریف

طبق تعریف کنونی فرهنگ لغت انگلیسی آکسفورد کامپیوتر ابزاری برای انجام محاسبات یا عملیات های کنترلی قابل بیان به صورت جملات عددی یا منطقی می باشد. با وجود درستی، این تعریف و تعاریفی که در دیگر فرهنگ های لغت یافت می شود آنقدر عام هستند که هیچ تمایزی بین گونه های مختلف قدیمی، کنونی و بالقوه ی آینده قرار نمی دهند. سئوالات پر مفهوم تر می توانند این ها باشند: انواع مختلف کامپیوتر کدام می باشد؟ یا ویژگی ها و قابلیت های متمایز کننده ی کامپیوترهای عصر حاضر چیست؟

---

ریشه یابی

معنای کلمه کامپیوتر تغییر کرده اما همواره عقب تر از قابلیت های ماشین های امروزی بوده است. این کلمه در اصل، برای توصیف شخصی که محاسبات ریاضی را انجام می داده بکار می رفته و این مورد استفاده هنوز معتبراست. فرهنگ لغت انگلیسی آکسفورد سال 1897م را به عنوان اولین سالی که این کلمه به یک ماشین محاسبه گر مکانیکی اطلاق شد ثبت کرده است. تا سال 1946م از طرف فرهنگ لغت انگلیسی آکسفورد چندین مشخصه برای تمیز دادن گونه های مختلف ماشین ها ارائه شد. از جمله این مشخصه ها آنالوگ، دیجیتال و الکترونیکی بودن می باشد. به هر حال طبق متون بدست آمده این کلمه ها قبل از سال 1946 مورد استفاده قرار می گرفته اند.

---

سرعت نمایی توسعه کامپیوتر

پیچیدگی دسته بندی گونه های مختلف کامپیوتر با رشد نمایی ظرفیت محاسبه ترکیب شده است. به طور تقریبی ظرفیت محاسباتی ماشین های محاسبه (دستورالعمل های اجرا شده در هر ثانیه به ازای هر 1000 دلار هزینه) از سال 1900 هر 18 تا 24 ماه دو برابر شده است. اول بار Gordon E. Moore از اعضاء اینتل، این ویژگی توسعه کامپیوتر را در سال 1965م ارائه داد قانون مور. رشد نمایی ظرفیت توسط تکامل سریع تکنیک های مهندسی ساخت کامپیوتر تقویت می شده است. همزمان با این افزایش ظرفیت به ازاء هر واحد هزینه به طرز چشمگیری کوچک شده است. اولین کامپیوترهای الکترونیکی از جمله انیاک (که در سال 1945م معرفی شد)، دستگاه های غول پیکری بودند که چندین تن وزن داشتند فضای زیادی را اشغال می کردند و برای کار کردن به اپراتورهای بسیاری نیاز داشتند. این کامپیوترها آنقدر گران بودند که فقط دولت ها و موسسه های تحقیقاتی بزرگ از عهده ی خرید آن برمی آمدند و آنقدر عجیب و غریب به نظر می آمدند که تصور می شد تعداد کمی از آنها برای ارضای تمامی تقاضاهای جهان کافی باشد. در مقایسه کامپیوترهای جدید اوج شکوه و زیباییاند: پرقدرت تر، ارزان تر، کوچکتر، و در دسترس تر.

---

دسته بندی کامپیوترها

برای تعریف یک کامپیوتر لازم است روشی برای دسته بندی ماشین های محاسبه گر بیابیم. بخش های بعد چند معیار و مشخصه برای دسته بندی کامپیوترها ارائه می دهد. برای دادن تعریفی نامبهم از یک ماشین فرضی باید از ترکیب این مشخصه ها استفاده کرد.

---

دسته بندی براساس استفاده های مورد نیاز

ساده ترین معیار دسته بندی ماشین های محاسبه، موارد استفاده آنها است. این مشخصه توسط سازندگان کامپیوتر، برای توصیف محصول خود، و استفاده کنندگان کامپیوتر برای توصیف ماشینی که با آن تعامل دارند مورد استفاده قرارمی گیرد. برای مثال:

*رایانه های شخصی

*رایانه های بزرگ

*لپ تاپ

*ایستگاه کاری رایانه یا (Workstation)

*کامپیوتر کوچک کامپیوترهای کوچک)

*ابر رایانه (ابر کامپیوتر)

*ابرکامپیوترهای کوچک

*Enterprise Server یا سرور حرفه ای

*PDA

*کامپیوترهای پوشیدنی

ماهیت عامیانه این دسته بندی آنرا به ابهام می کشاند. این دسته فقط ماشین های کنونی و در دسترس را شامل می شود. سرعت زیاد توسعه کامپیوتر باعث پیدا شدن کاربردهای تازه و در نتیجه منسوخ شدن تعاریف کنونی می شود. بسیاری از کامپیوترهایی که دیگر مورد استفاده نیستند، از جمله تحلیل گر تفاضلی معمولاً در این لیست ها قرار نمی گیرند. برای تعریف واضح کلمه کامپیوتر به معیارهای دیگری نیازمندیم.

---

دسته بندی براساس تکنولوژی اجرای برنامه

یک مشخصه نامبهم تر برای دسته بندی ماشین های محاسبه فن آوری اجرای برنامه آنها است. کامپیوترهای اولیه کاملاً مکانیکی بودند. در دهه ی 1930م اولین کامپیوترهای تمام الکترونیک از سوپاپ های ترمیونی ساخته شد. در دهه 1950 و دهه 1960 سوپاپ ها جای خود را به ترانزیستورها داد و در اواخر دهه 1960 و اوایل دهه1970 مدار مجتمع های نیمه هادی (تراشه های سیلکونی) مورد استفاده قرار گرفته و از آن زمان محور اصلی فن آوری محاسبه شدند.

این توصیف فن آوری اجرا جامع نیست و تنها جریان اصلی توسعه را نقل می کند. از لحاظ تاریخی بسیار فن آوری ها کشف و منسوخ شده است. برای مثال، با استفاده از جریان آب از میان کانال های جمع شده مدل های اقتصادی ساخته شد. بین سالهای 1903 تا 1909 Percy E. Ludgate طرحی از یک ماشین بافندگی تحلیلی برنامه پذیر ارائه داد که در آن متغیرها از طریق ماکوها منتقل می شوند.

تلاش ها برای ساخت کامپیوترهای نوری که به جای جریان برق از نور استفاده می کند همچنان ادامه دارد و احتمال امکان استفاده از DNA برای محاسبه مورد مطالعه قرار گرفته است. یکی از عرصه های تحقیقاتی جدید که می تواند منجر به ساخت کامپیوترهایی با توانایی های جدید و چشمگیر شود، محاسبه کوانتومی است که هنوز مراحل آزمایشی اولیه را سپری می کند. برای دسته بندی کامپیوترهای به استثناء کامپیوترهای کوانتومی تکنولوژی اجرای برنامه به اندازه ویژگی های طرح کامپیوتر اهمیت ندارد.

---

دسته بندی بر اساس ویژگی های طرح

کامپیوترهای جدید بسیاری از ویژگی های طراحی که طی سال های طولانی توسط سازندگان مختلف به دست آمده را دارا هستند. این ویژگی ها اغلب از تکنولوژی اجرای برنامه مسقل هستند. کامپیوترهای جدید قدرت و قابلیت های خود را از تعامل این ویژگی ها بدست آورده اند. چند نمونه از مهمترین ویژگی های طرح کامپیوتر در زیر آمده است.

---

دیجیتال در برابر آنالوگ

اساسی ترین بخش طراحی کامپیوتر تعیین دیجیتالی یا آنالوگ بودن آن است. کامپیوترهای دیجیتالی مقادیر نمادی یا عددی گسسته و کامپیوترهای آنالوگ سیگنال های اطلاعاتی پیوسته را پردازش می کنند. کامپیوترهای دیجیتالی از دهه 1940 رایج شدند هرچند هنوز از کامپیوترهای آنالوگ برای اهداف خاصی مثل رباتیک و کنترل سیکلوترون استفاده می شود. دیگر دستاوردها، مثل کامپیوترهای پالسی و کامپیوترهای کوانتومی محتمل اند اما یا برای اهداف خاص مورد استفاده قرار می گیرند یا هنوز مراحل آزمایشی را می گذرانند.

---

سیستم دودویی در برابر ده دهی

یک از دستاوردهای مهم در کامپیوترهای دیجیتالی معرفی سیستم عددی دودویی به عنوان سیستم عددی درونی کامپیوتر بود. این طرح ضرورت استفاده از مکانیسم های پیچیده انتقال اعداد برای کامپیوترهای مبتنی بر دیگر سیستم های عددی از جمله ده دهی را از بین برد به کارگیری سیستم دودویی منجر به ارائه ی طرح های ساده ای برای انجام توابع ریاضی و عملیات های منطقی شد.

---

برنامه پذیری

امکان برنامه ریزی یک کامپیوتر - دادن دستوراتی به آن برای اجرا - بدون دستکاری فیزیکی آن یکی از ویژگی های اساسی طراحی بیشتر کامپیوترها است. این ویژگی، با ساخت ماشین هایی که می توانست به طور پویا جریان اجرای برنامه را کنترل کند به شدت توسعه یافت. ای ویژگی کامپیوترها را قادر ساخت تا ترتیب اجرای دستورات را بسته به اطلاعات بدست آمده از برنامه ی در حال اجرا، کنترل کند. این دستاورد بزرگ با معرفی ریاضیات دودویی که می شد برای نمایش عملیات های منطقی مختلف از آن استفاده کرد، به طرز چشمگیری ساده شد.

---

ذخیره سازی

در حین انجام محاسبات اغلب ضروری است مقادیر واسطه برای محاسبات بعدی ذخیره شوند. کارآیی اکثر کامپیوترها تا حد زیادی وابسته به سرعت خواندن و یا نوشتن مقادیر به حافظه و نیز ظرفیت کلی حافظه است. در اصل از حافظه فقط برای ذخیره مقادیر واسطه استفاده می شد اما در دهه 1940 فرضیه ذخیره خود برنامه در حافظه ارائه شد. این دستاورد منجر به ساخت اولین کامپیوترهای برنامه دار از نوع امروزی شد.

---

دسته بندی بر اساس قابلیت ها

شاید بهترین راه دسته بندی گونه های مختلف ماشین های محاسبه، بر اساس قابلیت های ذاتی آن باشد و نه موارد استفاده، تکنولوژی اجرا و ویژگی های طرح آن.

کامپیوترها بر اساس قابلیت و توانایی، به سه دسته تقسیم می شوند: دستگاه های تک منظوره که فقط یک کار را می توانند انجام دهند ( مثل 87 BC Antikythera mechanism و پیشگویی کننده جزر و مد Tide Predictor)) Lord Kelvin 1876))، دستگاه های چند منظوره که تعداد محدودی کار را انجام می داد (مثل موتور تفاضلی شماره یک Charles Babbage)) 1832)) و تحلیل گر تفاضلیVannevar Bush)) 1932)) و دستگاه های همه منظوره از نوع امروزی. از نظر تاریخی کلمه کامپیوتر به هر سه نوع این ماشین اطلاق می شده اما استفاده عامیانه معمولاً آنرا به ماشین های همه منظوره محدود می کند.

علوم کامپیوتر

---

• موضوعات مرتبط
• موضوعات اصلی مهم در علوم رایانه
  • پایه های ریاضی
  • علوم رایانه تئوری
  • سخت افزار
  • سازمان سیستمهای رایانه‌ای
  • نرم‌ افزار
  • سیستم های داده و اطلاعات
  • روشهای کامپیوتری
  • برنامه‌های کامپیوتری
  • مسائل عمومی پیرامون رایانه
• تاریخچه
• پیشتازان معروف علم رایانه

آیا می دانید اولین رایانه در چه سالی و توسط کدام کمپانی ساخته شد ؟

موضوعات مرتبط

• مهندسی رایانه
• مهندسی نرم افزار
• برنامه نویسی
• علم اطلاعات
• سیستمهای اطلاعات
  • سیستم‌های اطلاعات مدیریت
• ریاضیات
• امنیت اطلاعات
• امنیت شبکه
• شبکه خصوصی مجازی VPN)
• پروتکل امنیتی SSL
• گردشگری الکترونیکی
• تجارت الکترونیکی
• دولت الکترونیک
• آموزش الکترونیکی
• سازمان مجازی
• ویروس کامپیوتری
• ISDN
• پرتال
• ویروس های کامپیوتر
• ضد ویروس های کامپیوتر
• هکرها

موضوعات اصلی مهم در علوم رایانه

پایه های ریاضی

• جبر بول
• ریاضیات گسسته
• تئوری نمودار
• تئوری اطلاعات
• منطق نمادین
• آمار و احتمالات

علوم رایانه تئوری

• Algorithmic information theory
• تئوری محاسبه پذیری
• روشهای متداول
• تئوری محاسبه
• تئوری انواع

سخت افزار

• طراحی مدارات منطقی(logical circuit)
• ساختمان های کنترل و ریزبرنامه نویسی
• حساب و ساختارهای منطقی
• ساختارهای حافظه
  • هارد دیسک
• کارت گرافیکی
• مادربرد
• پرینتر
• اسکنر
• DVD
• مانیتور
  • انواع مانیتور
• ورودی/خروجی و ارتباطات داده
• مانیتور LCD
• طراحی منطق
• Integrated circuit
  • طراحی VLSI
• کارآئی و قابلیت اطمینان
• بلوتوث
• فناوری DSL

سازمان سیستمهای رایانه‌ای

• معماری رایانه
• شبکه های کامپیوتری
  • Distributed computing
• امنیت شبکه
• پشتیبانی سیستم ها
• ایجاد سیستم های کامپیوتری

نرم‌ افزار

• برنامه کامپیوتر و برنامه نویسی کامپیوتری
  • برنامه نویسی موازی
  • مشخصه های برنامه
  • بازبینی برنامه
• روشهای برنامه نویسی
• مهندسی نرم افزار
  • بهبود کارآئی
  • برآورد نرم افزار
  • مدیریت ساختار و مدیریت ساختار نرم افزار
  • برنامه نویسی ساخت یافته
  • شئ گرائی
  • Design patterns
  • نرم افزار مجانی و کد باز (Open Source)
• زبان برنامه نویسی
  • فهرست زبان های برنامه نویسی
    • اسمال تاک
• کوکی
• html
• xml
• Spam
• سیستم عامل
• کامپایلرها
  • Lexical analysis
  • Parsing
• نرم‌افزارهای تحت وب
  • وب سرویس
• فایروال

سیستم های داده و اطلاعات

• ساختمان های داده
• ذخیره و بازیابی اطلاعات
• رمزگذاری داده‌ها
• فشرده سازی داده
• کدگذاری و تئوری اطلاعات
• فایلها
  • فرمت فایل
• سیستم های اطلاعات
  • پايگاه داده ها
  • بانک اطلاعات
  • نمایش و عرضه اطلاعات

روشهای کامپیوتری

• شبکه عصبی
• هوش جمعی
• کنترل جبری و نمادین
• هوش مصنوعی
  • پردازش صدا
• تصویرسازی کامپیوتری
• پردازش تصویر و درک تصویری رایانه
• تشخیص الگو
  • تشخیص مکالمه
• شبیه سازی و مدی سازی
• مقاله و پردازش متن
• پردازش سیگنال رقومی(دیجیتالی)

برنامه‌های کامپیوتری

• مدیریت پردازش داده ها
• نرم افزار ریاضی
  • آنالیز عددی
  • اثبات ماشینی قضیه
  • جبر کامپیوتری
• علم فیزیک و مهندسی
  • شیمی کامپیوتری
  • فیزیک کامپیوتری
• حیات و علوم پزشکی
  • اطلاعات زیستی
  • زیست شناسی کامپیوتری
  • اطلاع رسانی داروئی
• علوم اجتماعی و رفتاری
• هنر و مردم شناسی
• مهندسی به کمک کامپیوتر
• روباتیک
• تعامل انسان-کامپیوتر
  • گفتار سازی
  • مهندسی قابلیت استفاده

مسائل عمومی پیرامون رایانه

• صنعت کامپیوتر
• تاریخچه سخت افزار کامپیوتر
• کامپیوترها و تحصیل
• کامپیوترها و اجتماع
  • کار اشتراکی به کمک کامپیوتر
• جنبه های قانونی پردازش
• مدیریت پردازش و سیستمهای اطلاعات
• کامپیوتر شخصی
• رایانه و ایمنی اطلاعات

تاریخچه

• تاریخچه محاسبه
• مبدا اصطلاحات کامپیوتری
• اولین پروژه های کامپیوتری
• شاخه های مختلف کامپیوتر
• خط زمان الگوریتم ها

پیشتازان معروف علم رایانه

• جان بکوس
• جان مک کارتی
• آلن کی
• ادزگر دایکسترا
• دونالد کنوث
• رابرت تارژان
• برتون اسمیت
• دانیل هیلیس
• لسلس لمپورت
• داگلاس لنات
• فردریک بروکز
• لئونید لوین
• استفن کوک
• ادوارد فایگن بام

فیزیک

آنچه در فیزیک می خوانیم!

علوم پایه	علوم کاربردی	گرایش ها	موضوعات ویژه	علوم مرتبط
اپتیک هندسی	آکوستیک	دبیری فیزیک	اصطلاحات رایج فیزیک	الکترونیک
الکتریسیته	اپتیک	ژئو فیزیک	اورانیوم آری سلاح نه!	برق
الکترومغناطیس	اختر فیزیک	فیزیک دریا	برنامه فیزیک	بیوفیزیک
ترمودینامیک	انرژی	فیزیک پزشکی	تاریخ علم فیزیک	پزشکی
ثابت‌های بنیادی فیزیک	اندازه گیری	گرایش آماری	خواص مغناطیسی زمین	رادیولوژی
ریاضی فیزیک	فیزیک امواج	گرایش اتمی و مولکولی	جدال فیزیک و متافیزیک	ریاضی
دستگاه بین المللی یکا	فیزیک خلا	گرایش پلاسما	جهانهای موازی	زلزله شناسی
فلسفه علم	فیزیک انرژی بالا	گرایش فتونیک	چشم انداز فناوری نانو الکترونیک	زمین شناسی
فیزیک اتمی	فیزیک الکترونیک	گرایش حالت جامد و الکترونیک	دانشمندان فیزیک	زیست شناسی
فیزیک ذرات بنیادی	فیزیک پلاسما	گرایش نجوم و اختر فیزیک	سیاهچاله	شیمی
فیزیک مواد	فیزیک حالت جامد	گرایش فیزیک نظری	عمر زمین	شیمی فیزیک
فیزیک نوین	فیزیک رادیو	گرایش ذرات بنیادی	علم	طراحی صنعتی
قوانین بقای فیزیک	فیزیک زلزله شناسی	گرایش لیزر	علم فیزیک	عمران
گرانش	فیزیک شتابدهنده	گرایش ماده چگال	کامپیوتر کوانتومی	فیزیولوژی
مغناطیس	فیزیک فضا	گرایش هسته ای	مثلث برمودا	گرافیک
مکانیک آماری	فیزیک قطعات نوری	گرایش هواشناسی	مرگ خورشید	رایانه
مکانیک سیالات	فیزیک لیزر	مهندسی سیستم	تکنولوژی نانو	کشاورزی
مکانیک کلاسیک	فیزیک محاسباتی	مهندسی مواد	فیزیک یونانی	مخابرات
مکانیک کوانتومی	فیزیک محیط زیست	مهندسی هسته‌ای	هوش فرازمینی	معدن
نجوم	فیزیک هسته‌ای	فیزیک هوا فضا	سرگرمیهای فیزیک	معماری
نسبیت	کاربرد رایانه در فیزیک		متافیزیک	مکانیک
نظریه اختلال	کیهان شناسی		بشقاب پرنده‌ها
نظریه برخورد	آشکارسازی ذرات		نقد و بررسی کتب دبیرستان
مکانیک تحلیلی			عمر زمین
سینماتیک حرکت			مجله علوم پایه
دینامیک حرکت			فیزیک هسته‌ای برای همه

• خانه فیزیک
• کتابهای فیزیک
• کتاب فیزیک هسته‌ای برای همه
• واژه‌نامه فیزیک
• مجله علوم پایه

زمین شناسی

آنچه در زمین شناسی می خوانیم!

مبانی زمین شناسی	علوم کاربردی	گرایش ها	موضوعات ویژه	علوم مرتبط
آب شناسی	زمین شناسی کاربردی	گرایش تکتونیک	اکتشاف معدن	فیزیک
آتشفشان شناسی	زمین شناسی ساختمانی	گرایش آب شناسی	بلور شناسی	شیمی
اقیانوس شناسی	فتوژئولوژی	گرایش زمین شناسی نفت	ترکیب بندی طبقات زمین	زیست شناسی
پالئواکولوژی	زمین شناسی نفت	گرایش چینه و فسیل	پترولوژی	آمار
پالئو بوتانی	آب شناسی کاربردی	گرایش پترولوژی	پرتو گیری از منابع طبیعی پرتوزا	هواشناسی
پالئو‌ژئوگرافی	دور سنجی	گرایش زمین شناسی مهندسی	پلیت تکتونیک	زلزله شناسی
چینه‌ شناسی	زمین شناسی پزشکی	گرایش زمین شناسی اقتصادی	تغذیه مصنوعی آبهای زیرزمینی	جغرافیا
رسوب شناسی	ژئو فیزیک	گرایش رسوب شناسی	زمین لغزش	مکانیک
زمین شناسی اقتصادی	زمین شناسی محیط زیست	گرایش ژئوفیزیک	زهکشی	عمران
زمین شناسی تاریخی	زلزله‌شناسی کاربردی	گرایش هواشناسی	زمین لرزه	ریاضیات
زمین شناسی فیزیکی	هواشناسی	گرایش زمین شناسی محیط زیست	ساختمانهای زمین شناسی	نجوم
زمین شناسی ساختمانی	زمین شناسی اقتصادی	گرایش ژئوشیمی	سایزمو تکتونیک	نقشه برداری
زلزله‌ شناسی	هیدرو ژئوشیمی		شناخت آبهای معدنی	کشاورزی
زمین شناسی مهندسی	مکانیک خاک		مکانیک خاک	اقتصاد
ژئو شیمی	مکانیک سنگ		مکانیک سنگ	معدن
ژئو فیزیک	مینرالوگرافی		معادن ایران	رایانه
ژئومورفولوژی	میکروفاسیس		فرآیندهای تکتونیکی	آمار و احتمال
سنگ شناسی آذرین	خاک شناسی		فیزیک سنگ	ترمودینامیک
سنگ شناسی دگرگونی	زمین شناسی زغال سنگ		نقشه برداری
سنگ شناسی رسوبی	رسوب شناسی کاربردی		نقشه‌های زمین شناسی
هواشناسی	زمین شناسی مواد انرژی‌زا		کانه آرایی
کانی شناسی	زمین شناسی دریایی		گوهر شناسی
بلور شناسی	زمین شناسی زیرزمینی		عکسهای هوایی
فتوژئولوژی			محیطهای رسوبی
دیرینه شناسی			تسونامی
			زلزله در تهران

سختی آب

سختی آب (Hardner) ، اساسا به معنی ظرفیت آن در ترسیب صابون است.

عناصر ایجاد کننده سختی آب

صابون عمدتا توسط کلسیم و منیزیم قابل ترسیب است، ولی به غیر از آنها فلزات دیگری نظیر آلومینیوم ، آهن ، منگنز ، استرانسیم و روی نیز در ایجاد سختی آب شرکت می‌کنند، ولی از این نظر که دو عنصر اولی در مقادیر زیاد در آبهای طبیعی وجود دارند، لذا سختی آب بطور عمده بر اساس این دو سنجیده می‌شود. ولی با وجود این ، اگر مقادیر فلزات دیگر قابل توجه باشد، باید آنها را نیز محسوب داشت.

محاسبه سختی آب

مقدار سختی آب ، برحسب اکی‌والانهای کربنات کلسیم آنها محاسبه و بیان می‌شود.

تقسیم بندی سختی آب

سختی آب را می‌توان به دو نوع تقسیم کرد:

سختی موقت

سختی موقت (Temporary Hardner) را سختی کربناتی (Carbonate Hardner) نیز می‌نامند. این سختی ، مولود بی‌کربنات کلسیم و منیزیم است که عمدتا به کمک حرارت و یا ازدیاد PH کاهش می‌یابد.

سختی دائم

سختی دائم (Permanent Hardner) را سختی غیرکربناتی (Noncarbonate Hardner) نیز می‌نامند. این سختی ، با حرارت دادن قابل حذف نیست.

اهمیت سختی آب

مقدار سختی آب ، علاوه بر اینکه در آبهای صنعتی اهمیت وافر دارد، از نظر بهداشت عمومی نیز اهمیت خاصی دارد. کلسیم که یکی از عوامل سختی آب است، در رشد استخوان و حفظ تعادل بدن دخالت داشته، ولی به همان اندازه ، سولفات کلسیم به علت کمی قابلیت هضم ، ناراحتیهایی در دستگاه هاضمه بوجود می‌آورد.

گاهی توصیه می‌شود که جهت تامین بهداشت و سلامت مصرف کنندگان ، آهک به آب آشامیدنی افزوده شود. بعضی دانشمندان معتقدند، بهتر است کلسیم و منیزیم لازم بدن توسط غذا تامین شود و حتی‌الامکان از آبهای سبک برای شرب استفاده شود. باید توجه داشت که بدن نسبت به سنگینی موجود در آب مورد مصرف خود حساسیت دارد، چنانچه این نوشیدنی تغییر یابد، ممکن است در دستگاه گوارش ایجاد اخلال نماید و این موضوع را به اصطلاح آب به آب شدن می‌گویند.

طبقه بندی آب از نظر سختی

سختی آب (کربنات کلسیم mg/lit)	55 - 5	100 - 56	200 - 101	500 - 201
نوع آب	سبک	سختی کم	متوسط	خیلی سخت

در بعضی از طبقه بندیها حداکثر سختی آبهای قابل شرب ، 300 میلی گرم در لیتر کربنات کلسیم تعیین شده است.

املاح محلول در آب و اثرات آنها

املاح موثر در تولید سختی

املاح موثر در سختی عبارتند از:

املاح غیر تاثیر گذار در سختی

املاحی که در تولید سختی موثر نیستند، عبارتند از:

تاثیر قلیائیت در سختی آب

اگر قلیائیت کل آب ، مساوی یا بیشتر از سختی کل باشد، تمام سختی آب به صورت سختی کربناتی خواهد بود. در صورتی که که قلیائیت کل ، کمتر از سختی باشد، سختی کربناتی آب معادل قلیائیت بوده و سختی دائم ، اختلاف بین سختی کل و قلیائیت است.

واحدهای بکار رفته در سختی آب

در صورتی که مقادیر کاتیونهای مختلف برحسب میلی گرم بر لیتر (ppm) در دست باشد، معمولا جهت سهولت ، به کمک فاکتورهایی که از تقسیم وزن مولکولی کربنات کلسیم به وزن اتمی هر یک از عناصر بدست آمده ، کلیه این مقادیر برحسب کربنات کلسیم محاسبه و بیان می‌گردد. سختی آب ، معمولا بر حسب ppm یعنی mg/lit بیان می‌شود. علاوه بر این ، واحدهای آلمانی ، انگلیسی ، فرانسوی ، آمریکایی را نیز در بیان آن بکار می‌برند؛

هر یک از درجات فوق به ترتیب برابر 17.9 و 14.3 و 10 و 17.2 میلی گرم در لیتر کربنات کلسیم است

پیل الکتروشیمیایی

پیلهای الکتروشیمیایی ابزاری برای تبدیل انرژی الکتریکی و شیمیایی به یکدیگر بوسیله واکنشهای الکتروشیمیایی هستند، بدین دلیل به اسم پیلهای الکتروشیمیایی معروفند.

مقدمه

هنگامی که چراغ قوه را روشن کنید یا برای روشن شدن خودرو استارت می‌زنید از انرژی الکترکی استفاده می‌کنید. این انرژی توسط دسته‌ای از واکنشهای شیمیایی فراهم می‌شود که در باتریها روی می‌دهد. مطالعه شیمی باتریها و مباحثی برقکافت ، آبکاری ، فلز گری و از همه مهمتر خوردگی که در چالش برانگیزترین مسأله در جوامع صنعتی امروز به شمار می‌آید همگی در نتیجه واکنشهای الکتروشیمیای مطرح می‌شوند.

تاریخچه

الکساندر ولتا (1827 - 1745) فیزیکدان ایتالیایی و مخترع اولین باتری است که اکنون پیل ولتا نامیده می‌شود. این پیل شامل صفحات متناوبی از مس و روی است که توسط صفحات مقوایی نازک که در محلول نمکی غوطه‌ورند از هم جدا شده‌اند، بخاطر کمک او به علم الکتریسیته ، واحد اختلاف پتانسیل الکتریکی (ولت) به نام اوست.

نقش و تأثیر در زندگی

باتریهای خشک در زندگی روزمره برای مصارف گوناگون بکار می‌روند، سلولهای انباره‌ای که شامل باتری خودرو باشند برای راه اندازی اتومبیلها بکار می‌روند، از باتریهای نیکل - کادمیم در ابزاری مانند تلفن بی سیم ، رایانه‌های قابل حمل (لپ تاپ) ، تلفن همراه و ماشینهای اصلاح استفاده می‌شود و سلولهای سوختی برای تأمین برق و آب آشامدنی فضاپیما استفاده می‌شود و برای تأمین برق بیمارستانها و به تازگی تأمین نیروی محرکه وسایل نقلیه سنگین و سبک هم استفاده می‌شود. خوردگی سالانه خسارات زیادی در صنعت به بار می‌آورد.

ساختار یا ساختمان

یک پیل الکتروشیمیایی از دو الکترود جریان به نام الکترود کاتد و آند تشکیل یافته است، به هر یک از این الکترودها که در محلول الکترولیت قرار گرفته‌اند و محلولهای الکترولیتی در صورت متفاوت بودن از نظر ترکیب شیمیایی توسط یک پیل نمی که لوله‌های شیشه‌ای نعلی شکل پر شده از محلول غلیظ یک الکترولیت قدیمی باشند و یا یک دیواره متخلخل (نظیر شیشه گداخته و یا چینی و سرامیک بدون لعاب) باهم ارتباط دارند. پیهای الکتروشیمیایی بطور قرار دادی به دو نوع پیل گالوانیک (ولتایی) و الکترولیزی تقسیم می‌شوند.

طرز کار و مکانیزم کار

پیلهای الکتروشیمیایی با واکنشهای اکسایش - کاهش: واکنشهای اکسایش- کاهش عبارتند از انتقال الکترون از یک واکنشگر به واکنشگر دیگری. واکنش اکسایش - کاهش از دو نیم واکنش تشکیل یافته است، نیم واکنشی که در آن واکنشگر الکترون از دست می‌دهد نیم واکنش اکسید است و در آند رخ می‌دهد و واکنشگر را کاهنده یا احیا کننده پیلهای الکتروشیمیایی می‌نامند. نیم واکنشی که در آن واکنشگر الکترون می‌گردد، نیم واکنش احیا یا کاهش می‌باشد و در کاتد رخ می‌دهد و واکنشگر را اکسید کننده یا اکسنده می‌نامند و پتانسیل واکنش را می‌توان با استفاده از معادله ارنست محاسبه کرد.

کاربردها

از پیلهای الکتروشیمیایی می‌توان در موارد زیر استفاده نمود:

• تعیین PH محیط واکنش و ثابت تعادل واکنش
• در صنعت نانو برای رسوب گیری مواد بر روی الکترودها
• در ساخت و کاربرد حسگرها مورد استفاده در تشخیص و اندازه گیری گونه‌های زیستی یعنی زیست حسگرها
• در صنعت پزشکی برای رسم الکتروکار دیاگرام

چشم انداز و آینده بحث

مواد قابل سنجش متعددی در هوا ، آب ، خاک و دیگر تشکیل دهنده‌های محیط زیست وجود دارد و هر روز بر تعداد اینگونه مواد افزوده می‌شود. ضرورت اندازه گیری آلاینده‌هایی نظیر انواع حشره کشها ، کودهای شیمیایی ، زباله‌ها و پسابهای صنعتی و خانگی بر کسی پوشیده نیست. با استفاده از پیلها و اندازه گیری پتانسیل آنها به ویژه زیست حسگرها می‌توان کلیه امور را در مدت زمان کم و به آسانی انجام داد

خوردگی فلزات

خوردگی ، ( Corrosion ) ، اثر تخریبی محیط بر فلزات و آلیاژها می‌‌باشد. خوردگی ، پدیده‌ای خودبه‌خودی است و همه مردم در زندگی روزمره خود ، از بدو پیدایش فلزات با آن روبرو هستند. در اثر پدیده خودبه‌خودی ، فلز از درجه ‌اکسیداسیون صفر تبدیل به گونه‌ای با درجه ‌اکسیداسیون بالا می‌‌شود.

M ------> M⁺ⁿ + ne

در واقع واکنش اصلی در انهدام فلزات ، عبارت از اکسیداسیون فلز است.

تخریب فلزات با عوامل غیر خوردگی

فلزات در اثر اصطکاک ، سایش و نیروهای وارده دچار تخریب می‌‌شوند که تحت عنوان خوردگی مورد نظر ما نیست.

فرایند خودبه‌خودی و فرایند غیرخودبه‌خودی

خوردگی یک فرایند خودبخودی است، یعنی به زبان ترمودینامیکی در جهتی پیش می‌‌رود که به حالت پایدار برسد. البته M⁺ⁿ می‌‌تواند به حالتهای مختلف گونه‌های فلزی با اجزای مختلف ظاهر شود. اگر آهن را در اتمسفر هوا قرار دهیم، زنگ می‌‌زند که یک نوع خوردگی و پدیده‌ای خودبه‌خودی است. انواع مواد هیدروکسیدی و اکسیدی نیز می‌‌توانند محصولات جامد خوردگی باشند که همگی گونه فلزی هستند. پس در اثر خوردگی فلزات در یک محیط که پدیده‌ای خودبه‌خودی است، اشکال مختلف آن ظاهر می‌‌شود.

بندرت می‌‌توان فلز را بصورت فلزی و عنصری در محیط پیدا کرد و اغلب بصورت ترکیب در کانی‌ها و بصورت کلریدها و سولفیدها و غیره یافت می‌‌شوند و ما آنها را بازیابی می‌‌کنیم. به عبارت دیگر ، با استفاده ‌از روشهای مختلف ، فلزات را از آن ترکیبات خارج می‌‌کنند. یکی از این روشها ، روش احیای فلزات است. بعنوان مثال ، برای بازیابی مس از ترکیبات آن ، فلز را بصورت سولفات مس از ترکیبات آن خارج می‌‌کنیم یا اینکه آلومینیوم موجود در طبیعت را با روشهای شیمیایی تبدیل به ‌اکسید آلومینیوم می‌‌کنند و سپس با روشهای الکترولیز می‌‌توانند آن را احیا کنند.

برای تمام این روشها ، نیاز به صرف انرژی است که یک روش و فرایند غیرخودبه‌خودی است و یک فرایند غیرخودبه‌خودی هزینه و مواد ویژه‌ای نیاز دارد. از طرف دیگر ، هر فرایند غیر خودبه‌خودی درصدد است که به حالت اولیه خود بازگردد، چرا که بازگشت به حالت اولیه یک مسیر خودبه‌خودی است. پس فلزات استخراج شده میل دارند به ذات اصلی خود باز گردند.

در جامعه منابع فلزات محدود است و مسیر برگشت طوری نیست که دوباره آنها را بازگرداند. وقتی فلزی را در اسید حل می‌‌کنیم و یا در و پنجره دچار خوردگی می‌‌شوند، دیگر قابل بازیابی نیستند. پس خوردگی یک پدیده مضر و ضربه زننده به ‌اقتصاد است.

جنبه‌های اقتصادی فرایند خوردگی

برآوردی که در مورد ضررهای خوردگی انجام گرفته، نشان می‌‌دهد سالانه هزینه تحمیل شده از سوی خوردگی ، بالغ بر 5 میلیارد دلار است. بیشترین ضررهای خوردگی ، هزینه‌هایی است که برای جلوگیری از خوردگی تحمیل می‌‌شود.

پوششهای رنگها و جلاها

ساده‌ترین راه مبارزه با خوردگی ، اعمال یک لایه رنگ است. با استفاده ‌از رنگها بصورت آستر و رویه ، می‌‌توان ارتباط فلزات را با محیط تا اندازه‌ای قطع کرد و در نتیجه موجب محافظت تاسیسات فلزی شد. به روشهای ساده‌ای می‌‌توان رنگها را بروی فلزات ثابت کرد که می‌‌توان روش پاششی را نام برد. به کمک روشهای رنگ‌دهی ، می‌‌توان ضخامت معینی از رنگها را روی تاسیسات فلزی قرار داد.

آخرین پدیده در صنایع رنگ سازی ساخت رنگهای الکتروستاتیک است که به میدان الکتریکی پاسخ می‌‌دهند و به ‌این ترتیب می‌توان از پراکندگی و تلف شدن رنگ جلوگیری کرد.

پوششهای فسفاتی و کروماتی

این پوششها که پوششهای تبدیلی نامیده می‌‌شوند، پوششهایی هستند که ‌از خود فلز ایجاد می‌‌شوند. فسفاتها و کروماتها نامحلول‌اند. با استفاده ‌از محلولهای معینی مثل اسید سولفوریک با مقدار معینی از نمکهای فسفات ، قسمت سطحی قطعات فلزی را تبدیل به فسفات یا کرومات آن فلز می‌‌کنند و در نتیجه ، به سطح قطعه فلز چسبیده و بعنوان پوششهای محافظ در محیط‌های خنثی می‌‌توانند کارایی داشته باشند.

این پوششها بیشتر به ‌این دلیل فراهم می‌‌شوند که ‌از روی آنها بتوان پوششهای رنگ را بر روی قطعات فلزی بکار برد. پس پوششهای فسفاتی ، کروماتی ، بعنوان آستر نیز در قطعات صنعتی می‌‌توانند عمل کنند؛ چرا که وجود این پوشش ، ارتباط رنگ با قطعه را محکم‌تر می‌‌سازد. رنگ کم و بیش دارای تحلخل است و اگر خوب فراهم نشود، نمی‌‌تواند از خوردگی جلوگیری کند.

پوششهای اکسید فلزات

اکسید برخی فلزات بر روی خود فلزات ، از خوردگی جلوگیری می‌‌کند. بعنوان مثال ، می‌‌توان تحت عوامل کنترل شده ، لایه‌ای از اکسید آلومینیوم بر روی آلومینیوم نشاند. اکسید آلومینیوم رنگ خوبی دارد و اکسید آن به سطح فلز می‌‌چسبد و باعث می‌‌شود که ‌اتمسفر به‌ آن اثر نکرده و مقاومت خوبی در مقابل خوردگی داشته باشد. همچنین اکسید آلومینیوم رنگ‌پذیر است و می‌‌توان با الکترولیز و غوطه‌وری ، آن را رنگ کرد. اکسید آلومینیوم دارای تخلخل و حفره‌های شش وجهی است که با الکترولیز ، رنگ در این حفره‌ها قرار می‌‌گیرد.

همچنین با پدیده ‌الکترولیز ، آهن را به ‌اکسید آهن سیاه رنگ (البته بصورت کنترل شده) تبدیل می‌‌کنند که مقاوم در برابر خوردگی است که به آن "سیاه‌کاری آهن یا فولاد" می‌‌گویند که در قطعات یدکی ماشین دیده می‌‌شود.

پوششهای گالوانیزه

گالوانیزه کردن (Galvanizing) ، پوشش دادن آهن و فولاد با روی است. گالوانیزه ، بطرق مختلف انجام می‌‌گیرد که یکی از این طرق ، آبکاری با برق است. در آبکاری با برق ، قطعه‌ای که می‌‌خواهیم گالوانیزه کنیم، کاتد الکترولیز را تشکیل می‌‌دهد و فلز روی در آند قرار می‌‌گیرد. یکی دیگر از روشهای گالوانیزه ، استفاده ‌از فلز مذاب یا روی مذاب است. روی دارای نقطه ذوب پایینی است.

در گالوانیزه با روی مذاب آن را بصورت مذاب در حمام مورد استفاده قرار می‌‌دهند و با استفاده ‌از غوطه‌ور سازی فلز در روی مذاب ، لایه‌ای از روی در سطح فلز تشکیل می‌‌شود که به ‌این پدیده ، غوطه‌وری داغ (Hot dip galvanizing) می‌گویند. لوله‌های گالوانیزه در ساخت قطعات مختلف ، در لوله کشی منازل و آبرسانی و ... مورد استفاده قرار می‌‌گیرند.

پوششهای قلع

قلع از فلزاتی است که ذاتا براحتی اکسید می‌‌شود و از طریق ایجاد اکسید در مقابل اتمسفر مقاوم می‌‌شود و در محیطهای بسیار خورنده مثل اسیدها و نمکها و ... بخوبی پایداری می‌‌کند. به همین دلیل در موارد حساس که خوردگی قابل کنترل نیست، از قطعات قلع یا پوششهای قلع استفاده می‌‌شود. مصرف زیاد این نوع پوششها ، در صنعت کنسروسازی می‌‌باشد که بر روی ظروف آهنی این پوششها را قرار می‌‌دهند.

پوششهای کادمیم

این پوششها بر روی فولاد از طریق آبگیری انجام می‌‌گیرد. معمولا پیچ و مهره‌های فولادی با این فلز ، روکش داده می‌‌شوند.

فولاد زنگ‌نزن

این نوع فولاد ، جزو فلزات بسیار مقاوم در برابر خوردگی است و در صنایع شیر آلات مورد استفاده قرار می‌گیرد. این نوع فولاد ، آلیاژ فولاد با کروم می‌‌باشد و گاهی نیکل نیز به ‌این آلیاژ اضافه می‌‌شود.