نظریه نسبیت خاص و انقباض طول

این بحث را با یک سؤال شروع می کنیم.

به نظر شما به چه سرعتی باید حرکت کنید تا به کهکشانی در فاصله 5 سال نوری برسید؛ در حالی که مردم روی زمین، این فاصله را 100 سال نوری اندازه گرفته اند؟

آن طوری که از زمین یا سفینه فضایی دیده می شود، کهکشان چه قدر دور است؟

پاسخ:

و باز هم با تبدیل سال نوری به ثانیه خواهیم داشت:

پس مسافت و فضایی که باید طی شود، کوتاه تر می شود و انقباض پیدا می کند!

نحوه محاسبه را اکنون متوجه خواهید شد.

طبق اندازه گیری زمینی (مقایسه ساعت زمینی با ساعت سفینه) فاصله بین دو سیاره :

است؛اما طبق اندازه گیری سفینه فضایی، فاصله با فرمول :

 محاسبه می شود.

بنابراین، همان طوری که از سفینه دیده می شود، فاصله بین سیارات، کم تر است. با تغییر چارچوب مرجع (یعنی از دید ناظر سفینه)، گویی سیارات از کنار سفینه رد می شوند؛ پس ناظر درون سفینه، فاصله کوچک تری بین سیارات نسبت به ناظر ساکن در هر دو سیاره می بیند.

 

بنابراین از دید ناظر ساکن، یک چوب متحرک (که موازی با جهت حرکت قرار گرفته) کوتاه تر از چوبی که ساکن است، به نظر می رسد.

برای فهم بیش تر این مطلب، به حرکت سفینه فضایی دقت کنید:

سرعت سفینه 10% سرعت نور

سرعت سفینه 86.5% سرعت نور

سرعت سفینه 99% سرعت نور

سرعت سفینه 99.99% سرعت نور

• توپ تنیس در حال حرکت با سرعت بالا مثل یک کلوچه نازک دیده می شود. در سرعت زیاد، ضخامت یک کلوچه نازک در حد صفر دیده می شود!
•  برای کسی که با سرعت نور حرکت می کند، فاصله بین منظومه شمسی و مرکز کهکشان (یا هر فاصله ای) تقریبا صفر به نظر می رسد.
•  عبور با سرعت زیاد از کنار یک تابلو یا خانه، آن ها را به طور افقی، منقبض نشان می دهد.
  
•  وقتی لحظه ای به نمای خانه ای نگاه کنید، هنگام رد شدن از کنار خانه ، با این که نور از کناره های نمای خانه در زمان نسبتا کوتاه تری منتشر می شود ( و فاصله طولانی تری در همان سرعت مشابه نوری که به نمای روبرو رسیده، می پیماید) درست در هنگام روبه رویی با خانه و به ناظر می رسد و نمای خانه جلوی عبور پرتو نشان داده شده را نمی گیرد.
  

نتیجه گیری:

مکان و فضا هم مانند زمان، مطلق و ثابت نیست، بلکه خصوصیات مشترک داشته و نسبی اند. هر دوی این خصوصیات به ناظر وابسته اند. حوادثی که در یک چارچوب مرجع (از دید ناظری خاص)، همزمان به نظر می رسند، در چارچوب مرجع دیگر (ناظر دیگر در شرایط مکانی و زمانی دیگر) همزمان نیستند. هر ناظری، سیستم مکان – زمان خاص خود را دارد.

پس به همان صورتی که گذشت زمان در سرعت های متفاوت، عوض می شود؛ مکان و ابعاد فضا نیز بسته به میزان سرعت اجسام تغییر خواهد کرد.

تأخیر زمان

در بحث مربوط به نسبیت خاص انیشتین به پدیده تأخیر زمانی اشاره شد. در این قسمت می خواهیم با این خاصیت بیش تر آشنا شویم.

حال باریکه ای از نور را مانند آن چه در شکل زیر نشان داده شده و ناظری در بیرون یا درون سفینه در نظر بگیرید:

نور با همان سرعت c در هر چارچوبی مشاهده می شود. ناظر داخل سفینه و ناظر ساکن بیرون سفینه، ساعت های یکسانی دارند؛ اما فاصله زمانی متفاوتی برای این اتفاق اندازه می گیرند.

برای فهم بهتر مطلب به این انیمیشن دقت کنید:

یک ساعت نوری خیالی را مانند تصویرروبرو در نظر بگیرید. این ساعت با نوری که بین دو آینه منعکس می شود، کار می کند.

زمان بین تیک و تاک این ساعت (که همان زمان بین انعکاس نور از دو آینه است) با اندازه گیری یک ساعت ثابت خواهد بود:

حال اگر همان ساعت نوری با سرعت v حرکت کند:

 

زمان بین تیک و تاک ساعت نوری با اندازه گیری مسافت طی شده پالس نوری قرمز تقسیم بر c به دست می آید:

اگر طرفین را به توان دو برسانیم و جملات شامل t را به یک سمت بیاوریم، خواهیم داشت:

گذشت زمان برای ناظر ساکن، زمانی که نور مسافت زیادی را طی می کند، طولانی تر از ناظر متحرک است. انگار ساعت ساکن در مقایسه با ساعت متحرک، سریع تر تیک و تاک می کند!

یک مثال دیگر:

ساعت های آبی و قرمز مشابهی را در شکل زیر  می بینید. تا وقتی این دو ساعت نسبت به هم ساکن هستند، تیک – تاک های مشابهی را ثبت خواهند کرد.

اما وقتی ساعت آبی با سرعت v نسبت به ساعت قرمز در جهت عمود بر مسیر آینه (که با رنگ سبز نشان داده شده) حرکت می کند، در ساعت قرمز اگر چه فاصله بین ساعت آبی و آینه همچنان مثل فبل ثابت می ماند، اما نور مسافت طولانی تری طی می کند؛ از آن جایی که سرعت نور ثابت است، ساعت قرمز  زمان طولانی تری برای ساعت آبی و تیک – تاک آن ثبت می کند.

ولی ساعت آبی به همان صورت قبل کار خواهد کرد.

معمای دوقلوها: یک تناقض واضح!

آیا فکر نمی کنید گذشت زمان برای دو برادر دوقلو که یکی با سفینه به فضا می رود و دیگری روی زمین می ماند، متفاوت باشد؟

دوقلویی که به فضا می رود، فکر می کند زمان با سرعت می گذرد؟ به نظر شما وقتی به زمین بازگشت، کدام یک پیرتر می شود؟

با استفاده از مطلبی که در بالا به آن اشاره شد، نباید در پاسخ دادن به این سؤال دچار ابهام شوید!

به دلیل این که چارچوب دوقلویی که به فضا رفته، ساکن نیست، زمان برای او سریع تر خواهد بود و وقتی برگشت، برادر خود را پیرتر از خود خواهد دید!

 

• اگر داخل محفظه ای باشید که با سرعت بالا می چرخد و بعد از آن بیرون بیایید، می بینید که دوقلوی شما که بیرون محفظه نشسته بود، بیش تر از شما سن دارد!   

• یک ذره بنیادی (مانند نوترون، میون) که تجزیه می شود، زمانی که با سرعت بالا در شتاب دهنده حرکت می کند، عمر طولانی تری دارد (یعنی نسبت به ذره ای که با سرعت کم حرکت می کند یا ساکن است، دیرتر تجزیه می شود).  

•  نوری از مرکز کهکشان راه شیری در زمان 25,000 سال به منظومه شمسی می رسد، اما فردی که با سرعت نور حرکت می کند، همان زمان را صفر ثانیه اندازه می گیرد!  

• وقتی با سرعت  500 کیلومتر در ساعت، سفر رفت و برگشتی به ژاپن داشته باشید، قطعا با سرعت کم تری عمرتان می گذرد؛ اما افسوس که مدت خیلی کمی است! برای 20 ساعت سفر رفت و برگشت، مدت:
  

        ثانیه کم تر پیر می شوید!!!!

نظریه های نسبیت انیشتین

مقدمه:

درک نسبیت آن قدرها هم فراتر از ذهن ما نیست. در واقع، نسبیت مکانی، قسمتی از زندگی روزمره ماست. نسبیت مکانی (فضایی) به افتخار گالیله که اولین بار مفهوم حرکت نسبی را فرمول بندی کرد، نسبیت گالیله ای هم نام دارد و اغلب با نظریه های انیشتین اشتباه گرفته می شود. گالیله بسیار راحت این واقعیت را توصیف کرد که یک ناظر در حال حرکت، اشیا را به گونه متفاوت با ناظر ساکن می بیند، زیرا سیستم مختصاتی متفاوت مکانی یا به زبان نسبیتی، "چارچوب مرجع" متفاوتی دارد.

مفهوم جدید نسبیت از دیدگاه انیشتین:

نسبیت انیشتین با نسبیت کلاسیکی فرق دارد. قبل از انیشتین مردم فکر می کردند زمان مطلق است یعنی یک ساعت بزرگ، زمان کل جهان را اندازه می گیرد؛ پس یک ساعت در زمین، همان زمان را در مریخ یا کهکشان دیگری خواهد داشت. اما در این مفهوم، مشکلی وجود دارد: در چارچوب زمان مطلق، سرعت نور نمی تواند ثابت باشد؛ (سرعت قابل اندازه گیری نور (یعنی c) که اولین بار به نسبیت گالیله اشاره داشت). این به معنای آن است که وقتی زمین با سرعت v می چرخد، نسبت به ناظری در بیرون، نور منتشر شده در جهت چرخش زمین باید سرعت c + v داشته باشد و نور منتشر شده در خلاف جهت چرخش زمین، با سرعت c – v حرکت خواهد کرد.

در 1881 آ. مایکلسون آزمایشی انجام داد تا ثابت کند واقعیت چنین نیست. با کمک تجهیزاتی که با تغییر الگوهای تداخلی، اجازه اندازه گیری اختلاف دقایقی در سرعت نور می داد، مایکلسون متوجه شد که سرعت نور همواره یکسان است و هیچ وقت تغییر نمی کند. همین آزمایش بعدها توسط مایکلسون و ای.دبلیو. مورلی با دقت بیش تری دوباره انجام شد.

در 1905 نظریه نسبیت خاص انیشتین، قوانین درست فیزیک را برای اجسام سریع در هر دو مقیاس بزرگ و اتمی توصیف کرد.

دو اصل ثابت انیشتین:

•  قوانین فیزیک در هر چارچوب مرجع لخت، ثابت هستند (لخت به معنای آن است که هیچ نیروی خارجی روی سیستم وارد نمی شود).
•  سرعت نور در خلأ صرف نظر از سرعت منبع و ساکن یا متحرک بودن ناظر، همواره مقدار ثابت c را دارد.

جمع نسبیتی سرعت ها:

در این قسمت می خواهیم راز ثابت ماندن سرعت نور در هر محیطی را صرف نظر از منبع نور یا ناظر نور کشف کنیم.

اگر ذره ای با سرعت v₁ را از سفینه متحرکی با سرعت v₂ بیندازیم، سرعت کلی V_total مشاهده شده از بیرون سفینه در چارچوب ناظر ساکن توسط فرمول زیر محاسبه می شود. v₂ سرعت نسبی دو ناظر است. مقادیر + یا –  برای v₁ یا v₂ به جهت آن ها وابسته است.

 

شکل بالا برای حالت v₁=0 و هر v₂ است (جسمی که در دست راننده است، سرعت افقی نسبت به ماشین در حالت (a) ندارد).

ناظر ساکن بیرون از ماشین، جسم را با سرعت V_total = v₂ می بیند؛ این اتفاق همواره در زندگی روزمره تکرار می شود.

مثال: پرتابه ای با سرعت زیاد (1)، موشکی سریع (2)، از خود رها می کند. ناظر روی زمین، سرعت (2) را چه قدر اندازه می گیرد؟

همزمانی

یک اتفاق همزمان به چه معنی است؟

 

در این شکل، علائم نور به طور همزمان به هر دو انتهای سفینه فضایی می رسند و ناظر متحرک آن ها را می بیند.

از دید ناظر ساکن، علائم نور به طور همزمان به دو انتهای سفینه نمی رسند زیرا سفینه در حال حرکت است؛ در حالی که نور در هر چارچوب با سرعت یکسانی حرکت می کند.

دو ناظر بالا در همزمان بودن دریافت علائم نور با هم اختلاف دارند؛ بنابراین، همزمانی یک مفهوم مطلق نیست (نسبی است) و اندازه گیری زمان، مطلق یا کلی نیست، این مفهوم را در بحث تأخیر زمانی نیز دنبال خواهیم کرد.

• زمانی که از پنجره بیرون را نگاه می کنید، صحنه ای که می بینید، در شبکیه چشم شما به طور کامل در همان لحظه اتفاق نمی افتد.
•       ستاره ها در تصویری که از آسمان شب می بینید، همگی در همان لحظه در آن نقاط وجود ندارند! مگر این که نور آن ها همان لحظه به فیلم عکاسی برسد.
•       اگر دو ستاره در یک زمان منفجر شوند، مراحل انفجار یکی از آن ها از دید ناظری در کهکشان دیگر ممکن است زودتر اتفاق بیفتد!
  

مفهوم زمان برای فردی که در کره زمین زندگی می کند، با مریخ متفاوت است.

چرخه های زمین

زمین را می توان مانند یک سیستم غول پیکر از چرخه های فعال تصور کرد. در هر چرخه، ماده و انرژی از جایی به جایی دیگر منتقل می شود و ممکن است که تغییر شکل دهد. در نهایت ماده و انرژی به جای نخستین خود بازگشته و چرخه از اول آغاز می شود. چرخه ها بر همه چیز در این سیاره تاثیر می گذارند از وضعیت آب و هوا تا شکل مناظر.

چرخه های گوناگونی روی زمین و درون آن وجود دارند تعدادی از مهم ترین آن ها عبارتند از:

١) گردش جوی

٢) جریان اقیانوس ها

٣) انتقال حرارت سراسری

٤) چرخه آب

٥) چرخه سنگ ها

حیات در زمین

اولین موجودات زنده حدود 8/3 میلیارد سال پیش و اولین دایناسورها حدود ١٥٠ میلیون سال پیش در زمین ظاهر شدند. حدود ٦٥ میلیون سال پیش نسل دایناسورها از بین رفت (انقراض دایناسورها). یکی از عوامل انقراض دایناسورها برخورد یک شهاب سنگ به زمین و پر شدن جو زمین از غبار بود. در چنین شرایطی نور و گرما به زمین نرسیده و یک دوره کوتاه یخبندان باعث مرگ دایناسورها بر اثر سرما و گرسنگی شده است. اگر همه تار یخچه زمین را در ٢٤ ساعت خلاصه کنیم، نخستین انسان ها در٢ ثانیه مانده به نیمه شب ظهور خواهند کرد.

1. گردش جوی

هوای گرم شده توسط خورشید نزدیک استوا بالا آمده و به سمت قطب های زمین حرکت می کند و دوباره به سطح زمین برگشته و به سمت استوا جریان پیدا می کند. این حرکت به همراه حرکت وضعی زمین، گرما و رطوبت را در سرتاسر سیاره به حرکت در آورده و منجر به ایجاد بادها و الگوهای وضعیت آب و هوا می شود.

در برخی مناطق جهت وزش بادها در فصول تغییر می کند. این الگوها را بادهای موسمی می نامند. در تابستان هوا بر فراز آسیا توسط خورشید گرم شده بالا می رود و هوای مرطوب را از اقیانوس هند با خود می کشد و منجر به بارندگی های روزانه در اغلب کشورهای جنوب آسیا می گردد. در زمستان هوا بر فراز آسیا سرد می شود و بیشتر رطوبت موجود را دور کرده در نتیجه هوا خشک می شود.

مشابه این الگو در اقیانوس آرام نزدیک مکزیک نیز رخ داده و هوای مرطوب و طوفان را در تابستان به جنوب غربی ایالات متحده می برد.

2. جریان اقیانوس ها

جریان اقیانوس ها با وزش بادها حرکت نموده و الگوی مشابهی را پیش می گیرد. قاره ها مسیر حرکت اقیانوس ها را سد می کنند. جریان اقیانوس ها در نزدیک استوا در جهت غرب است و سپس به سمت قطب ها می روند، هنگامی که به یک قاره برخورد کنند به سمت شرق می روند و سپس به استوا باز می گردند.

3. انتقال حرارت سراسری

انتقال حرارت سراسری چرخه بزرگ آب اقیانوس هاست که گرما را در همه زمین توزیع می کند. آب در نواحی قطبی بسیار سرد، شور و سنگین است . این آب به زمین فرو می رود و با حرکت در مسیر کف دریا به استوا می رسد. در نهایت آب در قسمت های مرزی قاره ها بالا آمده و با آب های جاری در سطح زمین ترکیب می شود. وقتی که این آب به مناصق قطبی می رسد، دوباره فرو می رود . این حرکت سه بعدی آب گرما را در اقیانوس ها مخلوط می کند و آب های قطبی را گرم می کند. این چرخه همچنین منجر به بالا آمدن مواد مغذی از عمق اقیانوس ها به سطح زمین می گردد که در اختیار گیاهان دریایی و جانوران قرار می گیرند.

4. چرخه آب

آب اقیانوس ها تبخیر شده و به جو می روند و نهایتا به شکل برف یا باران به زمین می ریزند. آبی که به زمین می رسد باعث تجزیه سنگ ها، تغذیه گیاهان و پوشش دادن مناظر می شود. سرانجام این آب ها به دریاها رفته و چرخه از اول آغاز می گردد.

5. چرخه سنگ ها

تنوع سنگ ها در زمین به دلیل وجود فرآیندهای فعال، نسبت به سایر سیارات بسیار بیشتر است. زمین شناسان برای توضیح نسبت های گونه های مختلف سنگ ها با یکدیگر از چرخه سنگ ها صحبت می کنند .

این چرخه می تواند از جریان مواد مذاب آتشفشانی و سرد شدن آن ها برای تشکیل سنگ های آذرین آغاز شود. هنگامی که ا ین سنگ ها در معرض آب قرار می گیرند تجزیه شده در نتیجه مواد معدنی با رسوب تبدیل به سنگ های رسوبی می شوند. این سنگ ها در نهایت به اعماق زمین می رسند و در اثر گرما و فشار به سنگ های دگردیس تبدیل شده و در نهایت مذاب گشته و به موادی برای تشکیل سنگ های آذرین تبدیل می شوند. سنگ ها به ندرت در یک چرخه کامل قرار می گیرند. در عوض بعضی از مراحل حذف و بعضی تکرار می شوند.

درون زمین

زمین شناسان قادر به مطالعه مستقیم اعماق زمین می باشند. عمیق ترین چاه حفر شده ١٣ کیلومتر است. زمین شناسان می دانند که قسمت های زمین با لایه نازك پوسته آن متفاوتند. در اعماق زمین فشار به قدری زیاد است که مواد معدنی با فشرده شدن به موادی با چگالی بسیار زیاد که در سطح زمین یافت نمی شوند، تبدیل می گردند.

گونه های خاصی از این سنگ ها که کندریت (chondrite) نامیده می شوند، پیش از برخورد با زمین در منظومه شمسی بدون هیچ تغییری از قرن ها پیش باقی مانده اند. زمین شناسان می توانند با استفاده ا ز کندریت ها، منشا ترکیب بندی های شیمیایی زمین را تخمین زنند.

علیرغم کندریت ها، زمین با لایه ها یی که مشتمل از مواد گوناگون شیمیایی می باشند، شکل گرفته است. زمین شناسان با مطالعه لرزش های ناشی از زمین لرزه ها، به کمک تجهیزاتی که لرزه نگار نامیده می شوند، در مورد عمق زمین پی به نکات جدیدی می برند. سرعت و حرکت لرزش های درون زمین به ترکیب بندی و چگالی موادی که لرزه ها در میان آن قرار گرفته اند بستگی دارد . زمین شناسان با آنالیز کردن این لرزش ها به جزئیات فراوانی از عمق زمین پی می برند.

خانواده های جدول تناوبی 2

در گذشته با برخی ویژگی های فلزات و نا فلزات آشنا شدید؛ حال به معرفی بقیه عناصر جدول تناوبی می پردازیم.

سمت راست: کریستال بیسموت و سمت چپ: فسفر قرمز

سمت راست: بلور گوگرد - سمت چپ: سنگ سلنیوم

خواص شبه فلزات

 

•  شبه فلزات هر دو خواص فلزات و نا فلزات را با هم دارند.
•  آن ها جامداتی اند که  می توانند کدر و یا براق باشند.
•  آن ها گرما و الکتریسیته را بهتر از نا فلزات هدایت می کنند اما نه به اندازه فلزات.
•  چکش خوار و شکل پذیرند.
•  سیلیکون نقش بسیار مهمی در قطعه های الکتریکی و فیزیک حالت جامد دارد.
•  گرانیت و میکا از سیلیکات ها تشکیل می شوند.
•  آرسنیک سمی است و در سموم استفاده مفیدی دارد.

راست: کربن -  وسط: ژرمانیوم  -  چپ: قلع

انواع فسیلی شدن

فسیل شناسی بحث درباره ی گیاهان و جانورانی است که سابقا در سطح زمین زندگانی کرده اند بقایا و اثراتی را که در ته نشین شدن گیاهان و جانوران دیده می شود فسیل می نامند.

دراینجا می خواهیم به  بحث درباره ی انواع فسیلى شدن بپردازیم:

١) کانى زایی: بطور خلاصه مى توان گفت، منظور از کانى زایى تجزیه مواد آلى پس از مرگ موجود زنده و پر شدن هر حفره یا فضاى خالى در بدن موجود با مواد معدنى است. در این روش که یکى از متداول ترین حالات فسیل شدن است بیشتر اختصاصات مربوط به موجود به حالات فسیل باقى مى ماند.

٢) هم فشردگى: نتیجه این فسیل شدگى دو بعدى و فاقد حجم است که از فشرده شدن بقایاى یک موجود سه بعدى حاصل آمده است. به عبارت دیگر به علت فشرده شدگى، موجود شکل اصلى خود را چنان از دست داده که به جاى سه بعد داراى دو بعد شده است.

٣) فشرده شدن: در فسیل شدگى فشرده شدن همچون بهم فشردگى موجودات تحت فشار قرار مى گیرند، اما این فشار آنچنان زیاد نیست و فقط منجر به تغییر حالت و پهن شدن بدن موجود مى گردد. به عبارت دیگر فسیل تغییر شکل مى دهد اما حالت سه بعدى خود را از دست نمى دهد و مواد آلى با کاهش حجم کمى باقى مى ماند.

٤) اثرگذارى: این نوع فسیل شدگى در واقع آثار باقیمانده از موجود فسیل شده و غالبا به حالت دو بعدى است و فاقد هر گونه مواد آلى مى باشد. اثر گذارى در حقیقت آثار به جاى مانده از فعالیت زیستى موجود زنده در زمان حیاتش بوده است. آثار رد پا، آثار باقى مانده ازتونل ها یا کانال هاى حفر شده توسط موجودات حفار، فضولات و مدفوعات فسیل شده ( پلت و کوپرولیت ) تمامى از این نوع فسیل شدگى مى باشند.

٥) قالب ها (مولد وکست): حالت دیگرى از فسیل شدگى سه بعدى مولد وکست مى باشد که در واقع ویژگى هاى فیزیکى موجودات هستند که بر روى سنگها اثر گذارده و باقى مى ماند و مولد را به وجود مى آورند. به عبارت دیگر از آن جایى که هر موجودى مثل صدف داراى یک سطح خارجى و یک سطح داخلى است و این دو توسط دایره اى از هم جدا مى شوند، اگر مواد رسوبى صدف را در بر گیرد و یا به داخل آن نفوذ نماید و آن را پر کند، پس از سخت شدن رسوبات شکل هایى حاصل مى شود که به آن مولد ( خارجى و داخلى ) گویند. شکل هایى که آثار و سطح داخلى صدف را نشان مى دهند و مولد یا قالب داخلى گویند و شکل هایى که آثار و سطح خارجى صدف را نشان مى دهند مولد یا قالب خارجى مى نامند.

اما اگر موادى جانشین صدف شود و یا پس از ساخته شدن دو نوع مولد داخلى و خارجى، مواد معدنى فضاى خالى را پر کند و بین مولدها ته نشین شود، کست تشکیل مى شود. به این معنا که به جاى فسیل بطور کامل ماده اى دیگر جایگزین مى گردد. این حالت فسیل شدن را که جانشینى گویند، عموما براى صدف هایى از جنسآراگونیت رخ مى دهد که به سرعت به وسیله سیالات مهاجر در سنگ انحلال مى یابد و فضاى خالى به جاى مى گذارند . این فضاى خالى دقیقا شکل صدف قدیمى است.

٦) تبلور مجدد: این نوع فسیل شدگى با جانشینى فرق مى کند چون مستلزم داشتن فضاى خالى نیست و ماده تشکیل دهنده فسیل شکل بلورى خویش را خود به خود تغییر مى دهد. به عبارت دیگر ساختمان طبیعى با هم آمیختن مولکول ها و در نتیجه عمل انحلال و ته نشست دوباره تغییر مى کند. در این فرآیند ساختمان ذره بینى اولیه جابجا یا به طور کامل محو مى شود و صدف به شکل موزاییکى از بلورهاى بهم پیوسته تبدیل مى شود. ظاهر خارجى چنین فسیل هایى حفظ مى شود اما فقط ممکن است در حجم آنها تغییراتى پیدا شود. تبلور مجدد نیز اغلب در صدف هاى آراگونیتى صورت مى گیرد و به شکل پایدارتر یعنى کلسیت تبدیل مى شود .

٧) انجماد: در این نوع فسیل شدن بدن موجود فسیل شده بطور کامل و بدون هیچ تغییر مهمى در ترکیب شیمیایى آن حفظ مى شود ( مانند بقایاى ماموت ها در یخچال هاى سیبرى).

٨) محبوس شدن در کهربا: نوع دیگرى از فسیل شدن وجود دارد که موجود در یک محیط ساکن از نظر زیستى به دام مى افتد و بطور کامل حفظ مى شود. در این روش بیشتر حشرات و عنکبوتیان بصورت فسیل شده دیده مى شوند.

٩) موم و آسفالت طبیعى: فسیل شدگى به این روش بعد از انجماد بهترین حالت حفظ شدگى را نشان مى دهند البته روش هاى فوق به ندرت اتفاق مى افتد. منظور از موم به دانم افتادن موجودات در پارارفین طبیعى و تبدیل شدن آنها به فسیل است. به عنوان مثال ماموت ها و کرگدن هایى که در ناحیه اى بین روسیه و لهستان پیدا شده اند که بدین طریق فسیل شده اند. همچنین در آسفالت طبیعى فسیل هایى را یافته اند که علت تشکیل فسیل را به تله افتادن موجودات در حوضچه هاى مملو از آسفالت و قیر طبیعى مى دانند.

١٠) خشک شدگى و مومیایى شدن: مومیایى شدن در ردیف حفظ شدگى با موم و آسفالت طبیعى قرار مى گیرد، اما در چنین حالتى حتى پوست، مو و رنگ اصلى فسیل باقى مى ماند. در خشک شدگى موجود پیس از مرگ در معرض هوا و اعمال باکترى ها قرار گرفته و سبب شده که جسم آن سخت، خشک شده، ترد و شکننده شود و در بیشتر اوقات تکه تکه گردد.

اندازه گیری انتقال انرژی

در فیزیک، روش استانداردی برای پیدا کردن مقدار انرژی منتقل شده از جسمی به جسم دیگر وجود دارد. این روش، محاسبه کار انجام شده در یک تغییر انرژی است. هنگامی که  نیروی به کار  رفته باعث حرکت چیزی در جهت  نیرو می شود، کار انجام می شود:

توجه داشته باشید که در این دو وضعیت، هیچ انرژی وارد یا خارج نمی شود:

•    هنگامی که جسمی در سراشیبی به حالت سکون قرار دارد؛ با این که جسم دارای وزن است، هیچ حرکتی ندارد.
•    اگر نیرو عمود بر جهت حرکت است (به عنوان مثال، ماهواره ای در مدار خود در اطراف زمین).

این معادله به تعریف واحد SI برای انرژی، یعنی "ژول" منجر می شود:

1 ژول، کار انجام شده برای جسمی است که نیروی 1 نیوتونی در فاصله 1 متر روی آن جسم اعمال می شود.

برای مثال، موتور یا بازوی انسان ممکن است جرم های متفاوتی را تا ارتفاعات مختلفی بلند کند؛ پس انرژی پتانسیل گرانشی چنین به دست می آید:

که h فاصله عمودی جرم m از مبأ پتانسیل است که توسط نیرویی دیگر بلند شده است، g قدرت میدان گرانشی زمین است.

انرژی مورد استفاده در بدن انسان:

وقتی آجری را بلند می کنید، بدن شما با انرژی گرفتن از غذاهای هضم شده، گرم تر می شود. در این جا رابطه ای مانند " نیرو ضرب در جابجایی" به چشم نمی خورد؛ اما انرژی که به جسمی انتقال پیدا می کند تا آن را گرم تر کند، می تواند با این فرمول محاسبه شود و با همان واحدهای انرژی مانند ژول، اندازه گیری شود (بر روی بسته های مواد غذایی می توانید برچسب نسبت های مواد به کار رفته در آن ها را بر حسب کیلوژول ببینید).

انسان تنها 25% کارایی برای انجام کار دارد. برای هر 1000 ژول انرژی که از مواد انرژی دار ذخیره شده در ماهیچه ها منتقل می شود، تنها 250 ژول از آن برای بلند کردن بار یا انجام انواع دیگری از کار انتقال پیدا می کند.

750 ژول از این نیرو به انرژی گرمایی در بدن تبدیل می شود. اصول ترمودینامیکی نشان می دهد که ماهیچه ها می توانند در انتقال انرژی شیمیایی خود برای انجام مفید کارها بیش تر از  70% کارایی داشته باشند، اما این عمل وقتی با این کارایی اتفاق می افتد که بی نهایت کند انجام شود.

پس هنگام تخمین انرژی مفید منتقل شده از انرژی شیمیایی ذخیره شده در غذا به ماهیچه ها برای بالا رفتن از پله ها، برای 8 ساعت از روز، جواب باید در 4 ضرب شود تا بتوان مقدار درخواست غذا را پیدا کرد.

پس برای بالا بردن جسم 1 کیلوگرم تا ارتفاع 1 متری، لازم است 10 ژول انرژی انتقال پیدا کند. این انرژی می تواند از 4 دانه شکر یا یک اسنک کوچک به دست آید؛ یک دانه شکر برای بلند کردن بار و سه دانه شکر برای انتقال انرژی گرمایی.

انتقال الکتریکی انرژی:

 

انرژی انتقال یافته الکتریکی با استفاده از معادله E = IVt محاسبه می شود که I جریان، V اختلاف پتانسیل و t زمان است.

گرمایش از طریق اصطکاک:

 

برای یافتن انرژی منتقل شده در جسمی به هنگام تغییر دما، در  واقع گرم تر شدن توسط  نیروهای اصطکاکی را اندازه  می گیرید؛ برای مثال، ترمز ماشین یا دوچرخه را در نظر بگیرید.

در ساییده شدن اصطکاکی، نیرو از روی سطح حرکت می کند اما باعث گرم شدن سطح می شود.

شما افزایش دمای ماده را اندازه می گیرید و این که چه مقدار از آن گرم شده است.

پس وقتی چیزی گرم تر می شود، شما اطلاع دارید که اگر گرم شدن به این طریق صورت گرفته است، چه مقدار "نیرو ضرب در جابجایی" یا کار لازم بوده است.

 

گرم شدن به معنای آن است که اتم ها یا مولکول های بسیار کوچک، سریع تر حرکت می کنند. اتم ها یا مولکول ها برای خودشان انرژی "ربوده شده ای" دارند و گرفتن دوباره این انرژی آسان نیست زیرا اتم ها در میان تعداد عظیمی از ذرات دیگر، آن را به اشتراک گذاشته اند.

 

مثال های بیشماری از انرژی تغییر یافته اصطکاک برای گرم کردن اجسام وجود دارد. ترمز ماشین یا دوچرخه از چنین مواردی اند که ما می خواهیم انرژی، سریع از ماشین متحرک بیرون آید.

البته به این نکته دقت کنید که نمی توان اصطکاک را عامل از کار افتادن اجسامی که درست کار نمی کنند، دانست. در این حالت باید به انرژی که درون ماده رسیده و در آن ذخیره شده، دقت کرد.

عادات ماهی ها

مشاهده ی مستقیم ماهی ها ندرتا امکان پذیر است، در واقع دانستنی های مربوط به عادات آنها را بیشتر به وسیله ی صید آنها با ریسمان و قلاب و تور و ... به دست آورده ایم.

 

بعضی از ماهی ها در تمام ساعات فعالیت دارند و بسیاری به هنگام شب، آرام و بی حرکت می باشند.

ولی بعضی گونه ها شبانه Nocturnal هستند.

 یک نوع ماهی مختص مناطق Tropical warasses زیر یک پوشش شنی به پهلو می خوابد.

ماهی های رود های آب شیرین برای سهولت تنفس و دریافت خوراک عمدتا بر خلاف جریان آب حرکت می کنند.

به نظر می رسد گونه های دریایی در تمام فصول، فعالیت دارند ولی بسیاری از ماهی های آب شیرین در دوره ی زمستان غیر فعال شده و در دریاچه ها و رود ها به قسمت های ژرف تر آب می روند.

برخی ماهی ها به حالت انفرادی به سر می برند در حالی که عده دیگر به طور گروهی Gregarias بوده و در  دسته هایی به اندازه های گوناگون زندگی می کنند.

مثلا دسته های بعضی از ماهی ها از چندین هزار تا میلیون ها عدد می باشد.این دسته ها غالبا دائمی هستند.

بسیاری از ماهی ها مانند پرندگان مهاحرت موسمی دارند:

بارکودا Barracuda یک نوع ماهی درند ه و نیزه ای شکل دریا های حاره (سمت راست)

خارماهی Swordifish در بهار به شمال و در پاییز به جنوب، مهاجرت می کند.

ماهی آزاد Salmon، (سمت چپ)

ماهی چشم سیاه Shad،

ماهی خاردار مخطط Striped Bass و بعضی قزل آلاها برای تخم ریزی آب شور به آب شیرین می روند.

به این گونه ها فراز رو Anadromous می گویند.

مار ماهی آب شیرین Eel که عکس این عمل را انجام می دهد. فرو رو Catadrmous نامیده می شود.

ماهی روغن که در فرانسه مور Mour نامیده می شود و شاه ماهی اقیانوس Herring برای تخم ریزی به سواحل یا جاهای کم عمق دریا می روند.

بدن ماده ها کمی پیش از تخم گذاری غالبا از تخم های رسیده بر جسته است و تغییراتی نیز از لحاظ طبیعی یا سایر ویژگی ها از قبیل خمیدگی آرواره ها در جنس نر ممکن است به وجود آید.

بعضی گونه های مناطق حاره، زمان مشخصی برای تولید مثل ندارند و ممکن است تقریبا در هر زمانی تولید مثل کنند.

ولی در نواحی معتدل بیشتر ماهی ها در بهار یا اوایل تابستان تکثیر می یابند. بسیاری از قزل آلا ها در پاییز یا زمستان و قزل آلای نهر از ١٠ مهر تا ١٠ آذر تخم ریزی می کنند.

اکثر ماهی ها سالیانه فقط یک بار تخم گذاری می کنند، ولی ماهی کوچکی که پشه گیر یا تا مینو Topminnows نامیده می شود و در سطح آب تغذیه می کند، مدت یک فصل می تواند ٦ بار تولید مثل کند.

ماهی های خاردار بچه گذار Viviparous perches در هر نوبت تنها تعدادی بچه می زایند. در حالی که بیشتر ماهی های تخم گذار، تخم های بسیاری تولید می کنند.

قزل آلای نهر با حدود ٥٦٠٠،

ماهی آزاد آتلانتیک تا

،

ماهی روغن بیش از

، و

خورشید ماهی اقیانوس sun fish تا

تخم می گذارند.

بسیاری از ماهی ها به هنگام تخم ریزی ممکن است مسکن خود را تغییر دهند. بعضی نمونه های دریایی به آب های سطحی روی می آورند و قزل آلا و ماهی آزاد غالبا به رود های فرعی کوچک می روند.

مدل های هسته ی اتم

در فیزیک اتمی، قوانین نیرو به خوبی ثابت شده است؛ لذا تمام مدل های اتمی بر مبنای این قانون ساخته شده اند. اما برای هسته، شکل قطعی قوانین نیرو معلوم نیست؛ بنابراین برای توضیح رضایت آمیز تمامی مشخصات هسته های پایا و ناپایا یک مدل تنها موجود نیست. مدل های مختلفی برای ساختار هسته ی اتم وجود دارند؛ اما هیچکدام نتوانسته اند به طور واضحی ساختمان هسته را تشریح کنند.

مدل های سه بعدی از هسته اتم

برخی از این مدل ها عبارتند از:

 i.    مدل لایه ای

 ii.   مدل قطره مایع

 iii.   مدل هسته مرکب

iv.   مدل اپتیکی

 v.   مدل اندرکنش مستقیم

 vi.  مدل جمعی

 vii.  مدل گاز فرمی

در زیر به برخی از مهم ترین مدل های هسته ای اشاره خواهیم کرد:

مدل قطره ای:

 در سال 1939 این  مدل توسط نیلز بور (برنده جایزه نوبل 1922در زمینه ی اتم) و جان ویلر مطرح شد . در این مدل، هسته را مشابه یک قطره کره ای شکل فرض می کنند . می دانیم که آن چه سبب کروی ماندن قطره می شود، نیروهای کشش سطحی قطره هستند؛ بنابراین سطح کره با حجم متناسب خواهد بود.

مدل قطره مایع برای درک فرایند شکافت هسته ای به کار می رود.

 با چنین استدلالی می توان گفت که بین نیروهای نگهدارنده ی نوکلئون های هسته و نیروهای کشش سطحی که مایع را کروی نگه می دارند شباهت وجود دارد؛ نیروهای نگه دارنده ی هسته دارای خصوصیات زیر هستند:

•   دارای برد کوتاه هستند.
•    نیروی درون هسته بسیار قوی تر از نیروی الکترواستاتیک بین نوکلئون ها است.
•    این نیروها مستقل از جفت شدگی سایر نوکلئون ها هستند.
•    این نیروها محدود هستند و هر نوکلئون فقط می تواند نزدیک ترین نوکلئون های خود را جذب کند.

مدل لایه ای:

مشابه وضعیت اتمی که الکترون ها موقعیت هایی را در لایه ها که توسط اعدا کوانتومی مختلف مشخص می شوند، اشغال می کنند و میزان اشغال الکترون ها در آخرین پوسته، خواص و رفتار اتمی را معین می کند، هسته ها نیز وضعیت این چنینی خواهند داشت. برای مثال در اتم ها با 2، 10، 18، 36، 54 و 86 الکترون های تمام لایه ها به طور کامل پر شده اند. چنین ساختمان الکترونی دارای انرژی بستگی فوق العاده زیاد بوده و بسیار پایدارند؛ بنابراین از نظر شیمیایی، خنثی بوده و گازهای بی اثری خواهند بود. هسته هایی هم که دارای 2، 8، 20، 28، 50، 82 و 126 نوترون یا پروتون هستند، دارای فراوانی بیش تر نسبت به هسته هایی با عدد جرمی مشابه هستند و این نشان می دهد که این گونه هسته ها از نظر ساختار، بسیار پایدار هستند. هسته های ذکر شده، نسبت به هسته های مجاور خود دارای خواص کاملاً متفاوت هستند. اعدادی که در بالا ذکر شدند، به اعداد سحر آمیز معروفند.  به کمک مدل قطره ای می توانیم تغییرات انرژی همبستگی را با عدد جرمی در نقاطی که منحنی دارای پیوستگی است، توضیح دهیم؛ ولی درنقاطی  که منحنی پیوسته نیست، این مدل جواب گو نخواهد بود و برای توضیح رفتارهای هسته ها که نسبت به N به طور پیوسته تغییر نمی کنند، مدل لایه ای مناسب تر است.

در این مدل برای هسته، ساختاری لایه ای در نظر گرفته شده که نوکلئون ها در سطوح خاصی قرار می گیرند که هر سطح دارای انرژی مخصوص به خود است؛ البته فاصله ی لایه های هسته ای از فاصله ی لایه های  الکترونی بیش تر است در این مدل نوکلئون ها نیز مانند الکترون با کسب انرژی، تحریک شده به لایه های بالاتر می رود. و قتی نوکلئون مجبور به بازگشت به لایه خود می شود یک فوتون آزاد می کند (پرتو گاما).

 مدل هسته ی مرکب (مدل لایه ای- دسته جمعی):

پروتون ها و نوترون ها، هسته می تواند شکافته شده و تعداد پروتون ها و نوترون های آن تغییر کند.

بور و موتلسون با ترکیب برخی از قسمت های مدل لایه ای با مدل قطره مایع، مدل هسته ی مرکب را پیشنهاد کردند که تفسیر بسیاری از نتایج تجربی را ممکن ساخت.

در مدل هسته ی مرکب، در عین حال که حرکت های دسته جمعی و حرکت های ذرات به صورت انفرادی در نظر گرفته می شود، مانند مدل لایه ای، هر نوکلئون بر روی مداری قرار دارد که توسط پتانسیل حاصل از اثر تمامی نوکلئون های دیگر هسته تعیین می شود.

 در ساختمان هسته، به دلیل حرکت دسته جمعی نوکلئون ها بر مدارهای فردی آن ها اثر می گذارد و پتانسیل ناحیه ای که نوکلئون ها در آن قرار می گیرند، تغییر می کند. اگر هسته دارای لایه های تقریباً پر باشند، به دلیل پایداری مرکز هسته، حرکت دسته جمعی نوکلئون ها دارای اهمیت چندانی نیست و مدل لایه ای (ذره ای) غالب است.

اگر تعداد پروتون ها و نوترون ها طوری باشد که فقط نصف یک لایه ی مربوط به نوکلئون ها پر شده باشد، مدل قطره مایع ( دسته جمعی) غالب است.

مدل گاز فرمی:

 

این مدل از مدل لایه ای اقتباس شده با این فرق که نوکلئون ها را مانند شکل بالا به طور جداگانه روی مدار در نظر گرفته است. طبق این مدل، نوترون ها و پروتون ها به صورت آزادانه در یک چاه پتانسیل جاذبه ای به ابعاد هسته حرکت می کنند. برهم کنش کولنی بین پروتون ها به وجود آورنده ی همین چاه پتانسیل است. به همین دلیل ته چاه پتانسیل برای پروتون در شکل بالا به اندازه ی چند ev بالاتر از نوترون هاست.

نمایشگر LCD چیست؟

 

مقدمه:

همگی با مفهوم نمایشگر آشنا هستیم اما به راستی معنای LCD چیست؟

LCD مخفف Liquid Crystal Display و به معنای صفحه نمایشی با محلول کریستال مایع است. کشف کریستال های مایع در سال 1888 میلادی توسط گیاه شناس استرالیایی به نام فردریک راینایزر صورت گرفت.

شکل هایی متنوع از کریستال های مایع

همگی می دانیم که جامد، مایع و گاز سه حالت رایج مواد پیرامون ما هستند. اما کریستال مایع نه جامد است و نه مایع! این ماده می تواند هر دو شکل جامد و مایع را بسته به عوامل محیط  مانند دما داشته باشد. به همین دلیل است که در هوای بسیار سرد یا گرم نمایشگرهای لپ تاپ درست کار نمی کنند.

می توان کریستال مایع را مثل شمع تصور کرد: شمع جامد است ولی اگر حرارت ببیند، مایع می شود.

 

دانشمندان با قرار دادن  بارهای الکتریکی بین کریستال های مایع کشف کردند که با تغییر دادن ولتاژ، کریستال های مایع می توانند خواص نوری که از بین آن ها عبور می کند، تغییر دهند.

فازهای مختلف کریستال مایع : راست smectic، وسط: ایزوتروپیک و چپ: نماتیک

امروزه نمایشگرهای LCD مورد استفاده در لپ تاپ ها ساختار ساندویچی از لایه هایی مانند شکل زیر دارند. قبل از این که شکل و توضیحات آن را ببینید، بهتر است مفهوم پیکسل را بدانید.

 

هر نمایشگر دارای وضوح یا قدرت تفکیک پذیری است؛ تصاویر توسط پیکسل ها یا نقاط کوچکی با رنگ های مختلف روی صفحه تشکیل می شوند. مثلا صفحه تصویری که 1280*1024   پیکسل دارد، می تواند نمایشگر باشد. شکل زیر با داشتن نمایشگر 8*13 پیکسلی، یک مثال ساده از این حالت است:

 

پیکسل زیادتر  =  وضوح بالاتر = موانع تصویر کم تر

این مفهوم به ماتریس پیکسل ها معروف است و فناوری به کار رفته در صفحات LCD ، ماتریس عامل نام دارد.

نمایشگر LCD لپ تاپ به صورت لایه ای ساخته می شود؛ مثل ساندویچ!

هر لایه به هم فشرده می شود تا یک ورق نازک LCD تشکیل دهد. شکل زیر این لایه ها را نشان می دهد:

قطبنده:

قطبنده به نوعی مثل یک صافی نور عمل می کند و اجازه می دهد نور از صفحه نمایش پشت نور از بین لایه های ورقه ای LCD به بیننده برسد اما به نور محیط بیرون اجازه عبور نمی دهد. نوعی قطبنده که معمولا در صفحات LCD لپ تاپ می توان آن را یافت، نوع عبوردهنده و بازتابنده است. شکل پایین:

صافی نور:

لایه صافی نور در نمایشگرهای LCD به هر پیکسلی بر روی صفحه، رنگ خودش را می دهد؛ این لایه، رنگ آمیزی آبی قرمز و سبز پیکسل های فرعی را قطع می کند که باعث 1 پیکسل صفحه می شود. 3 پیکسل فرعی قرمز سبز و آبی، 1 پیکسل صفحه روی نمایشگر می سازند. ترکیبات قرمز سبز و آبی که در تلویزیون های مدل قدیمی (CRT) نیز به کار می رفتند، می توانند برای ساخت هر رنگی که فکرش را بکنید، به کار روند، تمام آن ها با هم رنگ سفید را می سازند و هر کدام از آن ها که روشن نباشد، رنگ سیاه خواهیم دید.

شیشه صافی رنگ و شیشه TFT:

بین این دو لایه شیشه ای، کریستال های مایع ساندویچ شده اند. هر پیکسلی از 3 پیکسل فرعی تشکیل شده است. یک جریان الکتریکی که از بین هر کریستال مایع رد می شود، باعث می شود کریستال با تغییر شکل و بنابراین مقدار نور  مجاز به عبور از بین پیکسل تحت تأثیر قرار گیرد. این کار، باعث درخشندگی هر پیکسلی می شود یا یک پیکسل خاص را قطع می کند. در شکل زیر، هنگامی که کریستال مایع تغییر شکل می دهد تا جلوی عبور نور را بگیرد یا اجازه ی عبور به نور دهد، پیکسل زرد سمت راستی خاموش شده و پیکسل سمت چپی روشن می شود.

لایه TFT:

رایج ترین نمایشگر LCD در صفحات لپ تاپ، TFT است که مخفف ترانزیستورهای فیلم نازک است. یک ورق LCD از TFT شامل تعداد خاصی واحد پیکسل به نام پیکسل فرعی است. هر پیکسل فرعی یک ترانزیستور لایه نازک دارد که از الکترود پیکسلی  اکسید رسانای شفاف (ITO) و خازن Cs تشکیل یافته است.

نور پشت صفحه نمایش، مسئول رساندن نور از بین لایه های فشرده به هم برای دیدن تصویر روشن است.

مطالب بعدی راجع به تفاوت نمایشگرهای CRT و LCD و LED را حتما ببینید.