فیزیک (۲)
بخش دوم
حرکت شناسی
سقوط آزاد
سقوط آزاد نمونه طبیعی حرکت با شتاب ثابت است. در این حرکت جسم تحت تأثیر نیروی وزن خود در یک مسیر مستقیم سقوط می کند. در سقوط آزاد جابه جایی در امتداد محور قائم است. مکان متحرک با y نشان داده می شود. مبدأ نقطه ای است که سقوط از آن نقطه شروع می شود. اگر جهت مثبت را رو به پایین اختیار کنیم می توان نوشت
Y = 1/2 gt2 + v0t
V = gt + v0
v2 - v02 = 2gh
G شتاب گرانش است و مقدار آن حدود 8/9 m/s2 می باشد.
سؤالات
۱ – شخصی ۲ دقیقه با سرعت m/s ۵ و ۳ دقیقه با سرعت m/s ۲ دویده است. سرعت متوسط این شخص را حساب کنید.
t1 = 3*60 = 180s
v1 = 2 m/s
{
t1 = 2*60 =120s
v1 = 5 m/s
{
x1 = v1t1 = 5*120 = 600m
x2 = v2t2 = 2*180 = 360m
= 3/2 m/s
600 + 360
=
x1+x2
Þ v¯ =
کل مسافت طی شده
v¯ =
120 + 180
t1+t2
کل زمانی که در آن جابجایی انجام شده
۲ – نمودار سرعت زمان متحرکهای A و B به صورت زیر است. اگر شتاب متحرک A ۱M/S باشد.
الف ) زمان T را که سرعت دو متحرک مساوی شده است به دست آورید.
ب ) شتاب متحرک B را محاسبه کنید.
ج) در چه فاصله زمانی فاصله دو متحرک از مبدأ مساوی است.
30 ¬
10 ¬
aA = 1 m/s2 v0 =15m/s
الف ) aA = Δv/Δt = v - v0/ t - t0 Þ 1 = 30 -15/ t-0 Þ t=15s
ب ) aB = Δv/Δt = v - v0 / t - t0 Þ 1 = 30 -0/ 15-0 Þ t=2m/s2
ج ) xA = xB Þ 1/2 aAt2 + v0At = 1/2aBt2 + v0Bt
Þ 1/2*1*t2 + 15t = 1/2*2 *t2
Þ 1/2t2 + 15t = t2 Þ t =30s
۳ – از بالای ساختمانی جسمی را بدون سرعت اولیه رها می کنیم.
سرعت آن هنگام رسیدن به زمین 20 m/s می رسد.
الف ) ارتفاع ساختمان را به دست آورید.
ب ) سرعت متوسط جسم در این حرکت چقدر است.
ج) در چه زمانی جسم نصف مسیر را طی کرده است و سرعت آن در این نقطه چقدر است؟
پاسخ: حرکت سقوط آزاد است.
V0 = 0 V=20 m/s g = 10 m/s2
الف) v2-v02= 2gh
202 – 0 = 2 ´ 10 ´ h Þ h = 20 m
ب ) v¯ = v + v0 / 2 = 20 + 0 / 2 Þ v¯ = 10m/s
ج ) h´ = h/2 = 20/2 Þ h´ = 10
h´ = 1/2 gt2 + v0t
10 = 1/2*10*t2 Þ t2 = 2 Þ t=√2s
v´ = gt + v0 = 10*√2 m/s
۴ – معادله سرعت متحرکی روی خط راست v=4t + 3 می باشد، در صورتی که متحرک از مبدأ شروع به حرکت کند، مسافت طی شده در ۵ s را محاسبه کنید.
پاسخ: 65 m
۵ – جسمی با سرعت اولیه v0 در شرایط خلأ در امتداد قائم رو به بالا پرتاب می شود. پس از طی چه مسافتی در موقع بالا رفتن، سرعت گلوله به نصف می رسد؟
h = 3v02/8g
6 – گلوله ای از ارتفاع h بالای سطح زمین سقوط آزاد می کند و پس از مدت ۱ ثانیه به ۲متری سطح زمین می رسد.
الف ) ارتفاع h را محاسبه کنید.
ب) جسم در چه زمانی به زمین می رسد.
ج) سرعت متوسط جسم در این حرکت چقدر است؟ (m/s 10= g)
(الف h = vm
ب ) t = 1/18 s
ج ) v= 5/9 m/s
7 – یک موتورسوار از حال سکون به حرکت در می آید و در یک مسیر مستقیم حرکت می کند. پس از مدت ۱۰ ثانیه که با شتاب ۲ m/s2 حرکت می کند سرعتش به v می رسد. در همین لحظه ترمز می کند و ۵ ثانیه بعد متوقف می شود.
الف) مقدار v چقدر است.
ب ) مقدار شتاب در مدت ترمز کردن چقدر است؟
الف ) v = 20m/s
ب ) a = -4 m/s2
۸ – دو قطار به روی یک ریل مستقیم با سرعتهای ۵۴ و 90 کیلومتر بر ساعت به طرف یکدیگر در حال حرکت هستند.
در فاصله 1000 متری راننده های دو قطار متوجه می شوند که در روی یک ریل هستند و یک دفعه به ترتیب با شتابهای ۲ و 5/2 متر بر مجذور ثانیه ترمز می کنند. آیا دو قطار به هم برخورد می کنند؟ محاسبه کنید.
پاسخ: خیر
9 – معادله سرعت متحرکی در سیستم SI به صورت V=8t+5 می باشد. شتاب و جابه جایی متحرک را پس از مدت ۲ ثانیه محاسبه کنید.
10 – دو نفر با سرعتهای ۱۲ و ۱۰ متر بر ثانیه به طرف هم می دوند. اگر فاصله این دو نفر ۴۴۰ متر باشد, پس از چند ثانیه به هم می رسند؟
دوستان عزیز برای خواندن ادامه مطلب سقوط آزاد این هفته را مهمان ما باشید.
ادامه دارد...
شگفتی های ماه
مقدمه
همه ما میدانیم که ماه همانند زمین و سایر سیارات و قمرهای منظومه شمسی به دور خود نیز میچرخد. اما آیا چرخش ماه به دور خود مانند زمین هر 24 ساعت یک بار اتفاق میافتد؟ جالب است بدانید که این چرخش در ماه تقریبا یک ماه به طول میانجامد. یک قسمت از ماه تقریبا دو هفته تمام به صورت مداوم در برابر تابش خورشید قرار دارد و سپس به همین صورت شب دو هفتهای ماه آغاز میشود. یعنی فقط هر 5/29 روز زمینی یک غروب خورشید در ماه مشاهده میشود!
به همین دلیل در طول روز سطح کره ماه میتواند تا 120 درجه سانتیگراد حرارت پیدا کند. در حالی که این دما در طول شب میتواند تا 150- درجه سانتیگراد هم کاهش پیدا کند. که البته این خود یکی از مشکلاتی است که بر سر راه حضور فضانوردان در ماه وجود دارد که با کمک لباسهای مخصوص از پس آن بر میآیند.
همیشه یک روی ماه از زمین قابل روئیت است
خورشید و سایر ستارگان در نظر ناظر مستقر بر ماه طلوع و غروب میکنند، که البته این عمل به آهستگی انجام میشود. اما جالب اینجاست که زمین برای همین ناظر ، که روی قسمتی از ماه که به سمت زمین است مستقر شده ، همیشه بر فراز افق در محلی ثابت قرار دارد و بجز نوساناتی بسیار کم و نامحسوس ، همواره بدون حرکت به نظر میآید. درست همانند بادکنک بزرگ آبی رنگی که برفراز یک کوه ثابت و محکم بسته شده باشد! و با این اوصاف فردی که در قسمت پشت ماه قرار دارد و زمین را نمی بیند، هرگز قادر به دیدن سطح زمین نخواهد شد.
جالب است بدانید که سفینههای فضایی آپولو برای آنکه بتوانند هموراه با زمین تماس رادیویی داشته باشند، در قسمت جلویی ماه که به سمت زمین قرار دارد فرود آمدهاند و همین امر برای امور تحقیقاتی مشکلاتی را برای فضانوردان بوجود آورده است.
چرخش ماه و زمین به دور هم
نکته جالب این جاست که علی رغم ثابت بودن نسبی ماه به سمت زمین ، ماه و زمین هر دو به گرد یکدیگر میچرخند. به این معنی که آنها یک زوج نابرابر هستند، چرا که زمین حدود هشتاد و یک برابر ماه وزن دارد. هر دو جرم آسمانی مذکور بر دور مرکز گرانش مشترک بین خود میگردند. اگر جرم ماه و زمین با یکدیگر برابر بود، این مرکز گرانش دقیقا در وسط آن دو قرار میگرفت، اما چون زمین بسیار سنگینتر از ماه است، مرکز گرانش به زمین نزدیکتر است و در واقع زیر سطح زمین قرار دارد. بنابراین به نظر می رسد ماه که در حقیقت به دور این مرکز گرانش میگردد، گویی به دور زمین میچرخد. از سوی دیگر زمین ما در طول یک ماه، نوعی حرکت تخم مرغی دور این مرکز گرانش مشترک دارد.
پدیده جذر و مد
روی زمین همواره دو منطقه وجود دارد که در آن مناطق آب اقیانوسها بطور قابل توجهی بالا میآید که به آنها "کوههای دو گانه مد" میگویند. یکی از آنها دقیقا در امتداد خط واصل مرکز ماه و مرکز گرانش و در قسمت رو به ماه و دیگری در همان امتداد و در قسمت پشت به ماه قرار دارد. دلیل ایجاد "کوه مد" را میتوان بخوبی فهمید. توده آبهای دریاها با بیشترین شدت در جهت ماه جذب میشوند. اما "کوه مد" دوم که در عقب قرار دارد، به چه دلیل ایجاد میشود؟ همان گونه که خواندید زمین به دور مرکز گرانش مشترک جابجا میشود.
به این وسیله یک نیروی گریز یا نیروی رانش ایجاد میشود، که بزرگترین بخش این نیرو در قسمت پشت به ماه زمین متمرکز می گردد. بنابراین توده آبهای آنجا در اثر نیروی رانش به خارج از زمین کشیده میشوند، و بخصوص در این مناطق آب به نحو چشمگیری بالا میآید. مکان وقوع دو کوه مد همواره بستگی به جهت ماه نسبت به زمین دارد. زمین که حرکت وضعی سریعی دارد، زیرا این دو کوه مد در حال چرخش به دور خود است. این حرکت به نحوی است که هر منطقه از سطح زمین تقریبا روزانه دو بار زیر یک منطقه کوه مد واقع میشود و آب در آن بالا میآید. به هر حال از آنجا که ماه نیز آهسته و آرام به دور زمین در گردش است، محل وقوع این "کوههای مد" را با خود انتقال میدهد.
بنابراین در طول یک دور چرخش زمین به دور خود ، مکان کوههای مد تا حدودی جابجا میشود. بر این اساس از یک مد تا مد بعدی دقیقا دوازده ساعت نمی گذرد، بلکه 12.12 ساعت سپری میشود. مثلا اگر مد شبانگاهی در ساعت صفر رخ دهد، مد شبانگاهی شب بعد مدتی بعد به وقوع میپیوندد، زیرا زمین باید بیشتر از یک دور بچرخد، تا مجددا به کوه مد که در این مدت به طرف جلو حرکت کرده است، برسد. اگر زمین ، ماه و خورشید در یک امتداد واقع شوند، که این حالت در وضعیتهای "ماه نو" و "بدر" بروز میکند، نیروی گرانش خورشید ، موجب تقویت نیروی گرانش یا نیروی جاذبه ماه میگردد. در این صورت بزرگترین جزر و مدها ایجاد میشوند. در حالی که در حالت "نیم ماه" بر خلاف حالت قبل ، نیروی گرانش خورشید تا حدودی نیروی گرانش ماه را خنثی میکند و انسان را در این حالت خفیفترین جزر و مدها را مشاهده خواهد کرد.
چرا ماه گاهی خیلی دور و گاهی بسیار نزدیک و بزرگ به نظر میرسد؟
بجای اینکه ماه همیشه در اندازه معمول و متناسب خود باشد، گاهی به صورت کره عظیمی در آسمان ظاهر میشود، بطوری که به نظر میرسد نیم از آسمان را پوشانیده و آن قدر به زمین نزدیک است که انسان به راحتی قادر به لمس آن میباشد.
دلیل این موضوع نزدیک شدن ماه به زمین و یا حتی تأثیرات غیر عادی جوی نیست. در واقع این حالت در اثر یک خطای ساده باصره بوجود میآید و این در شرایطی است که ماه پایین و روی خط افق قرار میگیرد، جایی که چشم آن را نزدیک به هر چیز روی زمین میبیند.
زمانی که ماه بالای خط افق است مقیاسی برای مقاسیه با آن وجود ندارد اما روی خط افق ، ماه به ناگاه بسیار بزرگ و نزدیک به ساختمانها ، درختان و جادهها به نظر میرسد. در واقع این حالت را میتوان چنین بیان کرد که مغز ما اجسامی را که در واقع بسیار بزرگ هستند (مثل آسمان خراشها) هنگامی که دور از خط افق قرار میگیرند بسیار کوچک میبیند و چنین میپندارد که ماه قطعا باید غول پیکر باشد و عکس العمل مغز در برابر اطلاعات بینایی گیج کننده این است که اندازه ظاهری آن را بزرگتر میبیند.
هلال ماه
دو نکته را در صورت بودن هلالی ماه در وسط و آخر و صورت بدر یا قرص کامل ماه در شب چهاردهم باید در فهم موضوع به یاد داشته باشید. نخست آنکه خورشید در هر صورت نیمی از ماه را همواره روشن میکند و اگر از آسمان و نه از زمین ، پشت به خورشید و رو به ماه میتوانستیم فرضا ماه را بنگریم، همه آن را به صورت بدر و قرص کامل میدیدیم، ولی چون ما از کره زمین ماه را مینگریم باعث میشود که تنها بخشی از آن دایره روشن را به صورت هلال و یا همه آن دایره روشن را به صورت بدر و یا قرص کامل ببینیم.
نکته دوم این است که صفحه مداری ماه منطبق بر صفحه دایرة البروج نیست و زاویه9 و ْ5 با آن میسازد. پس علت اینکه در شب چهاردهم و یا تربیع اول و ثانی همیشه ماه گرفتگی (خسوف) رخ نمیدهد. همین عدم انطباق دو صفحه است و گرنه در هر مقابله ماه گرفتگی داشتیم و دیگر بدر رخ نمیداد. علت اینکه نور خورشید که به زمین میتابد مانند ماه آن را روشن میکند. ما در زمین مهتاب داریم. اگر انسانی در ماه میبود زمین مهتاب داشت! ولی شدن نور قرص زمین با توجه به بزرگی زمین شانزده بار از نور مهتاب بیشتر است. همین نور است که از زمین بازتاب کرده روی ماه میافتد و دوباره از ماه بازتاب میکند و به چشمان ما میرسد و در نتیجه بخش تاریک ماه را کمی روشن میکند.
کسوف
نگاه اجمالی
گرفتگی کامل خورشید را باید یکی از منظرههای زیبا و در عین حال ترسناک طبیعت دانست. تنها موقعی میتوان این پدیده را دید که عوامل زیادی با هم انطباق پیدا کنند. خورشید کره فروزان بسیار بزرگی است با قطری در حدود 109برابر قطر زمین که در فاصله 150 میلیون کیلومتری زمین واقع شده است. ماه فقط یک چهارم اندازه زمین را دارد. ولی 400 بار نزدیکتر از خورشید به زمین است. البته بدیهی است که اجسام را از فاصلههای دورتر کوچکتر میبینیم. اختلاف فاصلههای ماه و خورشید نیز سبب میشود تا اندازههایشان باهم برابری کنند. از اینرو آن دو در آسمان تقریبا به یک اندازه دیده میشوند.
تاریخچه
در طول تاریخ این پدیده همواره مورد توجه اقوام و ملل مختلف بوده است. اغلب تمدنهای کهن خورشید گرفتگی را پدیدهای شوم میپنداشتند و درباره آن اعتقادات خرافی داشتند. چینیها عقیده داشتند که هنگام خورشید گرفتگی اژدهایی خورشید را میبلعد. در بسیاری از فرهنگها خورشید گرفتگی بلایی آسمانی پنداشته میشده است. مردم هند در خلال گرفتگی خود را تا گردن در آب فرو میکردند و اعتقاد داشتند که با این کار به خورشید و ماه کمک میکنند تا در برابر اژدها از خود دفاع کنند.
خورشید گرفتگی از دیدگاه علمی
اندازه ظاهری خورشید و ماه از زمین باهم برابر است. علت این امر آن است که فاصله این دو جسم از کره ما متفاوت است. در نتیجه در زمانهایی که ماه مسقیما از جلوی خورشید عبور میکند قرص خورشید در پس آن پنهان میشود. شرط لازم و کافی برای وقوع پیوستن کسوف آن است که زمین ، خورشید و ماه در یک خط یا تقریبا یک خط راست قرار بگیرند، بطوری که سایه ماه بر بخشی از زمین بیافتد کل این سایه از دو قسمت نیم سایه که در قسمت بیرونی است نیمه درونی که تاریک و سیاه است تشکیل شده است.
در محدوده نیم سایه ماه تنها قسمتی از خورشید را پوشانده است که به آن خورشید گرفتگی جزیی میگویند. در خلال گرفت بر اثر حرکت ماه و چرخش زمین سایه ماه زمین را از غرب به شرق طی میکند، به این سیر حرکتی سیر گرفتگی کلی میگویند. هر کسی که در این مسیر باشد خورشید را در حالت گرفت کلی خواهد دید، این مسیر در بیشترین حالت به 320 کیلومتر میرسد و حدود نیم درصد سطح زمین را میپوشاند. معمولا هر 1.5 سال خورشد گرفتگی کلی روی میدهد، اما ما در طول عمرمان شاید یک بار شانس تماشای این پدیده را داشته باشیم.
کسوف تنها برای زمین
تصادف شگفتآوری است که اندازه ظاهری قمر زمین ، یعنی ماه ، به اندازه ظاهری خورشید برابر است. گر چه خورشید 400 بار دورتر از ماه است، اما 400 بار هم بزرگتر از آن است. قطر بسیار بزرگ خورشید ، در اثر مشاهده از این فاصله زیاد ، کاملا کوچک دیده میشود. اگر این پدیده جالب توجه وجود نداشت، نمیتوانستیم اطلاعات بیشتری در مورد جو بیرونی خورشید بدست میآوریم. بجز زمین ، در هیچ یک از سیارات منظومه شمسی پدیده گرفتگی خورشید روی نمیدهد.
علل کسوف
حدود 30 روز طول میکشد تا ماه یک بار زمین را دور بزند. دو یا سه بار در هر سال ، ماه در مسیر خود ، مستقیما از فاصله بیان زمین و خورشید میگذرد. در این هنگام گرفت خورشید رخ میدهد. قرص تاریک ماه برای مدت کوتاهی همه خورشید یا بخشی از آنرا میپوشاند.
چرا هرگاه ماه از میان زمین و خورشید میگذرد این پدیده اتفاق نمیافتد؟
دلیل این امر اینست که مدار ماه و زمین باهم زاویه دارد و در بسیاری از حالات ماه از بالا یا پایین قرص خورشید میگذرد. مدار زمین و ماه در دو نقطه به هم بر خورد میکنند که به این دو نقطه گرههای مداری میگویند و ماه هرگاه در این گره با زمین و خورشید در یک خط قرار بگیرد خورشید گرفتگی صورت میگیرد.
انواع کسوف
کسوف کامل
در این حالت ماه در نزدیکترین فاصله خود به زمین قرار دارد و در یک خط راست نیز قرار دارند. در این حالت کل قرص خورشید در پشت ماه پنهان میشود. سایه ماه فقط چند کیلومتر از سطح زمین را در بر میگیرد و به موازات حرکت ماه در مدار خود ، یک مسیر طولانی منحنی شکل در روی زمین میپیماید. تنها کسانی میتوانند گرفتگی خورشید را ببینند که در جایی از این مسیر باریک و طولانی واقع باشند.
در هر نقطه ، مدت گرفتگی کامل ، بیشتر از دو تا پنج دقیقه طول نمیکشد. هر چه گرفتگی کامل نزدیکتر میشود، آسمان تاریکتر میشود و ستارگان بیشتری پدیدار میشوند. هنگامی که قرص خورشید کاملا پوشانده میشود، هاله سفید رنگ درخشانی در اطراف ماه میدرخشد. این همان تاج است که بصورت هالهای از گازهای رقیق و داغ از خورشید جریان دارند. در کنار قرص سیاه ماه ، حلقه باریک و سرخ رنگی از گازهای خورشید به چشم میخورد که فام سپهر نام دارد.
کسوف جزئی
ساعتی پیش از آغاز گرفتگی کامل ، ماه شروع به پوشاندن بخشی از خورشید میکند. در این مرحله گرفتگی صرفا حالت جزئی دارد. در نواحی وسیعی در هر دو سوی مسیر گرفتگی ، تنها گرفتگی جزئی قابل روئیت است. در بر خی گرفتگیها فقط نیم سایه با زمین در تماس است و تمام سایه از افراز قطبین میگذرد. طبعا این نوع خورشید گرفتگی در قطبین صورت میگیرد.
کسوف حلقهای
فاصله خورشید تا زمین و نیز فاصله تا ماه ثابت نیست، این فاصلهها اندکی تغییر میکنند. هنگامی که زمین از حالت عادی خورشید نزدیکتر و از ماه دورتر است، اندازه ظاهری ماه کوچکتر از اندازه ظاهری خورشید میشود. اگر در این مواقع گرفتگی رخ دهد، ماه نمیتواند قرص خورشید را بطور کامل بپوشاند. در نتیجه حلقه درخشانی از نور خورشید دور تا دور ماه را فرا میگیرد. این حالت را گرفت حلقهای مینامند. در گرفت حلقهای ، آسمان همچنان روشن است و تاج خورشیدی نیز دیده نمیشود. به این دلیل ، ارزش علمی گرفت حلقهای کم است.
ثبت کسوف
مردم در زمانهای قدیم از گرفتگی خورشید میترسیدند. آنها علت گرفتگی را نمیدانستند و خیال میکردند که ممکن است خورشید برای همیشه ناپدید شود. امروزه گرفتگی کامل ، برای اخترشناسان فرصت گرانبهایی است تا بخشهای کم نورتر تاج و نیز لایه فام سپهر را مطالعه کنند. مدتها پیش از آنکه گرفتگی رخ دهد. برنامه ریزی دقیقی صورت میگیرد، تا چندین هیئت در مسیر گرفت مستقر شوند.
اخترشناسان تلاش میکنند تا محلهایی را انتخاب کنند که در مدت کوتاهی ، گرفتگی ابری نباشد. طی چند دقیقه قابل استفاده ، دوربینها و دستگاهها ، همزمان به عکسبرداری و آزمایشهای مختلف مشغول میشوند. حتی برخی از گروههای پژوهشگر در حالی که دستگاهها را در هواپیما جای میدهند، مطالعات خود را هنگام پرواز انجام میدهند. آنها با این روش میتوانند از مزاحمت ابرها به دور باشند و نیز با پرواز هواپیما ، مسیر سایه ماه را دنبال کنند. از اینرو به مدت مشاهده گرفتگی چندین دقیقه افزوده میشود.
اهمیت علمی کسوف
ارزش علمی خورشید گرفتگی به بررسیهایی است که هنگام گرفتگی کلی میتوان انجام داد که در مواقع دیگر عملا غیر ممکن است. وقتی ماه قرص خورشید را میپوشاند لایههای خارجی جو خورشید را میتوان رصد کرد. با پدیدار شدن ستارهها میتوان انحنای فضا - زمان را اندازه گیری کرد با محاسبه زمان تماس اول ماه با خورشید میتوان به جزئیاتی در حرکت مداری ماه و زمین پیبرد. میتوان ستارگان دنبالهداری را که در حضیض هستند را بررسی کرد و ... .
در قرن اخیر مهمترین سنجشهای خورشید گرفتگی اندازه گیری مکان ستارههای قابل روئیت در اطراف خورشید و تأیید تجربی نسبیت عام انیشتین است. نسبیت عام پایه کهکشان شناسی نوین است.
چرا در سقوط آزاد احساس بی وزنی می کنیم؟
پرسش بالا عنوان مقاله ای است از آقای دکتر پیروز مهذبی استاد فیزیک دانشگاه ویسکانزین که در شماره ی اخیر April 2006 مجله ی فیزیکس تیچر به چاپ رسیده است. در کتاب های درسی فیزیک احساس بی وزنی را - در حین سقوط آزاد - با استفاده از عدم اعمال نیروی تکیه گاه بر شخص توجیه می کنند ؛ به طوری که گفته می شود در فاصله ای که شخص با زمین یا تکیه گاه دیگری تماس ندارد و تنها نیروی وزن بر او وارد می شود ، شخص احساس بی وزنی می کند.حال آنکه آقای دکتر مهذبی در مقاله ی خود سعی کرده اند از یک مدل بسیار ساده برای تبیین و توضیح این موضوع استفاده کنند. به این منظور ، مجموعه ای یک بعدی شامل N قالب که توسط فنرهایی مشابه و بدون جرم به هم وصل شده اند مطابق شکل زیر در نظر بکیرید.جرم هر قالب برابر m است و مجموعه روی سطحی بدون اصطکاک و در حال سکون قرار دارد.
برای آنکه مجموعه شتابی برابر a و به طرف راست بگیرد دو راه وجود دارد. روش اول برای انجام موفقیت آمیز این کار اعمال نیروی افقی f است که به هر قالب مطابق شکل زیر در جهت راست وارد شده است.
روش دوم برای شتاب گرفتن مجموعه اعمال نیروی F=Nf به سمت چپ و یا راست مجموعه مطابق شکل زیر است.
هر چند شتاب هر قالب و در نتیجه مجموعه ی قالب ها در هر دو روش برابر a است ولی یک تفاوت اصلی بین این دو روش وجود دارد. در روش اول هیچ یک از قالب های مجاور به یکدیگر نیرویی وارد نمی کنند در حالی که در روش دوم هر قالب به قالب های مجاور خود نیرو وارد می کند و در نتیجه فنر هایی که قالب ها را به یکدیگر وصل کرده اند با توجه به چگونگی اعمال نیروی F به مجموعه ی قالب ها در حالت الف یا ب شکل بالا به ترتیب فشرده و یا کشیده می شوند.
آقای دکتر مهذبی در ادامه ی مقاله ی خود با توجه به آنچه بیان شد نتیجه می گیرد که اجزای سازنده ی بدن در حین سقوط آزاد مطابق آنچه در خصوص شکل دوم بیان شد به یکدیگر نیرویی وارد نمی کنند و همین موضوع سبب می شود که شخص در حین سقوط آزاد احساس بی وزنی کند. همچنین حالتی را نظر بگیرید که شخصی درون آسانسوری ایستاده است و آسانسور به طرف بالا و یا طرف پایین به طور شتابدار در حرکت است. در این صورت شخص به ترتیب احساس وزن بیشتر و یا وزن کمتری می کند . این وضعیت را می توان به کمک دو حالت نشان داده شده در شکل سوم توجیه کرد.
ادامه دارد ... برای خواندن بقیه آن به وبلاگ سر بزنید
آیا ستارهها زندهاند؟!
ستاره شناسان ستارهها را مانند موجودات زنده میدانند که مراحل تولد ، زندگی و مرگ را در طول عمر خود میگذرانند. این مراحل که برای انسان حدود چند ده سال طول میکشد. در مورد ستارهها از چند میلیون تا چند میلیارد سال متغیر است. یک ستاره پس از تولد و گذران عمر ، وارد مرحله مرگ و پایان موجودیت میشود. خورشید ما هم که یک ستاره است، از این قاعده مستثنی نیست.
غول سرخ خورشید
ذخایر هیدروژن خورشید به ما این وعده را میدهد که تا حدود 5 میلیارد سال دیگر دغدغهای نداشته باشیم. خورشید تقریبا بصورت امروزی ، ستارهای زرد که به اندازه قرص ماه دیده میشود، خواهد بود. ولی 5 میلیارد سال بعد بیشتر هیدروژن موجود در هسته خورشید ، گداخته شده و صرف تهیه هلیوم میشود. در آن زمان جاذبه باعث انقباض هسته شده و فشار و دمای آن را افزایش خواهد داد. هیدروژن شروع به سوختن در پوسته اطراف هسته خواهد کرد.
انرژی حاصل از همجوشی هستهای در پوسته ، باعث انبساط لایههای خارجی خواهد شد، تا اینکه خورشید تبدیل به یک غول سرخ شود. هلیوم هم به کربن و اکسیژن تبدیل خواهد شد.
خورشید کوتوله
وقتی خورشید منبسط میشود تا تبدیل به یک غول سرخ شود ، قطرش حدود 150 برابر بزرگتر میشود (بدلیل همین افزایش حجم است که غول نامیده میشود). با افزایش حجم ، دمای سطح خورشید به آرامی کاهش مییابد و گازهای منبسط شده و داغ حرارت خود را از دست میدهند. رنگ خورشید از زرد به نارنجی و سپس قرمز تغییر میکند. بخاطر بزرگتر شدن سطح خورشید ، درخشندگی آن هزار برابر افزایش یافته و نور بیشتری ساطع میکند.
خورشید مدت 100 میلیون سال را به شکل یک غول سرخ سپری خواهد کرد، سپس لایههای سست بیرونی از آن جدا خواهند شد. سرانجام خورشید به شکل یک کوتوله سفید باقی مانده و به تدریج از بین خواهد رفت.
زمین سوگوار
در مراحل پایانی عمر خورشید ، هنگامی که این ستاره به غول سرخ تبدیل میشود، از آسمان آبی گرفته تا سایه رنگهای سپیده و شامگاه ، کلیه پدیدههای جوی ، عمیقا تحت تأثیر قرار میگیرند. زمین سرد نمیشود بلکه برعکس افزایش مساحت خورشید ، کاهش دما را جبران میکند و دما از حد معمول هم بسیار فراتر میرود. تمام موجودات زنده از بین میروند و زمین در غم از دست دادن آنها و خورشید به سوگ مینشیند.
با افزایش دما یخ پهنههای قطبی شروع به ذوب شدن میکنند. سطح اقیانوسها بالا میآیند و لایه ضخیمی از ابر ایجاد میکنند که برای مدتی خورشید را پنهان میکند. این ابرها تقابل اقلیمی میان قطبها و استوا را از بین میبرند. نوعی جنگل آمازون داغ و مرطوب سراسر زمین را میپوشاند. سپس جو زمین شروع به تبخیر شدن میکند. گیاهان خشک شعلهور میشوند. شعلههای آتش با استفاده از اکسیژن باقیمانده ، همه مواد آلی موجود را مصرف میکند. طبیعتی شبیه به ماه کنونی پدید میآید.
در صخره سنگهای قارهای و اعماق حوزههایی که تبخیر شدهاند، حاکمیت عصر معادن بار دیگر جایگاهی را که در نخستین سالهای عمر سیاره داشت، باز مییابد. پس از گذشت چند صد هزار سال ، خود صخره نیز شروع به ذوب شدن میکند. زیر آبشاری از حرارت سرخ ، امواج گدازه های فروزان از کوهها سرازیر و در اعماق اقیانوسهای کهن جمع میشوند. خورشید سرخ به گسترش خود ادامه میدهد و باد نیرومند ستارهای به بیرون میفرستد.
سیارات عطارد و زهره تحت تأثیر آن به آرامی تبخیر میشوند. این توفان شدید مواد آنها را جارو کرده و به صورت امواج متلاطمی از بخار به هوا میفرستد. از این ماده رقیق ممکن است سحابیهای جدید شکل گرفته و در میان آنها ستارگان و منظومههای سیارهای جدید پدیدار شوند.
خورشید یا خور یا هور یکی از ستارگان کهکشان راه شیری و تنها ستاره سامانه خورشیدی میباشد. منبع اصلی نور و گرما و در یک کلام زندگی بر روی زمین این ستاره است که با فاصلهای حدود ۱۵۰ میلیون کیلومتری از زمین قرار گرفته و قطری تقریباً معادل ۱٬۳۹۰٬۰۰۰ کیلومتر و وزنی معادل ۳۳۰ هزار بار سنگین تر از زمین دارد.
خورشید حدودا شامل ۸۶/۹۹٪ درصد جرم کل منظومه شمسی را تشکیل میدهد و به دلیل جرم عظیمش دارای نیروی گرانش بسیار قوی است، بهطوری که سیارات به سبب این نیرو در مدارشان به دور خورشید میگردند.
مشخصات فیزیکی خورشید
۱- قطر خورشید درحدود ۱٬۳۹۲٬۰۰۰ کیلومتر یا ۱۰۹ برابر قطر زمین است.
۲- جرم خورشید ۳۳۳٬۰۰۰ برابر جرم زمین است (جرم زمین ۱۰۲۷×۶) و مقدار جرمی که خورشید از دست میدهد درحدود ۴/۲ میلیون تن در ثانیهاست.
۳- قطر خورشید حدود ۱۳۹۲۰۰۰ کیلومترکه معادل ۱۰۹ برابر قطر زمین است.
۴- وزن مخصوص خورشید ۴۱/۱ گرم بر سانتی متر مکعب است.
۵- حجم خورشید ۱۰۳۳× ۴/۱ سانتی متر مکعب که حدودا معدل ۱٬۴۰۰٬۰۰۰ برابر حجم زمین است.
۶- دمای مرکز خورشید ۰۰۰/۰۰۰/۱۵درجه کلوین(۲۰٬۰۰۰٬۰۰۰ درجه سانتی گراد) است.
۷- مدت چرخش وضعی: ۲۵ روزدر استوا که درحوالی قطبها به ۳۴ روز میرسد.
۸- یک سال کیهانی زمانی است که خورشید یک بار به دور کهکشان میچرخد ودر حدود ۲۲۵ میلیون سال است.
۹- قطر زاویهای خورشید درآسمان ۳۲ دقیقهاست. قدر ظاهری خورشید ۷/۲۶- است.
10-خورشید در زمان پیدایش زمین ( زمانی که زمین کاملا به اعتدال رسیده بود و آب در زمین وجود داشت ) 5 برابر امروز قطر و بزرگی داشت .
ترکیب شیمیائی خورشید
در حدود ۹۹٪ وزن خورشید را گازهای هیدروژن(H۲) و هلیوم (He) تشکیل دادهاند، که از مقدار نیز حدود ۷۰٪ هیدروژن۲۹٪ هلیوم و یک درصد مابقی، شامل سایر گازها میشود. در خورشید هرثانیه ۵۰۰ میلیون تن هیدروژن طی فرآیند همجوشی هستهای به هلیوم تبدیل میشود که فقط حدود ۵٪ آن به شکل انرژِی از خورشید خارج میگردد.
جو خورشیدی
از تمام خورشید فقط جو آن قابل مشاهده است ناحیهای که از لحاظ فعالیت نیز غنی است پایه جو خورشیدی شید سپهر است لکههای خورشیدی بر روی شید سپهر ضاهر میشوند لایه خارجی بعدی رنگین سپهر است تاج آخرین لایه جوی خورشید میباشد.
شید سپهر یک لایه نازک گاز که بیشترین عمقی که میتوانیم آن را مشاهده کنیم و تابش قابل رویت از آن منتشر میشود وبر این سطح دانههای گذرا با عمر متوسط 5 تا دهها دقیقه را مشاهده میکنیم شکل گیری های روشن نا منظم که بوسیله رگههای تاریک احاطه شده اند این دانه دار شدن خورشیدی لایه بالایی ناحیه جا به جایی خورشید است لایه گازی به ضخامت حدود 0/2r زمینی که درست زیر پایه شید سپهر قرار میگیرد در این منطقه انرژی گرمایی توسط جا به جایی منتقل میشود تودههای گرم گاز(سلول های جا به جایی) بالا میروند و به صورت دانههای روشن ظاهر میشوند و انرژیشان را در شید سپهر تخلیه میکنند گاز های سرد تر پایین میآیند. طیف پیوستار سرار قرص خورشیدی یک دمای موثر _استفان بولتزمن_ 5800k را برای شید سپهر تعریف میکند از میان شید سپهر به سمت بیرون دما به شدت پایین میآید و سپس مجددا" در حوالی 500km داخل رنگین سپهر شروع به بالا رفتن میکند تا این که به دماهای بسیاربالا درتاج میرسد.شید سپهریک طیف یوسته جسم سیاه گسیل میدارد لذا بایستی در طول موجهای مرئی کدر باشد اماچگالیها در اینجا بسیار کمتر از مقداری است که گاز برای کدر بودن و تولید تابش پیوسته جسم سیاه لازم دارد.
ماه تنها قمر سیارهٔ زمین است. میانگین فاصله ماه تا زمین ۳۸۴٬۴۰۳ کیلومتر و قطر ماه ۳٬۴۷۶ کیلومتر است. کره ماه نزدیکترین جرم آسمانی به زمین محسوب میشود. مهتاب نوری ست که از خورشید آمده و از سطح ماه رو به کره زمین بازتابانده شده. نور تقریباً در مدت ۱٫۳ ثانیه فاصله بین زمین تا ماه را طی میکند. نشانهٔ نجومی ماه ☾ است.
در سال ۱۹۶۹ سازمان ناسا اعلام کرد که نخستین فضانوردان به نامهای نیل آرمسترانگ و باز آلدرین در قالب پروژه آپولو بر سطح ماه فرود آمدند.
نیمکرهای از ماه به طور دائمی رو به زمین قرار دارد که سمت پیدای ماه نامیده میشود. نیمه پنهان ماه را سمت پنهان ماه مینامند.
تصویر ماه از زمین
بر خلاف زمین، ماه نه دارای آب است، نه هواکره، نه زندگی و نه میدان مغناطیسی. نمیتوان گفت که ماه کاملاً غیر فعال است، زیرا «ماه لرزه» را باید نشانهای از وجود نوعی حرکت در درون آن دانست. قطعاً ماه در دوران گذشته، آتشفشانهایی داشته است؛ اما غالب حفرههایی را که در آن میبینیم، نتیجه اصابت سنگهای آسمانی در اولین روزهای شکلگیری آن است. بعضی از این حفرهها عظیم اند عمق حفره نیوتون ۸٬۰۰۰ متر است. هنگامی که سفینه فضایی شوروی به نام لونا ۳ از پشت ماه عکس گرفت، دانشمندان دیدند که روی پنهان ماه درست مانند روی آشکار آن نیست. در آنجا، تعداد حفرهها بسیار بیشتر بود؛ اما به طور کلی، از حفرههای روی آشنای ماه کوچکتر بودند.
تاثیرات ماه بر زمین
ماه و در کل کیهان بر آب و بویژه آب دریاها و اقیانوسها (جزر و مد) و حتی آب درون بدن جانوران و انسان و گیاهان تاثیرات ویژهای دارند. که این تاثیرات در برخی روزها کم و زیاد می شوند.
شکل گیری ماه
دهانههای برخوردی بر سطح ماه.
ماه و زمین بطور همزمان و حدود ۴.۵ میلیارد سال پیش شکل گرفتند. اینکه ماه دقیقا چگونه بوجود آمده هنوز معلوم نشدهاست. ممکن است همراه با زمین در اوایل شکل گیری منظومه شمسی شکل گرفته باشد، یا اینکه بعدها جذب میدان جاذبه شده و در مدار قرار گرفتهاست. نظریهای که بیش از سایر نظریهها پذیرفته شده این است که ماه از برخورد یک سیارک به اندازه مریخ به زمین بوجود آمدهاست. اثرات متقابل جاذبههای زمین و ماه بر همدیگر باعث افزایش مدت حرکت وضعی هر دو جسم شدهاست. بهعنوان مثال ، زمانی مدت حرکت وضعی زمین (طول شبانه روز) فقط ۱۰ ساعت بود، اما این زمان به ۲۴ ساعت کنونی افزایش یافتهاست. اگر این روند همچنان ادامه پیدا کند، طول ماهها به ۴۷ روز خواهد رسید. اما مقیاس زمانی این روند بسیار طولانیتر از طول عمر خورشید بوده ، بنابر این منظومه شمسی عمر کافی برای رسیدن به آن زمان را نخواهد داشت. قطر خورشید ۴۰۰ برابر قطر ماه و فاصله آن از زمین نیز ۴۰۰ برابر فاصله ماه از زمین است. این اتفاق باعث میشود تا هم ماه و هم خورشید به یک اندازه به نظر رسیده و در هنگام کسوف تمام سطح خورشید گرفته شود.
چرا ماه به روی زمین سقوط نمیکند
زمین با نیروی گرانش ماه را به سوی خود میکشد. اگر انسان ماه را که در حقیقت بی وقفه به دور سیاره ما میچرخد، از گردش باز میداشت، ماه فقط برای مدت کوتاهی ثابت میایستاد، آنگاه با سرعتی فزاینده به سمت زمین میشتافت و در نهایت با آن برخورد میکرد. البته این عمل میسر نیست. ماه از همان زمانهای اولیه با سرعتی برابر ۳۶۵۹ کیلومتر در ساعت به دور زمین در حال گردش بودهاست. در اثر این حرکت گردشی ، یک نیروی گریز از مرکز به سمت خارج ایجاد میشود، که درست به اندازه نیروی گرانش زمین که به سمت داخل کشش دارد، است. این دو نیروی مخالف ، اثر یکدیگر را بطور متقابل خنثی میکنند، به نحوی که ماه هموراه بر مدار خود باقی میماند.
دهانهها و دریاوارها
تابلویی از کره ماه و خورشید متعلق به قرن هفدهم میلادی.
بیش از ۳.۵ میلیارد سال پیش ، سطح ماه به شدت توسط شهابسنگها بمباران شد و گودالهای زیادی به نام دهانه در سطح آن بوجود آمدند. وسعت بعضی از این دهانههای برخوردی به ۳۰۰ کیلومتر (۱۸۵ مایل) میرسد که توسط دیوارههایی از کوههای سنگی که بر اثر برخورد شهاب سنگها بوجود آمدهاند، محصور شدهاند. بعضی از گودالها ، دیوارهای تراس دار یا حلقههای کوهستانی هم مرکز داشته و در اکثر آنها قلههایی نیز وجود دارند. دهانههایی که رگههای بزرگ و درخشان توف نام دارند، بسیار تماشایی هستند. تعدادی از گودالهای بزرگتر از گدازه آتشفشانی پر شده و دریاهایی در سطح ماه بوجود آوردهاند.
سوی رو به زمین کره ماه (سوی نزدیک)، ظاهری بسیار متفاوت نسبت به سوی دور آن دارد. علت آن اینست که پهنههای زیادی از این سوی ماه بر اثر فعالیتهای آتشفشانی با گدازههای تیرهرنگ پوشیده شدهاند و آبگیروارهای گوناگونی را بوجود آوردهاند ولی سوی دور ماه همچنان به شکل قدیم یعنی آکنده از گودال باقی ماندهاست.
هلال و بدر چگونه تشکیل میشود
خورشید خود میدرخشد، ماه را از این رو میبینیم که خورشید به آن میتابد. اگر آن روی ماه که به سوی ماست، بطور کامل مورد تابش خورشید قرار گیرد، ما ماه را بصورت قرص کامل و به عبارت دیگر در حالت بدر مشاهده میکنیم. اگر نور خورشید فقط قسمتی از آن روی ماه را که بسوی ماست در بر گیرد، ما ماه را بر حسب میزان تابش نور بصورت هلال باریک نوری ، نیم قرص و یا به صورت یک گلوله تقریباً گرد نورانی میبینیم. این پدیدههای نوری را فازها یا صورتهای مختلف ماه مینامند.
هنگامی که ماه در جهت تابش خورشید قرار گیرد، دیده نمیشود، زیرا در تابش شدید خورشید محو میگردد و علاوه بر این ، آن روی ماه که بسوی ماست مورد تابش واقع نمیگردد. این وضعیت را ماه نو مینامیم. اکنون ماه بر روی مدار خود به حرکت ادامه میدهد و پس از چند روز به طور محسوسی در سمت چپ و یا در شرق خورشید واقع میشود. در این وضعیت قسمت کوچکی از نیمه رو به زمین ماه ، تحت تابش نور خورشید قرار میگیرد. در این دوران ماه را در اوایل شب بصورت داس باریکی که البته روز به روز بر قطر هلال آن افزوده میشود، مشاهده میکنیم، زیرا در این وضع ماه بعد از خورشید غروب میکند.
تقریباً یک هفته پس از ماه نو ، از دید ناظر زمینی ، ماه دقیقا از پهلو مورد تابش نور خورشید واقع میشود. در این حالت انسان نیمی از ماه را تاریک و نیم دیگر را روشن مییابد؛ این وضعیتیکچهارم نخست نامیده میشود. دوباره یک هفته بعد ، ماه از دید این ناظر ، دقیقا در مقابل خورشید قرار میگیرد. در این حالت ماه به صورت قرص کامل نورانی میشود ، که به آن بدر (یا در اصطلاح عامیانه ماه شب چهاردهم) میگویند.
از این حالت به بعد از قطر قسمت نورانی ماه کاسته میشود. تقریباً هفت روز پس از بدر ، دوباره یکچهارم دوم حادث میشود. ماه در این حالت از دید ناظر زمینی اکنون در سمت راست یا در غرب خورشید قرار دارد و به عبارت دیگر قبل از طلوع خورشید در آسمان صبحگاهی پدیدار میشود، تا بالاخره دوباره به وضعیت ماه نو میرسد.
گامهای ماه
ماموریت آپولو ۱۲
همیشه ۵۰ درصد سطح ماه در معرض نور خورشید قرار دارد. میزان ناحیه روشن ماه ، به موقعیت ماه نسبت به زمین و خورشید بستگی دارد. اندازه ناحیه قابل رویت ، از کاملاً تاریک تا ماه کامل متغیر است. این دوره کامل هشت مرحله دارد که اهله ماه نامیده میشوند. چرخه گامهای ماه، هر ۲۹.۵۳ روز کامل میشود.
برنامههای اکتشافی
از آنجا که ماه نزدیکترین جرم آسمانی به ماست، و از آنجا که تا به حال چندین بار فضانوردان آمریکایی بر سطح آن فرود آمدهاند و در نواحی کوچکی از آن به کاوش پرداختهاند، اطلاعات زیادی درباره آن داریم. برنامههای فضایی آپولو که در دههٔ ۱۹۶۰ بسیار موفق آمیز بودند، دیگر تکرار نشدند؛ زیرا پر خطر و پر هزینه بودند. وقتی در قسمت فرماندهی آپولو ۱۳ انفجاری رخ داد و سفینه فقط توانست سریع به زمین باز گردد، هیچ کس در مخاطره آمیز بودن آن برنامهها شک نکرد.
در سال 2009 ناسا یک موشک سایوز را از زمین به سمت ماه شلیک کرد و مواد تشکیل دهنده ماه بر اثر برخورد به ارتفاع 150 متری بلند شد. با این آزماش مشخص شد در ماه مقدار بسیار زیادی آب وجود دارد.
پروژههای ماه در ایران
ایرانیها اگرچه توان ارسال فضاپیما به ماه را ندارند، لیکن بیکار هم نبودهاند. تصویر برداری از ماه آن هم با زمینههای هنری و نجومی از طرفداران زیادی در ایران برخوردار است. گروه دیگری ماه را هموراه زیر نظر دارند و هر رویدادی را که به نحوی با آن در ارتباط باشد از نظر دور نمیدارند. تعداد بسیار زیادی هم هلال اول و آخر ماه را برای تصحیح تقویمهای اسلامی به صورت دائم رصد میکنند(پایگاه رویت هلال). در این میان رصدخانه کوثر.1 هم با همکاری ماه شناسان داخلی و خارجی کاوشگر مجازی ماه را به زبان فارسی به عنوان دائره المعارف تصویری ماه اجرا نمودهاست.
این هم عکسی از ماه