درخشش دبيران فيزيك بشرويه

مقام اوّل و دوّم مسابقه مقاله نويسی و مقام دوّم مسابقه طراحي آزمايش از آن دبيران فيزيك بشرويه شد

لطفاً به سايت گروه فيزيك سازمان آموزش و پرورش خراسان رضوي مراجعه كنيد

پیام به دانش آموز دبیرستان امام رضا(ع)

سلام دوست عزیز

پژوهش سرای دانش آموزی استاد فروزانفر جهت استفاده شما دانش آموزان راه اندازی شده است و تمام امکانات این مرکز متعلّق به شما است هدف ما هم این است که شما دانش آموزان عزیز به سمت تحقیق سوق پیدا کنید . واگر ما وبلاگ ویا سایت و یا نشریه داریم فقط به خاطر این است که آثار شما را به اطلاع دیگران برسانیم پس لطف کنید به این مرکز آمده و به کارهای پژوهشی بپردازید تاآثار شما دانش آموزان را در این وبلاگ ها مشاهده کنیم و  ان شاءالله در آینده برای این مردم مفید باشید . 

امیدوارم که روزی برسد که شاهد درخشش شما دانش آموزان در عرصه ی علم و دانش به خصوص جشنواره خوارزمی  باشیم .

موجک

با تشکر از دوست عزیزی که در مورد موجک اطلاعاتی را خواسته بو دند 

 

عنوان پایان نامه : درشت سازی محیط بی نظم ناهمگون و فرایندهای شارش و جابجائی در آن با استفاده از تبدیل موجک

اساتید راهنما :  دکتر محمد سهیمی ( دانشگاه کالیفرنیای جنوبی ) و دکتر ناصر شاه طهماسبی

استاد مشاور : --------------

نگارش : فاطمه ابراهیمی

تاریخ ثبت : 18/10/1381

 

 

شبیه سازی دقیق عددی پدیده های ترابرد در محیطهای بی نظمی که ناهمگونیهای آنها در مقیاسهای متفاوت و گوناگون طولی توزیع شده اند ، مانند محیطهای متخلخل در مقیاس میدانی ، اگر ناممکن نباشد کاری است بسیار سخت و پر هزینه : به دلیل وجود جزئیات مهم و غیر قابل حذف در تمام مقیاسها شیکه مورد نیاز برای ناپیوستارسازی معادلات حرکت شامل میلیونها گره    (بلوک) خواهد بود و بنابراین تعداد معادلات لازم برای شبیه سازی دقیق پدیده های ترابرد که متناسب با تعداد نقاط شبکه است ، عددی بسیار بزرگ خواهد شد . نتیجه آنکه برای انجام محاسبات مورد نظر در شبکه ریز ، از یک سو به حجم عظیمی از حافظه رایانه ای جهت ذخیره اطلاعات نیاز داریم و از سوی دیگر ، زمان سی پی یو بسیار بزرگی را باید برای حل عددی معادلات اختصاص دهیم . در بسیاری از موارد مورد علاقه در صنعت حتی قویترین و سریعترین رایانه های موجود نیز توانایی انجام چنین محاسباتی را ندارند .

روشی که ما در این پایان نامه برای حل مسأله گفته شده در بالا پیشنهاد می کنیم استفاده از یک شبکه نامنظم به جای شبکه منظم اما ریز اولیه است که از تعداد بسیار کمتری گره تشکیل شده باشد . برای آنکه ناپیوستارسازی معادلات حرکت بر روی چنین شبکه ای ، منجر به ایجاد جوابهایی هر چه دقیق تر باشد و در عین حال هزینه انجام محسابات مربوط به شبیه سازی پدیده های ترابرد تا حد امکان کاهش یابد ، این شبکه در عین حال که در بر گیرنده جزئیات مهم مربوط به خواص ترابردی است باید تا حد امکان نیز درشت باشد . برای این منظور ما به معرفی و توصیف روش جدیدی برای درشت سازی محیط بی نظم ناهمگون بر اساس تبدیل موجک روی خواص ترابرد محیط می پردازیم .

روش کار این است که با استفاده از تبدیل موجک ، محیط رابه شکلی درشت کنیم که جزئیات مهم در خواص ترابرد آن حفظ شده و برعکس جزئیاتی که اثر جندانی در خواص ترابرد ندارند حذف شوند . نتیجه عمل ، طراحی نامنظم از شبکه ریز اولیه است که در آن هر کجا که ویژگیهای ترابرد اهمیت خاصی داشته اند ، شبکه از نقاط به هم چسبیده تر و نزدیکتری تشکیل شده و در سایر مکانها جداسازی بین نقاط شبکه کمتر و فواصل بین نقاط شبکه بیشتر است و در نتیجه تعداد معادلات لازم برای توصیف ترابرد در شبکه کاهش می یابد . استفاده از چنین شبکه ای برای انجام مدلسازی ترابرد می تواند باعث کاهش شدید حجم محاسبات ، گاه تا حدود صدها برابر بدون آنکه دقت انجام محاسبات کاهش قابل ملاحظه ای یابد .

برای نشان دادن دقت و سرعت روش از یکسو و قابلیت اجرای آن در شرایط متفاوت به انجام یک سری مدلسازیها در سه فرایند ترابردی متفاوت حالت مانا ، شارش تک فازی مایع تراکم پذیر و جابجایی امتزاجی پرداخته ایم . نشان خواهیم داد که خطای محاسبات ما که براساس درشت سازی با تبدیل موجک انجام شده در مقایسه با شبیه سازی براساس شبکه ریز ، بسیار کوچک است و این در حالی است که حل معادلات شبکه ریز بخصوص برای دو مورد آخر که ترابرد به زمان وابسته است بسیار سنگین تر و وقت گیرتر و در نتیجه از نظر محاسباتی پر هزینه تر است .

یکی دیگر از مزایای روش پیشنهادی ما نسبت به سایر روشهای درشت سازی این است که می تواند در هر محیطی با هر نوع ناهمگونی به کار رود . برای نشان دادن این مطلب ، محاسبات متنوع و مفصلی بر روی محیطهایی که توزیع تراوایی آنها از آمار حرکت براونی جزئی تبعیت می کند انجام شده است . ویژگی حرکت براونی جزئی در آن است که اولاً قابل تعمیم به حالت های نا همسانگرد است و ثانیاً می توان با تغییر یک پارامتر ، توزیع هایی با همبستگی مثبت ، منفی و یا بدون همبستگی ( حرکت براونی معمولی ) داشت . به این ترتیب تحلیل ما محدوده وسیعی از فرایندهای طبیعی را در بر خواهد گرفت ، که در عین حال دارای کاربردهای فراوانی نیز هستند .

 

دانشکده علوم ( دانشگاه فردوسی مشهد )

استيون هاوكينگ كيست؟

استيون هاوكينگ كيست؟

او از هر گونه تحرک عاجز است. نه می تواند بنشیند نه برخیزد. نه راه برود. حتی قادر نیست دست و پایش را تکان بدهد یا بدنش را خم و راست کند. از همه بدتر توانایی سخن گفتن را نیز ندازد. [ دانشمندان ]

---

 

 

---

استيون هاوكينگ
( Stephen Hawking )

متولد 8 ژانويه 1942
او از هر گونه تحرك عاجز است. نه مي تواند بنشيند نه برخيزد. نه راه برود. حتي قادر نيست دست و پايش را تكان بدهد يا بدنش را خم و راست كند. از همه بدتر توانايي سخن گفتن را نيز ندازد. زيرا عضلات صوتي او كه عامل اصلي تشكيل و ابراز كلمات اند مثل 99 درصد بقيه عضلات حركتي بدنش در يك حالت فلج كامل قرار دارند. مشتي پوست و استخوان است روي يك صندلي چرخدار كه فقط قلبش و ريه هايش و دستگاه هاي حياتي بدنش كار مي كنند و بخصوص مغزش فعال است. يك مغز خارق العلده كه دمي از جستجو و پژوهش و رهگشايي بسوي معماها و نا شناخته ها باز نمي ماند.


اين اعجوبه مفلوج استيفن هاوكينگ پرآوازه ترين دانشمند دهه آخر قرن بيستم است كه اكنون در دانشگاه معروف كمبريج همان كرسي استادي را در اختيار داردكه بيش از دو قرن پيش زماني به اسحق نيوتن كاشف قانون جاذبه تعلق داشت.همچنين وي را انيشتين دوم لقب داده اند زيرا مي كوشد تئوري معروف نسبيت را تكامل بخشد و از تلفيق آن با تئوري هاي كوانتومي فرمول واحد جديدي ارائه دهد كه توجيه كننده تمامي تحولات جهان هستي از ذرات ريز اتمي تا كهكشان هاي عظيم باشد.
اينشتين معتقد بود كه چنين فرمول يا قانون واحدي مي بايست وجود داشته باشد و سالهاي آخر عمرش را در جستجوي آن سپري كرد اما توفيقي نيافت.
استيفن هاوكينگ شهرت و اعتبار علمي خود را مديون محاسبات رياضي پيچيده و بسيار دقيقي است كه در مورد چگونگي پيدايش و تحول سياهچاله هاي آسماني يا حفره هاي سياه انجام داده است.اين اجرام فوق العاده متراكم كه به علت قدرت جاذبه بسيار قوي حتي نور امكان جدايي از سطح آن ها را نداردوجودشان بر اساس تئوري نسبيت انيشتين پيش بيني شده بود و به همين جهت هم سياهچاله ناميده شدند.رديابي و رويت آنها بوسيله قويترين تلسكوپ ها يا هر وسيله ديگر تا كنون ممكن نبوده است. با وجود اين استيفن هاوكينگ با قدرت انديشه و محاسبات رياضي چون و چرا ناپذيرش- نه فقط وجود سياهچاله ها را به اثبات رسانده و چگونگي شكل گيري و تحول آن ها را نشان داده بلكه به نتايج جالبي در رابطه اين اجرام با كيفيت وقوع انفجار بزرگ Big Bang در آغاز پيدايش كيهان دست يافته است كه در دانش فيزيك اختري و كيهان شناسي اهميت بسزايي دارد و به عقيده صاحبنظران بناي اين علوم را در قرن آينده تشكيل خواهد داد.

كتاب جديد هاوكينگ در اين زمينه كه بعنوان سياهچاله ها و جهان هاي نوزاد انتشار يافت در محافل علمي جهان مثل يك بمب صدا كرد و شگفتي فراوان برانگيخت. اما قبل از اشاره خلاصه اي مي آوريم از زندگي نويسنده اش كه براستي از كتاب او شگفتي بر انگيز تر است .

استيفن هاوكينگ در 8 ژانويه 1942 در شهر دانشگاهي آكسفورد زاده شد و دوران كودكي و تحصيلات اوليه اش را در همان شهر گذرانيد. از همان زمان به علوم رياضيات علاقه داشت و آرزوي دانشمند شدن را در سر مي پروراند اما در مدرسه يك شاگرد خودسر و بخصوص بد خط شناخته مي شد و هرگز خود را در محدوده كتاب هاي درسي مقيد نمي كرد بلكه چون با مطالعات آزاد سطح معلواتش از كلاس بالاتر بود هميشه سعي داشت در كتاب هاي درسي اشتباهاتي را گير بياورد و با معلمان به جر و بحث و چون و چرا بپر دازد !

پدر و مادرش از طبقه متوسط بودند با يك زندگي ساده در خانه اس شلوغ و فرسوده اما مملو از كتاب كه عادت به مطالعه را در فرزندانشان تقويت مي كرد. فرانك پدر خانواده پزشك متخصص در بيماري هاي مناطق گرمسيري بود و به همين جهت نيمي از سال را به سفرهاي پژوهشي در مناطق آفريقايي مي گذرانيد. اين غيبت هاي متوالي برلي بچه ها چنان عادي شده بود كه تصور مي كردند همه پدر ها چنين وضعي دارند. و مانند پرندگان هر ساله در فصل سرما به مناطق آفتابي مهاجرت مي كنند و بعد به آشيانه بر مي گردند. در عين حال غيبت هاي پدر نوعي استقلال عمل و اتكا به نفس در بچه ها ايجاد مي كرد.

استيفن در 17 سالگي تحصيلات عاليه را در رشته طبيعي آغاز كرد و از همان زمان به فيزيك اختري و كيهان شناسي علاقه مند شد زيرا در خود كنجكاوي شديدي مي يافت كه به رمز و راز اختران و آغاز و انجام كيهان پي ببرد. سالهاي دهه 60 عصر طلايي كشف فضا- پرتاب اولين ماهواره ها و سفر هيجان انگيز فضانوردان به كره ماه بود و بازتاب اين وقايع تاريخي در رسانه ها جوانان را مجذوب مي كرد. بعلاوه استيفن از كودكي عاشق رمان هاي علمي تخيلي بود و مطالعه آن ها نيز بر اشتياق او به كسب معلومات بيشتر در فيزيك و نجوم و علوم ديگر مي افزود. او دوره سه ساله دانشگاه را با موفقيت به پايان برد و آماده مي شد تا دوره دكترا را در رشته كيهان شناسي آغاز كند اما . . .



اما به دنبال احساس ناراحتي هايي در عضلات دست و پا استيفن در ژانويه 1963 يعني آغاز بيست و يكسالگي مجبور به مراجعه به بيمارستان شد و آزمايش هايي كه روي او انجام گرفت علائم بيماري بسيار نادر و درمان ناپذيري را نشان داد. اين بيماري كه به نام ALS شناخته مي شود بخشي از نخاع و مغز و سيستم عصبي را مورد حمله قرار مي دهد و به تدريج اعصاب حركتي بدن را از بين مي برد و با تضعيف ماهيچه ها فلج عمومي ايجاد مي كند بطوريكه بمرور توانايي هرگونه حركتي از شخص سلب مي شود. معمولا مبتلايان به اين بيماري بي درمان مدت زيادي زنده نمي مانند و اين مدت براي استيفن بين دو تا سه سال پيش بيني شده بود.

نوميدي و اندوه عميقي را كه پس از آگاهي از جريان بر استيفن مستولي شد مي توان حدس زد. ناگهان همه آرزوهاي خود را بر باد رفته ميديد. دوره دكترا-روياي دانشمند شدن - كشف رمز و راز كيهان - همگي به صورت كاركاتورهايي در آمدند كه در حال دورشدن و رنگ باختن به او پوزخند مي زدند. بجاي همه آن خيال پروريهاي بلند پروازانه حالا كاري بجز اين از دستش بر نمي آمد كه در گوشه اي بنشيند و دقيقه ها را بشمارد تا دوسال بعد با فلج عمومي بدن زمان مرگش فرا برسد.

به اتاقي كه در دانشگاه داشت پناه برد و در تنهايي ساعتها متفكر و بي حركت ماند. خودش بعدها تعريف كرده است كه آن شب دچار كابوسي شد و در خواب ديد كه محكوم به اعدام شده است و او را براي اجراي حكم مي برند و در آن موقعيت حس كرد كه هر لحظه زندگي چقدر برايش ارزشمند است. بعد از بيداري به ياد آورد كه در بيمارستان با يك جوان مبتلا به بيماري سرطان خون هم اتاق بوده و او از فرط درد چه فريادهايي مي كشيد. پس خود را قانع كرد كه اگر به بيماري لادرماني مبتلاست اما لااقل درد نمي كشد. بعلاوه طبع لجوج و نقادش كه هيچ چيز را به آساني نمي پذيرفت هشدار داد كه از كجا معلوم كه پيش بيني پزشكان درست از كار در بيايد و چه بسا كه از نوع اشتباهات كتب درسي باشد!

اما آنچه به او قوت قلب و اعتماد به نفس بيشتري براي مبارزه با نوميدي و بدبيني داد آشنايي اش در همان ايام با دختري به نام (جين وايلد) بود كه عد ها همسرش شد و نقش فرشته نگهبانش را به عهده گرفت. جين اعتقادات مذهبي عميقي داشت و معتقد بود كه در هر فاجعه اي بذراهي اميد وجود دارد كه با استقامت و قدرت روحي خود مي تواند رشد كند. و بارور شود. بايد به خداوند توكل داشت و از ناكاميهايي كه پيش مي آيد خيزگاههايي براي كاميابي ساخت.

جين دانشجوي دانشگاه لندن بود اما تحت تاثير هوش فوق العاده و شخصيت استثنايي استيفن چنان مجذوب او شده بود كه هر هفته به سراغش مي آمد و ساعتي را به گفتگوي با او مي گذرانيد و آمپول خوشبيني تزريق مي كرد.آنها پس از چندي رسما نامزد شدند و استيفن تحصيلات دانشگاهي اش را از سر گرفت زيرا براي ازدواج با جين مي بايست هرچه زودتر دكتراي خود را بگيرد و كار مناسبي پيدا كند.

و او طي دو سال با اشتياق و پشتكار اين برنامه را عملي كرد در حاليكه رشد بيماري لعنتي را در عضلاتش شاهد بود و ابتدا به كمك يك عصا و سپس دو عصا راه مي رفت. ازدواجش با جين در سال 1965 صورت گرفت و او چنان غرق اميد و شادي بود كه به پيش بيني دو سال پيش پزشكان در مورد مرگ قريب الوقوعش نمي انديشيد.

پروفسور استيفن هاوكينگ اكنون 61 سال داردو ظاهرا بيش از يك ربع قرن قاچاقي زندگي كرده است. البته اگر بتوان وضع كاملا استثنايي او را در حال حاضر زندگي ناميد.!

پيش بيني پزشكان در مورد بيماري فلج پيش رونده او نادرست نبود و اين بيماري اكنون به همه بدنش چنگ انداخته است. از اواخر دهه 60 براي نقل مكان از صندلي چرخدار استفاده مي كند و قدرت تحرك از همه اجزاي بدنش بجز دو انگشت دست چپش سلب شده است. با اين دو انگشت او مي تواند دكمه هاي كامپيوتر بسيار پيشرفته اي را فشار دهد كه اختصاصا براي او ساخته اند و بجايش حرف مي زند. و رابطه اش را با دنياي خارج برقرار مي كند زيرا از سال 1985 قدرت تكلم خود را هم ازدست داده است.

در آن سال او پس از بازگشت از سفري به درو دنيا براي مدتي در ژنو بسر مي برد كه مركز پژوهشهاي هسته اي اروپاست و دانشمندان اين مركز جلسات مشاوره اي با او داشتند. يك شب كه استيفن هاوكينگ تا دير وقت مشغول كار بود ناگهان راه نفس كشيدنش گرفت و صورتش كبود شد بيدرنگ او را به بيمارستان رساندند و تحت معالجات اضطراري قرار دادند. معمولا مبتلايان به بيماري ALS در مقابل ذات الريه حساسيت شديدي دارند و در صورت ابتلاي به آن ميميرند كه اين خطر براي استيفن هاوكينگ هم پيش آمده بود و گرفتن راه تنفس او ناشي از ذات الريه بود. پس از چند روز بستري بودن در بخش مراقبتهاي ويژه بيمارستان سرانجام با اجازه همسرش تصميم گرفته شد كه با عمل جراحي مخصوص مجراي تنفس او را باز كنند اما در نتيجه اين عمل صداي خود را براي هميشه از دست مي داد

عمل جراحي با موفقيت صورت گرفت و بار ديگر استيفن از خطر مرگ جست. هر چند قدرت تكلم خود را از دست داد اما با جايگزيني كامپيوتر مخصوص سخنگو ارتباط او با اطرافيانش حتي بهتر از سابق شد زيرا قبلا بعلت ضعف عضلات صوتي با دشواري و نارسايي زياد صحبت مي كرد. كامپيوتر سخنگو را يك استاد آمريكايي كامپيوتر در كاليفرنيت براي او ساخت و تقديمش كرد. برنامه ريزي اين دستگاه شامل سه هزار كلمه است و هر بار كه استيفن بخواهد سخني بگويد مي بايست با انتخاب كلمات و فشردن دكمه هاي كامپيوتر به كمك دو انگشتش كه هنوز كار مي كنند جمله مورد نظرش را بسازد و صداي مصنوعي به جاي او حرف مي زند. البته اينگونه سخنگويي ماشيني طولاني تر است اما خود استيفن كه هرگز خوشبيني اش را از دست نمي دهد عقيده دارد كه به او وقت بيشتري مي دهد براي انديشيدن آنچه مي خواهد بگويد و سبب مي شود كه هرگز نسنجيده حرف نزند.

ويلچر يا صندلي چرخدار استيفن كه بوسيله آن رفت و آمد مي كند نيز از پيشرفته ترين پديده هاي تكنولوژي است و با نيروي الكتريكي حركت مي كند. وي اتكاي زيادي به ويلچر خود دارد چون علاوه بر حركت با آن وسيله اي براي ابراز احساساتش نيز محسوب مي شود. مثلا اگر در يك ميهماني به وجد آيد با ويلچرش به سبك خاص خود مي رقصد و چنانچه صبر و حوصله اش را در مورد يك شخص مزاحم از دست بدهد در يك مانور سريع از روي پاهاي او رد مي شود !!! بسياري از شاگردانش ضربه چرخهاي ويلچر او را تجربه كرده اند و به گفته خودش يكي از تاسف هايش اين است كه طعم اين تجربه را به مارگارت تاچر نچشانده است !

يكي از شگفتيهاي اين آدم مفلوج و نحيف كه به ظاهر بايد موجودي تلخ و غمزده و منزوي باشد شوخ طبعي و شيطنت كودكانه اوست كه بخصوص در برق نگاه هوشمندانه و رندانه اش ديده مي شود. در حاليكه اجزاي چهره اش بي حركت و فاقد هرگونه واكنش احساسي و عاطفي هستند اما چشمانش مي درخشند.


انگار به هزار زبان با مخاطب سخن مي گويند. او بهيچوجه خودش را منزوي نكرده است. به كنسرت و پارك مي رود. در رستوران غذا مي خورد. در انجمن هاي دانشجويان شركت مي كند. و سر به سر شاگردانش كه هميشه او را سوال پيچ مي كنند مي گذارد. شيوه شيطنت آميزش اينست كه پاسخگويي را گاهي عمدا كش مي دهد و در حاليكه پرسش كنندگان پس از چند دقيقه انتظار پاسخ مفصلي را براي سوال خود پيش بيني مي كنند با يك كلمه بله يا نه از كامپيوتر سخنگويش همه را به خنده مي اندازد.

اين اعجوبه فاقد تحرك عاشق جنب و جوش و گشت و سياحت است و تا كنون دوبار به سفر دور دنيا رفته و حتي از چين و ديوار باستاني آن ديدن كرده است. همچنين در صدها كنفرانس و سمينار علمي شركت كرده است و به ايراد سخنراني پرداخته است. كه البته اين سخنراني ها قبلا در نوار ضبط و در روز كنفرانس پخش مي شود.


پرفروشترين كتاب علمي

از نكات جالب ديگر در زندگي استيفن هاوكينگ يكي هم اينست كه او در سالهاي اوليه زناشويي اش با جين وايلد از او صاحب سه فرزند شد يك دختر و دو پسر. لذت پدري و احساس مسئوليت در تامين زندگي فرزندان يكي از مهمترين انگيزه هايي بود كه او را در مقابله با مشكلاتش ياري داد زيرا با طبع لجوج و بلندپروازش اصرار داشت كه بهترين امكانات زندگي و تحصيل را براي بچه هايش فراهم كند و اين امر مخارج هنگفتي روي دستش مي گذاشت. هزينه خودش هم كم نبود چون مي بايست به دو پرستار تمام وقت و يك دستيار حقوق بپردازد و درامد استادي دانشگاه كفاف اين مخارج را نمي داد. به همين جهت در اواسط دهه 80 به فكر نوشتن كتاب افتاد و در سال 1988 كتاب معروف خود به نام ( تاريخ كوتاهي از زمان) را منتشر كرد.{بزودي اين كتاب را در سايت خواهيم آورد}

در اين كتاب كه به فارسي هم ترجمه شده است استيفن هاوكينگ به زبان ساده و قابل فهم عامه پيچيده ترين مسائل فيزيك جديد و كيهان شناسي و بخصوص ماهيت زمان و فضا را بررسي كرده و نظريات و محاسبات خودش را شرح داده است. بي آنكه خواننده را با فرمولها و معادلات رياضي بغرنج گيج كند. اما به رغم سادگي بيان و جذابيت مباحث بسياري از مردم از آن سر در نمي آورند. زيرا ايده هاي مطرح شده در كتاب در سطح بالاي علمي است. با وجود اين كتاب مزبور 8 ميليون نسخه به فروش رفته و 183 هفته در ليست 10 كتاب پرفروش جهان قرار داشته است و طبعا چنين موفقيت بيمانندي مشكلات مادي استيفن را براي هميشه حل مي كند.

كتاب جديد استيفن به نتايج پژوهشها و يافته هاي او درباره ي سياهچاله ها اختصاص دارد. اين اجرام مرموز و فاقد نورانيت آسماني كه بر اساس تئوري پذيرفته شده اي در سالهاي اخير از فروريزي و تراكم ستارگان سنگين وزن پس از اتمام سوخت هسته اي آن ها پديد مي آيند ستارگان ديگر را در اطراف خود مي بلعند و با افزايش جرم و در نتيجه دستيابي به نيروي جاذبه قويتر به تدريج ستارگان دورتر را به كام مي كشند. بدينگونه در سياهچاله ها ماده به حدي از تراكم مي رسد كه هر سانتي متر مكعب آن مي تواند ميليونها و حتي ميلياردها تن وزن داشته باشد و نيروي جاذبه آنچنان قوي است كه نور و هيچگونه تشعشعي امكان خروج از سطح آن ها را ندارد. به همبن جهت ما هرگز نمي توانيم حتي با قويترين تلسكوپها اين غولهاي نامرئي را رديابي كنيم.

اما استيفن هاوكينگ در كتاب تازه اش برداشتهاي متفاوتي از سياهچاله ها ارائه داده است و با محاسبات خود به اين نتيجه مي رسد كه اين اجرام بكلي فاقد نورانيت نيستند و بعلاوه موادي را كه از ستارگان ديگر جذب و بلع مي كنند در مرحله نهايي تراكم به حالتي انفجار گونه از يك كانال ديگر بيرون مي ريزند. منتها آنچه دفع مي شود به همان صورتي نيست كه بلعيده شده است. به عبارت ديگر سياهچاله ها نوعي بوته زرگري هستند كه طلا آلات مستعمل را به شمش تبديل مي كنند. از كانال خروجي عناصر تازه در يك جهان نوزاد تزريق مي شود كه مي توان آن را در مقابل سياهچاله ( سپيد چشمه) ناميد.

شايد سالها طول بكشد تا صحت و سقم نظزيه هاي جديد استيفن هاوكينگ روشن شود زيرا آنقدر تازگي دارد كه عجيب به نظر مي رسد. اما عجيب تر از آن مغز اين مرد است كه اين نظزيه پردازي ها و رهگشائيها از آن مي تراود. او براي محاسبات طولاني و پيچيده رياضي و نجومي خود حتي از نوشتن ارقام روي كاغذ محروم است و بايد همه اين عمليات بغرنج را در مغز خود انجام بدهد و نتايج را در حافظه اش نگهدارد بدينگونه فقط با مغزش زنده است و به قول دكارت چون فكر مي كند پس وجود دارد.

اما اين موجود اين آدم معلول و نحيف و عاجز از تحرك و تكلم يك سرمشق است . . . .

براي آن ها كه با اميد و استقامت و تلاش بيگانه اند . . .

براي آن ها كه تواناييهاي انسان و ارزش انديشه سالم و سازنده را دست كم مي گيرند . . .

براي بدبين ها و منفي باف ها كه در افق ديد خود جهان را به گونه سياهچاله اي مخوف و ظلماني مي بينند . . . .

به سخن استيفن هاوكينگ : ( در آنسوي هر سياهچاله سپيد چشمه اي وجود دارد )
منبع :physics.ir
  منبع 2 :

www.iranika.ir

معجزات علمي قرآن در كيهان شناسي!

"بسم الله الرحمن الرحيم" 

معجزات علمي قرآن در كيهان شناسي!

عمر دنيا  و زمين و انبساط آن (بيگ بنگ) -  سياه چاله ها و ستاره هاي نوتروني همگي گوشه اي از معجزات قرآن است!

نسبت عمر دنيا به عمر زمين:

سوره ي 50 (ق): آيه ي 38:

"ما آسمان ها و زمين و آنچه در ميان آنهاست در شش روز آفريديم و هيچ گونه رنج و سختي اي به ما نرسيد"

سوره ي 41 (فصلت): آيه ي 9:

"بگو: آيا شما به آن كس كه زمين را در دو روز آفريد كافر هستيد و براي او همانندهايي قرار مي دهيد؟ او پروردگار جهانيان است!"

 

امروزه دانشمندان با توجه به شواهد موجود عمر زمين را 4.5 ميليارد سال پيش بيني مي كنند.

اين در حالي است كه عمر دنيا 13.5 ميليارد سال برآورد شده است.

در قرآن آمده كه زمين در دو روز و دنيا در شش روز خلق شد. (عمر دنيا 3 برابر عمر زمين است).

اگر اين موضوع را با شواهد عيني امروز مقايسه كنيم هيچ كمبودي ديده نمي شود!

عمر دنيا (13.5 ميليارد سال) را بر عمر زمين (4.5 ميليارد سال) تقسيم كنيد.

جواب 3 بدست مي آيد.

اين بدان معناست كه علم امروز نيز به اين مسئله رسيده كه عمر دنيا 3 برابر عمر زمين است!

 

سياه چاله ها و ستاره هاي نوتروني: 

سوره ي 86 (طارق): آيات 1 تا 3:

"سوگند به آسمان و كوبنده ي شب! و تو نمي داني كوبنده ي شب چيست. همان ستاره ي ثاقب است!"

 در عربي "ثقب" به معناي چاله و "ثاقب" به معناي چيزي است كه چاله را ايجاد مي كند.

نسبيت عام پيش بيني مي كند كه سياه چاله ها از ستاره هاي نوتروني بوجود مي آيند. ستاره هاي نوتروني اكثرا قابل رويت نيستند و تنها با امواج راديويي (پالس ها) رصد مي شوند.

امواج دريافتي از اين ستاره ها طوري به نظر مي رسد كه كسي به جايي مي كوبد! (ستاره ي كوبنده).

باور نداريد؟ گوش كنيد!

قرآن در آسمان ستاره اي كوبنده را معرفي مي كند كه ثاقب است. (چاله ايجاد مي كند).

كلام واضح قرآن در اين مورد جايي براي شك نمي گذارد!

 

بيگ بنگ – بيگ كرانچ و انبساط دنيا:

سوره ي 55 (الرحمن): آيه ي 37:

"آسمان ها روزي دوباره شكاف برمي دارند و مانند گل سرخي باز مي شوند!"

سوره ي 51 (الذاريات): آيه ي 47:

"و ما آسمان ها را با قدرت خود بنا كرديم و همواره آن را وسعت مي بخشيم!"

سوره ي 21 (الانبيا): آيه ي 104:

"در آن روز كه آسمان را چون طوماري در هم مي پيچيم هماگونه كه آفرينش را آغاز كرديم آنرا باز مي گردانيم. اين وعده اي است كه بر ماست و قطعا آنرا انجام مي دهيم!"

 

با بيان تئوري بيگ بنگ دانشمندان همواره در صدد گسترش آن بوده اند.

مدتي بعد به كمك تحقيقات عده اي از دانشمندان مشخص شد كه علاوه بر بيگ بنگ پديده اي به نام بيگ كرانچ هم بايد وجود داشته باشد. و همانطور كه دنيا باز شده روزي به همان نقطه ي آغاز جمع مي شود. (انا لله و انا اليه راجعون).

قرآن اين موضوع را در ابتدا به باز شدن يك غنچه ي گل رز تشبيه مي كند و بيان مي دارد كه با قدرت بي انتهاي خويش در حال گسترش (انبساط) دنيا است!

و روزي همانطور كه اين دنيا را باز كرد دوباره مانند طوماري آنرا در هم خواهد پيچيد. (بيگ كرانچ).

 

و اين سخن حقيقت است!

 

ترجمه و گردآوري: عليرضا يعقوبي: [e-mail]

منبع اصلي: http://www.speed-light.info

11-02-2007

عكس از: سازمان فضايي اروپا (ESA)

 

طنز

اينشتين خود گفت :
اگر در جنگ جهاني سوم از بمب هيدروژني استفاده شود . جنگ جهاني چهارم مطمپنا با سنگ و چوب خواهد بود‌(چون اطمينان ميداد چنين جنگي (هيدروژني) در صورت وقوع تمدن بشر را نابود خواهد كرد .

ليزرهاي فضائي

گامي نو در كشف حيات در منظومه شمسي

به نام او

همانطور كه ميدانيد ليزرها در ماموريت هاي فضائي استفاده هاي جديدي پيدا كرده اند . براي بررسي يك موضوع خاص ليزرها ميتوانند در وسيله اي به نام طيف سنج مورد استفاده قرار بگيرند . يكي از كاربردهاي طيف سنج استفاده از آن براي تشخيص تركيبات شيميائي به وسيله نور است . براي مثال وقتي پرتوي نوري از ميان يك گاز عبور ميكند گاز مورد نظر بر طول موج آن اثرهاي خاصي ميگذارد .براي مثال گازهاي زيادي هستند كه طول موج هاي مختلفي از نور را در خود جذب ميكنند . بنابراين نور عبور كرده از گاز ميتواند يك انگشت نگاري منحصر به فرد از آن گاز باشد . (بنابراين به كمك طيف سنج ميتوانيم به تشخيص نوع گاز مورد نظر بپردازيم )

مثلا وقتي يك طيف سنج نور خورشيد از بالاي يك شهر را جذب ميكند ميتواند تشخيص بدهد كه هواي يك شهر شامل چه گازهائي است يا ميزان آلودگي هواي آن شهر را تشخيص و بررسي كند . خوب حالا يك نوع طيف سنج ليزري مخصوص وجود دارد كه ميتواند به همه طرف پيش روي كند و ميزان دقيق گاز موجود را اندازه بگيرد . (به نظر شما ) مثلا اين وسيله چه طوري ميتواند آثار حيات روي مريخ را جست و جو كند؟

بله درست است ... يكي از راهها براي جست و جوي حيات گاز متان است . متان گازي است كه توسط موجودات زنده مثل باكتري ها ساخته ميشود . حتي مقدار كمي از متان بر روي مريخ ميتواند به اين معني باشد كه برخي موجودات زنده در آن به خوبي و خوشي زندگي ميكنند .

قابل گفتن است كه دانشمندان طيف سنج هاي مخصوص را به عنوان قسمتي از يك مريخ نورد يا مامور سيار به مريخ ميفرستند . دانشمندان بر اين باورند كه متان و فقط متان است كه يك طول موج مخصوص از نور را جذب ميكند ... بنابراين مانند تنظيم صدا در يك ايستگاه راديوئي دانشمندان نيز طيف سنجهاي ليزري خود را روي آن طول موج مخصوص تنظيم ميكنند .

ليزر طيف سنج با پرتوي خود يك سنگ را در فاصله دوري از مريخنورد نشانه گيري ميكند و پرتوي خود را روي آن مي اندازد اين پرتو با فشار از ميان هواي مريخ عبور كرده و به سنگ برخورد ميكند و سپس باز ميگردد اين پرتوي برگشتي به چشم طيف سنج باز ميگردد . اگر در برگشت نور ليزر ساتع شده از سنگ نسبت به حالت قبل ضعيف تر شده باشد به اين معني است كه متان موجود در هواي مريخ مقداري از انرژي اين پرتو ليزر با طول موج مخصوص را جذب كرده است و مقدار انرژي جذب شده توسط متان نشان دهنده ميزان متان موجود است .

يك ليزر مخصوص :

ناسا در حال فرستادن يك طيف سنج ليزري مخصوص به مريخ در سال 2009 است كه طيف سنج ليزري تنظيمي نام دارد . اين طيف سنج يكي از ابزارهاي مريخ نورد سيار " آزمايشگاه علمي مريخ " خواهد بود .
در اين طيف سنج از سه نوع ليزر استفاده شده است . اين طيف سنج براي طول موج هاي مشخصي براي تشخيص گازها استفاده ميشود .مانند گاز متان . اين طيف سنج بسيار كوچك و سبك و حساس است . و ميتوان گفت كه اين طيف سنج وسيله اي ايده آل براي ماموريت هاي فضائي به مريخ و ساير سيارات خواهد بود .

از اين طيف سنج در كره خاكي خودمان هم ميتوانيم استفاده كنيم :
-- كمك كردن به پزشكان براي تشخيص بيماري ها
-- قسمتي از سيستم هاي كنترلي گردشي براي جلوگيري از تصادفات اتومبيل ها

منبع :
http://spaceplace.jpl.nasa.gov/en/kids/laser/index.shtml

ترجمه : از اعضاي تيم اجرائي هوپا

شاد و سلامت باشيد

آمپر

آندره ماري آمپر فيزيكدان فرانسوي ( 1775 - 1836 ) در كودكي اعدام پدرش را ديد و اين موضوع سخت در روح حساسش اثر بخشيد . از سال 1796 تدريس رياضي ، شيمي و زبان را شروع كرد . به سال 1801 به استادي رياضيات دانشگاه پاريس نائل گرديد . آمپر با يافتن رابطه ميان الكتريسيته و مغناطيس اين علم را پيشرفت فراوان بخشيد و از اين راه شهرتي بسزا يافت . بيشتر دوران زندگي وي در راه بررسي و كاوش درباره الكتريسيته و مغناطيس گذشت و در دوران آخر زندگي گفتارها و كتابهاي زيادي در اين زمينه به رشته تحرير در آورد . آخرين كتاب بزرگ علمي او عبارتست از «تئوري نمودهاي الكتروديناميك ، كه فقط از تجربه نتيجه شده اند »آمپر در پانزدهم ژوئن 1836 طي تفتيش عقايد در مدرسه شبانه روزي مارس زندگي را بدرود گفت . از سال 1881 كه كنگره بين المللي الكتريسين ها واحد جريان را آمپر ناميد نام او همواره ورد تمام زبانها گرديد .

منبع :www.physicsir.com

رصد تلسكوپي شهابها

رصد شهابها به كمك تلسكوپ يا دوربين دو چشمي يكي از روشهاي مهم رصد شهابها است كه نقش بسيار مهم در تكميل داده هاي جمع آوري شده به كمك روشهاي ديگري نظير رصد مرئي، عكاسي و... ايفا مي كند. در اين ميان نقش آماتورهاي علاقه مند ، جمع آوري داده هايي كه خارج از حوزه عملكرده چشم يا دوربين هاي عكاسي است ، اقدام مي كنند و از آنجا كه تعداد شهابهاي كم نور در اين حوزه محسوس است تا حد زيادي نتايج داده هاي راداري را نيز تحت پوشش قرار خواهد داد. به علت كوچك تر بودن ميدان ديد در هنگام استفاده با دوربين هاي دو چشمي يا تلسكوپهاي با ميدان ديد باز دقت حاصل از رصدهاي مرئي بيشتر خواهد شد.

نور

مقدمه

 امروزه می دانیم که نور یک موج الکترمغناطیسی است و بخش بسیار کوچکی از طیف الکترمغناطیسی را تشکیل می دهد. بنابراین برای شناخت نور بایستی به بررسی امواج الکترومغناطیسی پرداخت. اما از آنجاییکه مکانیک کلاسیک قادر به توضیح کامل امواج الکترومغناطیسی نیست، الزاماً بایستی به مکانیک کوانتوم مراجعه کرد. اما قبل از وارد شدن به مکانیک کوانتوم لازم است با برخی از خواص نور آشنا شد و دلیل نارسایی مکانیک کلاسیک را دانست. لذا نخست با بررسی روند تکامل دانش نور دلایل پیدایش مکانیک کوانتوم و نسبیت مشخص خواهد. آنگاه خواهیم دید که مکانیک کوانتوم و نسبیت چگونه مشکلات دانش نور را برطرف کردند. نور چیست؟ از آنجایی که نور عامل دیدن بود و در تاریکی چیزی دیده نمی شد، سئوال این بود که

نور چیست؟

 چرا می بینیم و نور چگونه و توسط چه چیزی تولید می شود؟ بالاخره این نظریه پیروز شد که نور توسط اجسام منیر نظیر خورشید و مشعل تولید می شود. بعد از آن مسئله انعکاس نور مورد توجه قرار گرفت و اینکه چرا برخی از اجسام بهتر از سایر اجسام نور را باز تابش می کنند؟ چرا نور از برخی اجسام عبور می کند و از برخی دیگر عبور نمی کند؟ چرا نور علاوه بر آنکه سبب دیدن است موجب گرم شدن نیز می شود؟ نور چگونه منتقل می شود؟ سرعت آن چقدر است؟ و سرانجام ماهیت نور و نحوه ی انتقال آن چیست؟ اتاقک تاریک قانون انعکاس نور از دوران یونانیان قانونی شناخته شده بود. کتاب "علم نور" اثر اقلیدس حدود سیصد سال قبل از مسیح نوشته شد و سالیان سال پرچمدار علم نور در کشورهای اسلامی و نزد فیزیکدانان - از جمله نزد الحازن( ۹۶۵ – ۱۰٣۹ م) بوده است(غربیان ابن هیثم را به الحاذن می شناسند). ابن هیثم کتاب های متعددی در باره علم نور نوشته است. اولین کتاب او در سال ۱۲۷۰میلادی به زبان لاتین برگردانده شد و تا سال های متمادی مورد مطالعه اهل فن، از جمله روگر بیکن قرار گرفت . ابن هیثم در نوشته های خود بارها تأکید کرده است که نقطه نظرات او بر محور تحقیقات و آزمایش پی ریزی شده است، نه بر اساس تئوری ها. روگر بیکن سردمدار علوم طبیعی اروپا نیز به نوبه ی خود در تحقیقاتش از ریاضی و مشاهدات خود بهره جسته است. سالها قبل از اینکه عکاسی اختراع شود اساس کار دوربین عکاسی وجود داشت. ابن هیثم در قرن پنجم هجری / یازدم میلادی وسیله ای را به نام جعبه تاریک در مشاهده کسوف استفاده کرده بود. اتاقک تاریک، عبارت بود از جعبه یا اتاقکی که فقط بر روی یکی از سطوح آن روزنه ای ریز، وجود داشت. عبور نور از این روزنه باعث می شد که تصویری نسبتا واضح اما به صورت وارونه در سطح مقابل آن تشکیل شود. این وسیله، طی جنگهای صلیبی به اروپا راه یافت. لئوناردو داوینچی نقاش و نابغه قرن شانزدهم، در یادداشتهای خود خواص اتاقک تاریک را شرح داده است. هم چنین وی آن را کامرا آبسکورا (Camera Obscura) و روزنه ریز آن را نیز پین هول (Pine Hole) نامید. این وسیله به شدت مورد توجه نقاشان قرار گرفت و تمامی نقاشان بخصوص نقاشان ایتالیایی قرن شانزدهم از آن برای طراحی دقیق منظره ها و ملاحضه دورنمایی صحیح استفاده می کردند. به این ترتیب که کاغذی را بر روی سطح مقابل روزنه قرار می دادند و تصویر شکل گرفته را ترسیم می کردند .این تصاویر بسیار واقعی و از پرسپکتیو صحیحی برخوردار بود. در حدود سال 1505 میلادی نیز ژرم کاردان (Jerome Cardan) ریاضی دان ایتالیایی یک عدسی محدب بر روزنه اتاقک تاریک نصب کرد، این کار باعث شد تا تصویر وضوح بیشتری پیدا کند. محاسبه سرعت نور اولین کسی که برای محاسبه ی سرعت نور اقدام کرد، گالیله بود. وی به اتفاق همکارش برای اندازه گیری سرعت نور اقدام کردند. روش کار به این طریق بود که همکار گالیله بالای تپه ای ایستاده بود و گالیله بالای تپه ای دیگر. هر دو با خود فانوسی داشتند که روی آن را پوشانده بودند. دستیار وی به مجرد آنکه نور فانوس گالیله را می دید، با برداشتن پرده از روی فانوس خود، به گالیله علامت می داد. گالیله این آزمایش را با فواصل بیشتر و بیشتر تکرار کرد، اما نتوانست اختلاف زمانی بین برداشتن پرده از روی فانوس خود و دستیارش به دست آورد و سرانجام گفت که سرعت نور خیلی زیاد است. نخستین بار سرعت نور در سال 1676 توسط رومر (Romer) با استفاده از ماه گرفتگی محاسبه شد و معلوم گشت که سرعت نور نیز محدود است. عددی را که رومر به دست آورد 215 هزار کیلومتر بر ثانیه بود. این عدد آنقدر بزرگ بود که معاصران وی آن را باور نمی کردنددر سال 1726 برادلی با استفاده از تغییر وضعیت ستارگان نسبت به زمین سرعت نور را محاسبه کرد و عدد سیصد هزار کیلومتر بر ثانیه را به دست آورد. نخستین بار فیزیو با ستفاده از روش غیر نجومی و اصلاح روش گالیله سرعت نور را اندازه گیری کرد و مقدار آن را سیصد و سیزده هزار کیلومتر بر ثانیه به دست آورد. بتدریج همراه با پیشرفت وسائل، اندازه گیری های زیادی انجام شد و امروزه مقدار سیصد هزار کیلومتر بر ثانیه پذیرفته شده است. در زمان فرنل این سئوال مطرح بود که آیا حرکت زمین در میان اتر موجب ایجاد اختلافی قابل مشاهده بین نور چشمه ی زمینی و چشمه های فرازمینی می شود یا نه؟ آراگو به طور تجربی دست به آزمایش زد و دریافت که هیچگونه اختلافت قابل مشاهده ای در این زمینه وجود ندارد. رفتار نور چنان بود که گویی زمین نسبت به اتر بی حرکت است. فرنل برای توضیح آن اظهار داشت که نور هنگام عبور از یک ماده ی شفاف متحرک کشیده می شود و رابطه زیر را ارائه داد. که در آن v=c/n سرعت نور در یک محیط غلیظ مثلاً آب است و vw سرعت آب و جمله ی بعدی به دلیل حرکت آب نسبی بوجود می آید. در هر محیط مادی سرعت نور و طول موج آن مقدارشان از مقدار خلا کمتر است کمیتی که در هر محیطی ثابت می ماند فرکانس نور هست و فرکانس نور با طول موجش نسبت عکس دارد. (V=FL) که در آن F معرف فرکانس و L معرف طول موج و V معرف سرعت نور در محیط مادی می باشد. در اپتیک خواص محیط در یک طول امواج را می توان توسط یک پارامتر یعنی نسبت سرعت نور در خلا به سرعت نور در محیط توصیف نماییم. این پارامتر (n=c/v) ضریب شکست نام دارد. بنابر این در یک محیط مادی داریم (V=F L ) که در این رابطه n ضریب شکست تنها کمیتی است که برای محاسبه رفتار نور در محیط مورد نیاز هست. اینکه نور یک نوع آشفتگی الکترو مغناطیسی است، غیر قابل انکاراست. با حل معادلات ماکسول و رسیدن به معادله بنیادی موج مقدار سرعت نور بر حسب گذردهی الکتریکی خلا وتراوایی مغناطیسی خلا بر طبق رابطه سرعت امواج الکترومغناطیسی ماکسول داده می شود. اگر نور از یک محیط به محیط دیگری وارد شود، سرعت آن برای طول موجهای مختلف متفاوت خواهد بود. بر این اساس در مورد هر محیطی کمیتی به نام ضریب شکست تعریف می‌‌کنند. ضریب شکست یک محیط به فرکانس نور بستگی دارد و این ویژگی برای تمام محیطهای نوری صادق است. تغییرات ضریب شکست با فرکانس را پاشندگی یا پاشیدگی نور می‌‌گویند. دقیق ترین اندازه گیری سرعت نور که آنرا با حرف اختصاری c در خلا نشان می دهند، با استفاده از لیزر (Laser) در سال 1972 بوسیله اوانسون (Evanson) و همکارن او در مؤسسه ملی استاندارد انجام شده و مقدار 29979245693 متر بر ثانیه به دست آمد. اندازه گیری سرعت نور به روش های مختلف در زمانهای متفاوت در جدول زیر آمده است. محاسبه سرعت نور تاریخ آزمایش کننده روش نتیجه(km/s) 1676 1726 رومر برادلی ماه گرفتگی تغییر وضعیت ستارگان 215000 300000 1849 1880 فیزو مایکلسون چرخ دندانه دار آینه چرخان 313000 299910 1907 رزا و درسی نسبت یکاهای الکتریکی 299784 1922 مرسیه موج رادیویی 299782 1952 1972 فروم اوانسون تداخل سنج میکروموجی Laser 299796 299792 طبیعت نور نخستین آزمایش مهم نور توسط نیوتن در سال 1666 انجام شد. وی یک دسته اشعه نور خورشید را که از شکاف باریکی وارد اتاق تاریکی شده بود، بطور مایل بر وجه یک منشور شیشه ای مثلث القاعده ای تابانید. این دسته هنگام ورود در شیشه منحرف شد و سپس هنگام خروج از وجه دوم منشور باز هم در همان جهت منحرف شد. نیوتن دسته اشعه خارج شده را بر یک پرده سفید انداخت. وی مشاهده کرد که به جای تشکیل یک لکه سفید نور، دسته اشعه در نوار رنگینی که به ترتیب مرکب از رنگهای سرخ، نارنجی، زرد، سبز، آبی و بنفش است پراکنده شده است. نوار رنگینی را که از مولفه های نور تشکیل می شود، طیف می نامند. نیوتن نظر داد که نور از ذرات بسیار ریز - دانه ها - تشکیل می شود که با سرعت زیاد حرکت می کند. علاوه بر آن به نظر نیوتن نور در محیط غلیظ باسرعت بیشتری حرکت می کند. اگر نظر نیوتن در مورد سرعت نور درست می بود می بایست سرعت نور در شیشه بیشتر از هوا باشد که می دانیم درست نیست. احتمالاً اسحاق نیوتن نور را به این دلیل بصورت ذره در نظر گرفت که در محیط های همگن به نظر می رسد در امتداد خط مستقیم منتشر می شوند و یکی از مثالهای خوب برای توضیح آن بوجود آمدن سایه است . همزمان با نیوتن، کریسیتان هویگنس (Christiaan Huygens ) (1695-1629)طرفدار توضیح دیگری بود که در آن حرکت نور به صورت موجی است و از چشمه های نوری به تمام جهات پخش می شود. هویگنس با به کاربردن امواج اصلی و موجک های ثانوی قوانین بازتاب و شکست را تشریح کرد. همچنین هویگنس نظر داد که سرعت نور در محیط های شکست دهنده کمتر از سرعت نور در هوا است که درست است. حقایق دیگری که با تصور موجی بودن نور توجیه میشوند پدیده های تداخلی اند مانند به وجود آمدن فریزهای روشن و تاریک در اثر بازتاب نور از لایه های نازک و یا پراش نور در اطراف مانع. پیروزی نظریه موجی نور نظریه دانه ای نیوتن هرچند بعضی از سئوالات را پاسخ می گفت، اما باز هم پرسش هایی وجود داشت که این نظریه نمی توانست برای آنها جواب قانع کننده ای ارائه دهد. مثلاً چرا ذرات نور سبز از ذرات نور زرد بیشتر منحرف می شوند؟ چرا دو دسته اشعه ی نور می توانند بدون آنکه بر هم اثر بگذارند، از هم بگذرند؟ اما بر اساس نظریه موجی هویگنس، دو دسته اشعه ی نورانی می توانند بدون آنکه مزاحمتی برای هم فراهم کنند از یکدیگر بگرند. هویگنس نمی دانست که نور موج عرضی است یا موچ طولی، و طول موج های نور مرئی را نیز نمی دانست. ولی چون نور در خلاء نیز منتشر می شود، وی مجبور شد محیط یا رسانه حاملی برای این انتشار این امواج در نظر بگیرد. هویگنس تصور می کرد که این امواج توسط اتر منتقل می شوند. به نظر وی اتر محیط و مایع خیلی سبکی است و همه جا، حتی میان ذرات ماده نیز وجود دارد نظری هویگنس نیز بطور کامل رضایت بخش نبود، زیرا نمی توانست توضیح دهد که چرا سایه ی واضح تشکیل می شود، یا چرا امواج نور نمی توانند مانند امواج صوت از موانع بگذرند؟ نظریه موجی و دانه ای نور بیش از یکصد سال با هم مجادله کردند، اما نظریه دانه ای نیوتن بیشتر مورد قبول واقع شده بود، زیرا از یکطرف منطقی تر به نظر می رسید و از طرف دیگر با نام بزرگ نیوتن همراه بود. با وجود این هر دو نظریه فاقد شواهد پشتوانه ای قوی بودند. تا آنکه بتدریج دلایلی بر موجی بودن نور ارائه گردید. لئونارد اویلر فکر امواج دوره ای را تکمیل کرد، همچنین دلیل رنگ های گوناگون را مربوط به تفاوت طول موج آنها دانست. و این گام بلندی بود. در سال 1800 ویلیام هرشل آزمایش بسیار ساده اما جالبی انجام داد. وی یک دسته اشعه ی نور خورشید را از منشور عبور داد و در ماورای انتهای سرخ طیف حاصل دماسنجی نصب کرد. جیوه در دما سنج بالا رفت، بدین ترتیب هرشل تابشی را کشف کرد که به تابش زیر قرمز مشهور شد. در همین هنگام یوهان ویلهلم ریتر انتهای دیگر طیف را کشف کرد. وی دریافت که نیترات نقره که تحت تاثیر نور آبی یا بنفش به نقره ی فلزی تجزیه و رنگ آن تیره می شود، اگر در ورای طیف، در جاییکه بنفش محو می شود، نیترات نقره قرار گیرد حتی زودتر تجزیه می شود. ریتر نوری را کشف کرد که ما اکنون آن را فوق بنفش می نامیم. بدین ترتیب هرشل و ریتر از مرزهای طیف مرئی گذشتند و در قلمروهای جدید تابش پا نهادند. در این هنگام دلایل جدیدی برای موجی بودن نور توسط یانگ و فرنل ارائه گردید. در سال 1801 توماس یانگ دست به آزمایش بسیار مهمی زد. وی یک دسه اشعه ی باریک نور را از دو سوراخ نزدیک بهم گذارانید و بر پرده ای که در عقب این سوراخ نصب کرده بود تابانید. احتمال می رفت که اگر نور از ذرات تشکیل شده باشند، محل تلاقی دو دسته اشعه ای که از سوراخها عبور کرده اند، بر روی پرده روشن تر از جاهای دیگر باشد. اما نتیجه ای که یانگ به دست آورد چیزی دیگر بود. بر روی پرده یک گروه نوارهای روشن تشکیل شده بود که هر یک به وسیله ی یک نوار تاریک از دیگری جدا می شد. این پدیده به سهولت با نظریه موجی نور توضیح داده شد. نوار روشن نشان دهنده ی تقویت امواج یکی از دسته ها به وسیله ی امواج دسته ی دیگر است. به گفته ی دیگر، هر جا که دو موج همفاز شوند، بر یکدیگر افزوده می شوند و یکدیگر را تشدید می کنند. از طرف دیگر نوارهای تاریک نشان دهنده ی جاهایی است که امواج در فاز مقابلند، در نتیجه یکدیگر را خنثی می کنند. اگر چه یانگ بارها تاکید کرد که برداشت هایش ریشه در پژوهش های نیوتن دارد، اما به سختی مورد حمله قرار گرفت و نظریات وی خالی از هر گونه ارزش تلقی شد. با این وجود یانگ طول موج های متفاوت نور مرئی را اندازه گرفت. در سال 1814 ژان فرنل بی خبر از کوششهای یانگ مفاهیم توصیف موجی هویگنس و اصل تداخل را با هم ترکیب کرد و اظهار داشت: ارتعاشات یک موج درخشان را در هر یک از نقاط آن می توان به عنوان مجموع حرکت های بنیادی دانست که به آن نقطه می رسند. بر اثر انتقادهای شدید طرفداران نیوتن، فرنل تاکیدی ریاضی یافت. وی توانست نقش های پراش ناشی از موانع و روزنه های گوناگون را محاسبه کند و به طور رضایت بخشی انتشار مستقیم نور را در محیط های همسانگرد و همگن توضیح دهد. بدینسان انتقاد عمده ی طرفداران نیوتن را نسبت به نظریه موجی بی اثر کند. هنگامیکه فرنل به تقدم یانگ در اصل تداخل پی برد، هرچند اندکی مایوس شد، اما نامه ای به یانگ نوشت و احساس آرامش خود را از هم رای بودن با او ابراز داشت. قبل از ادامه ی بحث در مورد کارهای فرنل لازم است موج طولی و موج عرضی را تعریف کنیم. در موج طولی جهت انتشار با جهت ارتعاش یکی هستند. نظیر نوسان یک فنر. اما در موج عرضی جهت ارتعاش بر جهت انتشار عمود است، نظیر موج بر سطح آب که نوسان و انتشار عمود بر هم هستند. فرنل تصور می کرد امواج نور، امواج طولی هستند. اما تصور موج طولی نمی توانست خاصیت قطبش نور را توجیه کند. فرنل و یانگ چندین سال با این مسئله درگیر بودند تا سرانجام یانگ اظهار داشت که ممکن است ارتعاش اتری همانند موجی در یک ریسمان عرضی باشد. ولی امواج عرضی انها در یک محیط مادی منتقل شوند. از طرفی دیگر با توجه به سرعت نور ( که در آنزمان مقدار آن را نمی دانستند ولی می دانستند که فوق العاده زیاد است)، اتر نمی توانست گاز یا مایع باشد و باید جامد و در عین حال خیلی صلب باشد حتی می بایست صلب تر از فولاد باشد. از این گذشته اتر می بایست در تمام مواد نفوذ کند، یعنی نه تنها در فضا، بلکه باید بتواند گازها، آب، شیشه و حتی در چشم ها نفوذ کند، زیرا نور وارد چشم نیز می شود. علاوه بر این اتر نبایستی هیچگونه اصطکاکی داشته باشد و مانع بهم خوردن پلک ها گردد. با وجود این با تمام مشکلاتی که اتر داشت برای توجیه موجی بودن نور مورد قبول واقع شد. بدین ترتیب در سال 1825 نظریه موجی نور مورد قبول واقع شد و نظریه دانه ای نیوتن طرفداران چندانی نداشت.

عرصه ي پژوهش

 

شما مي توانيد آثار دانش آموزان عضو انجمن را در شماره چاپ بهمن ماه نشريه عرصه پژوهش مطالعه كنيد .

عرصه پژوهش نشريه علمي ،پژوهشي پژوهش سراي استاد فروزانفر بشرويه مي باشد .

با سعي مي شتابم در عرصه ي پژوهش

                                   مي سازم اين وطن را با كار وعلم ودانش

دهه فجر

پژوهش سراي دانش آموزي استاد فروزانفر بشرويه ايام الله دهه فجر را گرامي مي دارد

شهادت امام سجاد

انجمن فیزیک پژوهش سرای دانش آموزی استاد فروزانفر بشرویه شهادت امام سجاد را تسلیت می گوید

الکتریسیته ساکن

 

 

یوناینان باستان از مشاهدات خود نتیجه گرفتند که هرگاه کهربا را با پارچه پشمی یا پوست مالش دهند، اجسام سبکی را به خود جذب می‌کند. واژه الکتریسیته از کلمه یونانی الکترون به معنی کهربا گرفته شده است. این واژه اولین بار در نوشته‌های تالس ( 547 ـ 640 ق . م ) بکار رفته است. ویلیام گیلبرت ( 1544 ـ 1603 م )با انتشار کتابی درباره مغناطیس نظریات گذشتگان را مورد بررسی قرار داد. و نتیجه گرفت که نیروهای الکتریکی و مغناطیسی از هم جدا می‌باشند.

رای مثال سنگ مغناطیس می‌تواند آهن و فقط چند ماده دیگر را جذب کند. در صورتی که کهربا و اجسامی که خاصیت الکتریکی دارند می‌توانند ذرات کوچک و سبک اجسام گوناگون را جذب کنند. وی عقیده داشت که اجسام الکتریکی اثر دافعه ندارد. در سال 1646 سرتوماس برادن تجربه‌های خود را درباره اثر دافعه الکتریکی منتشر نمود و اظهار کرد که بین مواد الکتریکی نیز همانند مواد مغناطیسی نیروهای جاذبه و داففه وجود دارند.

در سال 1663 اتونون گریکه ماشینی ساخت که بوسیله آن بار الکتریکی زیادی تولید می‌شد. آنگاه دانشمندان دیگری چون استن گری ( 1670 ـ 1736 ) و شارل دونی ( 1698 ـ 1739 ) تجربه‌های دقیقتری انجام دادند، به وجود و نوع الکتریسیته پی بردند. برای ایجاد الکتریسیته ساکن‌تری که می‌توانستند جرقه‌ها و تکانهای ترسناک الکتریکی تولید کنند.

برای مثال یکی از استادان فیزیک دانشگاه لندن بارهای الکتریکی این گونه ماشینها را در یک بطری پر از مایع جمع کرد. مقدار الکتریسیته در بطری لیدن آن قدر زیاد بود که اگر شخصی بطری را در دست می‌گرفت و دست دیگر خود را به میله سر بطری می‌زد تکان شدیدی در بدن خود احساس می‌کرد.

در قرن هیجدهم میلادی بطری لیدن مورد توجه بنیامین فرانکلین (1756 ـ 1790) قرار گرفت، وی پس از آزمایشهای متعدد نتایج کار خود را در سال 1747 منتشر کرد. او معتقد بود که دو نوع الکتریسیته که قبل از وی کشف شده بود اساسا باهم تفاوتی ندارد، بلکه حتی جسمی در اثر مالش دارای الکتریسیته می‌شود. یکی از دو جسم دارای الکتریسیته اضافی یعنی بار مثبت و دیگر دارای الکتریسیته منفی می‌شود.

قانون بقای بار الکتریکی

دو نوع بار الکتریکی وجود دارد و این بارهای الکتریکی که می‌توانند ساکن یا متحرک باشند و آثاری از خود ظاهر می‌سازند. از نظریه فارنکلین این نتیجه درست نیز بدست آمد که: «بارهای الکتریکی ایجاد نمی‌شوند و از بین نیز نمی‌روند بلکه از قسمتی از یک جسم به قسمت دیگر منتقل می‌شوند، همچنین بارهای مثبت و منفی از یکدیگر را خنثی می‌کنند، ولی هیچگاه نابود نمی‌شود.» این نتایج امروزه قانون بقای بار الکتریکی نامیده می‌شود که مانند قانون بقای جرم و انرژی از قوانین اساسی طبیعت محسوب می‌شود.

الکتریسیته مثبت و منفی

پدیده وضع الکتریکی نخستین بار در سال 1672 میلادی توسط اتوفن گریکه که با نام او آشنا هستید بیان شد. او مشاهده کرد که پرهای مرغ نخست جذب یک گلوله گوگردی باردار شده و سپس از آن رانده می‌شوند. صد و پنجاه سال بعد ، در فرانسه محققی به نام شارل دونی کشف کرد که دو جسم باردار همیشه یکدیگر را نمی‌رانند بلکه گاهی هم یکدیگر را می‌ربایند و به این نتیجه رسید که دو نوع بار الکتریکی وجود دارد. بطوری که بارهای الکتریکی ممنوع یکدیگر را می‌رانند و بارهای الکتریکی که نوع آنها مختلف است یکدیگر را می‌ربایند.

 

قانون کولن

قانون کولن بیان می‌کند که نیرویی که دو بار الکتریکی بر یکدیگر وارد می‌کنند، با حاصل‌ضرب اندازه دو بار نسبت مستقیم و با مجذور فاصله آنها نسبت عکس دارد.

در اواخر قرن هیجدهم علوم تجربی به درجه‌ای از رشد و پیشرفت رسیده بود که بتوان مشاهدات دقیقی درباره نیروهای میان بارهای الکتریکی به عمل آورد. نتایج این مشاهدات را که در آن زمان فوق‌العاده مجادله‌آمیز بودند، نمی‌توان به این صورت بیان نمود. دو نوع و فقط دو نوع بار الکتریکی وجود دارد که ما اینها را به نام بارهای الکتریکی مثبت و منفی می‌شناسیم. همچنین دو بار نقطه‌ای نیروهایی بر یکدیگر اعمال می‌کنند که بزرگی این نیروها با مربع فاصله بین دو بار نسبت عکس و با حاصل‌ضرب اندازه بارها نسبت مستقیم دارد. این نیرو (نیروی کولن) برای بارهای همنام دافعه و در مورد بارهای غیرهمنام جاذبه است.  دو بار نقطه ای q₁ , q₂ که در فاصله ی r از یکدیگر قرار دارند، به همدیگر نیرویی وارد می کنند که از رابطه ی زیر که به قانون کولن شناخته می شود، به دست می آید.

قانون کولن در مورد بارهای نقطه‌ای بکار می‌رود. از لحاظ ماکروسکوپی بار نقطه‌ای باری است که ابعاد فضایی آن در مقایسه با هر طول دیگری در مسئله مورد نظر بسیار کوچک است. قانون کولن در مورد برهمکنش‌های ذرات بنیادی ، مانند پرتونها و الکترونها نیز صادق است. در مورد دفع الکترواستاتیکی میان هسته‌ها در فواصل بیشتر از ^16-10 متر نیز این قانون صدق می‌کند، اما در فواصل کمتر نیروهای پر قدرت و کوتاه‌برد هسته‌ای عمل می‌کنند.

مفهوم قانون کولن فراتر از توصیف نیروهای میان کره‌های باردار است. این قانون می‌تواند در فیزیک کوانتومی نیروهای الکتریکی که الکترونهای یک اتم را به هسته آن پیوند می‌دهد، نیروهایی که اتمها را به هم پیوند می‌دهند تا مولکول تشکیل شود و نیروهایی که برای تشکیل جامدات ، مایعات ، اتمها یا مولکولها را به هم پیوند می‌دهند، را به درستی توصیف کند. از این رو بیشتر نیروهایی که در زندگی روزمره خود با آنها سر و کار داریم، الکتریکی هستند.

 

اثر مغناطیسی جریان الکتریکی

گیلبرت (W. Gilbert) ، فیزیکدان و طبیعت شناس انگلیسی کتابی درباره آهنربا ، "اجسام آهنربایی" و "زمین به عنوان آهنربای بزرگ" در سال 1600 منتشر کرد. کار وی شروع بررسی در پدیده‌های الکتریکی را نشان می‌دهد. گیلبرت در این کتاب همه خواص آهنرباهای شناخته شده تا آن زمان را تشریح کرده و نتایج آزمایشهای خیلی مهم ، شخص خود را نیز آورده است. همچنین وی شماری از تفاوتهای اساسی بین جذبهای الکتریکی و مغناطیسی را مشخص نموده و اصطلاح “الکتریسیته“ را وضع کرده است.

بعد از انتشار کارهای گیلبرت ، تمایز بین پدیده‌های الکتریکی و مغناطیسی مسلم شد، اما به رغم اینکه اختلافها شماری از واقعیتها ارتباط ناگسستنی بین این پدیده‌ها را پدیدار ساخت. برجسته‌ترین این واقعیتها مغناطیس اشیای آهنی و وارونی عقربه قطب نما بر اثر آذرخش بودند.

آراگو (D. F. Arago) ، فیزیکدان فرانسوی در کتاب خود به نام "تندر و آذرخش" ، شرح می‌دهد که چگونه در ژوئیه سال 1681 در کشتی راین (reine) واقع در دریای آزاد حدود صدها مایل از ساحل بر اثر آذرخش دکلها ، بادبانها و غیره بطور جدی صدمه دیدند. وقتی که شب فرا رسید، از روی وضع ستارگان دریافت که از سه قطب نمای در دسترس دو تا بجای شمال به سمت جنوب ایستاده بودند، در حالی که یکی از آنها به سمت شمال بود، آراگو همچنین شرح می‌دهد که هرگاه آذرخش به خانه بخورد، کارد ، چنگال و سایر اشیای آهنی را به شدت آهنربا می‌کند.

در آغاز قرن هجدهم ثابت شد که آذرخش در واقع جریان الکتریکی شدیدی است که از هوا می‌گذرد. بنابراین به این نتیجه می‌رسیم که جریان الکتریکی خواص مغناطیسی دارد، اما این خواص جریان فقط در سال 1820 توسط اورستد (H. Oersted) فیزیکدان دانمارکی با آزمایش مشاهده و بررسی شد. همانطوری که نیروهای مؤثر بر بارهای الکتریکی نیروهای الکتریکی نام دارد، نیروهای مؤثر بر آهنرباهای طبیعی یا مصنوعی را نیروهای مغناطیسی می‌گویند.

آیا ماده سیم روی میدان مغناطیسی بوجود آمده از جریان اثر دارد یا نه؟ اورستد دریافت که سیمهای اتصال را می‌توان از چند سیم یا نوار باریک مختلف درست کرد و جنس فلز در نتیجه اثر نمی‌گذارد (احتمالا اگر بزرگ باشد اثر می‌گذارد). چون فلزات مختلف ، مقاومتهای الکتریکی متفاوتی دارند، اگر به باتری وصل شود، می توانند جریانهای متفاوت داشته باشند و در نتیجه اثر مغناطیسی این جریانها متفاوت خواهد بود.

 

جریان الکتریکی

جریان الکتریکی در الکتریسته ، جریان سرعت عبور الکترونها در یک سیم مسی یا جسم رسانا است. جریان قراردادی در تاریخ علم الکتریسته ابتدا به صورت عبور بارهای مثبت تعریف شد. هر چند امروزه می‌دانیم که در صورت داشتن رسانای فلزی ، جریان الکتریسته ناشی از عبور بارهای منفی ، الکترون ، در جهت مخالف است. علیرغم این درک اشتباه ، کماکان تعریف قراردادی جریان تغییری نکرده است. نمادی که عموما برای نشان دادن جریان الکتریکی (میزان باری که در ثانیه از مقطع هادی عبور می‌کند) در مدار بکار می‌رود، I است.

در یک هادی عایق شده مانند قطعه‌ای سیم مسی ، الکترونهای آزاد شبیه مولکولهای گازی که در ظرفی محبوس شده‌اند، حرکات کاتوره‌ای انجام می‌دهند و مجموعه حرکات آنها در طول سیم هیچ گونه جهت مشخصی ندارد. تعداد الکترونهایی که به چپ حرکت می‌کنند با تعداد الکترونهایی که به راست حرکت می‌کنند، یکی است و برآیند آنها صفر می‌باشد. ولی اگر دو سر سیم را به باتری وصل کنیم، این برآیند دیگر صفر نیست.

آیا شدت جریان در نقاط مختلف هادی متفاوت است؟

شدت جریان در هر سطح مقطع از هادی مقدار ثابتی است و بستگی به مساحت مقطع ندارد. مانند این که مقدار آبی که در هر سطح مقطع از لوله عبور می‌کند، همواره در واحد زمان همه جا مساوی است، حتی اگر سطح مقطعها مختلف باشد. ثابت بودن جریان الکتریسیته از این امر ناشی می‌شود که بار الکتریکی در هادی حفظ می‌شود. در هیچ نقطه‌ای بار الکتریکی نمی‌تواند روی هم متراکم شود و یا از هادی بیرون ریخته شود. به عبارت دیگر در هادی چشمه یا چاهی برای بار الکتریکی وجود ندارد.

قانون القای فارادی

قانون القای فارادی بیان می‌کند که هرگاه شار مغناطیسی گذرنده از یک مدار(مسیر بسته‌ای که دو سر آن به یک گالوانومتر حساس متصل است)، به نحوی تغییر کند، آن عمل باعث ایجاد یک نیروی محرکه القایی در مدار می‌شود که به وسیله گالوانومتر قابل مشاهده است. نیروی محرکه القایی با آهنگی که شار مغناطیسی گذرنده از مدار بر حسب زمان تغییر می‌کند، برابر است.

 

سرعت رانش

میدان الکتریکی که بر روی الکترونهای هادی اثر می‌کند، هیچ گونه شتاب برآیندی ایجاد نمی‌کند. چون الکترونها پیوسته با یونهای هادی برخورد می‌کنند. لذا انرژی حاصل از شتاب الکترونها به انرژی نوسانی شبکه تبدیل می‌شود و الکترونها سرعت جریان متوسط ثابتی (سرعت رانش) در راستای خلاف جهت میدان الکتریکی بدست می‌آورند.

 

میدان الکتریکی

برای تعریف میدان الکتریکی در یک نقطه معین از فضا ، یک بار الکتریکی مثبت به اندازه واحد در آن نقطه قرار داده ، سپس مقدار نیروی الکتریکی وارد بر این واحد بار را به عنوان شدت میدان الکتریکی تعریف می‌کنند. بار مثبت را نیز به عنوان بار آزمون تعریف می‌کنند. به بیان دقیقتر می‌توان میدان الکتریکی را به صورت حد نسبت نیروی الکتریکی وارد بر یک بار آزمون بر اندازه بار آزمون ، زمانی که مقدار بار آزمون به سمت صفر میل می‌کند، تعریف کرد.

هر ذره ی باردار در اطراف خود میدان الکتریکی ایجاد می کند.

 

میدانهای الکتریکی و مغناطیسی

وقتی دو بار الکتریکی نسبت به ناظری در حرکت باشند، علاوه بر نیروی الکتریکی، نیروی مغناطیسی نیز بر یکدیگر وارد می کنند. از آنجاییکه بررسی نیروها با استفاده از مفاهیم میدان عمیق تر و ساده تر است، می توان گفت که هر بار الکتریکی در اطراف خود یک میدان الکتریکی ایجاد می کند که شدت آن در فاصله r از آن، از رابطه ی زیر به دست می آید:

 

E=kq/r^2

 

حال اگر ذره ی باردار حرکت کند، در اطراف آن علاوه بر میدان الکتریکی، یک میدان مغناطیسی نیز ایجاد می شود که وجود چنین میدان مغناطیسی بصورت تجربی قابل اثبات است. اگر ذره ای با بار الکتریکی q در یک میدان مغناطیسی B و با سرعت v حرکت کند، نیرویی بر آن وارد می شود که بر صفحه ی B, v عمود است که از رابطه ی زیر به دست می آید.

  

F=qvxB

 

از این رو، بار q که به فاصله ی r از Q قرار دارد و با سرعت v حرکت می کند، یک میدان مغناطیسی در محل Q تولید می کند که از رابطه ی زیر به دست می آید:

 

 

بطور خلاصه، در نقطه ای که میدان الکتریکی و مغناطیسی E , B وجود دارد، نیروی الکترومغناطیسی وارد بر ذره ی باردار، با بار q که با سرعت v حرکت می کند برابر است با:

میدانهای الکترومغناطیسی

در یک میدان الکتریکی موجود در فضا، به عنوان مثال در بین صفحات یک خاذن باردار، انرژی الکتریکی وجود دارد. چگالی انرژی یا انرژی الکتریکی در واحد حجم از رابطه ی زیر به دست می آید:

 

 

 

بطور مشابه چگالی انرژی مغناطیسی مثلاً انرژی مغناطیسی در ناحیه بین قطب های یک آهنربا برابر است با:

 

 

میدان الکتریکی و مغناطیسی موجودیت جداگانه‌ای ندارند

گفتیم که برهمکنش الکترومغناطیسی بین دو ذره باردار را به دو قسمت تقسیم می‌‌کنند، نیروی الکتریکی که همواره بین دو ذره باردار عمل می‌‌کند، اعم از اینکه هر یک از آنها نسبت به ناظر ساکن یا متحرک باشند و نیروی مغناطیسی که تنها در صورتی بین دو ذره باردار عمل می‌‌کند که هر دو آنها نسبت به ناظر در حال حرکت باشند. به سادگی مشاهده می‌‌شود که نیروی مغناطیسی بین هر دو ذره باردار را می‌‌توان با انتخاب یک چارچوب مرجع مناسب حذف کرد. به عنوان مثال چنانچه ناظری در چارچوب مرجعی که نسبت به یکی از بارها ساکن است، قرار داشته باشد، هیچ نیروی مغناطیسی بین دو بار اندازه نخواهد گرفت.

دلیل این مطلب را می‌‌توان به این صورت بیان کرد که چون ذره باردار اول ساکن است، لذا هیچگونه میدان مغناطیسی در محل ذره باردار دیگر ایجاد نمی‌‌کند. حتی اگر ذره دوم نسبت به ذره اول دارای حرکت باشد، باز هم هیچ نیروی مغناطیسی وجود نخواهد داشت. بنابراین ممکن است از نظر ناظرهای واقع در برخی دستگاههای لخت ، نیروی مغناطیسی وجود داشته باشد، ولی در همه چارچوبهای لخت اینگونه نیست. به عبارت دیگر ، میدانهای الکتریکی و مغناطیسی مستقل از هم نیستند و موجودیت جداگانه‌ای ندارند، بلکه موجودیت آنها وابسته به انتخاب چارچوب مرجع لخت است.

 

مسیر حرکت ذره باردار تحت نیروی لورنتس

ملاحظه کردیم که نیروی کل الکترومغناطیسی ناشی از شدت میدان الکتریکی E و القای مغناطیسی B بر یک ذره باردار از رابطه زیر بدست می‌‌آید:

ضرب موجود در این رابطه از نوع ضرب برداری است. جهت نیروی مغناطیسی از قاعده دست راست تعیین می‌‌شود، اما جهت نیروی الکتریکی با توجه به علامت بار ذره باردار تعیین می‌‌شود. اگر چنانچه میدان الکتریکی و القای مغناطیسی بر هم عمود باشند، در این صورت حرکت ذره به صورت مارپیچی خواهد بود.