جستجو در همين سايت

 برای دریافت آموزشهای ویژوال بیسیک میتوانید آنها را در منوی موضوعات سایت  و با کلیک روی برنامه نویسی ویژوال بیسیک مشاهده کنید.این آموزشها در صفحه اصلی قرار داده نمیشوند.

 برای دسترسی سریع به مطالبی که فایلهایی برای دانلود دارند، میتوانید آنها را در منوی موضوعات سایت  و با کلیک روی دانلودهای فیزیک  یا دانلودهای رایانه مشاهده کنید.

بنام خدا

سلام

شاید مطلبی که در زیر اضافه میکنم ربطی به فیزیک نداشته باشد ولی نگاه فیزیکی به مسائل سبب شده در مورد چالشهای زندگی شهری و روستایی مدرن از منظر دیگری توجه شود و همین باعث نوشتن این مقاله شده است. از آنجایی که موضوع از نظر نویسنده بسیار مهم است، پس ترجیح دادم از قابلیت این وبلاگ در جهت اطلاع رسانی استفاده گردد.

بسم الله الرحمن الرحیم

تاریخ : 99/10/28

مساله فاضلاب شهری، فرصت یا چالش

مقدمه

در این مقاله سعی شده است که به مساله فاضلاب شهری از منظر دیگری نگاه شود. در نگاه اول فاضلاب مسیری برای خروج آبهای زاید به خارج از محدوده‌ی زندگی است، بدون توجه به اینکه تا چه حد این مواد نیاز به خروج دارند.

مطالب این مقاله به صورت کلی تنظیم شده و برای همه‌ی شهرها قابل استفاده است، فقط بعنوان نمونه و مثال داده های آماری شهر شوشتر در آن استفاده گردیده تا بتوان به نتایج عددی قابل استنادی دست یافت.

چالشها

یکی از مشکلاتی که ما با آن روبرو هستیم این است که همه‌ی مظاهر تکنولوژی را همانطور که در مبدا وجود دارد، در کشور خود مورد استفاده قرار میدهیم  بدون اینکه دقت کنیم که آیا تمام مزایای آن تکنولوژی در اینجا قابل استفاده است و یا توجیه دارد و یا اصلا مضر نیست.

سیستم مدرن دفع  فاضلاب یکی از راهکارهای حل مشکلات شهری است که ما آن را از غرب آموخته ایم البته موقع اجرا همین آموخته را معمولا به طور ناقص اجرا مینماییم مثلا دفع فاضلاب را به حوضه‌های آبریز بزرگ مانند رودخانه‌ها انجام میدهیم ولی تصفیه آن را به شکلی که به ما آموخته اند یا انجام نمیدهیم و یا به طور ناقص این فرایند را پوشش میدهیم چرا که هم زمانبر و هم هزینه‌بر است، و ما متاسفانه به حل مشکلات در کوتاه مدت توجه داریم یعنی دفع آلودگی از محیط شهری ولی کاری به عواقب و هزینه ‌های درازمدت نداریم.

صحبت من در این مقاله این است که در اجرای سیستم فاضلاب شهری به شکل مدرن و کامل هم باید تجدیدنظر شود ، چرا که این سیستم به نظر نویسنده با همه‌ی مزایا، در اقلیم ما و همچنین با توجه به زیرساختهای شهری ما و نیز مشکلات اقتصادی فعلی، نقصهایی دارد که با چند ترفند ساده میتوان با حداقل هزینه، آن را کارآمدتر کرد.

مهمترین تفاوتی که بین کشور ما و کشورهای مبدع سیستم مدرن فاضلاب شهری مانند انگلیس و فرانسه و ... وجود دارد، تفاوت در میزان بارش است که ما به آن توجه نکرده ایم، در این کشورها فاضلاب علاوه بر اینکه روشی برای دفع مواد زاید شهری است، ابزاری  برای خروج آبهای سطحی مانند باران و برف است، به همین دلیل سیستم فاضلاب در بعضی شهرهای مدرن اروپایی مانند لندن و پاریس به قدری بزرگندکه به شهرهای زیر زمینی شباهت پیدا کرده است. علاوه بر آن سیستم زه‌کشی مناسب شهری سبب میشود آبهای سطحی به سرعت بعد از جاری شدن جذب کانالهای فاضلاب شده و به سرعت به خارج از محدوده شهری منتقل شوند، پس در چنین شرایطی نیاز به یک سیستم فاضلاب بزرگ با کانال و زهکشی مناسب است و البته شرایط مرطوب و پر بارش این کشورها هر گونه سرمایه گذاری در این زمینه را مقرون به صرفه میکند، چرا که هزینه های انجام شده در طول سال علاوه بر جابجایی فاضلاب شهری وظیفه کنترل و هدایت آبهای سطحی و سیلابهای شهری را دارد. اما اگر ما بخواهیم در طراحی سیستم فاضلاب شهری سازوکاری شبیه لندن یا پاریس بکار بندیم با توجه به شرایط گرم و خشک منطقه از لحاظ اقتصادی به صرفه نیست، چرا که با سیستمی خیلی کوچکتر و کم هزینه تر میتوان مشکل دفع گندآبها و فاضلاب خانگی را انجام داد و زمانهایی هم که بارندگی بقدری شدید باشد که احتمال بروز سیلابهای شهری زیاد شود، بسیار کم است، همین امر سبب شده که در بحث دفع فاضلاب شهری بیشتر در محدودهِ کانالهای کوچک( منهول) کار را انجام دهیم که این امر سبب میشود در هنگام بارنگی شدید، این کانالها ظرفیت پذیرش این حجم آب را نداشته و سرریز کنند که نتیجه آن آبگرفتگیهای شهری مانند آنچه در اهواز و یا بخشهایی از شوشترمشاهده میکنیم، است، البته در شهرهایی مانند اهواز گسترگی بیش از حد شهر و تخت و مسطح بودن شهر و شیب ملایم شهر مزید بر علت است، که رفع این مشکل هم نیاز به ایستگاههایی برای پمپاژ فاضلاب داشته که خود هزینه ای بسیار دارد، که مدت زمان بهره‌بردار از آن فقط به چند روز محدود در سال ( روزهای بارانی شدید و مستمر) محدود میشود. در روزهای عادی همین سیستم فعلی برای رفع نیازهای روزمره مردم کافی است و معمولا مشکلی پیش نمی‌آید.

قبل از اینکه برای رفع مشکل آبهای سطحی در هنگام بارندگی شدید، راهکار ساده‌ و کم هزینه‌ای ارائه شود،لازم است که به نکته‌ای توجه کنیم.

همانطور که همه‌ی ‌ما میدانیم  در منطقه گرم و خشک زندگی میکنیم، بنابراین نگهداری و محافظت از آب امری‌ ضروری است. در طی سالهای اخیر ما برای جبران کمبودهای آبیمان به سراغ آبهای زیرزمینه رفته و مخصوصا در بخش کشاورزی با بهره‌برداری بی‌رویه و یا غیر اصولی سبب شده ایم که این منابع روز بروز ضعیفتر شوند و سطح آبهای زیرزمینی پایینتر رود، ضمن اینکه با از بین بردن پوشش جنگلی و همچنین ایجاد شهرهای بزرگ فرصت جذب آب و احیای سفره‌های زیرزمینی آب را محدود کرده‌ایم.

به شهرهای بزرگ بعنوان یک معضل زیست محیطی در احیای آبهای زیرزمینی اشاره گردید، شاید در نگاه اول خیلی مرتبط به نظر نیاید ولی، اگر کمی عمیق شویم، بیشتر تاثیر آن مشخص میشود.

شهرهای امروزی بر خلاف شهرها در گذشته انباشته از بتن و آسفالت هستند و بخش عمده ای از فضای شهری را چنین مصالحی در بر میگیرند که عایق آب و رطوبتند و همین امر سبب شده بر خلاف شهرهای گذشته، با بارش باران آب یه سرعت جذب زمین نشده و در سطح به حرکت درآیند، مقدار این آب شاید در ظاهر ناچیز آید ولی وقتی که مقادیر ناچیز دست به دست هم دهند در مناطق پایین دست شهری سیلابهای شهری را سبب میشوند که نمونه‌ی آن را در مناطقی مانند فرهنگشهر و نیرو میبینیم، هر چند این مشکلات در شهری مانند شوشتر به دلیل شیب مناسب شهر، کوچکی شهر و وجود رودخانه در وسط شهر به سرعت ایجاد و تقریبا به همان سرعت هم پایان میابد ولی در همان زمان اندک هم مشکلاتی برای مردم ایجاد کرده و هزینه‌هایی را به بار می‌آورد که قابل پیشگیری است. ضمن اینکه این بارشها برای مناطقی مانند ما بسیار ارزشمندند و میبایست تا جایی که امکان دارد، از آن بهترین استفاده را کرد، نه اینکه بصورت یک معضل سبب ایجاد هزینه شوند.

برای روشن شدن موضوع یک محاسبه سرانگشتی ساده انجام میدهیم.

وسعت محدوه شهری شهر شوشتر(بخش مرکزی) حدودا دوازه کیلومترمربع است، این محدوده تقریبا محدوده بافت شهری است و مناطقی را در بر میگیرد که با مصالح سخت ساخته شده اند که نه تنها مانع نفوذ آب به زمین میشوند بلکه خود سبب میشوند که آبهای سطحی از نقاط مرتفعتر به نقاط پایین دست هدایت شوند.(برای اندازه گیری  وسعت مناطق دلخواه میتوانید از سایتhttps://www.bahesab.ir/map/area/ استفاده کنید.)

متوسط بارندگی در شوشتر تقریبا 332 میلیمتر در سال است بنابراین با یک محاسبه ساده مشخص میشود که این شهر کوچک تا چه حد مانع نفوذ آب در زمین میشود. اگر متوسط بارندگی را 300 میلیمتر بگیریم از ضرب این عدد در سطح 12 کیلوتر مربع حجم بارش سالیانه در  محدوده‌ی این شهر مشخص میشود که به عدد 3600000 متر مکعب میرسیم( یعنی حدودا 1500 استخر المپیک)، که بخش عمده این آب توسط سیستم فاضلاب به رودخانه هدایت شده و از دسترس دور میشود، البته در بعضی وقتها نیز سبب آبگرفتگی و مشکلاتی مانند این میشود، مثلا در منطقه فرهنگشهر و نیرو و عمار و ... با وسعتی حدود 4 کیلومترمربع در روزی که حدودا 20میلیمتر بارنگی داشته باشیم سیستم فاضلاب، بعلاوه خیابانها و کوچه‌ها حجم آبی معادل 80000 متر مکعب را به پایین دست هدایت میکنند که این معادل تقریبا 32 استخر المپیک است که باید توسط سیستم فاضلاب در یک زمان محدود و از چند مجرای محدود تخلیه و به رودخانه ریخته شود. چون مجراهای خروجی فضلاب توانایی چنین حجمی را در یک زمان محدود ندارند کم می آورند و سبب میشود آب از دریچه‌های فاضلاب بیرون زده و مشکلاتی را ایجاد کنند.

پس راه کار چیست؟ آیا باید سیتمی که در بخش عمده‌ی سال بطور موثر و کارآمد وظیفه‌اش را انجام میدهد، با صرف هزینه هنگفت پهن‌تر و عریضتر و با مجراهای خروجی بیشتر اصلاح کرد و یا تحمل کرد و از مردم بخواهیم که چند روز معدودی که در طول سال با مشکل آبگرفتگی روبرو هستیم ، صبر کنند، تا مشکل خود بخود حل شود.

این مشکلاتی که شمرده شد در حداقل تاثیر بر روی شوشتر موثر است و در شهرهای بزرگتر و وسیعتر و همانطور که گفتم شهرهای مسطح و با شیب کم مانند اهواز و یا شهرهایی که رودخانه ای در محدوده‌ی شهر نیست به مرور زمان با گسترش شهر از لحاظ وسعت و جمعیت بیشتر پدیدار میشود.

البته همه‌ی این بحث و مثالهای بیان شده صرفا بهانه‌ای بود برای بیان یک مشکل و یا بهتر بگویم یک کم‌توجهی بزرگتر در سیستم دفع فاضلاب شهری در اقلیم گرم و خشک ایران بود، چرا که به نظر این ساختار به این شیوه شاید در کشورهای پرباران اروپایی کارآمد باشد ولی در کشور ایران از دست دادن فرصت است.

در کشور ما برای تهیه آب سالم با سختی مواجه هستیم و آن را با زحمت از طریق رودخانه ها و چشمه‌های دوردست و یا از طریق چاههای زیرزمینی بدست می‌آوریم از دست دادن این آب گرانبها چه بصورت آب پسماندهای شهری و چه آب باران و ... کاری زیانبار است.

اگر متوسط مصرف هر خانوار را در یک دوره چهل وپنج روزه حدود 20 متر مکعب در نظر بگیریم، در شهرستانی مانند شوشتر با جمعیتی حدود 190هزار نفر(طبق آمارگیری سال 95) و متوسط 5 نفر برای هر خانوار حدود 40 هزار خانوار و خانه و جود دارد که در یک دوره حدود 800 هزار متر مکعب آب مصرف میکنند، از این مقدار آب حدود یک پنجم آن صرف مصارف توالت میشود و باقیمانده آبهای خاکستری هستند که به راحتی قابل بازیافتند. توجه داشته باشید که تقریبا همه‌ی این آب در شهرهایی که سیستم فاضلاب و رودخانه دارند در نهایت به دریا ریخته میشود، یعنی عملا ما روز به روز سفره‌های زیر زمینی را فقیرتر کرده و آب شیرین گرانبها را به دریا واریز میکنیم. همانطور که قبل گفتم در کشورهای پر باران با پوشش جنگلی قوی ، شاید این کار مشکل خاصی ایجاد نکند ولی در کشور ما ، بنظر میآید که باید در سیستم فعلی فاضلاب تجدید نظر شده ، اصلاحاتی صورت گیرد.

راه‌کار ساده و کارآمد

در گذشته‌های نچندان دور برای دفع پس‌آبهای آلوده از سیستم چاه استفاده میکردیم، متاسفانه به این راهکار صرفا با دید منفی نگاه کرده و تنها برخی نتایج منفی این سیستم را مانند آلوده کردن آبهای زیرزمینی را برجسته کرده‌ایم و به مهمترین مزیت آن یعنی تغذیه سفره‌های زیرزمینی، کمک به بهبود پوشش گیاهی شهری، کنترل سیلابهای شهری و ... توجهی نکردیم.

توصیه من احیا چاههای فاضلاب به شکل قدیم خود نیست چرا که معضل آلودگی آبهای زیرزمینی مشکل کوچکی نیست که بخواهیم از آن بگذریم، بلکه پیشنهاد این است که ترکیبی از سیستم چاه و کانالهای فاضلاب به همراه هم میتواند به بهترین شکل ممکن همه‌ی محاسن هر دو شیوه چاه و فاضلاب مدرن را داشته و ضمنا در بسیاری از هزینه‌ها صرفه‌جویی به عمل می‌آید.

برای اینکار کافی است که ابتدا به ساختمانی که قرار است مجوز ساخت داده شود، اجبار به عمل آید که حتما میبایست در سیستم دفع فاضلاب خود یک چاه هم در نظر بگیرد، تمام آبهای خروجی خاکستری مانند حمام، آشپزخانه، روشویی، ناودانی و آبروی حیاط و ساختمان همگی به این چاه متصل شده و انتهای چاه (قسمت بالای چاه)  توسط لوله‌ای به فاضلاب شهری متصل شود تا درصورت سرریز اضافه آب به کانالهای فاضلاب منتقل گردد.(مانند شکل زیر)

همچنین یک مسیر جداگانه برای اتصال فاضلاب توالت به فاضلاب شهری باید در نظر گرفته شود تا مانع از آلوده شدن آبهای زیر زمینی گردد. به این ترتیب با حدااقل هزینه چندین مشکل حل میشود:

1.     بازگشت آبهای با حداقل آلودگی به زمین

2.     کمک به کنترل سیلبهای شهری، چرا که وجود چاهها در هر خانه مانند مخزنهای متعدد (مانند خازن در بحث الکتریسیته) عمل کرده و سبب میشوند که همه‌ی آبی که از حیاط و ناودانها جمع میشود ابتدا به سمت این چاه هدایت شوند، در این حالت دو وضعیت بوجود میآید، یا باران به حدی نیست که چاه به طور کامل پر شود که این امر سبب میشود آب باران به مرور زمان جذب زمین شود بنابراین اثر مخرب مصالح سخت ساختما یعنی سیمان و موزاییک و آسفالت و ... از بین میرود و زمین مانند گذشته آب باران را جذب میکند و یا باران بسیار شدید است و چاه پر میشود، در این صورت اضافه آب از طریق مجرای خروجی به سمت فاضلاب شهری هدایت میشود که این امر سبب میشود به کانالهای فاضلاب فرصت داده شود تا آبهای خروجی را به مرور تخلیه کنند زیرا از لحاظ آماری همه‌ی چاههای مردم همزمان و با هم پر نمیشوند و همین امر زمان کافی را به سیستم فاضلاب میدهد.

3.     به دلیل افزایش رطوبت نسبی لایه‌های سطحی خاک، گیاهان و مخصوصا درختان در چنین شهرهایی بهتر پرورش میابند بنابراین در یک سیتم شهری هماهنگ و کارآمد در چنین شرایطی فضای سبز افزایش میابد، هوا پاکتر شده و  اگر به بافت انبوه گیاهی ختم شود حتی در تنظیم درجه حرارت هوا در حدود 2 تا 3 درجه مخصوصا در خوزستان گرم کمک میکند.

4.     سیستم فاضلاب شهری درست و اصولی باید به یک تصفیه‌کننده فاضلاب منتهی باشد تا قبل انتقال آب به رودخانه آلودگی آب را به حداقل برساند، در چنین شرایطی، از آنجا که بخش عمده آب در چاهها بازیافت میشوند، (تقریبا چهارپنجم) حجم کاری و هزینه کار تصفیه‌خانه فاضلاب کمتر شده و راندمان کار بالا می‌آید.

5.     مورد پنجم مورد مهمی است که متاسفانه به آن توجهی نمیشود و آن مخصوص مناطق گرم و مرطوبی مانند خوزستان است و آن بازیافت آب از سیستمهای سرمایشی است.

هر ساله در فصل گرما با روشن شدن کولرها، مقدار زیادی از رطوبت هوا توسط این وسیله گرفته شده و توسط لوله‌های خروجی آن یا به حیاط منتقل شده و تبخیر میشود و یا توسط سیستم فاضلاب دور ریخته میشود. در نظر اول این مقدار آب خیلی کم به نظر میآید ولی اگر دقت کنیم با یک محاسبه سرانگشتی به اعداد شگفت انگیزی میرسیم. بعنوان مثال محاسبه‌ی ساده‌ای را انجام میدهم:

طبق بررسیهایی که در خانه خود انجام دادم برای یک کولر معمولی، اگر آب خروجی آن در طول یک شبانه روز جمع‌آوری شود، حداقل یک ظرف 20 لیتری پر میشود، اگر برای هر خانوار در شهری مانند شوشتر یک کولر فرض کنیم، بنابراین چیزی حدود 40 هزار کولر باید در نظرگرفته شود،یعنی روزی 800000 لیتر یا 800 متر مکعب آب در روز و اگر این عدد را در مدت استفاده کولر در سال ضرب کنیم یعنی حدااقل شش ماه به عددی حدود 150000(صد و پنجاه هزار ) متر مکعب آب خالص و شیرین از این طریق از دست میرود یعنی چیزی معادل 12.5 میلیمتر بارش سالیانه اضافه در محدوده بافت شهری. این را درنظر بگیرید که در این محاسبه حداقلها در نظر گرفته شده.

بنابراین اگر سیستم چاه بعلاوه فاضلاب استفاده شود و سیستم خروجی کولرها هم به بجای رها شدن به خروجی آبروها متصل شوند، میتوان به این میزان آب به سفره‌های زیر زمینی اضافه کرد.

چالشی که در این میان مطرح است، مشکل حفر چاه در شهرهایی با مشکل نزدیکی آبهای زیرسطحی به سطح زمین است ( مانند اهواز) که این مشکل هم با حفر چاه به عمق کم و تعداد بیشتر یا پهنای بیشتر قابل حل است.

مهمترین ایرادی که میتوان به این شیوه گرفت، 1- هزینه کمی است که در ساخت خانه ایجاد میشود که در برابر هزینه‌های دیگر قابل چشم‌پوشی است.2- انتقال آلودگیهای شیمیایی توسط پس‌آبهای خانگی به سفره‌‌های زیر زمینی است، البته با توجه کم خطر بودن این پس‌آبها نسبت به نوع صنعتی آن ونیز نسبت بسیار کم آن به نسبت حجم آبهای بازیافتی و نیز فیلتر طبیعی زمین برای بخش قابل توجهی از این آلودگیها ، میتوان تا حدودی این مورد را نسبت به مزایای آن نادیده گرفت، البته میشود طی کارهای تحقیقی بررسی شود که آیا راهکاری برای کاهش این خطر وجود دارد؟

در کل  توجه به مزایای شمرده شده بنظر می رسد که باید هر چه سریعتر اقدامی انجام گیرد، برای شروع هم همانطور که گفتم میتوان از مالکان خانه‌های در دست ساخت خواست که به طرح عمل کنند، شاید در ابتدا به نظر کاری کم اثر باشد ولی به مرور زمان اثر خود را نشان میدهد، ضمن اینکه میتوان با طرحهای تشویقی مانند کم کردن عوارض شهری و یا هزینه دفع فاضلاب از مشترکینی که خانه‌های ساخته شده دارند، آنها را به انجام این کار تشویق نمود، و مهمتر از همه‌ی اینها میتوان با انجام کارهای تبلیغی فرهنگی برای بالا بردن سطح آگاهی مردم ، مدیرت شهری را در انجام کارهای اینچنین یاری رساند.

یادآوری میکنم، بالا بردن راندمان و بهروری صرفا بالا بردن سود نیست، بلکه کاهش هزینه‌ها خود بهترین گزینه است، در صرفه جویی منابع مادی و طبیعی و انرژی صرفا کم مصرف کردن و بهینه مصرف کردن هنر نیست، بلکه از دورریزها و مصرف شده دوباره استفاده کردن ، صورت دیگری از استفاده بهینه و افزایش بازده و راندمان است.

یک توصیه ساده دیگر برای کمک به سفره های زیر زمینی این است که، با توجه به فقیر شدن بافت گیاهی و مخصوصا جنگلی و تاثیر منفی آن در جذب آب توسط زمین میتوان به عنوان یک راهکار اضطراری و کم هزینه ، در مسیر مسیلهای طبیعی (مسیر سیلابهای طبیعی) در فضاهای خارج شهری و  مخصوصا در مناطقی که از لحاظ پوشش گیاهی فقر هستند و زمینهای بایر، با حفر گودالهای نسبتا وسیع و کم عمق کمک کنیم که تالابها و آبگیرهای مصنوعی ایجاد شود که ضمن کمک به جذب آب در فصلهای بارشی، سبب غنای زیست بوم و در درازمدت سبب زیبایی منطقه میشود.

محمدعلی اندکایی

از پژوهشسرای شهید احمدی روشن شوشتر

کارشناس ارشد نانوفیزیک

بنام خدا

برای آن دسته از دانش آموزانی که به واتس آپ یا شاد دسترسی ندارند، لینک آدرس فایلهای جلسات تدریس که بصورت فیلم یا پاورپوینت است را در این پست قرار میدهم. سعی میکنم با ارائه  جلسات یا درسهای جدیدتر این پست را بروز رسانی کرده و پیوندها را ثبت نمایم.

فیزیک دوازدهم-فصل1-جلسه1  

بنام خدا

سلام.جزوه نانو در سطح دانش آموزی گردآوری  و  در لینک زیر آورده شده است،برای دریافت روی آن کلیک کند.

دانلود: جزوه نانو

در مورد انواع میکروسکوپ نیز فایل پاورپوینتی که قبلا برای ارائه در کلاس آماده کرده بودم را قرار داده ام که میتوانید از مطلب زیر آنرا دانلود کنید.

دانلود : پاورپوینت انواع میکروسکوپ

دانلود : pdf انواع میکروسکوپ

بنام خدا

برنامه محاسبه زاویه های لازم برای تنظیم ساعت آفتابی متناسب با عرض جغرافیایی شهر مورد نظر(برای دانش آموزانی که به برنامه ساعت آفتابی احتیاج داشتند).شما میتوانید از طریق جستجو در اینترنت عرض جغرافییای شهر خود را بدست آورده و در باکس مربوطه ، در نرم افزار ثبت کنید تا زوایای مربوط به هر ساعت را بصورت عددی و شکلی داشته باشید. در ضمن میتوانید از قسمت چاپ استفاده کنید تا زوایا بصورت آماده و چاپ شده در اختیارتان قرار گیرد.

ساعت آفتاب با حجم 136 کیلوبایت

بنام خدا

تعدادی از نرم افزارهای آزمایشگاه مجازی فیزیک را در ادامه آورده ام که امیدوارم مورد استفاده قرار گرفته و در روند آموزش مفید باشند.

آزمایشگاه مجازی اپتیک و مناسب برای دانش آموزان سال اول :دانلود فایل با حجم تقریبی 10 مگابایت

شبیه ساز بعضی آزمایشهای فیزیک به همراه شبیه سازی بعضی ابزارها:دانلود نرم افزار با حجم تقریبی 3/2 مگابایت

شبیه ساز بعضی آزمایشهای فیزیک(نسخه آزمایشی) :دانلود نرم افزار با حجم تقریبی 13 مگابایت

برای دریافت فایل آزمایشگاه مجازی فیزیک(کرکودیل) میتوانید به سایت زیر مراجعه کنید.

http://www.greenonline.ir/science/210/

آموزش کار با نرم افزار کروکودیل :دانلود فایل با حجم تقریبی 10 مگابایت

برای دریافت فایل آزمایشگاه مجازی فیزیک نیوتن(نسخه آزمابشی) میتوانید به سایت زیر مراجعه کنید:لینک صفحه مورد نظر برای دانلودبا حجم ۲۳ مگابایت

شبیه ساز حرکت سیارات منظومه شمسی:دانلود نرم افزار با حجم تقریبی 3/3 مگابایت

بنام خدا

سوالها و مثالهایی که باید در کلاس کار شوند در این قسمت قرار داده شده،کسانی که این سوالها را از طریق مدرسه دریافت نکرده و یا به هر دلیلی آنها را از دست داده اند میتوانند بوسیله لینک زیر اقدام به دریافت فایل سوالها نمایند.

تمرینها و مثالهای فصل 2 - حجم :321Kb

تمرینها و مثالهای فصل ۳- حجم :۱۴۶Kb

تمرینها و مثالهای فصل ۴ - حجم :۲۹۳Kb

تمرینها و مثالهای فصل5 - حجم :874kb

تمرینها و مثالهای فصل 6 - حجم :543Kb

 پسورد آزمایشگاه مجازی فیزیک

بنام یگانه هستی بخش دانا

به پیشنهاد بعضی دوستان که گویا توضیحهای کتاب در مورد مولد واندوگراف برایشان کامل نبوده ،در این مطلب سعی میکنم که بعضی ابهامها در مورد این وسیله را برطرف کنم.البته شما میتوانید با جستجو در اینترنت به جوابهای مفیدی برسید ولی از آنجایی که بعد از بررسی بعضی از این جوابها متوجه شدم که یا خیلی سنگین پاسخ داده اند و یا توضیحهایشان کامل نیست و همچنین شکلهای کاملی برای توضیح بهتر نداشتند تصمیم گرفتم من هم  در حد توانم به کمک شکلهایی که ساختم پاسخی را آماده کنم که امیدوارم به رفع مشکل شما کمک کند.

همانطور که میدانید واندوگراف وسیله ایست که از آن برای ایجاد و ذخیره بار الکتریکی در یک مکان خاص استفاده میشود و به کمک آن میتوان اختلاف پتانسیلهای خیلی زیاد را برای کارهای آزمایشگاهی ،علمی و ... ایجاد کرد.

ساختمان واندوگراف

آنطور که از کتابتان میدانید اجزای اصلی مولد واندوگراف تشکیل شده از دو غلتک غیر هم جنس و یک تسمه لاستیکی که مانند شکل دور آنها پیچیده شده،همچنین یک کاسه فلزی داریم که بالای این مجموعه قرار گرفته و بوسیله برسهای سیمی(شانه)به غلتک بالایی وصل است.غلتک پایینی نیز به کمک یک شانه دیگر به زمین وصل میشود.یک موتور الکتریکی هم برای چرخاندن غلتکها و تسمه لازم است البته نمونه دستی آن هم وجود دارد

طرز کار واندوگراف

مهمترین عامل در کار واندوگراف انتقال بار الکتریکی از طریق مالش است.در مالش ، مواد بصورت نسبی عمل میکنند یعنی در هنگام مالش بین دو ماده همواره یکی دهنده الکترون است که بارش مثبت میشود و دیگری پذیرنده الکترون ،که بار منفی میگیرید.بعنوان مثال در واندوگراف مورد توضیح ما روکش غلتک از ماده ای است که بار مثبت میگیرد(فکر کنم روکشی شامل ترکیبات سلسیم باشد) وتسمه لاستیکی که بار منفی میگیرد.در حین چرخیدن غلتک پایینی سطح تسمه با سطح غلتک مالش پیدا میکند و بار مانند آنچه در شکل نشان داده ام روی آنها ذخیره میگردد. به شکل خوب توجه کنید خیلی از حرفها را درشکل گفته ام .سطح خارجی غلتک بار مثبت و سطح تسمه از داخل بار منفی میگیرد حال بار الکتریکی روی تسمه در اطراف خود میدانی ایجاد میکند که سبب میشود  اتمهای سمت دیگر تسمه قطبیده شده طوری که قطب الکتریکی منفی آنها سمت بیرون قرار میگیرند.در این حالت با برخورد مولکولهای هوا به این سمت از تسمه و تبادل بار ، مولکولهای هوا یونیزه شده ،بار منفی میگیرند و سطح دیگر تسمه که راحتتر الکترون از دست میدهد دارای بار مثبت میشود(البته از آنجایی که تسمه لاستیکی نارسانای صددرصد نیست بخشی از ایجاد بار مثبت در سمت دیگر تسمه ناشی از انتقال بار نیز میباشد)

حال هنگام مالش تسمه با غلتک بالایی از آنجایی که غلتک نسبت به تسمه گیرنده الکترون است خواهان پذیرفتن الکترون از تسمه است و تسمه نیز خواهان دادن الکترون میباشد ولی این الکترون را از مولکولهای خود نمیدهد بلکه از الکترون اضافه ای که روی سطح خودش داشت آنرا تامین میکند.در این حالت بشکل ایده آل تمام الکترونهای سطح داخلی تسمه به غلتک داده میشوند.اما بارهای مثبت سطح بیرونی تسمه بوسیله شانه ای که به آن وصل است به کلاهک فلزی واندوگراف منتقل میشود بنابراین تقریبا تسمه بعد گذر از غلتک بالا هیچ باری ندارد(البته  در حالت ایده آل فرضی)اما در حالت واقعی همواره مقداری بار روی سطح تسمه میماند که آنرا با شانه پایینی به زمین منتقل میکنیم.این روند  آنقدر ادامه پیدا میکند که سطح کلاهک فلزی به اشباع برسد.البته دائما این سطح با مولکولهای هوا در حال تبادل بار است پس اگر بتوانیم با افزایش سرعت تسمه میزان دادن بار را نسبت به میزان کاهش بار توسط مولکولهای هوا جبران کنیم میتوانیم بار بیشتر روی سطح کلاهک و در نتیجه اختلاف پتانسیل قویتری ایجادکنیم.اتصال زمین خوب هم میتواند کمک مفیدی در این روند انجام دهد زیرا اگر سطح تسمه بطور موثری از بارهای اضافه خالی نشود بعد از مدتی توانایی انتقال بار را به کلاهک از دست میدهد.

نکته : اگر بخواهیم نوع بار کلاهک عوض شود کافی است غلتکها را جابجا کنیم. 

سوالی که معمولا برای دانش آموز پیش می آید این است که تسمه با غلتک مالش ندارد و فقط در نقاطی با آن تماس پیدا کرده و سپس هنگام چرخش از آن جدا میشود ، چطور میگوییم مالش اتفاق افتاده؟

جواب : تسمه بدلیل شکل کشسانش در نقاط تماس مجبور است که از شکل غلتک پیروی کند برای این تغییر شکل این نقاط باید روی غلتک در فاصله های کوچک مالیده و کشیده شوند تا عمل جابجایی تسمه انجام شود.ضمن اینکه اگر ما غلتک و تسمه را طوری به هم وصل کنیم که مقدار مالش بیشتر داشته باشند یعنی غلتک و تسمه کاملا از هم پیروی نکنند یا تسمه روی غلتک بلغزد(برای اینکار باید تسمه را خیلی سفت به غلطک وصل نکرد و باید تسمه کمی شل باشد) عمل انتقال بار بهتر صورت میگیرد.

برای پی بردن به تاریخچه ساخت و موارد کاربرد واندوگراف و همچنین برخی تصویرهای آزمایشگاهی و نحوه ساخت یک واندوگراف آزمایشی در خانه میتوانید با جستجو در اینترنت جوابهای مفیدی پیدا کنید.

بنام خدا

قبلا برای بخش نور فیزیک 1 نرم افزاری نوشته بودم که آنرا معمولا در اختیار شاگردانم قرار میدادم.البته این نرم افزار را برای ویندوز (Xp  استاندارد) ساخته بودم ولی مشاهده میشد که با برخی نسخه های ویندوز Xp در بعضی قسمتها سازگاری نداشت،همچنین با آمدن ویندوز 7 عدم هماهنگی آن با این سیستم عامل مشخص بود.بنابراین سعی کردم برخی اشکالات آنرا در ویندوز xp برطرف کنم و همچنین نسخه ای سازگار با ویندوز7 آماده کنم که در زیر لینکهایی برای دانلود آنها قرار داده ام. از آنجایی که این نسخه ها را در دستگاههای محدودی امتحان کرده ام بنابراین احتمال ایراد وجود دارد که همینجا از شما خواهش میکنم در صورت مشاهده آن بوسیله گزینه تماس با من در سایت و یا از طریق ایمیلم آنرا اطلاع دهید.

در ضمن همانطور که در نرم افزار اشاره کرده ام احتمال وجود اشکالات نوشتاری،دستوری ، علمی و ... نیز ممکن است  که برای رفع آنها همکاری شما با همان روش بالا لازم میباشد. 

با تشکر از همکاری شما

حجم فایلها حدود ۶۰ مگابایت است. درصورتی که اینترنت پرسرعت ندارید بهتر است که اقدام به دانلود نکنید،سعی میکنم نسخه های این نرم افزار را در رایانه های مدرسه بگذارم تا از آنجا استفاده نمایید.

دانلود۱ : فیزیک1/فصل4 و 5/ ویرایش ویندوز 7 نسخه زیپ با حجم تقریبی ۶۰ مگابایت

دانلود۲ :فیزیک1/فصل4و5/ویرایش ویندوز xp نسخه زیپ با حجم تقریبی ۶۰ مگابایت

بنام خدا

برای شروع برنامه نویسی جزوه ای که چند سا ل پیش در دو فصل نوشته بودم را  در پایین همین مطلب آورده ام.انشاالله در ادامه سعی خواهم کرد که مطالب جزوه را در پستهایی درون سایت قرار دهم تا به این وسیله اگر کسی سوالی داشت با درج آن سوال در نظرها و پاسخ به آن سوال ،منبع کاملتری در اختیار ما قرار گیرد.ضمنا این جزوه هنوز بطور کامل ویرایش نشده بنابراین اگر متوجه ایراد نوشتاری،املایی،ساختار دستوری،علمی و ... شدید،ممنون خواهم شد که آنرا در قسمت نظرها تذکر دهید.(با بیان صفحه و خط و نوع اشتباه)

همچنین یکی از دوستان دو جزوه دیگر را هم آماده کرده که میتوانند در کنار هم بخاطر تفاوت در بیان و نوع نگاه آموزشی مفید واقع شده و روند آموزش را کامل کنند.

با تشکر از آقای فردین قنبری بخاطر تهیه و معرفی این فایلها و  نویسندگان آنها.

برنامه نویسی ویژوال بیسیک مقدماتی /محمدعلی اندکایی /حجم فایل : 5.7Mb  zip

 meisam.mor/VisualBasic6/ حجم فایل : 684Kb   zip

vb6 / امیر مراد آبادی /حجم فایل : 463Kb   zip

در ادامه ابتدا تعریف سرعت فرار بیان می شود وسپس به برخی از این اشتباهات اشاره می شود .

سرعت فرار

سرعت فرار از دست جاذبه کره زمین:حداقل سرعتی است که اگر جسم را با آن سرعت به طرف بالا پرتاب کنیم آن جسم دیگر به سطح زمین برنگردد.

نکات

۱-سرعت فرار برای هر جسمی(سیاره-ستاره-سیاه چاله)قابل تعریف است.

۲-اگر جسمی از سطح زمین با سرعت ۱۱.۲ کیلومتر بر ثانیه پرتاب شود از دست جاذبه زمین فرار می کند.که این عدد سرعت فرار از سطح زمین است.

۳-هرچه از سطح زمین بالاتر باشیم سرعت فرار عدد کمتری است.

۴-سرعت فرار برای جسمی تعریف می شود که فقط تحت تاثیر نیروی جاذبه حرکت می کند.مثلا وقتی شما سنگی را به طرف بالا پرتاب می کنید.در مورد موشکها تا زمانیکه موتور موشک روشن است اینگونه نیست.

۵-دلیل این که یک سیاهچاله هم سیاهچاله می شو د این است که سرعت فرار در مرزهای آن بیش از سرعت نور می شود، بنابراین حتی نور هم که بالاترین سرعت شناخته شده در طبیعت را دارد از سیاهچاله فرار نمی کند. پس هر چه جسم پر جرم تر باشد، سرعت فرار بیشتر است یعنی سخت تر می توان از سطح آن فرار کرد.

اشتباهات رایج

اغلب بیان می شود برای خروج فضا پیما از سطح زمین باید سرعت آن ۱۱.۲ کیلومتر بر ثانیه باشد

اولا:موشک فقط تحت تاثیر نیروی جاذبه نیست بلکه نیروی پیشران موشک هم به آن اثر می کند.

ثانیا:بارها دیده ایم که یک موشک از سرعت صفر شروع به حرکت می کند نه ۱۱.۲ کیلو متر بر ثانیه!!

ثالثا :تولیداین سرعت توسط موشک بسیار سخت است .هرچند موتورهای موشک شاتل فضایی قوی ترین موتورهای ساخت بشر هستند.

رابعا:تحمل این سرعت وشتاب برای فضا نوردان سخت است.پس قبل از پرتاب در ازمایشهای تمرینی بدن آن به این شتاب عادت می کند.

بنابراین می بینیم که بسیاری از مطالب گفته شده در مورد سرعت فرار فقط جنبه تئوری دارد اما در عمل مساله بسیارمتفاوت است.

و اما پاسخ.............

دانشمندان برای حل مشکل از نکات زیر کمک می گیرند

*به جای اینکه فرار را از سطح زمین شروع کنند فرار را از  ارتفاع بیشتری شروع می کنند. زیرا هرچه ارتفاع بیشتر باشد سرعت فرار عدد کمتری است. به همین خاطر سفینه هنگام بالا رفتن دو کار را با هم انجام می دهد اولا هرچه بالا تر می رود ارتفاع بیشتر شده وبرای فرار سرعت کمتری(کمتر از عدد۱۱.۲)نیاز دارد ثانیا رفته رفته سرعتش افزایش می یابد وبه سرعت فرار در آن ارتفاع نزدیک می شود.

*موتور موشک در حقیقت با بالا بردن آن سفینه را به محلی می برد که سرعت فرار در آن جا کم است.پس هنگامی که سرعت به مقدار سرعت فرار می رسداگر موتورهای موشک خاموش  شوند موشک تا فاصله بینهایت از زمین دور می شود  تا در بینهایت متوقف می شود.

*با اینکه در اتفاع زیاد سرعت فرار کمتر است اما باز هم رسیدن به آن بسیار مشکل است به همین خاطر از سرعت حرکت انتقالی و وضعی زمین نیز کمک می گیرند.می دانیم اگر از یک جسم متحرک  قطعه ای جدا شود آن قطعه با سرعت جسم پرتاب می شود(مانند قطرات آب جدا شده از لاستیک ماشین) بنابراین زمین یک جسم متحرک است که با سرعت زیادی در مدار خود حرکت می کند و موشک همان قطعه ایست که از آن جدا می شود پس با سرعت زمین به فضا پر تاب می شود.البته باید دقت کرد که موشک باید طور ی پرتاب شود که هم جهت سرعت  زمین باشد وگرنه سرعت زمین نه تنها کمکی به آن نمی کند بلکه جلو حرکت آن را می گیرد.

*برای روشن شدن مطلب به مثال زیر دقت کنید

سرعت خطی چرخش زمین در استوا   ۴۶۵متر بر ثانیه است(۰.۴۶۵ کیلومتر بر ثانیه)که از این سرعت برای پرتاب فضا پیما کمک می گیرند.بنابراین اگر جسم را از استوا به سمت شرق پرتاب کنیم به جای سرعت۱۱.۲ سرعت ۱۰.۷۳۵ را لازم داریم .هرچه محل پرتاب به استوا نزدیک تر باشدبهتر است کیپ کاناورال در عرض جغرافیایی ۲۸ در قرار دارد..ضمنا وقتی سفینه با سرعت فرار رها می شود در فاصله دور از زمین  متوقف می شود بنابراین اگر سفینه بخواهد به ماه سفر کند باید با سرعت بیشتر از سرعت فرار پرتاب شود تا سرعت لا زم برای ادامه مسیر را داشته باشد.در عمل باز هم سرعت پرتاب باید بیشتر باشد زیرا سرعت فرار از خورشید نیز به آن اضافه می شود.          

 این متن از وبلاگ فیزیک اما ساده کپی شده است.  با تشکر از نویسنده  و وبلاگ اشاره شده 

بنام یگانه هستی بخش دانا

در پایان این بحث بعضی فرمولهای ساده نسبیت را بدون اثبات بیان میکنم تا آشنایی شما با این موضوع را بصورت عددی و کمی نیز بهتر کند. قبل از بیان فرمولها ،پارامترهای بکار رفته در روابط را معرفی میکنم.

_ T₀ بازه زمانی اندازه گرفته شده توسط ناظری که خود را ساکن نسبت به متحرک فرض میکند و T بازه زمانی اندازه گرفته شده توسط ناظر ساکن، برای ناظر متحرک (زمان نسبیتی)

_ L₀ طول اندازه گرفته شده توسط ناظری که خود را ساکن نسبت به متحرک فرض میکند و L طول اندازه گرفته شده توسط ناظر ساکن، برای ناظر متحرک (طول نسبیتی)

_ M₀ جرم اندازه گرفته شده توسط ناظری که خود را ساکن نسبت به متحرک فرض میکند و M طول اندازه گرفته شده توسط ناظر ساکن، برای ناظر متحرک(جرم نسبیتی)

_ V₀ سرعت اندازه گرفته شده توسط ناظری که خود را ساکن نسبت به متحرک فرض میکند و V سرعت اندازه گرفته شده توسط ناظر ساکن، برای ناظر متحرک

_ E₀ انرژی اندازه گرفته شده برای جسمی به جرم M₀ توسط ناظری که خود را ساکن نسبت به متحرک فرض میکند و E انرژی اندازه گرفته شده توسط ناظر ساکن برای همان جسم و با جرم نسبیتی M که همراه متحرکی با سرعت v در حرکت است.

یک ضریب پر کاربرد را میتوان در نسبیت به شکل زیر بیان کرد که در بسیاری از روابط نسبیت بکار میآید. A ضریب پرکاربرد ، v سرعت متحرک ، C سرعت نور

بعنوان مثال فرض کنید شخص به جرم 80 کیلوگزم و قد 180 سانتیمتر درون فضاپیمایی  که با سرعتی برابر نصف سرعت نور و به مدت 10 سال در حرکت است قرار دارد ،اگر این شخص در راستای طول در این فضاپیما قرار گرفته باشد، آ)طول نسبیتی ب)زمانی نسبیتی که برای او محاسبه خواهد شد  ج)جرم نسبیتی  و  د)انرژی جنبشی آنرا محاسبه کنید.

مقادیر بدست آمده برای سرعت بسیار زیاد مطرح شده در سوال است ولی برای سرعتهای معمولی مقداری که بدست می آید تفاوت بسیار ناچیزی با مکانیک کلاسیک دارد.

همانطور که میبینید طول فضانورد کوتاه شده ولی جرم او افزایش یافته  ضمن اینکه او زمان سپری شده برای خود را 10 سال گفته بود در حالی که ما آنرا برای او 11.5 سال حساب کردیم یعنی زمان برای او نسبت به ما آرامتر میگذرد

تا همینجا فکر کنم کافی باشد و اگر کسی تمایل به دانستن بیشتر دارد میتواند به کتابهایی که در زمینه نسبیت نوشته شده مراجعه کنند.پایان بحث نسبیت

بنام یگانه هستی بخش دانا

مقدمه:1-مطالعه مطالب قبل یعنی دستگاه لخت و سرعت نور در فهم بهتر این بحث کمک میکند،بنابراین بهتر است قبل از خواندن این مطلب ،مطالب یاد شده مطالعه گردد.2-فهم این بحث نیاز به خواندن آرام و با تامل و دقت را دارد، پس اگر این حوصله را ندارید بهتر است که خوانده نشود.

نسبیت به زبان ساده

تمام داستانی را که در مطلب قبل گفتم برای این بود که در اینجا میخواهم دو دستگاه لخت را که نسبت به همدیگر در حال حرکت هستند را بررسی کنم مثلا دو موشک فضایی A و B که یکی با سرعت V(وی) در حال فاصله گرفتن از دیگری است.(توجه داشته باشید که ممکن است یکی ثابت و دیگری با سرعت V از آن در حال دور شدن است یا هر دو در یک جهت حرکت میکنند و سرعت یکی دوبرابر دیگری است یعنی یکی V و دیگری 2V ویا هر دو در خلاف جهت هم و با سرعت V/2 در حال دور شدن از هم و یا نزدیک شدن به هم هستند)از همینجا نسبیت شروع میشود کسی که درون متحرک A است فضاپیمای خود را ثابت فرض میکند و فضاپیمای B را میبیند که با سرعت V  در حال نزدیک شدن و یا دور شدن از اوست.این وضعیت برای سرنشین B نیز بوجود می آید یعنی اینبار او میگوید که  فضاپیمای B ساکن است و A با سرعت V در حال دور شدن است ولی در خلاف جهتی که سرنشین A میگوید.و یا ناظر سوم (C) که سوار بر این دو فضاپیما نیست چیز دیگری میبیند. ما این موضوع را هنگام رانندگی تجربه کرده ایم چرا که میتوان فرض کرد که ماشین ما ثابت است و ماشین دیگری با سرعت به سمت ما می آید و یا از ما دور میشود.(یعنی همه مشاهدات ما نسبی هستند و بستگی به ناظر دارد)

در فیزیک کلاسیک مجموعه روابطی وجود دارد که میتواند موقعیت مکانی و زمانی و سرعت و شتاب هر متحرک را نسبت به دستگاه انتخابی خود بدست آورد که به تبدیلات گالیه یا نیوتن معروفند.چیزیکه در این تبدیلات فرض شده است بینهایت بودن سرعت نور است و این عامل اختلاف بین نسبیت نیوتنی و نسبیت انشتین است چرا که در نسبیت انشتین دیگر سرعت نور بینهایت نیست (مطابق با آنچه در مطلب قبل درباره سرعت نور گفتم) بلکه مقدار مشخصی دارد.از آنجاییکه ثبت اطلاعات توسط ما بوسیله نوری است که دریافت میکنیم بنابراین هنگام مشاهده و محاسبه این تفاوت بین فیزیک کلاسیک و نسبیت اثر خود را نشان میدهد.

مثال: دو فضا پیمای قبلی A و B را در نظر بگیرید.دستگاههای مختصات زیر هریک توسط هر ناظر در این دو فضا پیما برای محاسبات خود در نظر گرفته شده است.حال فرض کنید که که متحرک B (با سرعت V ) هنگام دور شدن از متحرک A دو علامت نوری را با فاصله زمانی مشص بفرستد.

ناظر A که خود را نسبت به دستگاه خود ثابت میبیند و بنظر او متحرک B با سرعت V در حال دور شدن است دو علامتی را که متحرک B فرستاده پس از مدتی دریافت میدارد ولی این مدت زمان برای A و B یکسان است؟ مثلا فرض کنید که ناظرمتحرک B پس از فرستادن علامت اول کرونومتری(زمانسنج) را که در دست دارد را به کار اندازد و بعد از قرستادن علامت دوم زمانسنج را متوقف کند،بنا براین فاصله زمانی بین دو علامت را ثبت شده روی زمانسنج خود دارد،مثلا 5 ثانیه . حال ناظر A را در نظر بگیرید که با مشاهده علامت اول زمانسنج خود را به کار اندازد وبا دیدن علامت دوم آنرا متوقف کند.بنظر شما آیا زمانی که A نیز اندازه میگیرد همانی است که B اندازه گرفته(5 ثانیه).اگر سرعت نور یا همان علامتی که ما فرستادیم بینهایت میبود،این حرف درست در می آمد ولی با توجه به محدود بودن سرعت نور خیر.

به شکل زیر توجه کنید.

 زمانی کمتر از A را اندازه گرفته بود پس جابجایی را که اندازه خواهد گرفت نیز به همین نسبت کمتر خواهد شد بعبارت دیگر میتوان گفت که طول کوتاهتر شده است.

برای اینکه بتوان مکان و زمان را در در این حالت به هم ربط داد و روابطی پیدا کرد که بتوان با آنها مکان یا زمان را ناظری از دید ناظر دیگر تشخیص دهد مجموعه روابطی در نسبیت وجود دارد که به تبدیلات لورنتس معروف است و بیان آنها پیچیدگیهایی دارد که از گفتن آنها صرفنظر میکنم.توجه داشته باشید که در تبدیلات گالیله چون سرعت نور بینهایت فرض شده بود بنابراین در تعیین مکان یک جسم زمان اهمیت نداشت چرا که ما مکان یک جسم را بلافاصله در هر جایی که بود میتوانستیم با سه بعد طول ، عرض و ارتفاع  مشخص کنیم ولی در نسبیت چون سرعت نور محدود است بسته به اینکه نقطه مورد نظر در چه فاصله ای از ما باشد ، زمان رسیدن اطلاعات به ما متفاوت خواهد بود بنابراین در بیان مختصات یک جسم عامل دیگری به نام زمان اضافه میشود که به همراه سه بعد قبلی، چهار بعد را میسازند.بخاطر همین هم میگویند فضا دارای چهار بعد است.

برخی کتابها یا بعضی افراد را دیده ام که برای توضیح نسبیت، این پدیده را طوری توضیح میدهند که گویی تنها یک تفاوت در دید ناظرها است و در واقع اتفاق خاصی نمی افتد و فقط بخاطر محدود بودن سرعت نور و دیرتر رسیدن نور سبب شده ما در محاسبتمان این تفاوتها را مشاهده کنیم . ولی باید این را بدانید که این تفاوتها واقعی هستند و بدلیل تغییری که در ساختار فضا برای ناظری که با سرعت در حرکت است، بوجود می آید.توضیح بیشتر در این سطح شاید کمی زود باشد بنابراین تا همینجا کافی است.انشاالله در مطلب بعد برخی از روابط ساده نسبیت را بیان میکنم.

بنام یگانه هستی بخش دانا

سرعت نور

یکی دیگر از مطالبی که قبل از بحث اصلی نسبیت لازم است که با آن آشنایی نسبی پیدا کنید، بحث سرعت نور است که در ادامه به آن پرداخته ام.

تا حالا یاد گرفته اید که سرعت نور تقریبا 300000 کیلومتر بر ثانبه است.اما این کافی نیست و برای اینکه نسبیت را بهتر درک کنید باید اطلاعات خود را در مورد سرعت نور کاملتر کنید.

قبل از اوله رومر یا بردلی که برای اولین بار سرعت نور را محاسبه کردند دانشمندانی سعی کردند که سرعت آنرا محاسبه کنند ولی از آنجایی که ابزار آنها و یا روشهای محاسبه شان ابتدایی بود نتوانستند سرعتی برای نور بدست آورند.یکی از این دانشمندان گالیله بود که پس از عدم توانایی در محاسبه سرعت نور ، سرعت آنرا خیلی زیاد یا تقریبا بینهایت فرض کردند.و همین اساس محاسبات قبل از انشتین و اساس اختلاف بین فیزیک کلاسیک و نسبیت است.البته ما در کلاسیک هم نسبیت داریم ولی چون اساس محاسبات آن با شرط بینهایت بودن سرعت نور انجام میپذیرد اختلاف زیادی با نسبیت خاص ، مخصوصا در سرعتهای خیلی بالا دارد.

یکی از ویژگیهای مهم سرعت نور در این است که همواره سرعت آن ثابت است.(در یک محیط خاص مثلا خلا) و ربطی به سرعت منبع انتشار نور ندارد،چه نوری که تابش شود و یا نوری که دریافت گردد.

توضیح:فرض کنید درون ماشینی هستید که با سرعت v₁=60Km/h در حال حرکت است و ماشین دیگری با سرعتV₂=80Km/h در مقابل در حال حرکت باشد.سرعت نسبی این ماشین نسبت به شما اگر هم جهت حرکت کند را برابر V₂ - V₁ =20Km/h اندازه میگیرید و اگر در خلاف جهت شما در حرکت باشد با V₂ + V₁ =140Km/h محاسبه خواهید کرد.اما این اتفاق برای نور نمی افتد ودر هر حال سرعت نور به یک اندازه محاسبه میشود یعنی سرعت نور نسبی نیست ودر حقیقت ثابت بودن سرعت نور در هر حال، یکی از پایه های اساسی نسبیت خاص است.مثال :اگر شما سوار بر یک متحرک که با سرعت خیلی زیاد حرکت میکند ، باشید و یک پالس نوری(تابش لحظه ای نور) به طرف یک سرعت سنج نور بتابانید ،چه به سمت سرعت سنج نور در حال حرکت باشید و یا از آن در حال دور شدن باشید در هر حال سرعت سنج سرعتی برابر 300000Km/s اندازه خواهد گرفت و سرعت متحرک شما هیچ تاثیری روی سرعت نور نخواهد داشت. مثل این است که بگوییم شما اگر از روی یک قطار نیزه ای را با سرعت به سمت جلو پرت کنید سرعت نیزه نسبت به زمین همانی است که اگر از روی زمین پرت میشد.

البته شاید درک این موضوع در ابتدا کمی سخت باشد ولی اگر دقت کنید چیز عجیبی نیست و این پدیده همواره دور و بر ما هم اتفاق می افتد.مثلا اگر شما سوار بر ماشین داد بزنید سرعت صوت یا صدای شما بیشتر (در جلو ماشین) یا کمتر(در پشت ماشین)نمیشود.زیرا صدا انرژی است و برای حرکت کردن نیاز به یک محیط حامل (هوا) دارد و هوا به این انرژی سرعتی میدهد که میدانیم(تقریبا 330m/s ) .در حقیقت این سرعت ، سرعت عکس العمل هوا نسبت به انرژی اعمال شده است و در شرایط ثابت این سرعت هیچ تغییری نمیکند.

پس با یک شبیه سازی ساده میتوان گفت که فضا نیز برای انتقال انرژی نورانی(امواج الکترومغناطیس)سرعتی ثابت دارد و موج نورانی بعد از جدا شدن از منبع خود در حقیقت سوار بر ساختار فضا میشود که این ساختار تنها با همان سرعت C=300000Km/s به انرژی ما امکان حرکت میدهد.درست مانند وقتی که سنگی را درون آب می اندازید و موجها با سرعت ثابت و در تمام جهات روی سطح آب شروع به حرکت میکنند،فقط این موج دوبعدی است ولی موج نور در سه بعد منتشر میشود.

بحث بعدی بررسی نسبیت با زبان ساده است ، انشاالله در مطلب بعد ...

نور پلاریزه

در بخش قبل راجع به ساختار نور به زبان ساده صحبت شد.در این مطلب نور پلاریزه را توضیح میدهم تا بتوانم چگونگی کار برخی از ابزار اپتیکی(نوری) مانند عینکهای پلاروید را توضیح دهم.(برای درک بهتر مطالب این بخش بهتر است نوشته های قبلی ، که در مورد نور نوشته بودم را مطالعه کنید)

مختصری راجع به موج

یک طناب بلند را مانند شکل زیر از یک سمت به دیوار وصل کرده و یک آشفتگی مانند شکل زیر بوسیله جابجایی دست خود در سر دیگرآن ایجاد کنید.این آشفتگی در جهت نشان داده شده شروع به حرکت خواهد کرد.

حالا اگر روند ایجاد این آشفتگی را به صورت متناوب با حرکت دست به سمت بالا و پایین ادامه دهیم مجموعه آشفتگیهایی پشت سرهم بوجود می آیند که مانند شکل زیر میتواند باشد.

حال اگر در هر بار بالا و پایین رفتن دست جهت حرکت دست را مانند شکل عوض کنید طوری که حول یک دایره 360 درجه بچرخد شکل موجها مانند شکل زیر میشود.

موج پلاریزه

موج پلاریزه موجهایی از این دست که در همه جهتها در حال نوسان هستند موجهای غیر پلاریزه هستند.حال اگر یک فیلتر خاص سر راه این موج قرار دهیم میتوان موج خاصی را که در جهت خاص در حال نوسان است ،انتخاب نمود و به آن اجازه عبور داد مثلا در مثال طناب یک صفحه شکافدار را مانند شکل زیر بکار ببریم تنها موجهایی که در جهت شکاف هستند، قابل عبور میباشند،بنابراین موجهایی یکدست و در یک جهت نوسان خاص خواهیم داشت که به این کار پلاریزه کردن موج میگویند

نور پلاریزه

در پلاریزاسیون نور نیز همین کار را با نور میتوان انجام داد،از آنجایی که نور نیز یک موج عرضی است(یعنی جهت نوسان آن بر جهت انتشار آن عمود است مانند موج ایجاد شده در طناب)میتوان آن را با فیلترهای خاصی پلاریزه کرد مانند شکلهای زیر

به این ترتیب نور شکل بالا پلاریزه عمودی است و نور شکل پایین پلاریزه افقی

یکی از مزیتهای استفاده از این فیلترها کم کردن شدت نور است چون بسیاری از فوتونهای نور را که در جهتی غیر از راستار فیلتر، در حال نوسان هستند را اجازه عبور نمیدهد،بنابراین، اینگونه فیلترها از شدت انرژی پرتوهای نور میکاهند که از آنها در ابزاری مانند عینکهای آفتابی ویا دوربینها استفاده میکنند.چرا که بر خلاف فیلترهای معمولی که در مثلا عینکهای رنگی دیده اید بجای اینکه برای کم کردن شدت نور برخی از رنگها را حذف کنیم (مثلا عینک سبز بیشتر رنگهای نور غیر از سبز را جذب میکند وسبب میشود تصویری را که از پشت این عینک میبینید دارای رنگهای طبیعی نباشد و تقریبا همه چیز به رنگ سبز دیده خواهد شد)فقط شدت نور کم میشود و به این ترتیب رنگها شکل طبیعی خود را حفظ میکنند،به این گونه عینکها،عینکهای پلاروید میگویند.

بنظر شما اگر یک فیلتر دیگر سر راه یک نور پلاریزه قرار دهیم چه اتفاقی خواهد افتاد؟

جواب:اگر این فیلتر جهتی همسان با نور خارج شده از فیلتر اول را داشته باشد نور بدون هیچ تغییری از آن نیز عیور میکند ولی اگر جهت نور پلاریزه و جهت فیلتر بر هم عمود باشند هیچگونه نوری عبور نخواهد کرد.بنابراین اگر یک فیلتر عمودی و یک فیلتر افقی را سر راه پرتو نوری قرار دهیم نتیجه عدم عبور نور است و اگر زاویه را به آرامی کم کنیم کم کم نور خارج میشود تا اینکه دو فیلتر کاملا موازی قرار گیرند که در این صورت نور پلاریزه بطور کامل خارج خواهد شد.در حقیقت این دو فیلتر کنار هم مثل یک شیر آب عمل میکنند که با آن میتوان مقدار نور ورودی یا خروجی را تنظیم کرد.

برای درک بهتر مطالب از نرم افزار کمکی که در مطلب قبل قرار داده بودم استفاده کنید.

بنام خدا

بعنوان اولین مطلب سعی میکنم یکی از سوالات تکراری در کلاسهایم ،که میتواند پاسخگوی برخی سوالهای مرتبط باشد را انتخاب کرده ام  و سعی میکنم در ادامه تا جایی که بتوانم آنرا پاسخ دهم

برای پاسخ سه دلیل به ذهنم میرسد و ممکن است دلایل دیگری هم وجود داشته باشد که اگر به نتایج جدید رسیدم در ادامه خواهم نوشت و یا اگر شما توانستید دلایل بهتر و کاملتری بیاورید از ارائه آن ممنون خواهم شد

دلیل اول:تطابق.از آنجایی که ما برای دیدن اجسام دور و نزدیک میبایست فاصله کانونی چشم خود را تغییر دهیم،این امر سبب میشود که بتوانیم به فضا عمق دهیم بطوریکه وقتی روی اجسام نزدیک تمرکز میکنیم اجسام دور تار دیده میشوند و وقتی روی اجسام دور تمرکز میکنیم اجسام نزدیک برای ما تار میشوند،این پدیده به مرور زمان در ما این قدرت را بوجود آورده که بتوانیم به فضا عمق دهیم و دور و نزدیک را تشخیص دهیم.

لازم به یاد آوری است که ما در هر لحظه یک تصویر از محیط پیرامون خود برمیداریم که مانند یک عکس معمولی که روی کاغذ است صرفا دو بعد دارد و برای تشخیص بعد سوم میبایست بتوانیم جلو و عقب بودن را تشخیص دهیم که عمل تطابق عدسی چشم توسط ماهیچه هاای مژگانی این امر را میسر میسازند

دلیل دوم:وجود دو چشم.از آنجایی که وقتی به موضوعی نگاه میکنیم با دو چشم این کار صورت میگیرد،زاویه برداشت تصویر از آن موضوع توسط دو چشم با هم متفاوت است و هر چشم تصویری متفاوت(هر چند جزئی)از موضوع مورد نظر بر میدارد و مغز با همپوشانی این دو تصویر یک تصویر واضح سه بعدی به ما میدهد.برای درک بهتر روی یک کره (مانند توپ)در راستای خط استوای آن و با فاصله های نزدیک نقطه هایی با رنگهای مختلف قرار دهید.به آخرین نقطه ای که میتوانید ببینید دقت کنید و سپس چشم همان سمت راببندید،خواهید دید آن آخرین نقطه دیده نمیشود، در حقیقت وقتی ما یک چشم نگاه میکنیم کرویت کره از بین میرود و در حقیقت ما آنرا بصورت یک دایره خواهیم دید.برای درک بهتر از همپوشانی مغز از دو تصویر چشمها کافی یک انگشت  خود  را در فاصله خیلی نزدیک مثلا 5 سانتیمتری چشمها قرار دهید،شما دو انگشت خواهید دید زیرا در این فاصله مغز توانایی همپوشانی ندارد.

(دلیل دوم عاملی است که به کمک آن توانسته ایم ابزاری مانند تلویزیونهای سه بعدی را بسازیم که انشا الله اگر فرصت شد سعی میکنم راجع به آنها نیز در آینده توضیحهایی بدهم)

دلیل سوم:تتجربه روزمره به کمک زاویه دید.دو دلیل قبل فقط در فاصله های نسبتا نزدیک مثلا 20 تا 30 متر قابل توجه هستند زیرا در فاصله های بیشتر از این تقریبا تطابق صورت نمیگیرد و همچنین اختلاف  زاویه دید دو دو چشم آنقدر کم میشود که عملا میتوان گفت دو تصویری که چشمها برمیدارند تقریبا یکی هستند.در اینجا عاملی که به ما کمک میکند تا بتوانیم عمق را درک کنیم تجربه روزمره ماست،مثلا ما میدانیم که دو تیر چراغ برق تقریبا هم اندازه اند پس اگر یکی را بزرگتر از دیگری دیدیم میفهمیم که آن یکی که بزرگتر دیده میشود،نزدیکتر است(یادآوری میکنم که زاویه دید ما نسبت به اجسام دور،کوچکتر و نسبت به اجسام نزدیک بزرگتر است)بعنوان مثال دیگر از آنجایی که ما راجع به ستارگان دوردست و اندازه آنها تصوری نداریم بنابراین کوچک یا بزرگ دیدن آنها به ما کمک نمیکند تا جلو یا عقب بودنشان و یا بعبارت دیگر عمق فضا را تشخیص دهیم و بنابراین ما آسمان شب را مانند یک عکس دوبعدی میبینیم.

دلیل آخری را که بیان کردم در طراحی،نقاشی و نقشه کشی نیز برای عمق دادن به فضا استفاده میکنند که به آن پرسپکتیو میگویند.