فصل اول فیزیک 1392

بسم الله الرحمن الرحیم

آموزش و پرورش شهرستان بهارستان ناحیه 2            

موضوع پژوهش:روش حل مسائل فیزیک توسط دانش آموزان پایه اول دبیرستان

پژوهشگر:رضا زارعی دبیرفیزیک دبیرستان های شهرستان بهارستان ناحیه 2

دبیرستان محل اجرای پژوهش:دبیرستان مولوی همدانک نسیم شهر

سال تحصیلی 92-1391

مشخصات کلی

عنوان طرح : پژوهش در عمل *(معلم پژوهنده)

موضوع: روش حل مسائل فیزیک توسط دانش آموزان پایه اول دبیرستان

مشخصات فردی

پیشینه تحقیق

    درزمینه روش حل مسائل فیزیک دانشمندان زیادی در سطح دانشگاه روشهای مختلفی را با توجه به تجربه خود در کلاس های درس ارائه دادند.در اکثر کتب فیزیک دانشگاهی ،نویسندگان کتاب ها که جز فیزیکدانان مطرح دنیا می باشند چگونگی روش حل مسائل را به دانشجویان آموزش می دهند.در کتاب     فیزیک دانشگاهی / یانگ ، فریدمن ، سرز و زیمانسکی ،   چهار مرحله کلیدی برای حل مسائل فیزیک ارائه شده است که این مراحل عبارتند از:

مرحله ی اول: شناسايي مفهوم‌هاي مناسب .
نخست تصميم بگيريد كه چه مفهوم‌هاي فيزيكي به مسئله مربوط‌اند ، اگرچه در اين مرحله هيچ محاسبه‌اي وجود ندارد با اين وجود گاهي بحث‌انگيزترين بخش راه حل مسئله همين مرحله است. ولي اين مرحله را از قلم نيندازيد ، زيرا انتخاب رهيافت اشتباه در آغاز ، مسئله را از آن چه كه هست مشكل‌تر مي‌كند و چه بسا به پاسخ نادرست مي‌انجامد.

در اين مرحله بايد متغير هدف مسئله ـ يعني كميتي را كه سعي در يافتن مقدار آن داريد شناسايي كنيد. اين كميت مي‌تواند سرعت برخورد يك پرتابه به زمين ، شدت صوت حاصل از آژير يا اندازه‌ي تصوير حاصل از يك عدسي باشد. (گاهي هدف به جاي يك مقدار عددي يافتن يك عبارت رياضي است. گاهي نيز مسئله بيش از يك متغير هدف دارد.) متغير هدف مقصد فرايند حل مسئله است ؛ در حين اجراي راه حل اين مقصد را از نظر دور نداريد.

مرحله ی دوم: آمادگي براي حل مسئله.
بر اساس مفهوم‌هايي كه در مرحله‌ي شناسايي برگزيده‌ايد ، معادله‌هايي را كه براي حل مسئله به كار خواهيد برد انتخاب كنيد و تصميم بگيريد كه آن‌ها را چگونه به كار خواهيد برد. اگر مناسب باشد طرحي از وضعيتي كه توسط مسئله توصيف شده است بكشيد.

مرحله ی سوم: اجرا براي راه حل.
در اين مرحله رياضيات مسئله را انجام دهيد. پيش از آن كه دست به كار انبوهي از محاسبه‌ها شويد فهرستي از همه‌ي متغيرهاي معلوم و مجهول تهيه كنيد و توجه داشته باشيد كه كدام متغير يا متغيرهاي هدف‌اند. سپس معادله‌ها را حل كنيد و مجهول‌ها را به دست آوريد.

مرحله ی چهارم: ارزيابي پاسخ شما.
مقصود از حل مسئله‌ي فيزيك تنها به دست آوردن يك عدد يا يك فرمول نيست ؛ مقصود آن است كه درك بهتري حاصل شود. به اين معنا كه بايد پاسخ را بيازماييد و دريابيد كه به شما چه مي‌گويد. فراموش نكنيد كه از خود بپرسيد "آيا اين پاسخ با معناست؟" اگر متغير هدف شما شعاع كره‌‌ي زمين باشد و پاسخ شما 38/6 سانتيمتر شده باشد (يا يك عدد منفي باشد!) بايد چيزي در فرايند حل مسئله‌ي شما نادرست باشد. بازگرديد و كار خود را امتحان كنيد و راه حل را بر حسب نياز اصلاح كنيد.

چکیده

از آنجا که بنده به مدت 15 سال در آموزش و پرورش مشغول تدریس درس فیزیک می باشم و از نزدیک با مشکلات دانش آموزان در این درس تخصصی آشنا هستم یکی از مهمترین مشکلات اساسی که دانش آموزان با آن درگیرهستند ،چگونگی حل یک مسئله فیزیک میباشد.د ر کلاس های مختلف و پایه های متفاوت دردبیرستان در حل مسائل از روشهای مختلفی با توجه به تجربه خود و همکاران گرامی استفاده کردم.و هر سال از روش های بهتر و کاملتری استفاده می کنم ولی با توجه به عوامل مختلفی نتیجه کار زیاد رضایت بخش نمی شود.در سال تحصیلی92-91در پایه اول دبیرستان برای بهبود وضعیت موجود روش خودم را انجام دادم.

   چگونگی تشخیص مسئله و انگیزه تحقیق:یکی از عوامل کاهش درصد قبولی در درس فیزیک مخصوصا در پایه اول دبیرستان، ضعف دانش آموزان در حل مسائل فیزیک می باشد و از آنجا که دانش آموزان ضعف شدیدی در درس ریاضی از پایه ابتدایی و راهنمایی دارند پس از ورود به دبیرستان این ضعف خودش را به خوبی نشان می دهد که مهمترین آن نتوانستن عملیات های بسیار ساده ریاضی در درس فیزیک می باشد.وطبق بارم بندی ارائه شده توسط سازمان سنجش و اندازه گیری در درس فیزیک باید نیمی از سوالات به صورت مسئله داده شوند دانش آموزان زیادی از حل مسئله ترس و دلهره دارند و خیلی از دانش آموزان (مخصوصا آنهایی که پایه ریاضی ضعیفی دارند) حتی به سراغ مسائل نیز نمی روند چه برسد به آن که به خود جرات دهند نگاهی به مسئله کنند و آن را حل کنند.

یکی از دغدغه های دبیران فیزیک همین موضوع می باشد و بنده نیز سالهاست که در پی راه حل مناسب برای این موضوع می باشم و برای حل این موضوع ابتدا باید پیش زمینه هایی فراهم شوند که مهمترین آنها آموزش صحیح ریاضیات پایه به دانش آموزان می باشد که متاسفانه با توجه به بعضی از روشهای اعمال شده در دوره های ابتدایی و راهنمایی ،آموزش ریاضی به خوبی انجام نشده و دانش آموز با بدترین نمره گرفته شده از دروس پایه وارد دبیرستان می شود ودر کلاس درس فیزیک باید معلم ابتدا عملیات های ریاضی ساده را ابتدا به دانش آموزان آموزش دهد.

گردآوری اطلاعات شواهد(1) ارائه دلایل ، مدارک ، اسنادی که وضع موجود را به طور عینی و ملموس تعیین نماید.)

در سال تحصیلی92-1391 درس فیزیک پایه اول کلاس 105 دبیرستان مولوی با من بود از 25 دانش اموز این کلاس تعداد8دانش آموز جز دانش آموزان درسخوان بودند که البته این تعداد نیز با تستهای اولیه که انجام دادم در عملیات ریاضی اکثرا ضعف داشتند.نمرات دروس ریاضی و علوم این دانش آموزان نیز گواهی می داد که به زحمت پایه های قبلی را طی کرده و وارد کلاس اول دبیرستان شده اند.و وضع موجود حکایت از این داشت که کمتر از 20 درصد دانش آموزان

این کلاس می توانند مفاهیم فیزیکی را فهمیده و مسائل فیزیک را می توانند حل کنند.

قبل از اینکه شیوه حل مسئله را به دانش آموزان آموزش دهم پس از پایان فصل اول فیزیک یک ،از دانش آموزان خواستم که خود را برای امتحان مستمر اول آماده کنند و مسایل را به خوبی بخوانند و با روش های آموزش دیده در پایه های قبلی مسائل را حل کنند.پس از برگزاری امتحان و تصحیح اوراق امتحانی نتایج زیر بدست آمد:

1-تعداد 5دانش آموز به سراغ مسئله نرفتند.

2-تعداد12 دانش آموز چند عدد داده شده در مسئله را بدون در نظر گرفتن فرمولها و تبدیل ها ضرب یا تقسیم کردند .و هیچی نظمی در حل مسئله دیده نمی شد.

3-تعداد 3 دانش آموز توانستن بین عددها و کمیت ها رابطه ایجاد کرده و فرمول مناسب را نوشتند.

4-تعداد 5 دانش اموز به جواب صحیح دست یافتند.

ارائه روش حل مسئله به دانش آموزان:

قبل از اینکه دانش اموزان به سراغ مسئله بروند باید نکاتی را توجه داشته باشند

1-مفاهیم فیزیکی را به خوبی درک کرده باشند و اصطلاحات هر درس را یاد بگیرند.

2-فرمولهای هر فصل را فهمیده و حفظ کنند.

3- کمیتها و واحد های هر درس را یاد گرفته باشند.

4-با تبدیل واحدهای فیزیکی آشنا باشند.

در ابتدای سال روش حل مسائل را به صورت کلی به دانش آموزان ارائه کردم ودر ابتدای هر فصل جدول مربوط به کمیتها و واحدهای فیزیکی مربوط به آن فصل را نوشته و از دانش آموزان خواستم این جدول را یاد بگیرند.و بعضی از تبدیل های مهم را که در پایه های قبل خواندندیادآؤری کردم.سپس از آنها خواستم در حل مسئله این نکات را جزء به جزء انجام دهند تا بتوانند به راحتی مسائل فیزیک را حل کنند.روش حل رابه سه مرحله اصلی تقسیم بندی کردم که هر مرحله شامل چند زیر مرحله می باشد.  که در ادامه این نکات ارائه می شوند:

مرحله اول

1-ابتدا مسئله را با دقت خوانده تا یک دید کلی از مسئله در ذهن خود داشته باشند.

2-زیر عددهای مسئله با خودکار قرمز خط بکشند.

3-نوع کمیت را مشخص کنند.

مرحله دوم

4-داده های مسئله را در زیر مسئله در سمت چپ نوشته و در کنار هر عدد واحد آن را نیز بنویسند.

5-در صورت نیاز واحدها را به واحد اصلی تبدیل کنند.(به عنوان مثال در بحث انرژی اگر جرم بر حسب گرم بود به کیلوگرم تبدیل شود)

6-با توجه به داده های مسئله و کمیتی که عددآن مجهول است فرمول مناسب را بنویسد.(در هر فصلی فرمول ها را به خوبی حفظ کند)

مرحله سوم

7-عدد ها را در فرمول قرار داده و تا حد امکان آنها را ساده کرده و از عملیات های ریاضی مناسب استفاده کند تا بتواند مجهول مسئله را بدست آورد.

8-در پایان دور عدد بدست آمده خط بکشد.

برای اینکه دانش اموزان سرعت عمل خود را بالا ببرند از دانش آموزان خواسته شد که هر مسئله ایی که در هر جلسه در کلاس بررسی می شود در منزل آن را نوشته ولی عدد های آن را تغییر داده و خودشان دوباره آن را حل کنند و بعنوان تکلیف به کلاس بیاورند.

تجزیه و تحلیل داده ها (اطّلاعات)

پس از گذشت دوماه که دانش آموزان با روشهای گفته شده مسائل را حل کردند بسیاری از آنها ترسی که از مسئله داشتند را کنار گذاشته و به راحتی با مسئله برخورد می کردند.البته تعدادی از دانش آموزان که هیچ انگیزه از مدرسه آمدند نداشتند تکالیف را به سختی انجام می دادند و از کلاس عقب می ماندند.با توجه به مراحلی که به دانش آموزان گفته شد در مراحل تبدیل واحدها و تشخیص اینکه چه فرمولی را نوشته و همچنین محاسبه دانش آموزان مشکل داشتند که اگر سعی و تلاش کنند و برای هر مرحله وقت کافی بگذارند می توانند نتیجه خوبی را بگیرند.

در امتحانات مستمر در ترم اول پنج مسئله داده شده است و هر مسئله از لحاظ انجام مراحل بالا بررسی شدند و نتایج زیر بدست آمد:

1-اکثر دانش آموزان مرحله اولیه را انجام داده اند.

2-در مرحله دوم نیمی از دانش آموزان موفق بودند و نتوانستن واحد ها را تشخیص و تبدیل کنند و فرمول مناسب و درست مسئله را بنویسند واین نشان می دهد بعضی از دانش آموزان ضعف در فهم چگونگی تبدیل واحدها و همچنین ضعف در حفظ فرمولهای فیزیکی دارند .البته با تکرار زیاد می توانند فرمولها را حفظ کنند.

3-تقریبا 30 درصد دانش آموزان توانستند وارد مرحله اصلی سوم شدند که از این تعداد تعدادی در محاسبات ریاضی اشتباه کرده و جواب نادرست بدست آوردند و فقط چند دانش آموز به جواب صحیح دست یافتند.

نتایج امتحان مستمر و انجام مراحل مختلف توسط دانش آموزان در جدول زیر ارایه شده است

نتیجه گیری

با توجه به به بررسی نتایج بدست آمده از امتحانات گرفته شده نکات مهمی بدست آمده اند  که این نکات عبارتند از

1-بیشترین ضعف دانش آموزان در حل مسئله عدم توانایی دانش آموزان در  بدست آوردند جواب پایانی می باشد که علت آن ضعف عملیات های ساده ریاضی می باشد که در پایه ابتدایی آموزش داده می شود.

2-بسیاری از دانش آموزان حتی در درک مسئله دچار مشکل هستند و نمی توانند بین معلوم ها و مجهول های مسئله ارتباط برقرار کنند و فرمول مناسب را بنویسند.

3-اگر دانش آموزان بتوانند بین حروف لاتین در فرموال های فیریکی و واحدها یک ارتباط ذهنی برقرار کنند و درک درستی از علامت کمیتها و واحدها داشته باشند راحتتر فرمول را نوشته و مسائل را حل می کنند.

4-یادگیری کمیتها و واحد های هر مبحث فیزیکی و ارتباط انها با فرمول های فیزیکی کمک زیادی در حل مسئله به دانش آموزان می کند.

پیشنهادها

1-در کتاب فیزیک 1 و آزمایشگاه با توجه به این که برای کل دانش آموزان سال اول دبیرستان مشترک است بهتر است از فرمول های کمتری استفاده شود.چون بیشتر دانش آموزان علاقه چندانی به ریاضیات نداشته و در هر کنابی مبحثی از ریاضیات باشد دانش آموزان از آن قسمت گریزانند و مباحثی که در انها مفاهیم روزمره زندگی  و مفاهیم ساده قرار دارند دانش آموزان آنها را بهتر درک می کنند برای همین آمار قبولی در درس شیمی به مراتب بالاتر از درس فیزیک و ریاضی میباشد.

2-در دوران ابتدایی آموزش صحیحی از علوم پایه به دانش آموزان داده شود و دانش آموزان ضعیف شناسایی شده و با آنها بیشتر کار شود و از کلاس های فوق برنامه استفاده شود تا با اطلاعات قوی و کامل دانش آموز به پایه بالاتر برود  تا بامشکلات دوران بالاتر به راحتی برخورد کند و با عث ترک تحصیلی  نشود.

3-اگر دانش آموزی با ضعف علمی از دوره ابتدایی  وارد دوره های بالاتر شود به سختی می تواند در س ها را یاد بگیرد مخصوصا درسهای چون ریاضی و فیریک که به یکدیگر وابسته هستند. و نمی تواند به مدارج علمی بالاتر خودش را برساند.

پایان

انرژى خورشيد

وابستگى شديد جوامع صنعتى به منابع انرژى، به ويژه سوخت هاى نفتى و به كارگيرى و مصرف بى رويه آنها سبب شده، اين منابع كه در قرن هاى متمادى در زير لايه هاى زيرين زمين تشكيل شده، تخليه شود.انرژى هاى فسيلى مانند نفت و زغال سنگ پايان پذير و تجديدناپذير هستند، اما انرژى هاى نو يا جانشين از جمله باد، آب و خورشيد چنين نيستند. خورشيد يكى از منابع مهم تجديدناپذير انرژى است كه به فناورى هاى پيشرفته و پرهزينه نياز ندارد و مى تواند به عنوان يك منبع مفيد و تامين كننده انرژى در بيشتر نقاط جهان به كار گرفته شود. استفاده از اين انرژى برخلاف انرژى هسته اى، خطرى ندارد و براى كشورهاى فاقد منابع انرژى زيرزمينى، مناسب ترين راه براى دستيابى به نيرو و رشد و توسعه اقتصادى است. هم اكنون از انرژى خورشيدى به وسيله سيستم هاى مختلف و براى اهداف گوناگون استفاده و بهره گيرى مى شود كه مهمترين آنها سيستم هاى فتوبيولوژيك، شيمى خورشيدى (Helio Chemical)، گرماى خورشيدى (Helio Thermal)، برق خورشيدى (Helio Electrical)، سيستم هاى فتوشيميايى، سيستم هاى فتوولتاييك، سيستم هاى حرارتى و برودتى هستند.

انرژى خورشيد به كمك آيندگان مى شتابد

نيروگاه هاى خورشيدى كه انرژى خورشيد را به برق تبديل مى كنند، در آينده با مزيت هايى كه در برابر نيروگاه هاى فسيلى دارند، مشكل برق و تا حدودى مشكل كم آبى را به ويژه در دوران تمام شدن نفت و گاز حل خواهند كرد و به طور مسلم تاسيس و به كارگيرى برج هاى نيرو، زمينه لازم را براى خودكفايى و قطع وابستگى كشور فراهم خواهد كرد.

توليد برق بدون مصرف سوخت، نياز نداشتن به آب فراوان، آلوده نكردن محيط زيست، استهلاك كم و عمر زياد از مزيت هاى بارز برج هاى نيرو و نيروگاه هاى خورشيدى نسبت به نيروگاه هاى فسيلى و اتمى است.

لزوم استفاده از انرژى خورشيدى

ايران با آن كه يكى از كشورهاى نفت خيز جهان و داراى منابع عظيم گاز طبيعى است، به دليل شدت تابش خورشيد در بيشتر نقاط كشور، مى تواند صرفه جويى مهمى در مصرف سوخت هاى فسيلى داشته باشد. فناورى ساده، كاهش آلودگى هوا و محيط زيست و از همه مهمتر ذخيره شدن سوخت هاى فسيلى براى آينده يا تبديل آنها به مواد پردازش با استفاده از تكنيك پتروشيمى، از دلايل لزوم استفاده از انرژى خورشيدى در كشور هستند.با افزايش قيمت نفت در سال 1973 كشورهاى پيشرفته صنعتى مجبور شدند، به استفاده از انرژى هاى جانشين جدى تر بينديشند و اين نگرش پس از انقلاب اسلامى ايران، وسعت بيشترى يافت. كشورهاى صنعتى به اين نتيجه رسيده اند كه با بهينه سازى مصرف انرژى در صنايع و ساختمان ها، مصرف انرژى را مى توان 30 تا 40 درصد كاهش داد.ايران يكى از پنج كشور مصرف كننده بالاى مواد نفتى در جهان و در ميان كشورهاى اوپك، بزرگ ترين مصرف كننده فرآورده هاى نفتى است. با توجه به رشد مصرف انرژى بالاى 5 درصدى در ايران مى توان گفت كه هر 10 سال مصرف انرژى كشور دو برابر مى شود. با اين روند و با توجه به افت فشار چاه هاى نفت و مشكلات حفارى، استخراج و سرمايه گذارى، نمى توان اميدوار بود كه پس از دو دهه نيازهاى موجود كشور بر طرف شود. با اين اوصاف اين سئوال مطرح مى شود كه آيا توليد انرژى، پاسخ گوى نيازها خواهد بود؟ و اگر هم باشد مازادى براى صدور نفت و به دست آوردن ارز خواهيم داشت؟بررسى هاى بانك جهانى حاكى است كه اگر كشورهاى در حال توسعه، سياست هاى بهينه سازى مصرف انرژى را به كار مى گرفتند، تا سال 1990 مى توانستند 4 ميليون بشكه در روز صرفه جويى كنند. كارشناسان معتقدند با استفاده از سياست هاى بهينه سازى مصرف انرژى، ضمن كاهش مصرف انرژى منافعى مانند: كاهش آلودگى هوا به ويژه در شهرهاى بزرگ، صرفه جويى در سرمايه گذارى در ساخت نيروگاه ها، پالايشگاه ها و سيستم گازرسانى به ميزان ميلياردها دلار در سال، طولانى شدن عمر ذخاير نفتى، ايجاد اشتغال در كشور، كم هزينه بودن و نگهدارى آسان، عايد كشور خواهد شد. ناگفته نماند با احتساب مصرف بيش از يك ميليون بشكه معادل نفت در روز، بيش از يك ميليارد دلار درآمد ارزى در سال نصيب كشور خواهد شد.

ايران با عرض جغرافيايى 25 تا 45 شمالى در منطقه مناسبى براى دريافت انرژى خورشيدى قرار دارد. ميزان انرژى اى كه زمين در يك ساعت از خورشيد دريافت مى كند، بيش از انرژى مصرفى جهان در يك سال است. انرژى خورشيدى با بهره گيرى از روش ها و وسايل ويژه به توليد برق با استفاده از حرارت خورشيد مى پردازد كه حرارت نيز پس از گذار از يك يا چند مرحله به انرژى الكتريكى تبديل مى شود. پاك بودن اين سيستم، توجه بسيارى از كشورها و دولت هاى جهان را به خود معطوف كرده تا آنجا كه انگلستان اخيراً با الزامى كردن استفاده از صفحات خورشيدى در ساختمان هاى در حال ساخت، گامى بلند و موثر در بهينه سازى مصرف انرژى برداشته است. از هنگامى كه منابع هيدروكربور و زغال سنگ چرخه توليد انرژى را در دست گرفت، به واسطه ارزان و در دسترس بودن آن از توجه به انرژى كاسته شد. در ايران، ارزانى و فراوانى بيش از حد هيدروكربور سبب شده تا به انرژى خورشيدى توجه كمتر مبذول شود.با پيش آمدن بحران شديد نفتى در سال 1973 و لجام گسيختگى بازار و پيش آمدن شرايطى كه به تهديد صنعت جهان مى انجاميد، ناگهان توجه دوباره به انرژى هاى تجديدپذير و انرژى خورشيد معطوف شد.مهندس زارعى، مدير گروه انرژى خورشيدى معاونت انرژى هاى وزارت نيرو در اين باره مى گويد: هم اينك چند نيروگاه با بهره بردارى از نيروى خورشيد انرژى توليد مى كنند و در دست ساخت و بهره بردارى هستند كه به واسطه اين طرح ها ايران در زمره معدود كشورهاى داراى فناورى ساخت نيروگاه هاى خورشيدى قرار گرفته است.

نيروگاه هاى خورشيدى داراى انواع گوناگون و تفكيك پذير هستند: نيروگاه هايى كه مستقيم با دريافت انرژى خورشيد آن را به انرژى الكتريكى تبديل مى كنند و نيروگاه هايى كه پس از دريافت انرژى خورشيد آن را به گرما و پس از گذشت يك روند خاص، به الكتريسيته تبديل مى كند.سيستم هايى كه از انرژى خورشيد بهره مى برند، شامل سيستم فتوولتايى (PV) و سيستم هاى گرما شيميايى، توليد هيدروژن از انرژى خورشيد است. در سيستم فتوولتايى كه در اصل براى كاربردهاى فضايى ابداع و تكميل شده بودند، انرژى نورى را مستقيم به انرژى الكتريكى تبديل مى كنند. اين فناورى براساس اين نظريه «اثر فتوالكتريك» اينشتين شكل گرفته كه نور سبب مى شود الكترون ها از هم جدا شوند. توسعه PV براى كاربردهاى زمينى در هنگام نخستين بحران نفت در دو زمينه بسيار متفاوت آغاز شد: يكى در زمينه فناورى هاى تمركزى است كه در آن كاهش هزينه ها با استفاده از جانشينى سطح PV به وسيله سطح عدسى صورت مى گيرد و ديگرى براى كاهش هزينه هاى مدول هاى PV با استفاده از ساخت صنعتى با حجم زياد است. در سيستم هاى گرماشيميايى و نورشيميايى نيز از انرژى خورشيد براى القاى واكنش هاى شيميايى استفاده مى كنند تا كيفيت محصولات موجود را افزايش دهند يا محصولات كاملاً جديدى را بسازند. گرما شيميايى به استفاده از گرما براى رانش واكنش ها اطلاق مى شود و نور شيميايى به استفاده مستقيم فوتون ها مانند بخش ماوراى بنفش طيف خورشيد اطلاق مى شود. توليد هيدروژن از انرژى خورشيد نيز به توجه ويژه نياز دارد، زيرا هيدروژن سوخت تمام نشدنى و سازگار با محيط است.

دستيابى به پيچيده ترين نوع نيروگاه خورشيدى؛ افتخار بزرگ ايرانيان

خورشيد منبع تمام انرژى ها است. هم اكنون در دنيا تحقيق روى فناورى استفاده از انرژى خورشيدى به سرعت در حال رشد است. استفاده از اين نوع انرژى را به طور محدود مى توان در آبگرمكن هاى خورشيدى مشاهده كرد كه اكنون در ايران نيز رواج يافته است. اگرچه قيمت اين نوع آبگرمكن ها بسيار بالاست، اما به نظر مى رسد با توليد انبوه آن بتوان مقدارى از هزينه هاى توليد را كاست و اين كالا را با قيمت ارزان ترى به دست مصرف كننده رساند. انواع ديگر استفاده از انرژى خورشيدى وجود دارد كه اكنون به وفور يافت مى شوند مانند ماشين حساب هاى خورشيدى و... اما مهم ترين نوع استفاده از انرژى خورشيدى به صورت گسترده در نيروگاه هاى خورشيدى است كه در دو نوع سهموى خطى و فتوولتاييك هستند. گذشته از ويژگى و تفاوت هاى اين نوع نيروگاه ها، بايد گفت در حال حاضر توليد برق از انرژى خورشيدى با قيمتى در حدود 300 دلار به ازاى هر كيلووات ساعت تمام مى شود. تاكنون در دنيا كشورهاى آمريكا، آلمان، اسپانيا و اخيراً نيز ايران به فناورى طراحى و ساخت پيچيده ترين نوع نيروگاه خورشيدى دست يافته اند. قرار گرفتن ايران در ميان اين كشورها خود افتخار بزرگى است كه نصيب متخصصان كشور شده است.

انرژى خورشيدى؛ نيازها و محدوديت ها

برخى انرژى هاى تجديدپذير را تنها اميد بقاى كره زمين دانسته اند، در حالى كه عده اى آن را منبعى حاشيه اى با ظرفيت محدود به حساب مى آورند. از سويى منابع سوخت فسيلى پايان پذير و تجديدناپذير است و بايد از انرژى هاى تجديد پذير كه به رغم منابع فسيلى، منافع زيست محيطى فراوانى در بردارد بيشتر بهره جست. انرژى خورشيدى، نتيجه فرآيند پيوسته هم جوش هسته اى در خورشيد است و هم اكنون كل منبع انرژى خورشيدى 10 هزار برابر مصرف انرژى كنونى بشر است اما اندك بودن شدت اين توان و تنوع زمانى و جغرافيايى آن، مشكلات عمده اى را فراهم كرده كه سهم اين انرژى را در برابر كل انرژى محدود مى كند.

با اين حال، در كشورهايى كه هزينه انرژى معمولى به دليل ماليات زياد است و دولت تلاش زيادى براى ترغيب مردم به استفاده از انرژى خورشيدى مى كند، بازار براى سيستم هاى حرارتى خورشيدى كم دما رونق دارد. با آن كه كل منبع انرژى خورشيدى اين امكان بالقوه را دارد كه سهم عمده اى در تامين انرژى جهانى در آينده داشته باشد، دلايل زيادى وجود دارد كه سهم استفاده از آن را در 20 سال آينده بسيار محدود مى كند. اهميت اين محدوديت، همراه با الگوهاى مصرف و اولويت هاى ملى تغيير مى يابد. يكى از محدوديت هاى عمده در استفاده از انرژى خورشيدى، عدم كارآيى اقتصادى سيستم هاى خورشيدى اوليه در برابر سيستم هاى تكامل يافته با سوخت فسيلى است كه با افزايش قيمت سوخت هاى معمولى و اقتصادى تر كردن دستگاه هاى خورشيدى با حجم توليد بيشتر، گرايش به استفاده از اين گونه انرژى را مى توان شتاب بخشيد. در كنار محدوديت هاى اقتصادى لازم است انرژى خورشيدى و مزيت هاى استفاده از آن را با آموزش در محتواى فرهنگى زندگى مردم و به منظور ارتقاى سطح آگاهى آنان وارد ساخت كه به سرمايه گذارى و توجه دولت به بخش خصوصى نياز دارد. محور ديگر معادله اجتماعى انرژى خورشيدى، توسعه مهارت هاى فنى در ميان طراحان، نصابان و تعميركاران بسيارى از دستگاه هايى است كه به طور وسيع در سراسر جهان توزيع مى شوند. با توجه به دورنماى فراگيرى انرژى خورشيدى و با توجه به كل سرمايه در دسترس براى سرمايه گذارى در انرژى خورشيدى كه در 30 سال آينده به 10 درصد كل سهام انرژى جهان محدود خواهد شد، به اين نتيجه مى توان رسيد كه انرژى خورشيدى دست كم زودتر از سال 2020 نمى تواند جانشين اصلى انرژى سوخت هاى فسيلى شود.كشورها نيز در زمينه سرمايه گذارى در اين بخش با محدوديت روبه رو هستند و روشى كه براى كاهش اين محدوديت ها مى توان به آن اشاره كرد، جذب سرمايه بخش خصوصى و استفاده از آن بخش از بودجه دولتى است كه براى سرمايه گذارى در انرژى خورشيدى اختصاص داده شده است كه بسيارى از كشورها با كاربست اين روش به موفقيت هايى دست يافته اند و در كشور ما نيز بايد شرايط حضور بخش خصوصى فراهم و اقدام هاى لازم براى جذب بخش خصوصى انجام شود. آلمان كه با پيامدهاى افزايش شديد بهاى نفت دست به گريبان بوده و برنامه توليد انرژى هسته اى خود را نيز كنار گذارده است، هم اكنون درصدد گسترش دادن نيروگاه هاى بسيار بزرگ است. اخيراً بزرگ ترين نيروگاه خورشيدى در اين كشور گشايش يافت. اين نيروگاه كه در جنوب شهر لايپزيك و در شرق اين كشور قراردارد با 33هزار و 500پانل فتوولتاييك حدود 5 مگاوات ساعت برق توليد مى كند. اين نيروگاه قادر است برق 1800 خانوار را تامين كند. براساس ارزيابى سازمان انرژى خورشيدى آلمان، مجموع ظرفيت توليد آماده در سال جارى به 300 مگاوات رسيده كه دو برابر ظرفيت توليد پيشين در اين كشور است.

هم اكنون نگرانى هاى فراوانى در زمينه توانايى كشورها در يافتن منابع سرمايه اى به منظور تامين نيازهاى مالى توسعه استفاده از اين نوع انرژى در دهه هاى آينده وجود دارد كه اين معضل در كشورهاى در حال توسعه شديدتر است. اما به نظر مى رسد با ايجاد سرمايه گذارى هاى كلان و سريع در اين زمينه، مشاركت بخش خصوصى در اين گونه طرح ها و مهم تر از همه ارتقاى سطح فرهنگى كشور براى استفاده از انرژى هاى جانشين (تجديدپذير) تا چند سال آينده، دستيابى به اين هدف مهم چندان دور نباشد.

منبع :www.sharghnewspaper.com

منفجر ساختن هسته در فعل و انفعالات هسته‌ای که تا کنون مورد بحث قرار گرفتن ، اساس کار عبارت از آن بود که جز نسبتا بسیار کوچکی از ساختمان هسته (مانند ذره α یا پروتون یا نوترون) از آن خارج شود و حال اگر هسته یک اتم سنگین منجر شود و دو یا بیشتر پاره‌های تقریبا مساوی بدست آید.

در زمستان سال 1939 این نوع شکسته شدن بوسیله دو فیزیکدان آلمانی به نامهای هان (O . Hahn) و مایتنر (Lise Meitner) مشاهده شد و دریافتند اتمهای اورانیوم که ناپایدارند، ممکن است بر اثر بمباران با یک دسته نوترون به دو پاره تقسیم شوند. یکی از دو پاره نماینده هسته باریوم و دیگری به احتمال قوی کریپتون. این نوع شکافته شدن هسته با آزاد شدن مقداری انرژی همراه است که صدها برابر انرژی آزاد شده در سایر فعل و انفعالات شناخته شده هسته‌ای است.

5 مسئله درباره انرژی جنبشی و گرانشی و پتانسیل کشسانی

بسمه تعالی

رسول اکرم(ص) :همنشینی با اهل دین،شرف دنیا و آخرت است.

نمونه سوالات فیزیک سال دوم دبیرستان                     نام و نام خانوادگی               تاریخ مراجعه به وبلاک:

به سوالات زیر پاسخ دهید:

1-کمیت برداری و نرده ای را تعریف کنید.با ذکر2 مثال برای هر کدام

2-کمیت اصلی و کمیت فرعی را تعریف کنید با ذکر مثال برای هر کدام.

3-خاصیت انجمن پذیری و ضرب و قرینه بردار ها را توضیح دهید.

4-االف-50میلی متر چند نانو متر است؟

ب-2میلی گرم چند میکرو گرم است؟

ج-200نانومتر چند میلی متر است؟

5-الف-بردار مکان   ب-سرعت متوسط   ج-سرعت لحظه ای  ح-شتاب متوسط-   د-حرکت یکنواخت را تعریف کنید؟

6-قوانین سه گانه نیوتن را تعریف کنید و برای هر کدام مثالی بنویسید.

7-ضریب انبساط خطی و سطحی را تعریف کنید.

8-الف-تصعید        ب-چگالش     ج-گرمای نهان ویژه ذوب     ح- گرمای نهان ویژه تبخیر را تعریف کنید.

9-در رسانش گرمایی چه کمیت های نقش دارند فرمول آن را بنویسید.

10-247درجه کلوین چند درجه سانتی گراد است؟

11-فرق بین دماسنج معمولی با دماسنج ترمو کوپلی را بنویسید.3مورد

12-چه عواملی باعث افزایش تبخیر سطحی در یک جسم می شود؟

13-انرزی پتانسیل گرانشی و کشسانی و الکتریکی را تعریف کنید.

14-انرژی مکانیکی چیست؟فرمول آن را بنویسید.

15-فرآیند های گرمازا را نام ببرید و فرمول مربوط به آنها را بنویسید.

16-اصل پاسکال چیست و چه کاربرد های دارد؟

17-فشار هوای منطقه ای را که ارتفاع آن از سطح دریا 800متر است را برحسب پاسکال و میلی متر جیوه بدست آورید؟(ثابت ها را از کتاب پیدا کنید)

18-بازده یک بالابر ٪ 60  می باشد مفهوم آن چیست؟

19-درفرآیند.............مایع به بخار   و در فرآیند...........جامد به مایع تبدیل می شود.

20-در ...............................................کار برآیند نیرو های وارد بر جسم برابر است با تغییرات انرژی جنبشی جسم.و فرمول آن......................

موفق باشید.

بسم الله الرحمن الرحیم

موضوع:فیزیک اتمی

  فیزیک اتمی

فیزیک اتمی شاخه‌ای از فیزیک است که به بررسی اتم به‌عنوان یک سیستم منفرد و متشکل از الکترون‌ها و هسته می‌پردازد. با آنکه در زبان رایج دو اصطلاح «فیزیک اتمی» و «فیزیک هسته‌ای» مترادف شمارده می‌شوند، اما فیزیک‌دانان اصطلاح «فیزیک اتمی» را برای بررسی اتم به عنوان یک سیستم منفرد و «فیزیک هسته‌ای» را برای بررسی ساختمان هستهٔ اتم بکار می‌برند

درباره گرایش اتمی - مولکولی

فیزیک اتمی- مولکولی که مربوط به فیزیک جدید است از زمانی متولد شد که دانشمندان متوجه شدند کوچک‌ترین جزء در طبیعت اتم نیست. بلکه اتم از اجزای کوچک‌تری به نام الکترون‌ها و هسته تشکیل شده‌است. یعنی اتم از هسته‌ای تشکیل شده‌است که الکترون‌هایی در اطراف آن می‌گردند.

دکتر منیژه رهبر استاد فیزیک دانشگاه تهران می‌گوید: «... فیزیک اتمی به بررسی نقل و انتقال‌های الکترون‌های اطراف هسته می‌پردازد و خواص آن‌ها را مورد بررسی قرار می‌دهد. یعنی ما در فیزیک اتمی کاری به این نداریم که هسته از چه تشکیل شده‌است بلکه هسته برایمان مرکزی با بار مثبت است و بیشتر توجه ما جلب الکترون‌های اطراف هسته می‌شود». دکتر هوشنگ روحانی‌نژاد استاد فیزیک دانشگاه تهران نیز در معرفی فیزیک اتمی می‌گوید: «اگر ما بپذیریم که در کل، علم فیزیک به دو بخش دنیای بزرگ و دنیای کوچک تقسیم می‌شود، دنیای بزرگ فیزیک، مربوط به دنیای روزمره است و در آن حرکت اتومبیل‌ها، موشک، ماهواره و در کل تمام حرکاتی که می‌بینیم مورد بررسی قرار می‌گیرد. فیزیک اتمی به دنیای بی‌نهایت کوچک‌ها برمی‌گردد چرا که ما در فیزیک‌اتمی به بررسی ساختار ذره‌ای به نام اتم می‌پردازیم و این که اتم چگونه تشکیل شده است و چه ویژگی‌هایی دارد.» در حال حاضر بررسی لیزر و کاربردهای آن را در زیر شاخه‌های این گرایش می‌توان یافت

گرایش فیزیک هسته‌ای

دکتر رهبر در معرفی فیزیک هسته‌ای می‌گوید: «در فیزیک هسته‌ای، خود هسته مورد مطالعه قرار می‌گیرد. یعنی متخصصان و دانشمندان بررسی می‌کنند که هسته از چه تشکیل شده‌است و چه نیروهایی بین اجزای هسته حکم‌فرما هستند و در نتیجهٔ واکنش‌های انجام شده، چه‌قدر انرژی آزاد می‌گردد».

دکتر دویلو نیز در معرفی این گرایش می‌گوید: «انرژی هسته‌ای و رادیوایزوتوپ‌ها مسائلی هستند که در فیزیک هسته‌ای مورد بررسی قرار می‌گیرند

فیزیک حالت جامد

گرایش حالت جامد مربوط به سیستم‌های بس ذره‌ای مخصوصاً جامدات است.

یکی از استادان در ادامه می‌گوید: «ابتدایی‌ترین کار در این گرایش بررسی بلورهای جامدات و خواص اپتیکی، مکانیکی، الکتریکی و صوتی امواجی است که در آن منتشر می‌شود که این بررسی منجر به پدیده‌های مختلفی مثل ابر رسانایی، نیم رسانایی و یا پخش و انتقال گرما می‌گردد.»

دکتر پروین نیز می‌گوید: «مطالعه دانش مربوط به کریستال‌ها و ویژگی‌های فیزیکی آن‌ها به گرایش حالت جامد بر می‌گردد.»

اهمیت فیزیک اتمی

تکامل فیزیک اتمی و هسته‌ای به کشف قوانین جالبی حاکم بر رفتار ذرات بنیادی سازنده هسته‌ها ، اتمها و مولکولها منجر شد. این قوانین معروف به قوانین مکانیک کوانتومی ، با قوانین برگرفته از مشاهده حرکت اشیای بزرگ ، موضوع مطالعه مکانیک کلاسیک ، به کلی متفاوتند. باید یادآوری کرد که در فیزیک ، اتمها و سازنده‌هایشان ، یعنی هسته‌ها و الکترونها ، همچنین ذرات دیگر در مقیاس اتمی و زیر اتمی را ریز ذره می‌نامند.

قوانین حاکم بر این ذرات را قوانین عالم صغیر « میکرو کوسم ) نامیده‌اند. اجسام تشکیل شده از شمار خیلی زیادی از ریز ذرات ، جهان معروف به عالم کبیر « ماکروکوسم را تشکیل می‌دهند که نه فقط اشیای « انسان اندازه » بلکه اجسام خیلی بزرگ نظیر ستارگان ، سیارات و سایر اجرام آسمانی را نیز در بر می‌گیرد. با به کار گیری این واژگان می‌توان احکام دقیقتری تنظیم کرد.

قوانین مکانیک معمولی عالم کبیر برای توضیح رفتار ریز ذرات بسیار نارسا و خام هستند. در عوض ، قوانین مکانیک کوانتومی را می‌توان علاوه بر ذرات ریز ، در مورد پدیده‌های معمولی نیز به کار برد. در حالت اخیر نیز نتایج مشابه نتایج حاصل از مکانیک کلاسیک هستند و از تایید آزمایش برخور دارند. بنابراین مکانیک کلاسیک را باید تقریبا اول برای قوانین جهان واقعی تلقی کرد که برای اجسام بزرگ کفایت می‌کنند.

مکانیک کوانتومی دقیقتر و به واقعیت نزدیکتر است یعنی نظریه عمومی‌تری است و درباره اجسامی که جرمشان از ریز ذرات خیلی بزرگتر و در حیطه مکانیک کلاسیک قرار دارند نیز به کار می‌رود. همچنین باید توجه داشت که حتی در فیزیک کلاسیک نیز پدیده‌هایی وجود دارند که آنها را فقط به کمک مکانیک کوانتومی می‌توان توضیح داد ، که ابر رسانندگی جامدات و ابر شارگی هلیوم از اینگونه هستند. بنابراین از آنچه گفته شد می‌توان به اهیمت فیزیک اتمی پی برد.

موضوعات اساسی فیزیک اتمی

ساختار اتم: در حالت کلی می‌توان گفت که کلیه اجسام پیرامون ما از سه نوع ذره کوچک بنام پروتون ، نوترون ، الکترون تشکیل شده است. پروتون و نوترون در داخل هسته اتم و الکترون خارج از هسته قرار دارد.

بار الکتریکی بنیادی: قوانین فارادی وجود کوچترین مقدار غیر قابل تقسیم بار را توجیه می‌کند. اندازه گیریهای عددی این مقدار را برابر 1.6x10-19 که برابر بار الکترون است، محاسبه می‌کنند.

اسپکتروسکوپی: اسپکتروسکوپی یا طیف سنجی عبارتست از مطالعه تاثیر متقابل امواج الکترو مغناطیسی بر ماده. بر این اساس ساختمان ماده مورد مطالعه قرار می‌گیرد. بدین ترتیب که ماده را با امواج الکترو مغناطیسی بمباران کرده و عکس العمل ماده را مورد مطالعه قرار می‌دهند.

خواص کوانتومی و موجی ذرات: بر اساس نظریه دوبردی ذرات مادی می‌توانند شمار موجی از خود نشان دهند که طول موج مربوط به آن بر اساس اندازه حرکت ذره تعیین می‌شود.

اصول مکانیک کوانتومی: برسی ساختار اتمی به این نتیجه منجر می‌شود که رفتار الکترونها در اتم را ، مانند رفتار فوتونها ، نمی‌توان با قوانین فیزیک کلاسیک ، یعنی قوانینی که در آزمایش با اجسام ماکروسکوپی ثابت می‌شوند توضیح داد.

خواص کوانتومی و موجی فوتون: در فیزیک اتمی فوتون از جمله ذراتی است که خاصیت دو گانه دارد، یعنی در بعضی موارد دارای خاصیت ذره‌ای و در موارد دیگر خاصیت موجی از خود نشان می‌دهد. بر این اساس فوتون دارای طول موج خواهد بود.

آشکار سازهای ذرات: این آشکار سازها شامل آشکار سازهای الکترونی و یونی ، آشکار سازهای اتمهای خنثی و آشکار سازهای فوتونی است.

کاربردهای فیزیک اتمی

ساخت انواع کاتد ماتریسی ، فلزی و … .

عدسیهای الکتروستاتیک و مغناطیسی

انواع فیلترها

طراحی تفنگ الکترونی با جریانهای بالا

چشمه‌های مایکرو ویو

انواع لامپهای نوری

نسبیت عام

نظریه‌ایست که در سال ۱۹۱۵ توسط اینشتین مطرح شد. این نظریه تعمیمی بر نظریه نسبیت خاص است که در مورد تمامی ناظرها اعم از لخَت و غیر لخت صحبت می‌کند. در این نظریه فضا-زمان توسط هندسه ریمانی بررسی می‌شود. این نظریه گرانش را به عنوان یک عامل هندسی و نه یک نیرو بررسی می‌کند. پایه نظری گرانش کیهان‌شناسی، این نظریه و تعمیم‌های آن است.

معادله اینشتین

معادله اصلی نسبیت عام عبارت است از:

R_{mu u} - { extstyle 1 over 2}R,g_{mu u} = {8 pi G } T_{mu u}.

البته با در نظر گرفتن c (سرعت نور) برابر یک که معمولاً این طور در نظر گرفته می‌شود.

در این معادله:

    Rμν تانسور ریچی

    R اسکالر ریچی یا انحنا

    gμν تانسور متریک

    Tμν تانسور تنش-انرژی

    G ثابت جهانی گرانش

با تعریف Gμν تانسور اینشتین که G_{mu u}=R_{mu u} - { extstyle 1 over 2}R,g_{mu u} می‌توان این معادله را به شکل فشرده‌تری نوشت:

G_{mu u} = {8 pi G } T_{mu u}.,

 اصول نسبیت عام

اصل هم‌ارزی

هیچ ناظری نمی‌تواند فقط با آزمایش موضعی بین شتاب و میدان گرانشی تفاوت قائل شود.

 اصل ماخ

تصور دوبعدی از انحنای فضا-زمان. حضور ماده/انرژی فرم هندسی فضا-زمان را تغییر می‌دهد. از این انحنای هندسی به عنوان جاذبه تعبیر می‌شود.

اصل ماخ، اساسی ترین اصل نسبیت عام، بصورتهای مختلفی تعبیر می‌شود. قویترین صورت این اصل عبارتست از:

    «ماده هندسه را تعیین می‌کند و عدم وجود ان مبنی بر عدم وجود هندسه‌است.»

نسبیت عام با این صورت اصل ماخ سازگار نیست.(اگر ماده وجود نداشته باشد یعنی Tμν = 0 معادلات نسبیت عام دارای حل هستند و هندسه‌های مختلفی را توصیف می‌کنند.) اما صورت دیگری از اصل ماخ که نسبیت عام با آن سازگار است عبارتست از:

    «توزیع ماده چگونگی هندسه را تعیین می‌کند.» ماده تعیین می‌کند که فضا چگونه خمیده شود.

صورت دیگری از اصل ماخ که با نسبیت عام سازگاری ندارد و نزدیکترین صورت به بیان ماخ است عبارتست از:

    «یک جسم در فضای کاملاً تهی، هیچ خاصیت هندسی به خود نمی‌گیرد.»

اصل هم‌وَردایی عام

تمام ناظرین اعم از لَخت و غیر لخت هم ارزند. در اصل هموردایی همچنین می‌خوانیم: عموماً هر تبدیل از چارچوب لخت به چارچارچوب دیگر که با سرعت V در حال حرکت است، خصوصیات فیزیکی را ثابت نگاه می‌دارد. در اصل هموردایی شرایط فیزیکی به گونه‌ای هستند که تا اندازه‌ای تعبیر و تبیین ریاضی آن‌ها در تمام چارچوب‌ها یکسان است. نیز اینکه ناوردایی، مهم‌ترین نکته در این رابطه محسوب می‌شود که در نسبیت عام عنصر جهان خط ds2 به عنوان ناوردای اساسی مطابق با اصل هموردایی بوده و همواره تحت تمامی تبدیلات مختصات ثابت می‌ماند. این بیان تازمانی ارزشمند است که متریک gμν مختص چارچوب مورد نظر تغییری نکند. یعنی تنها هنگامی اصل هموردایی معتبر است که خصوصیات فضا و زمان دو چارچوب یکسان بوده و تنها این بیان مستقیماً به لختی و یا نالختی چارچوب ثانویه دلالت داشته باشد.

 اصل کمینه جفتیدگی گرانشی

این اصل چگونگی گذار از نسبیت خاص به عام را بیان می‌کند.

هنگام گذار از نسبیت خاص به نسبیت عام نیازی به افزودن جملات غیرضروری به معادلات نسبیت خاص نیست.

اصل هم‌خوانی

نظریه نسبیت عام در حالت‌های حدی به گرانش نیوتنی و نسبیت خاص تبدیل می‌شود

نظریه‌های آلبرت انیشتین) نسبیت عام و خاص(

آلبرت انیشتین دو نظریه دارد. نسبیت خاص را در سن 25 سالگی بوجود آورد و ده سال بعد توانست نسبیت عام را مطرح کند.

نسبیت خاص بطور خلاصه تنها نظریه ایست که در سرعتهای بالا ( در شرایطی که سرعت در خلال حرکت تغییر نکند--سرعت ثابت) میتوان به اعداد و محاسباتش اعتماد کرد. جهان ما جوریست که در سرعتهای بالا از قوانین عجیبی پیروی می کند که در زندگی ما قابل دیدن نیستند. مثلا وقتی جسمی با سرعت نزدیک سرعت نور حرکت کند زمان برای او بسیار کند می گذرد. و همچنین ابعاد این جسم کوچک تر میشود. جرم جسمی که با سرعت بسیار زیاد حرکت می کند دیگر ثابت نیست بلکه ازدیاد پیدا می کند. اگر جسمی با سرعت نور حرکت کند، زمان برایش متوقف می شود، طولش به صفر میرسد و جرمش بینهایت میشود.

نسبیت عام برای حرکتهایی ساخته شده که در خلال حرکت سرعت تغییر می کند یا باصطلاح حرکت شتابدار دارند. شتاب گرانش زمین g که همان عدد 9.81m/sاست نیز یک نوع شتاب است. پس نسبیت عام با شتابها کار دارد نه با حرکت. نظریه ایست راجع به اجرام ی که شتاب ثقل دارند. کلا هرجا در عالم، جرمی در فضا ی خالی باشد حتما یک شتاب جاذبه در اطراف خود دارد که مقدار عددی آن وابسته به جرم آن جسم می باشد. پس در اطراف هر جسمی شتابی وجود دارد. نسبیت عام با این شتابها سر و کار دارد و بیان می کند که هر جسمی که از سطح یک سیاره دور شود زمان برای او کند تر میشود. یعنی مثلا، اگر دوربینی روی ساعت من بگذارند و از عقربه های ساعتم فیلم زنده بگیرند و روی ساعت آدمی که دارد بالا میرود و از سیاره ی زمین جدا میشود هم دوربینی بگذارند و هردو فیلم را کنار هم روی یک صفحه ی تلویزیونی پخش کنند، ملاحظه خواهیم کرد که ساعت من تند تر کار می کند. نسبیت عام نتایج بسیار عجیب و قابل اثبات در آزمایشگاهی دارد. مثلا نوری که به اطراف ستاره ای سنگین میرسد کمی بسمت آن ستاره خم میشود. سیاهچاله ها هم بر اساس همین خاصیت است که کار می کنند. جرم انها بقدری زیاد و حجمشان بقدری کم است که نور وقتی از کنار آنها می گذرد به داخل آنها می افتد و هرگز بیرون نمی آید.

فرمول معروف آلبرت انیشتین (دست خط خود آلبرت انیشتین)

E=MC²

نظریه نسبیت عام

همه ما برای یک‌بار هم که شده گذرمان به ساعت‌فروشی افتاده است و ساعتهای بزرگ و کوچک را دیده ایم که روی ساعت ده و ده دقیقه قرار دارند. ولی هیچگاه از خودمان نپرسیده ایم چرا؟ آلبرت انیشتین در نظریه نسبیت خاص با حرکت شتابدار و یا با گرانش کاری نداشت. اولین موضوعات را در نظریه نسبیت عام خود که در 1915 انتشار یافت مورد بحث قرار داد.نظریه نسبیت عام دید گرانشی را بکلی تغییر داد و در این نظریه جدید نیرو ی گرانش را مانند خاصیتی از فضا در نظر گرفت نه مانند نیرو یی بین اجرام ، یعنی برخلاف آنچه که اسحاق نیوتن گفته بود !در نظریه او فضا در مجاورت ماده کمی انحنا پیدا می‌کرد. در نتیجه حضور ماده اجرام ، مسیر یا به اصطلاح کمترین مقاومت را در میان منحنیها اختیار می‌کردند. با این که فکر آلبرت انیشتین عجیب به نظر می‌رسید می‌توانست چیزی را جواب دهد که قانون ثقل نیوتن از جواب دادن آن عاجز می ماند.سیاره اورانوس در سال 1781 میلادی کشف شده بود و مدارش به دور خورشید اندکی ناجور به نظر می‌رسید و یا به عبارتی کج بود !

نیم قرن مطالعه این موضوع را خدشه ناپذیر کرده بود.بنابر قوانین اسحاق نیوتن می بایست جاذبه ای برآن وارد شود. یعنی باید سیاره ای بزرگ در آن طرف اورانوس وجود داشته باشد تا از طرف آن نیرو یی بر اورانوس وارد شود.در سال 1846 میلادی اختر شناس آلمانی دوربین نجومی خودش را متوجه نقطه ای کرد که « لووریه» گفته بود و بی هیچ تردید سیاره جدیدی را در آنجا دید که از آن پس نپتون نام گرفت.نزدیک ترین نقطه مدار سیاره عطارد به خورشید در هر دور حرکت سالیانه سیاره تغییر میکرد و هیچ گاه دوبار پشت سر هم این تغییر در یک نقطه خاص اتفاق نمی‌افتاد.اختر شناسان بیشتر این بی نظمی ها را به حساب اختلال ناشی از کشش سیاره های مجاور عطارد می دانستند !مقدار این انحراف برابر 43 ثانیه قوس بود. این حرکت در سال 1845 به وسیله لووریه کشف شد بالاخره با ارائه نظریه نسبیت عام جواب فراهم شد این فرضیه با اتکایی که بر هندسه نااقلیدسی داشت نشان داد که حضیض هر جسم دوران کننده حرکتی دارد علاوه برآنچه اسحاق نیوتن گفته بود.وقتی که فرمولهای آلبرت انیشتین را در مورد سیاره عطارد به کار بردند، دیدند که با تغییر مکان حضیض این سیاره سازگاری کامل دارد. سیاره هایی که فاصله شان از خورشید بیشتر از فاصله تیر تا آن است تغییر مکان حضیضی دارند که به طور تصاعدی کوچک می شوند.اثر بخش‌تر از اینها دو پدیده تازه بود که فقط نظریه آلبرت انیشتین آن‌را پیشگویی کرده بود. نخست آنکه آلبرت انیشتین معتقد بود که میدان گرانشی شدید موجب کند شدن ارتعاش اتمها می شود و گواه بر این کند شدن تغییر جای خطوط طیف است به طرف رنگ سرخ! یعنی اینکه اگر ستاره ای بسیار داغ باشد و به طوری که محاسبه می کنیم بگوییم که نور آن باید آبی درخشان باشد در عمل سرخ رنگ به نظر می‌رسد کجا برویم تا این مقدار قوای گرانشی و حرارت ی بالا را داشته باشیم، پاسخ مربوط به کوتوله های سفید است.دانشمندان به بررسی طیف کوتوله های سفید پرداختند و در حقیقت تغییر مکان پیش بینی شده را با چشم دیدند! اسم این را تغییر مکان آلبرت انیشتینی گذاشتند. آلبرت انیشتین می گفت که میدان گرانشی شعاع های نور را منحرف می‌کند چگونه ممکن بود این مطلب را امتحان کرد.اگر ستاره ای در آسمان آن سوی خورشید درست در امتداد سطح آن واقع باشد و در زمان کسوف خورشید قابل رؤیت باشد اگر وضع آنها را با زمانی که فرض کنیم خورشیدی در کار نباشد مقایسه کنیم خم شدن نور آنها مسلم است. درست مثل موقعی که انگشت دستتان را جلوی چشمتان در فاصله 8 سانتیمتری قرار دهید و یکبار فقط با چشم چپ و بار دیگر فقط با چشم راست به آن نگاه کنید به نظر می رسد که انگشت دستتان در مقابل زمینه پشت آن تغییر جا می‌دهد ولی واقعاً انگشت شما که جابجا نشده است!

دانشمندان در موقع کسوف در جزیره پرنسیپ پرتغال واقع در آفریقای غربی دیدند که نور ستاره ها به جای آنکه به خط راست حرکت کنند در مجاورت خورشید و در اثر نیرو ی گرانشی آن خم می شوند و به صورت منحنی در می آیند. یعنی ما وضع ستاره ها را کمی بالاتر از محل واقعیش می‌بینیم.ماهیت تمام پیروزیهای نظریه نسبیت عام آلبرت انیشتین نجومی بود ولی دانشمندان حسرت می کشیدند که ای کاش راهی برای امتحان آن در آزمایشگاه داشتند.ـ نظریه آلبرت انیشتین به ماده به صورت بسته متراکمی از انرژی نگاه می کرد به همین خاطر می گفت که این دو به هم تبدیل پذیرند یعنی ماده به انرژی و انرژی به ماده تبدیل می شود. E = mc²دانشمندان به ناگاه جواب بسیاری از سؤالها را یافتند. پدیده رادیواکتیو ی به راحتی توسط این معادله توجیه شد. کم کم دانشمندان متوجه شدند که هر ذره مادی یک پادماده مساوی خود دارد و در اینجا بود که ماده و انرژی غیر قابل تفکیک شدند.تا اینکه آلبرت انیشتین طی نامه ای به رئیس جمهور آمریکا نوشت که می توان ماده را به انرژی تبدیل کنیم و یک بمب اتمی درست کنیم و آمریکا دستور تأسیس سازمان عظیمی را داد تا به بمب اتمی دست پیدا کند. برای شکافت هسته اتم اورانیوم 235 انتخاب شد. اورانیوم عنصری است که در پوسته زمین بسیار زیاد است. تقریباً 2 گرم در هر تن سنگ! یعنی از طلا چهارصد مرتبه فراوانتر است اما خیلی پراکنده.در سال 1945 مقدار کافی برای ساخت بمب جمـع شـده بود و ایـن کار یعنی ساختن بمب در آزمایشگاهــی در « لوس آلاموس » به سرپرستی فیزیکدان آمریکایی «رابرت اوپنهایمر» صورت گرفت. آزمودن چنین وسیله ای در مقیاس کوچک ناممکن بود. بمب یا باید بالای اندازه بحرانی باشد یا اصلاً نباشد و در نتیجه اولین بمب برای آزمایش منفجر شد. در ساعت 5/5 صبح روز 16 ژوئیه 1945 برابر با 25 تیرماه 1324 و نیرو ی انفجاری برابر 20 هزار تنT.N.T آزاد کرده دو بمب دیگر هم تهیه شد. یکی بمب اورانیوم بنام پسرک با سه متر و 60 سانتیمتر طول و به وزن 5/4 تن و دیگری مرد چاق که پلوتونیم هم داشت. اولی روی هیروشیما و دومی روی ناکازاکی در ژاپن انداخته شد. صبح روز 16 اوت 1945 در ساعت 10 و ده دقیقه صبح شهر هیروشیما با یک انفجار اتمی به خاک و خون کشیده شد. با بمباران هیروشیما جهان ناگهان به خود آمد، 160000 کشته در یک روز وجدان خفته فیزیکدان ها بیدارر شد! « اوپنهایمر» مسئول پروژه بمب و دیگران از شدت عذاب وجدان لب به اعتراض گشودند و به زندان افتادند. آلبرت انیشتین اعلام کرد که اگر روزی بخواهم دوباره به دنیا بیایم دوست دارم یک لوله‌کش بشوم نه یک دانشمند!