مقاله درباره: بزرگترین آزمایشگاه فیزیک ذرات جهان

لینک دانلود و خرید پایین توضیحات

فرمت فایل word  و قابل ویرایش و پرینت

تعداد صفحات: 13

مقدمه

بزرگترین آزمایشگاه فیزیک ذرات جهان

ایرنا: سازمان اروپایى تحقیقات هسته اى یا «سرن» واقع در ژنو به عنوان بزرگترین آزمایشگاه فیزیک ذرات جهان، هفته گذشته پنجاهمین سال فعالیت خود را جشن گرفت. فعالیت این سازمان، درک بشر از کهکشان ها را به میزان قابل توجهى افزایش داده و همکارى هاى علمى بین المللى را در این زمینه تقویت کرده است. دولت سوئیس به عنوان هدیه پنجاهمین سال تولد «سرن»، مرکزى به نام «جهان علم و نوآورى» را که یک مرکز شبکه اى جدید و نیز مکانى براى بازدید علاقه مندان است، به این سازمان اهدا کرد. در سازمان اروپایى تحقیقات هسته اى که هدف آن «کشف رازهاى مبداء جهان» اعلام شده است، دانشمندانى از80 کشور جهان فعالیت دارند و حدود 6 هزار و 500 دانشمند دیگر از بیش از500 دانشگاه و مرکز تحقیقاتى دانشمند میهمان آن محسوب مى شوند. به گفته «چارلز کلایبر» وزیر علوم و پژوهش هاى سوئیس، در50 سال گذشته سازمان اروپایى تحقیقات هسته اى کانون همایش و ملاقات دانشمندان مختلف جهان با ریشه هایى از تمامى ملت ها، فرهنگ ها، مذاهب و اقوام بوده است. کلایبر در مراسم جشن پنجاهمین سالگرد تاسیس «سرن» گفت: «در این مرکز مناقشات و دشمنى هاى سیاسى به هیچ وجه راه ندارد و حکمفرمایى همین روحیه باعث شده است این سازمان بتواند در چگونگى شکل گیرى تفکر انسان نسبت به طبیعت و آغاز جهان کمک هاى قابل ملاحظه اى داشته باشد.»

سازمان تحقیقات هسته اى اروپا که در سال1954 توسط 12 کشور بنیان نهاده شد، یکى از نخستین طرح هاى مشترک اروپایى است. مقر این سازمان در ژنو است اما آزمایشگاه بسیار عظیم آن که در زیر زمین قرار دارد، عملاً وارد خاک فرانسه مى شود. وزیر علوم سوئیس گفته است «سرن» در عین حال که یک سازمان سوئیسى است یک سازمان فرانسوى و اروپایى نیز هست. فعالیت هایى که در طول سال هاى گذشته در سازمان تحقیقات هسته اى اروپا انجام شده منجر به سه جایزه نوبل و نیز پیشرفت هاى چشمگیر در زمینه فناورى و مهندسى شده است. یکى از مشهورترین ابداعات مرکز تحقیقات هسته اى اروپا، علامت «دبلیو دبلیو دبلیو» (www) است که هر روز ده ها میلیون کاربر رایانه در سراسر جهان براى ارتباط با یکدیگر از آن استفاده مى کنند. دبلیو دبلیو دبلیو یا شبکه سراسرى جهانى در اوایل دهه 1990 به منظور ایجاد ارتباط میان متخصصان فیزیک ذرات در «سرن» ابداع شد. سازمان تحقیقات هسته اى اروپا در زمینه تکمیل شتاب دهنده هاى ذرات نیز نقش بسیار مهمى داشته است. این شتاب دهنده ها با استفاده از میدان هاى الکترومغناطیس، موج هایى از ذرات با انرژى بسیار زیاد تولید مى کنند که از آنها به عنوان ابزارى براى صنعت، داروسازى و تحقیقات استفاده مى شود. هم اکنون فعالیت هاى «سرن» عمدتاً روى تکمیل «برخورددهنده عظیم هادرون» (LHD) متمرکز است. دانشمندان انتظار دارند که با استفاده از این دستگاه فوق العاده قوى بتوانند درک انسان را از چهار نیروى بنیادى طبیعت به میزان بى سابقه اى افزایش دهند. انتظار مى رود دستگاه ال اچ دى که قرار است در سال2007 شروع به کار کند، عمیقاً به درون ماده نفوذ نموده تا این سئوال را پاسخ دهد که آیا در جهان چیزى به جز آنچه به چشم دیده مى شود، نیز وجود دارد؟

آزمایش فرانک - هرتز

بر اساس نظریه مکانیک کوانتومی می‌دانیم که دستگاههای اتمی مانند اتم هیدروژن کوانتیده‌اند و انرژی‌های مجاز گسسته‌اند بنابراین یک فوتون با انرژی h) hv ثابت پلانک و v فرکانس نور است) تنها در صورتی می تواند توسط اتم جذب شود که انرژی آن با اختلاف انرژی بین دو حالت مجاز در ساختمان اتم برابر باشد. ممکن است این سوال در ذهن ایجاد شود که آیا می‌توان انرژی یک دستگاه کوانتیده را از طریق برخورد با ذرات دیگر، مانند الکترون نیز تغییر داد. آزمایش فرانک - هرتز در مقام پاسخ گفتن به این سوال طراحی و اجرا شده است. تاریخچه برای نخستین بار در سال 1914 آزمایش فرانک و هرتز نشان داد که بر انگیختگی انتها توسط بمباران ذره‌ای امکان‌پذیر است و کوانتش انرژی بر این فرآیند نیز حاکم است.

آزمایش فرانک هرتز در مورد اتم هیدروژن

فرض کنید اتمهای هیدروژن ، در حالت پایه ، توسط یک باریکه انرژی از الکترونهایی که انرژی جنبشی آنها از 10.2 الکترون ولت (انرژی برانگیختگی اولین حالت برانگیخته هیدروژن) کمتر است بمباران شوند. چون اتم هیدروژن در حالت پایه نمی‌تواند انرژی خود را کمتر از این تعداد افزیش دهد الکترونها با اتمهای هیدروژن بطور کاملا کشسان برخورد می‌کنند (برخورد کشسان) و انرژی جنبشی کل ذرات خروجی در این برخورد، با انرژی جنبشی کل ذرات ورودی کاملا برابر است

. از طرف دیگر، الکترونهای تک انرژی که انرژی جنبشی آنها دقیقا برابر با 10.2 الکترون ولت است با اتمهای هیدروژن در حالت پایه برخورد می‌کنند و این برخورد می‌تواند غیر کشسان باشد. در این حالت با تبدیل انرژی جنبشی اولیه الکترون به انرژی داخلی اتم هیدروژن ، این اتم یک گذار به ترازهای بالا ، از حالت پایه به اولین حالت برانگیخته ، انجام می‌دهد. اتمهایی که به این طریق به یک حالت برانگیخته می‌رسند پس از آن می‌توانند با گسیل یک فوتون با انرژی 10.2 الکترون ولت ، به حالت پایه واپاشیده شوند.

اگر الکترونهای بمباران کننده دارای انرژی جنبشی بیشتر از 10.2 الکترون ولت باشند، نیز برخورد کشسان خواهد بود، فقط مقدار 10.2 الکترون ولت به انرژی داخلی برانگیختگی اتم تبدیل خواهد شد. انرژی جنبشی باقیمانده به صورت انژی جنبشی الکترون خروجی ظاهر می‌شود. با افزایش باز هم بیشتر انرژی ذرات بمباران کننده ، اتمها می‌توانند به دومین حالت برانگیخته و به حالتهای بالاتر برسند. در هر کدام از این برخوردهای غیر کشسان ، اتم فقط آن

تحقیق درباره/ فیزیک فوتبال

لینک دانلود و خرید پایین توضیحات

فرمت فایل word  و قابل ویرایش و پرینت

تعداد صفحات: 14

فیزیک فوتبال

فوتبال مردمی ترین ورزش جهان است. جام جهانی تابستان امسال توسط بیش از صدها میلیون بیننده که بسیاری از آنها فوتبال بازی میکنند، مشاهده خواهد شد. علیرغم چنین علاقه ای، توجه اندک به جنبه های علمی بازی چشمگیر است. برای نمونه گلف و کریکت[2] مورد توجه بیشتری قرار گرفته اند. اما برای یک فیزیکدان، مکانیک و آئرودینامک فوتبال پهنه وسیعی از سئوالات جالب را فراهم می آورد.

هنگامی که موضوع فیزیک فوتبال پیش می آید اغلب صحبت بر سر خط سیر منحنی توپ فوتبال است. برای مثال در طول برگزاری جام جهانی 1974 بینندگان تلویزیون از مشاهده ضربه موزی شکل غیر منتظره بازیکن برزیلی " روبرتو ریولینو" به شگفت آمدند. از آن هنگام توانایی منحرف کردن مسیر توپ به عنوان یکی از مهارتهای بازی به حساب می آید.

اما بینندگان هرگز از مشاهده یک ضربه ماهرانه قوس دار خسته نمی شوند. در سال 1997 طرفداران فوتبال در سراسر دنیا با مشاهده شوت قوس دار کاملاً ویژه ای که توسط یک بازیکن برزیلی دیگر – روبرتو کارلوس- در بازی مقابل فرانسه نواخته شد، هیپنوتیزم شدند. ضربه او که یک شوت آزاد از فاصله 30 متری دروازه حریف بود قبل از آنکه قوس برداشته و در گوشه دروازه فرانسه فرود آید، دیوار دفاعی آنها را با فاصله حداقل 1 متر دور زد. طرفداران تیم انگلستان امیدوارند که "دیوید بکام" –استاد تمام فنون در حال حاضر- در صورت بهبود استخوان شکسته پایش بتواند چنین شگردهایی را در تابستان امسال بکار گیرد.

بیشتر فیزیکدانان میدانند که خط سیر منحنی توپ بخاطر اثری بنام اثر مگنوس[3] است، اما تا حدی در تشریح آن نامطمئن بوده و توضیحات ساده ای که انتشار می یابد اغلب گمراه کننده است. قبل از درنظر گرفتن مسیر منحنی توپ اجازه دهید با مسئله ساده تری یعنی جهش توپ شروع کنیم. این موضوع باز هم بطور ضمنی به جام جهانی اشاره دارد. چه کسی میتواند گل سوم و بحث برانگیز گئوف هورست[4] را در پیروزی 4 بر 2 انگلستان در مقابل آلمان غربی در جام جهانی 1966 فراموش کند؟ شوت هورست از روی تیرک عمودی به داخل گل و سپس به بیرون پرید و در نهایت توسط یک مدافع آلمانی برگشت داده شد. چگونه چنین چیزی ممکن است اتفاق بیافتد؟

جهش توپ

اینکه توپ چگونه از روی زمین می جهد موضوع مهمی در فوتبال است. بر روی سطوح سخت جهش بلند توپ میتواند بازی را بی مزه کننده کند در حالی که یک توپ نرم مطلقاً به بالا نمی جهد. اما این حقیقت که شوت چیزی بجز جهش توپ از روی پا نیست نیز دارای همان اهمیت است. نکته مهم دیگر که باید به آن توجه کرد آنست که جهش یک توپ گلف یا اسکواش[5] از روی یک سطح سخت به دلیل خاصیت ارتجاعی[6] مواد تشکیل دهنده آنها است ولی پوشش توپ فوتبال هیچگونه خاصیت ارتجاعی ندارد. توپ باد نشده ای که به زمین انداخته شود روی زمین می ماند.

برای آنکه نسبت به فیزیک جهش دیدی بدست آوریم ساده ترین حالت را درنظر بگیرید که توپ بطور قائم سقوط میکند. هنگامی که توپ به زمین برخورد میکند سطح تحتانی توپ تخت میشود. لذا تعادلی میان فشار هوا به سمت پایین و نیروی عکس العمل سطح به سمت بالا بوجود می آید (شکل 1الف). از آنجا که فشار هوا ضرورتاً یکنواخت است، نیروی عکس العمل با سطح تماس وآن به نوبت خود با تغییر شکل قائم توپ متناسب است- به شرطی که تغییر شکل زیاد نباشد. یک محاسبه ساده نشان میدهد که تغییر شکل توپ ... ... ... ... (شکل 1ب را ببینید)

از آنجا که ضربه به توپ حقیقتاً یک جهش از روی پا است، اینکه چگونه توپ از روی زمین می جهد نقش کلیدی در فوتبال بازی میکند. الف) در طول یک جهش نیروی ناشی از فشار هوا بر روی پوشش تخت شده توپ با نیروی عکس العمل زمین خنثی میشود. ب) فاصله مرکز توپ تا زمین ... ... برابر است با ... ... ... که در آن ... ... شعاع توپ و ... ... میزان تغییر شکل توپ است. س) برای توپی که بطور قائم سقوط میکند مقدار ... در طول زمان جهش مطابق رابطه ... ... ... ... بطور سینوسی با زمان تغییر میکند که در آن ... ... ، ... ... و ... ... به ترتیب برابر محیط، فشار و جرم توپ اند. د) توپی که تحت یک زاویه کوچک به زمین برخورد میکند در طول جهش روی زمین لیز می خورد. ی) هرچند توپی که تحت یک زاویه بزرگتر به زمین برخورد میکند تا هنگام ترک زمین روی آن میغلتد.

مطابق با رابطه ... ... ... ... ... ... که در آن ... ... محیط توپ، ... ... فشار و ... ... جرم توپ است، بصورت سینوسی با زمان تغییر میکند. زمان جهش برابر است با ... ... ... ... ... (شکل 1س را ببینید).

تقریباً واضح است که سه متغیری که بازه زمانی جهش را معین میکنند- محیط، فشار و جرم توپ- دقیقاً همانهایی هستند که توسط قوائد بازی تعیین میشود. یک توپ معمولی با جرم 0.45 کیلوگرم محیط 70 سانتیمتر و فشار 0.85 اتمسفر زمان جهشی برابر 8 میلی ثانیه دارد – این نتیجه توسط آزمایشهای انجام گرفته با دوربینهای بسیار سریع تایید شده است. جالب است اشاره شود که این زمان از فاصله زمانی 40 میلی ثانیه ای میان تصاویر متوالی تلویزیون کوتاه تر است و این به آن معناست که مغز ما به عنوان تماشاگر این فاصله زمانی را پر کرده و لذا اغلب متوجه جهش واقعی نمی شویم.

در محاسبات زمان و حرکت جهش از اتلاف (انرژی) بخاطر انعطاف پذیری سطح توپ چشمپوشی شده است. این تقریب بر مقیاس زمانی تاثیر قابل توجهی ندارد اما آشکارا موجب میشود که میزان انرژی جنبشی برآورد شده توپ بیشتر از حد واقعی گردد. این اثر را میتوان با نوشتن سرعت توپ پس از جهش ... ... بصورت ... ... ... ... که در آن ... ... سرعت اولیه توپ و ... ... ضریب اتلاف[7] است بیان نمود. این ضریب که برای یک برخورد کاملاً کشسان 1 است، وابسته به طبیعت سطح مورد نظر بوده و میتواند بین 0.8 برای سطح سخت و 0.6 برای چمن کوتاه تغییر کند.

اینکه چگونه توپ پس ازآنکه تحت زاویه ای به زمین می خورد از روی آن جهش میکند، بسیار پیچیده است. توپ ابتدا با سرعت افقی برخوردش روی زمین سر خورده و یک نیروی اصطکاک افقی تولید میکند. این نیرو دارای دو اثر است: موجب کاهش حرکت افقی گشته و یک گشتاور بر توپ اعمال میکند. وجود گشتاور به آن معناست که توپ ضمن آنکه در طول جهش کند میشود شروع به غلتیدن هم می کند. بسته به زاویه ای که توپ با آن به زمین برخورد میکند دو حالت ممکن است اتفاق افتد. توپی که با زاویه کمی نسبت به زمین به آن برخورد میکند میتواند حتی پس از تکمیل شدن جهش روی زمین بلغزد (شکل 1د). اما اگر توپ با زاویه تندی به زمین برخورد کند قسمت پایینی به حالت سکون در می آید و توپ درادامه زمان جهش روی زمین میغلتد (شکل 1ی(

اگر توپ چنین چرخش بالایی دارد که سطح تحتانی آن به سمت عقب حرکت کند، حقیقتاً میتواند در طول جهش شتاب بگیرد. هرچند این رخدادِ عادی نیست و بطور طبیعی توپ توسط جهش کند میشود. لذا شنیدن این نکته از مفسر تلویزیون که توپ ضمن جهش از روی زمین خیس چمن " سرعت بیشتری به خود گرفته" تعجب برانگیز است. فرض محتمل در چنین وضعیتهایی آنست که علیرغم عبارت "افزایش سرعت" توپ در طی جهش میلغزد و آنقدر که ما از تجربه انتظار داریم سرعتش کم نمیشود.

گل بحث برانگیز هورست برای انگلستان در جام جهانی 1966 شاید از مشهورترین جهشهای توپ در فوتبال ناشی شد (شکل 2). هر دو جهش – از روی تیرک عمودی و از روی زمین- را میتوان با استفاده از مفاهیمی که در بالا گفته شد توضیح داد، اگرچه تحلیل جهش از روی

پاورپوینت در مورد فیزیک پایه 1( مکانیک)

لینک دانلود و خرید پایین توضیحات

دسته بندی : پاورپوینت

نوع فایل :  .ppt ( قابل ویرایش و آماده پرینت )

تعداد اسلاید : 22 اسلاید

 قسمتی از متن .ppt : 

فیزیک پایه 1( مکانیک)

درس 4 واحدی

(رشته های ریاضی ، شیمی و کامپیوتر)

درس 3واحدی (حذف فصل 12و13)

(رشته کامپبوتر)

هریس بنسون

ترجمه و تدوین: محمد رضا بهاری

تهیه پاورپوینت:

محمود جنوبی

عضوهیئت علمی – مرکز ارومیه

هدفهای کلی درس

آشنایی با:

فیزیک ، مفهوم، مدل ، قانون ونظریه

بردارها: ضرب نرده ای وبرداری

ا نواع حرکت: یک بعدی و دوبعدی

حرکت سقوطی آزاد و دایره ای

حرکت نسبی

دینامیک ذره : قوانین نیوتن و اصطکاک

مفاهیم کار ، انرژی وتوان

پایستگی انرژِ ی : نیروهای پایستارو غیر پایستار

انرژی جنبشی و پتانسیل

تکانه خطی و قانون پایستگی تکانه خطی

سیستم ذرات : مرکز جرم ، حرکت مرکز جرم

دوران جسم صلب حول محورثابت : سینماتیک دورانی

دینامیک دورانی :تکانه زاویه ای و پایستگی آن

گرانش : قانون گرانش نیوتن

حل مسائل فیزیک مکانیک

راهنمایی کلی

این درس دارای چند بخش است :

آموزش سنتی : حضور در کلاسهای رفع اشکال

بحث و حل مسئله در کلاس

تمرین در منزل

آزمایشگاه و بررسی عملی پدیده های مربوط به درس

حضور در کلاسهای عملی اجباری است

درکلاسهای حضوری می توانید اشکالات خودرا که در ضمن مطالعه با آن برخورد کرده اید از مدرس خود بپرسید وحضور پویا داشته باشید . دراین کلاسها نکات مهم و کلیدی درس توضیح داده می شود.

تحقیق. بزرگترین آزمایشگاه فیزیک ذرات جهان

لینک دانلود و خرید پایین توضیحات

فرمت فایل word  و قابل ویرایش و پرینت

تعداد صفحات: 13

مقدمه

بزرگترین آزمایشگاه فیزیک ذرات جهان

ایرنا: سازمان اروپایى تحقیقات هسته اى یا «سرن» واقع در ژنو به عنوان بزرگترین آزمایشگاه فیزیک ذرات جهان، هفته گذشته پنجاهمین سال فعالیت خود را جشن گرفت. فعالیت این سازمان، درک بشر از کهکشان ها را به میزان قابل توجهى افزایش داده و همکارى هاى علمى بین المللى را در این زمینه تقویت کرده است. دولت سوئیس به عنوان هدیه پنجاهمین سال تولد «سرن»، مرکزى به نام «جهان علم و نوآورى» را که یک مرکز شبکه اى جدید و نیز مکانى براى بازدید علاقه مندان است، به این سازمان اهدا کرد. در سازمان اروپایى تحقیقات هسته اى که هدف آن «کشف رازهاى مبداء جهان» اعلام شده است، دانشمندانى از80 کشور جهان فعالیت دارند و حدود 6 هزار و 500 دانشمند دیگر از بیش از500 دانشگاه و مرکز تحقیقاتى دانشمند میهمان آن محسوب مى شوند. به گفته «چارلز کلایبر» وزیر علوم و پژوهش هاى سوئیس، در50 سال گذشته سازمان اروپایى تحقیقات هسته اى کانون همایش و ملاقات دانشمندان مختلف جهان با ریشه هایى از تمامى ملت ها، فرهنگ ها، مذاهب و اقوام بوده است. کلایبر در مراسم جشن پنجاهمین سالگرد تاسیس «سرن» گفت: «در این مرکز مناقشات و دشمنى هاى سیاسى به هیچ وجه راه ندارد و حکمفرمایى همین روحیه باعث شده است این سازمان بتواند در چگونگى شکل گیرى تفکر انسان نسبت به طبیعت و آغاز جهان کمک هاى قابل ملاحظه اى داشته باشد.»

سازمان تحقیقات هسته اى اروپا که در سال1954 توسط 12 کشور بنیان نهاده شد، یکى از نخستین طرح هاى مشترک اروپایى است. مقر این سازمان در ژنو است اما آزمایشگاه بسیار عظیم آن که در زیر زمین قرار دارد، عملاً وارد خاک فرانسه مى شود. وزیر علوم سوئیس گفته است «سرن» در عین حال که یک سازمان سوئیسى است یک سازمان فرانسوى و اروپایى نیز هست. فعالیت هایى که در طول سال هاى گذشته در سازمان تحقیقات هسته اى اروپا انجام شده منجر به سه جایزه نوبل و نیز پیشرفت هاى چشمگیر در زمینه فناورى و مهندسى شده است. یکى از مشهورترین ابداعات مرکز تحقیقات هسته اى اروپا، علامت «دبلیو دبلیو دبلیو» (www) است که هر روز ده ها میلیون کاربر رایانه در سراسر جهان براى ارتباط با یکدیگر از آن استفاده مى کنند. دبلیو دبلیو دبلیو یا شبکه سراسرى جهانى در اوایل دهه 1990 به منظور ایجاد ارتباط میان متخصصان فیزیک ذرات در «سرن» ابداع شد. سازمان تحقیقات هسته اى اروپا در زمینه تکمیل شتاب دهنده هاى ذرات نیز نقش بسیار مهمى داشته است. این شتاب دهنده ها با استفاده از میدان هاى الکترومغناطیس، موج هایى از ذرات با انرژى بسیار زیاد تولید مى کنند که از آنها به عنوان ابزارى براى صنعت، داروسازى و تحقیقات استفاده مى شود. هم اکنون فعالیت هاى «سرن» عمدتاً روى تکمیل «برخورددهنده عظیم هادرون» (LHD) متمرکز است. دانشمندان انتظار دارند که با استفاده از این دستگاه فوق العاده قوى بتوانند درک انسان را از چهار نیروى بنیادى طبیعت به میزان بى سابقه اى افزایش دهند. انتظار مى رود دستگاه ال اچ دى که قرار است در سال2007 شروع به کار کند، عمیقاً به درون ماده نفوذ نموده تا این سئوال را پاسخ دهد که آیا در جهان چیزى به جز آنچه به چشم دیده مى شود، نیز وجود دارد؟

آزمایش فرانک - هرتز

بر اساس نظریه مکانیک کوانتومی می‌دانیم که دستگاههای اتمی مانند اتم هیدروژن کوانتیده‌اند و انرژی‌های مجاز گسسته‌اند بنابراین یک فوتون با انرژی h) hv ثابت پلانک و v فرکانس نور است) تنها در صورتی می تواند توسط اتم جذب شود که انرژی آن با اختلاف انرژی بین دو حالت مجاز در ساختمان اتم برابر باشد. ممکن است این سوال در ذهن ایجاد شود که آیا می‌توان انرژی یک دستگاه کوانتیده را از طریق برخورد با ذرات دیگر، مانند الکترون نیز تغییر داد. آزمایش فرانک - هرتز در مقام پاسخ گفتن به این سوال طراحی و اجرا شده است. تاریخچه برای نخستین بار در سال 1914 آزمایش فرانک و هرتز نشان داد که بر انگیختگی انتها توسط بمباران ذره‌ای امکان‌پذیر است و کوانتش انرژی بر این فرآیند نیز حاکم است.

آزمایش فرانک هرتز در مورد اتم هیدروژن

فرض کنید اتمهای هیدروژن ، در حالت پایه ، توسط یک باریکه انرژی از الکترونهایی که انرژی جنبشی آنها از 10.2 الکترون ولت (انرژی برانگیختگی اولین حالت برانگیخته هیدروژن) کمتر است بمباران شوند. چون اتم هیدروژن در حالت پایه نمی‌تواند انرژی خود را کمتر از این تعداد افزیش دهد الکترونها با اتمهای هیدروژن بطور کاملا کشسان برخورد می‌کنند (برخورد کشسان) و انرژی جنبشی کل ذرات خروجی در این برخورد، با انرژی جنبشی کل ذرات ورودی کاملا برابر است

. از طرف دیگر، الکترونهای تک انرژی که انرژی جنبشی آنها دقیقا برابر با 10.2 الکترون ولت است با اتمهای هیدروژن در حالت پایه برخورد می‌کنند و این برخورد می‌تواند غیر کشسان باشد. در این حالت با تبدیل انرژی جنبشی اولیه الکترون به انرژی داخلی اتم هیدروژن ، این اتم یک گذار به ترازهای بالا ، از حالت پایه به اولین حالت برانگیخته ، انجام می‌دهد. اتمهایی که به این طریق به یک حالت برانگیخته می‌رسند پس از آن می‌توانند با گسیل یک فوتون با انرژی 10.2 الکترون ولت ، به حالت پایه واپاشیده شوند.

اگر الکترونهای بمباران کننده دارای انرژی جنبشی بیشتر از 10.2 الکترون ولت باشند، نیز برخورد کشسان خواهد بود، فقط مقدار 10.2 الکترون ولت به انرژی داخلی برانگیختگی اتم تبدیل خواهد شد. انرژی جنبشی باقیمانده به صورت انژی جنبشی الکترون خروجی ظاهر می‌شود. با افزایش باز هم بیشتر انرژی ذرات بمباران کننده ، اتمها می‌توانند به دومین حالت برانگیخته و به حالتهای بالاتر برسند. در هر کدام از این برخوردهای غیر کشسان ، اتم فقط آن

تحقیق فیزیک فوتبال

لینک دانلود و خرید پایین توضیحات

فرمت فایل word  و قابل ویرایش و پرینت

تعداد صفحات: 14

فیزیک فوتبال

فوتبال مردمی ترین ورزش جهان است. جام جهانی تابستان امسال توسط بیش از صدها میلیون بیننده که بسیاری از آنها فوتبال بازی میکنند، مشاهده خواهد شد. علیرغم چنین علاقه ای، توجه اندک به جنبه های علمی بازی چشمگیر است. برای نمونه گلف و کریکت[2] مورد توجه بیشتری قرار گرفته اند. اما برای یک فیزیکدان، مکانیک و آئرودینامک فوتبال پهنه وسیعی از سئوالات جالب را فراهم می آورد.

هنگامی که موضوع فیزیک فوتبال پیش می آید اغلب صحبت بر سر خط سیر منحنی توپ فوتبال است. برای مثال در طول برگزاری جام جهانی 1974 بینندگان تلویزیون از مشاهده ضربه موزی شکل غیر منتظره بازیکن برزیلی " روبرتو ریولینو" به شگفت آمدند. از آن هنگام توانایی منحرف کردن مسیر توپ به عنوان یکی از مهارتهای بازی به حساب می آید.

اما بینندگان هرگز از مشاهده یک ضربه ماهرانه قوس دار خسته نمی شوند. در سال 1997 طرفداران فوتبال در سراسر دنیا با مشاهده شوت قوس دار کاملاً ویژه ای که توسط یک بازیکن برزیلی دیگر – روبرتو کارلوس- در بازی مقابل فرانسه نواخته شد، هیپنوتیزم شدند. ضربه او که یک شوت آزاد از فاصله 30 متری دروازه حریف بود قبل از آنکه قوس برداشته و در گوشه دروازه فرانسه فرود آید، دیوار دفاعی آنها را با فاصله حداقل 1 متر دور زد. طرفداران تیم انگلستان امیدوارند که "دیوید بکام" –استاد تمام فنون در حال حاضر- در صورت بهبود استخوان شکسته پایش بتواند چنین شگردهایی را در تابستان امسال بکار گیرد.

بیشتر فیزیکدانان میدانند که خط سیر منحنی توپ بخاطر اثری بنام اثر مگنوس[3] است، اما تا حدی در تشریح آن نامطمئن بوده و توضیحات ساده ای که انتشار می یابد اغلب گمراه کننده است. قبل از درنظر گرفتن مسیر منحنی توپ اجازه دهید با مسئله ساده تری یعنی جهش توپ شروع کنیم. این موضوع باز هم بطور ضمنی به جام جهانی اشاره دارد. چه کسی میتواند گل سوم و بحث برانگیز گئوف هورست[4] را در پیروزی 4 بر 2 انگلستان در مقابل آلمان غربی در جام جهانی 1966 فراموش کند؟ شوت هورست از روی تیرک عمودی به داخل گل و سپس به بیرون پرید و در نهایت توسط یک مدافع آلمانی برگشت داده شد. چگونه چنین چیزی ممکن است اتفاق بیافتد؟

جهش توپ

اینکه توپ چگونه از روی زمین می جهد موضوع مهمی در فوتبال است. بر روی سطوح سخت جهش بلند توپ میتواند بازی را بی مزه کننده کند در حالی که یک توپ نرم مطلقاً به بالا نمی جهد. اما این حقیقت که شوت چیزی بجز جهش توپ از روی پا نیست نیز دارای همان اهمیت است. نکته مهم دیگر که باید به آن توجه کرد آنست که جهش یک توپ گلف یا اسکواش[5] از روی یک سطح سخت به دلیل خاصیت ارتجاعی[6] مواد تشکیل دهنده آنها است ولی پوشش توپ فوتبال هیچگونه خاصیت ارتجاعی ندارد. توپ باد نشده ای که به زمین انداخته شود روی زمین می ماند.

برای آنکه نسبت به فیزیک جهش دیدی بدست آوریم ساده ترین حالت را درنظر بگیرید که توپ بطور قائم سقوط میکند. هنگامی که توپ به زمین برخورد میکند سطح تحتانی توپ تخت میشود. لذا تعادلی میان فشار هوا به سمت پایین و نیروی عکس العمل سطح به سمت بالا بوجود می آید (شکل 1الف). از آنجا که فشار هوا ضرورتاً یکنواخت است، نیروی عکس العمل با سطح تماس وآن به نوبت خود با تغییر شکل قائم توپ متناسب است- به شرطی که تغییر شکل زیاد نباشد. یک محاسبه ساده نشان میدهد که تغییر شکل توپ ... ... ... ... (شکل 1ب را ببینید)

از آنجا که ضربه به توپ حقیقتاً یک جهش از روی پا است، اینکه چگونه توپ از روی زمین می جهد نقش کلیدی در فوتبال بازی میکند. الف) در طول یک جهش نیروی ناشی از فشار هوا بر روی پوشش تخت شده توپ با نیروی عکس العمل زمین خنثی میشود. ب) فاصله مرکز توپ تا زمین ... ... برابر است با ... ... ... که در آن ... ... شعاع توپ و ... ... میزان تغییر شکل توپ است. س) برای توپی که بطور قائم سقوط میکند مقدار ... در طول زمان جهش مطابق رابطه ... ... ... ... بطور سینوسی با زمان تغییر میکند که در آن ... ... ، ... ... و ... ... به ترتیب برابر محیط، فشار و جرم توپ اند. د) توپی که تحت یک زاویه کوچک به زمین برخورد میکند در طول جهش روی زمین لیز می خورد. ی) هرچند توپی که تحت یک زاویه بزرگتر به زمین برخورد میکند تا هنگام ترک زمین روی آن میغلتد.

مطابق با رابطه ... ... ... ... ... ... که در آن ... ... محیط توپ، ... ... فشار و ... ... جرم توپ است، بصورت سینوسی با زمان تغییر میکند. زمان جهش برابر است با ... ... ... ... ... (شکل 1س را ببینید).

تقریباً واضح است که سه متغیری که بازه زمانی جهش را معین میکنند- محیط، فشار و جرم توپ- دقیقاً همانهایی هستند که توسط قوائد بازی تعیین میشود. یک توپ معمولی با جرم 0.45 کیلوگرم محیط 70 سانتیمتر و فشار 0.85 اتمسفر زمان جهشی برابر 8 میلی ثانیه دارد – این نتیجه توسط آزمایشهای انجام گرفته با دوربینهای بسیار سریع تایید شده است. جالب است اشاره شود که این زمان از فاصله زمانی 40 میلی ثانیه ای میان تصاویر متوالی تلویزیون کوتاه تر است و این به آن معناست که مغز ما به عنوان تماشاگر این فاصله زمانی را پر کرده و لذا اغلب متوجه جهش واقعی نمی شویم.

در محاسبات زمان و حرکت جهش از اتلاف (انرژی) بخاطر انعطاف پذیری سطح توپ چشمپوشی شده است. این تقریب بر مقیاس زمانی تاثیر قابل توجهی ندارد اما آشکارا موجب میشود که میزان انرژی جنبشی برآورد شده توپ بیشتر از حد واقعی گردد. این اثر را میتوان با نوشتن سرعت توپ پس از جهش ... ... بصورت ... ... ... ... که در آن ... ... سرعت اولیه توپ و ... ... ضریب اتلاف[7] است بیان نمود. این ضریب که برای یک برخورد کاملاً کشسان 1 است، وابسته به طبیعت سطح مورد نظر بوده و میتواند بین 0.8 برای سطح سخت و 0.6 برای چمن کوتاه تغییر کند.

اینکه چگونه توپ پس ازآنکه تحت زاویه ای به زمین می خورد از روی آن جهش میکند، بسیار پیچیده است. توپ ابتدا با سرعت افقی برخوردش روی زمین سر خورده و یک نیروی اصطکاک افقی تولید میکند. این نیرو دارای دو اثر است: موجب کاهش حرکت افقی گشته و یک گشتاور بر توپ اعمال میکند. وجود گشتاور به آن معناست که توپ ضمن آنکه در طول جهش کند میشود شروع به غلتیدن هم می کند. بسته به زاویه ای که توپ با آن به زمین برخورد میکند دو حالت ممکن است اتفاق افتد. توپی که با زاویه کمی نسبت به زمین به آن برخورد میکند میتواند حتی پس از تکمیل شدن جهش روی زمین بلغزد (شکل 1د). اما اگر توپ با زاویه تندی به زمین برخورد کند قسمت پایینی به حالت سکون در می آید و توپ درادامه زمان جهش روی زمین میغلتد (شکل 1ی(

اگر توپ چنین چرخش بالایی دارد که سطح تحتانی آن به سمت عقب حرکت کند، حقیقتاً میتواند در طول جهش شتاب بگیرد. هرچند این رخدادِ عادی نیست و بطور طبیعی توپ توسط جهش کند میشود. لذا شنیدن این نکته از مفسر تلویزیون که توپ ضمن جهش از روی زمین خیس چمن " سرعت بیشتری به خود گرفته" تعجب برانگیز است. فرض محتمل در چنین وضعیتهایی آنست که علیرغم عبارت "افزایش سرعت" توپ در طی جهش میلغزد و آنقدر که ما از تجربه انتظار داریم سرعتش کم نمیشود.

گل بحث برانگیز هورست برای انگلستان در جام جهانی 1966 شاید از مشهورترین جهشهای توپ در فوتبال ناشی شد (شکل 2). هر دو جهش – از روی تیرک عمودی و از روی زمین- را میتوان با استفاده از مفاهیمی که در بالا گفته شد توضیح داد، اگرچه تحلیل جهش از روی