تحقیق درباره؛ فیزیک و زندگی 4ص

لینک دانلود و خرید پایین توضیحات

فرمت فایل word  و قابل ویرایش و پرینت

تعداد صفحات: 4

فیزیک و زندگی

فیزیک از واژه یونانی physikos به معنی « طبیعی» و physis به معنی « طبیعت» گرفته شده است. پس فیزیک علم طبیعت است به عبارتی در عرصه علم پدیده های طبیعی را بررسی می کند.

علم فیزیک

علم فیزیک رفتار و اثر متقابل ماده و نیرو را مطالعه می کند.مفاهیم بنیادی پدیده های طبیعی تحت عنوان قوانین فیزیک مطرح می شوند.این قوانین به توسط علوم ریاضی فرمول بندی می شوند به طوریکه قوانین فیزیک و روابط ریاضی با هم در توافق بوده و مکمل هم هستند.و دو تایی قادرند کلیه پدیده های فیزیکی را توصیف نمایند.

تاریخچه علم فیزیک

- از روزگاران باستان مردم سعی می کردند رفتار ماده را بفهمند. و بدانند که:چرا مواد مختلف خواص متفاوت دارند؟ چرا برخی مواد سنگینترند؟ و... همچنین جهان ، تشکیل زمین و رفتار اجرام آسمانی مانند ماه و خورشید برای همه معما بود.

- قبل از ارسطو تحقیقاتی که مربوط به فیزیک می شد ، بیشتر در زمینه نجوم صورت می گرفت. علت آن در این بود که لااقل بعضی از مسائل نجوم معین و محدود بود و به آسانی امکان داشت که آنها را از مسائل فیزیک جدا کنند. در برابر سوالاتی که پیش می آمد گاه خرافاتی درست می کردند، گاه تئوریهایی پیشنهاد می شد که بیشتر آنها نادرست بود.

این تئوریها اغلب برگرفته ازعبارتهای فلسفی بودند و هرگز بوسیله تجربه و آزمایش تحقیق نمی شدند. و بعضی مواقع نیز جوابهایی داده می شد که لااقل بصورت اجمالی و با تقریب کافی بنظر می رسید.

- جهان به دو قسمت تقسیم می شد: جهان تحت فلک قمر و مابقی جهان.مسائل فیزیکی اغلب مربوط به جهان زیر ماه بود و مسائل نجومی مربوط به ماه و آن طرف ماه نیز« فیزیک ارسطو» یا بطور صحیحتر« فیزیک مشائی» بود که در چند کتاب مانند« فیزیک»،« آسمان»،« آثار جوی»،« مکانیک»،« کون و فساد» و حتی« مابعدالطبیعه» دیده می شد.

- تا اینکه در قرن 17 ، گالیله برای اولین باربه منظور قانونی کردن تئوریهای فیزیک ، از آزمایش استفاده کرد. او تئوریها را فرمولبندی کرد و چندین نتیجه از دینامیک و اینرسی را با موفقیت آزمایش کرد. پس از گالیله ، اسحاق نیوتن ، قوانین معروف خود «قوانین حرکت نیوتن) را ارائه کرد که به خوبی با تجربه سازگار بودند.

- بدین ترتیب فیزیک جایگاه علمی و عملی خود را یافت و روزبه روز پیشرفت کرد، مباحث آن گسترده تر شد، تا آنجا که قوانین آن از ریزترین ابعاد اتمی تا وسیعترین ابعاد نجومی را شامل می شود. اکنون فیزیک مانند زنجیری محکم با بقیه علوم مرتبط است و هنوز هم به سرعت در حال گسترش و پیشرفت می باشد.

نقش فیزیک در زندگی

- هر فرد بزرگ یا کوچک، درس خوانده یا بیسواد ، شاغل یا بیکار خواه ناخواه با فیزیک زندگی می کند. عمل دیدن و شنیدن ، عکس العمل در برابراتفاقات ، حفظ تعادل در راه رفتن و... نمونه هایی از امور عادی ولی در عین حال وابسته به فیزیک می باشند.

- پدیده های جالب طبیعی نظیر رنگین کمان ، سراب ، رعد و برق ، گرفتگی ماه و خورشید و... همه با فیزیک توجیه می شوند.

- برنامه های رادیو ، تلویزیون ، ماهواره ، اینترنت ، تلفن و... با کمک فیزیک مخابره می شوند.

- با این نمونه های ساده ، می توان تصور کرد که اگر فیزیک نبود و اگر روزی قوانین فیزیک بر جهان حاکم نباشند، زندگی و ارتباطات مردم شدیدا دچار مشکل می شود.

فیزیک و سایر علوم

- فیزیک، دینامیک و ساختار درونی اتم ها را توصیف می کند. و از آنجا که همه مواد شامل اتم هستند، پس هر علمی که در ارتباط با ماده باشد، با فیزیک نیز مرتبط خواهد بود. علومی نظیر: شیمی ، زیست شناسی ، زمین شناسی ، پزشکی ، دندانپزشکی ، داروسازی ، دامپزشکی ، فیزیولوژی ، رادیولوژی ، مهندسی مکانیک ، برق ، الکترونیک ، مهندسی معدن ، معماری ، کشاورزی و ... .

- فیزیک درصنعت ، معدن ، دریانوردی ، هوانوردی و... نیزکاربرد فراوان دارد. اینکه ابزار کار هر شغلی و هر علمی مبتنی براستفاده ازقوانین و مواد فیزیکی است، نقش اساسی فیزیک درسایر علوم و رشته ها را نمایان می کند. علاوه برآن استفاده روزافزون از اشعه لیزر در جراحی ها و دندانپزشکی، رادیوگرافی با اشعه ایکس در رادیولوژی ، جوشکاری صنعتی و... نمونه هایی از کاربردهای بیشمار فیزیک در علوم دیگرمی باشند.

فیزیک و آینده

با این روند رو به رشدی که علم فیزیک در کنار سایر علوم دارد، می توان امیدوار بود که در آینده به چراها و چگونگی های عالم طبیعت پاسخ داده شود و این دنیای فیزیک سکوی پرتاب به عالم متا فیزیک باشد.

در آینده شاید فیزیک بتواند ...

- رسیدن به سرعت نور و فراتر از آن را مقدور سازد.

- مثالهای عجیب نسبیت را عملی کند.

- معمای مثلث برمودا را حل کند.

- واقعیت یوفوها( بشقاب پرنده ها) را مشخص کند.

- به راز وجود یا عدم وجود هوش فرا زمینی واقف شود. و...

تحقیق درباره؛ فیزیک فضا و اتمسفر

لینک دانلود و خرید پایین توضیحات

فرمت فایل word  و قابل ویرایش و پرینت

تعداد صفحات: 9

فیزیک فضا و اتمسفر

فیزیک فضا (Spase Physics)

انسان کنجکاو همواره در جریان پیشرفت علوم مختلف از فضای بالای سر خود غافل نبوده ‌است. و تلاش فوق‌العاده زیادی را جهت گشودن اسرار آن انجام داده‌است. انواع ماهواره‌های فضایی ، سفینه‌های فضایی ، تلسکوپهای گوناگون از جمله ابزار و وسایلی هستند که در این راستا توسط انسان ایجاد شده‌اند.

فیزیک فضا یکی از این شاخه‌های علم فیزیک است که تا اندازه‌ای پاسخگوی هزاران سوال موجود در ذهن بشر در مورد فضا می‌باشد. بخشی از فیزیک فضا که در آن اجرام آسمانی مورد مطالعه قرار می‌گیرد، مکانیک سماوی است. در این بخش نیروهای موثر بر حرکت اجسامی نظیر سیارات ، ماهواره‌ها و پروپهای مصنوعی مورد مطالعه قرار می‌گیرد.

قوانین کپلر

در سال 1619 ، کپلر در مورد حرکت سیارات سه قانون اساسی خود را با استفاده از مشاهدات تیکو براهه بیان کرد. قوانین کپلر که پایه و اساس قوانین نیوتن و مکانیک کلاسیک برای حرکت سیارات است، عبارتند از :

- حرکت سیارات به ‌دور خورشید در یک مدار بیضوی انجام می‌گیرد که خورشید در یکی از کانونهای آن بیضی قرار دارد.

- مدار یک سیاره به ‌دور خورشید ، سطحی را تشکیل می‌دهد که این سطح جاروب شده توسط خط واصل بین سیاره و خورشید با زمان حرکت سیاره نسبت مستقیم دارد.

- نسبت بین مربع دوره تناوب گردش هر سیاره و مکعب نصف محور بزرگ مدار بیضوی ، در مورد هر سیاره منظومه شمسی عدد یکسانی است.

فیزیک اتمسفر

فیزیک فضا یک علم بسیار جدید است. با وجود این یک تکنولوژی مهم سبب حل بسیاری از ناشناخته‌های قبلی بوده ‌است. محیط ، فضایی از اندرکنش‌های زیادی مانند نیروی گرانشی ، ماگنتواستاتیک ، الکترواستاتیک ، الکترومغناطیس و ... ، نسبت به زمان تغییرات مهمی را نشان می‌دهد که طبیعت ترکیب و توزیع ماده ، دمای گاز بین ستاره‌ای را تغییر می‌دهد.

در فیزیک اتمسفر پارامترهای مهم معین در هر نقطه از اتمسفر مانند فشار ، چگالی ، دما ، میدان مغناطیسی زمین ، میدان الکتریکی ، تابش الکترومغناطیسی موجود در اتمسفر ، ذرات باردار و شهاب سنگها مورد مطالعه قرار می‌گیرند.

برهمکنش نور خورشید با اتمسفر

انرژی تابش خورشیدی در مسیر فاصله خورشید تا زمین در اثر برخورد با گازهای موجود در اتمسفر زمین در فرایندهای مختلفی شرکت می‌کند. در اثر این فرایندها قسمت اعظمی از تابش خورشیدی که برای انسان و موجودات زنده زیان ‌آور است، جذب می‌گردند. تعدادی از این پدیده‌های برهمکنشی عبارتنداز :

- جذب تابش در اتمسفر :

در اتمسفر زمین عناصری مانند اوزن ، اکسیژن ، ازت ، هلیوم ، گاز کربنیک ، هیدروژن و گازهای دیگر وجود دارد. همچنین می‌دانیم که امواج الکترومغناطیسی از ذراتی به‌ نام فوتون تشکیل شده‌اند. این فوتونها بعد از گسیل از خورشید توسط عناصر موجود در جو زمین تحت فرایندهای مختلف مانند پدیده فوتوالکتریک ، اثر کامپتون و ... جذب می‌شوند.

-پدیده یونش :

در اثر برهمکنش فوتون با گازهای موجود در جو زمین ، این گازها یونیزه می‌شوند. اتمهای یونیزه دوباره در اثر برخورد با الکترونهای موجود در اتمسفر در فرایند ترکیب مجدد شرکت می‌کنند. این فرایندها همچنین در جو زمین انجام می‌شوند. یکی از نتایج این فرایندها ایجاد پلاسما در اتمسفر می‌باشد.

تابش فیزیک امواج کوتاه خورشیدی

تحقیق درباره؛ فیزیک دان ایرانی و شگفت آفرینی تازه سیاه چاله ها

لینک دانلود و خرید پایین توضیحات

فرمت فایل word  و قابل ویرایش و پرینت

تعداد صفحات: 7

فیزیک دان ایرانی و شگفت آفرینی تازه سیاه چاله ها

یک فیزیک دان ایرانی مقیم دانشگاه میسوری در کلمبیا هنگام بررسی نتایج نظریه نسبیت اینشتین روی ذراتی زیر اتمی که با سرعت زیاد در حرکتند موفق به کشف اثر تازه و شناخته نشده ای از سیاه چاله ها شده است.

سیاه چاله ها که در زمره ی عجیب ترین اجرام کیهانی به شمار می آید باز هم شگفتی آفریده اند و اخترشناسان را حیرت زده کرده اند. به نوشته ی هفته نامه ی علمی نیوساینتیست بهرام مشحون و همکارش کارمن چیکانک در دانشگاه میسوری در بررسی های علمی خود به این نکته پی برده اند که سیاه چاله ها می توانند نیروهای جزر و مدی عجیبی تولید کنند که بر ذرات با سرعت زیاد تاثیری متفاوت از ذرات با سرعت کم باقی می گذارد. این اثر پیشبینی نشده به این معناست که سیاه چاله ای که در مرکز کهکشان خود ما قرار دارد می تواند منبع پرتوهای کیهانی بسیار پرقدرت و نادری باشد که اخترشناسان تاثیر مخرب آنها را در جو زمین مشاهده کرده اند اما تاکنون نتوانسته اند توضیحی برای منشا شان پیدا کنند.

نیروهای جزر و مدی بر اساس نظریه ی نیوتونی هنگامی ظاهر می شوند که تاثیر نیروی جاذبه به واسطه ازدیاد فاصله کم می شود به عنوان مثال 2 ذره که در فواصل متفاوتی نسبت به یک سیاه چاله قرار دارند تحت تاثیر 2 نیروی مختلف قرار می گیرند و یکی از آنها که نزدیک تر است شتاب بیشتری پیدا می کند. اما توضیحی که از طریق فیزیک نیوتونی به دست می آید برای شرایطی که در نزدیک سیاه چاله ها برقرار است کفایت نمی کند. اخترشناسان از مدت ها قبل به این نکته پی برده بودند که در پلاسما(ماده در دما و فشار زیاد) که اطراف سیاه چاله ها در گردش است ذرات بنیادی و زیر اتمی با سرعت بسیار زیاد فراوانند.

مشحون و همکارش در تلاش محاسبه این امر بودند که این ذرات در میدان جاذبه قدرتمند سیاه چاله ها چگونه رفتار می کنند. این 2 فیزیکدان دریافتند که تاثیر میدان جاذبه سیاه چاله ها روی ذراتی که با سرعت کم در این میدان حرکت می کنند دقیقا به همان نحو است که فیزیک نیوتن پیشبینی می کند اما در مورد ذراتی که با سرعت نزدیک به سرعت نور حرکت می کنند نتایج به دست آمده کاملا خلاف انتظار بود. ذراتی که با سرعتی بیش از 70درصد سرعت نور300هزار کیلومتر در ثانیه حرکت می کنند رفتارشان تابع جهت حرکتشان است.

ذرات پرسرعتی که در امتداد محور چرخش سیاه چاله ها حرکت می کنند از شتاب حرکتشان نسبت به ذرات کند کاسته می شود اما ذرات تند سرعتی که در جهت عمود بر این محور سیر می کنند شتابی بسیار زیاد و انرژی حیرت انگیز و عظیم کسب می کنند.

نتایج بدست آمده به وسیله مشحون و همکارش شماری از رصد ها و مشاهدات توضیح ناپذیری را که اخترشناسان در گذشته انجام داده بودند قابل فهم ساخته است. از جمله این امور افشانه های بسیار پر قدرت از جنس ذرات زیر اتمی است که از قطب های اجرام کیهانی موسوم به((مایکروکازارها)) به بیرون پرتاب می شوند. تلقی خترشناسان آن است که مایکروکازارها سیاه چاله ها را درون خود پنهان ساخته اند. آنچه که موجب حیرت اخنرشناسان بود آن است که این ذرات پر انرژی دارای شتاب کاهش یابنده هستند. علاوه بر این از تحقیقات مشحون و همکارش چنین بر می آید که رویداد های حیرت انگیز دیگری نیز در جهات دیگر و هنگام حرکت ذرات پر شتاب رخ می دهد که هنوز مشاهده نشده است. به اعتقاد مشحون نیروهای جزر و مدی کند کننده تنها در زاویه55 درجه از محور یک سیاه چاله ظهور می یابد و تنها در این زاویه است که ذرات زیر اتمی شتاب منفی پیدا می کنند و از سرعتشان کاسته می شود. در همه جهت و زوایای دیگر حول این محور این نوع ذرات شتاب مثبت بدست می آورند و براساس نظریه اینشتین سرعت این ذرات می تواند تا سرعت نور بالا برود. اگر نظریه مشحون و همکارش درست باشد سیاه چاله هایی که در کهکشان ما قرار دارند دائما ذرات پر شتاب و پر سرعتی عمدتا از جنس پروتون را به بیرون پرتاب می کنند که انرژی شان هنگامی که به زمین می رسند بیش از1020الکترون ولت است. به گفته مشحون می توان نظریه پیشنهادی او و همکارش را با مقایسه رابطه میان جهت ورود پرتوهای کیهانی مافوق پرقدرت به جو زمین و موقعیت مایکروکازار ها در کهکشان راه شیری را مورد آزمایش قرار داد.

چگاله های گرما

برای ساختن چگاله ی بوز-آینشتاین فیزیکدانان معمولا گاز های اتمی را در چند میلیاردم یک درجه ی کلوین سرد می کنند. به تازگی گزینه ی جدیدی مطرح شده که می توان این سیستم های کوانتمی درشت مقیاس را در دما های نسبتا بالا با استفاده از پولاریتون ها کاوید.

بر اساس مکانیک کوانتمی، طبیعت موجی یک شئ به آن اجازه می دهد تا از میان مانعی بگذرد که از نظر فیزیک کلاسیک مطلقا غیر قابل نفوذ است.

پس چرا نمی توانیم تونل زنی و دیگر پدیده های کوانتمی را در زندگی روزمره مان ببینیم؟

دلیل اینست که این پدیده ها تنها در مقیاس طول موج اتم هایی اتفاق می افتد که اشیا ریز- مقیاس را شکل می دهند، و این طول موج ها بسیار کوچکتر از آنند که اثرشان دیده شود. برابر فرمول (در این فرمول p اندازه ی حرکت است و برابر است با حاصل جرم در سرعت)، طول موج دوبروی یک اتم نوعی در دمای اتاق در حدود است.

برای مشاهده ی رفتار موجی یک ذره ما باید اندازه حرکت آن را کاهش دهیم. اگر اندازه حرکت گروهی از ذرات آنقدر پایین باشد که طول موج ذرات با فاصله بینشان برابر شود، تابع موج منحصر به فرد ذرات شروع به انطباق سازنده می کنند یا به عبارتی افزایش می یابند. وضعیت بسیار منظمی که حاصل می شود به نام چگالش بوز- آینشتاین شناخته می شود که در آن تمام ذرات همچون یک موج واحد رفتار می کنند. این پدیده تنها در میان ذراتی به نام بوزون ها که دارای اندازه حرکت زاویه ای و اسپین صحیح هستند شکل می گیرد.

از زمان ساخته شدن اولین چگاله ی بوز- آینشتاین (BEC) از اتم های گاز روبیدیم، 12 پیش، فیزیکدانان علاقمند بوده اند که به این اندازه حرکت بسیار کوچک از طریق سرد کردن ذرات (کم کردن سرعتشان) برسند. اما دمای مورد نیاز فوق العاده پایین است، در مجموع تنها چند میلیاردم درجه، که نیازمند تکنیک های بسیار پیشرفته سرمایش از جمله سرمایش لیزری می باشد. گزینه ی دیگر که هماکنون توسط لابراتوار های بسیاری در سرتاسر دنیا دنبال می شود، ساختن نوع خاصی از ذرات بسیار سبک به نام پولاریتون است. پولاریتون ها که بوزون هایی هستند متشکل از یک جفت حفره- الکترون و یک فوتون، میلیارد ها بار سبک تر از اتم های روبیدیم هستند، بنابراین باید قادر باشند BEC را در دما های بسیار بالاتر تشکیل دهند.

اولین نشانه ی چگاله ی پولاریتون سال گذشته زمانی که Jacek Kasprazk از دانشگاه ژوزف فوریه در فرانسه به همراه همکارانی در سویس و انگلستان، از لیزر برای افزایش پیوسته چگالی پولاریتون ها در یک ریز حفره ی نیمه رسانا که در دمای نسبتا گرم 19K قرار دارد استفاده کردند، بدست آمد. آنها دریافتند که بالای چگالی بحرانی پولاریتون ها شروع می کنند به نشان دادن رفتار همدوس یک BEC.

تحقیق درمورد: مکانیک در فیزیک

لینک دانلود و خرید پایین توضیحات

فرمت فایل word  و قابل ویرایش و پرینت

تعداد صفحات: 22

مکانیک در فیزیک

نگاه اجمالی:

مکانیک کلاسیک یکی از قدیمیترین و آشناترین شاخه‌های فیزیک است. این شاخه با اجسام در حال سکون و حرکت ، و شرایط سکون و حرکت آنها تحت تاثیر نیروهای داخلی و خارجی ، سرو‌ کار دارد. قوانین مکانیک به تمام گستره اجسام ، اعم از میکروسکوپی یا ماکروسکوپی، از قبیل الکترونها در اتمها و سیارات در فضا یا حتی به کهکشانها در بخش‌های دور دست جهان اعمال می‌شود.

. سینماتیک حرکت:

سینماتیک به توصیف هندسی محض حرکت ( یا مسیرهای) اجسام ، بدون توجه به نیروهایی که این حرکت را ایجاد کرده‌اند ، می‌پردازد. در این بررسی عاملین حرکت (نیروهای وارد بر جسم) مد نظر نیست و با مفاهیم مکان ، سرعت ، شتاب ، زمان و روابط بین آنها سروکار دارد. در این علم ابتدا اجسام را بصورت ذره نقطه‌ای بررسی نموده و سپس با مطالعه حرکت جسم صلب حرکت واقعی اجسام دنبال می‌شود.

حرکت اجسام به دو صورت مورد بررسی است:

سینماتیک انتقالی:

در این نوع حرکت پارامترهای سیستم به صورت خطی هستند و مختصات فضایی سیستم‌ها فقط انتقال می‌یابد. از اینرو حرکت انتقالی مجموعه مورد بررسی قرار می‌گیرد. کمیت مورد بحث در سینماتیک انتقالی شامل جابه‌جایی ، سرعت خطی ، شتاب خطی ، اندازه حرکت خطی و...می‌باشد.

سینماتیک دورانی

در این نوع حرکت برخلاف حرکت انتقالی پارامتر اصلی حرکت تغییر زاویه می‌باشد. به عبارتی از تغییر جهت حرکت ، سرعت و شتاب زاویه‌ای حاصل می‌شود. و مختصات فضایی سیستم ‌ها فقط دوران می‌یابند. جابه‌جایی زاویه‌ای ، سرعت زاویه‌ای ، شتاب زاویه‌ای و اندازه حرکت زاویه‌ای از جمله کمیات مورد بحث در این حرکت می‌باشند.

دینامیک حرکت :

دینامیک به نیروهایی که موجب تغییر حرکت یا خواص دیگر ، از قبیل شکل و اندازه اجسام می‌شوند می‌پردازد. این بخش ما را با مفاهیم نیرو و جرم و قوانین حاکم بر حرکت اجسام هدایت می‌کند. یک مورد خاص در دینامیک ایستاشناسی است که با اجسامی که تحت تاثیر نیروهای خارجی در حال سکون هستند سروکار دارد.

پایه گذاران مکانیک کلاسیک:

با این که شروع مکانیک از کمیت سرچشمه می‌گیرد ، در زمان ارسطو فرایند فکری مربوط به آن گسترش سریعی پیدا کرد. اما از قرن هفدهم به بعد بود که مکانیک توسط گالیله ، هویگنس و اسحاق نیوتن بدرستی پایه‌گذاری شد. آنها نشان دادند که اجسام طبق قواعدی حرکت می‌کنند ، و این قواعد به شکل قوانین حرکت بیان شدند. مکانیک کلاسیک یا نیوتنی عمدتا با مطالعه پیامدهای قوانین حرکت سروکار دارد.

قوانین سه گانه اسحاق نیوتن راه مستقیم و سادهای به موضوع مکانیک کلاسیک می‌گشاید.این قوانین عبارتند از:

قانون اول نیوتن:

هر جسمی به حالت سکون یا حرکت یکنواخت خود در روی یک خط مستقیم ادامه می‌دهد مگر اینکه یک نیروی خارجی خالص به آن داده شود و آن حالت را تغییر دهد.

قانون دوم نیوتن

آهنگ تغییر تکانه خطی یک جسم با برآیند نیروهای وارد بر آن متناسب بوده و در جهت آن قرار دارد.

قانون سوم نیوتن:

این قانون که به قانون عمل و عکس‌العمل معروف است ، اینگونه بیان می‌شود. هر عملی را عکس العملی است ، مساوی با آن و در خلاف جهت آن.

فرمولبندی لاگرانژی مکانیک کلاسیک:

در برسی حرکت اجسام به کمک قوانین نیوتون اجسام به صورت ذره‌ای در نظر گرفته می‌شود. بنابراین ، بررسی حرکات سیستم های چند ذره‌ای ، اجسام صلب ، دستگاه‌های با جرم متغیر ، حرکات جفت شده و ... به کمک قوانین اسحاق نیوتن به سختی صورت می‌گیرد. لاگرانژ و هامیلتون دو روش مستقلی را برای حل این مشکل پیشنهاد کردند. در این روشها برای هر سیستم یک لاگرانژین (هامیلتونین) تعریف کرده ، سپس به کمک معادلات اویلر-لاگرانژ (هامیلتون-ژاکوپی) حرکات محتمل سیستمها مورد بررسی قرار می‌گیرد. موارد شکست فرمولبندی اسحاق نیوتن :

تا آغاز قرن حاضر . قوانین اسحاق نیوتن بر تمام وضعیتهای شناخته شده کاملا قابل اعمال بودند. مشکل هنگامی بروز کرد که این فرمولبندی به چند وضعیت معین زیر اعمال شدند:

اجسام بسیار سریع

اجسامی که با سرعت نزدیک به سرعت نور حرکت می‌کنند.

اجسام با ابعاد میکروسکوپی مانند الکترونها در اتم‌ها.

شکست مکانیک کلاسیک در این وضعیتها ، نتیجه نارسایی مفاهیم کلاسیکی فضا و زمان است.

مکمل مکانیک کلاسیک:

مشکلات موجود در سر راه مکانیک کلاسیک منجر به پیدایش دو نظریه زیر شد:

فرمولبندی نظریه نسبیت خاص برای اجسام متحرک با سرعت زیاد

فرمولبندی مکانیک کوانتومی برای اجسام با ابعاد میکروسکوپی

مکانیک تحلیلی

نگرش کلی

مکانیک تحلیلی همانگونه که از نامش بر می‌آید ، شاخه‌ای از علم گسترده فیزیک است که به تجزیه و تحلیل حرکت سیستم‌های مختلف می‌پردازد‌. در مکانیک کلاسیک حرکت در حالت کلی مورد بحث قرار می‌گیرد. و کمتر به ریزه‌کاریهای موجود در حرکت پرداخت می‌شود. به عنوان حرکت یک دستگاه چند ذره‌ای به طور کامل جرمی می‌شود ، در صورتیکه در مکانیک کلاسیک بیشتر حرکت تک ذره و در نهایت سیستم دو یا سه ذره‌ای مورد بحث قرار می‌گیرد. مکانیک تحلیلی جهت آماده سازی برای کار پیشرفته در فیزیک جنبه اساسی دارد‌. یکی از اهداف مکانیک تحلیلی تحریک حس کنجکاوی در خواننده است به گونه‌ای که او را به فکر کردن درباره پدیده‌های فیزیکی در قالب عبارات ریاضی آماده می‌کند و زمینه‌ای برای درک عمیق اصول اساسی مکانیک ایجاد می‌کند. هدف فرا گرفتن مکانیک ، باید این باشد که شئی تقریبا به همان اندازه شهودی برای بیان ریاضی مسائل فیزیکی و همچنین برای تغییر فیزیکی جوابهای ریاضی در خواننده پدید آید.

سیر کلی مطالب در مکانیک تحلیلی

ابتدا مفاهیم اساسی مکانیک و قوانین مکانیک و ثقل به زبان ریاضی بیان می‌شوند. سپس مساله حرکت در فضای یک بعدی به طور کامل تشریح می‌گردد. و حرکت نوسانگر هماهنگ به عنوان مهمترین مثال حرکت تک بعدی بررسی می‌شود، که در این بررسی اعداد مختلف برای نمایش کمیت‌های نوسانی استفاده می‌شود. بنابراین یک توصیف اولیه‌ای از مکانیک به وجود می‌آید.

تحقیق درمورد: فیزیک پلاسما

لینک دانلود و خرید پایین توضیحات

فرمت فایل word  و قابل ویرایش و پرینت

تعداد صفحات: 19

فیزیک پلاسما از شاخه‌های فیزیک است که به بررسی یکی از اشکال وجود ماده یعنی پلاسما می‌پردازد.

از انجا که بخش بزرگی از جرم قابل مشاهدهٔ عالم، ستارگان با دماهای بسیار زیاد هستند، امکان وجود ماده به صورت‌های جامد و مایع در این اجرام منتفی است. از سوی دیگر گاز نیز، به دلیل این حرارت بسیار زیاد، تبدیل به یک توده یونیزه شده و به صورت مخلوطی از یون‌های مثبت(هسته اتم ها) یون‌های منفی (الکترون ها) و ذرات خنثی در می‌‌اید.

در این توده، به دلیل وجود نیروهای الکتریکی که بسیار قوی تر از نیروی گرانشی است ذرات بر روی هم تأثیر زیادی می‌‌گذارند. به طوری که حرکت بخشی از این توده، باعث تغییر در وضعیت حرکت و انرژیِ بخش‌های دیگر می‌‌شود که به این پدیده، اثر جمعی گفته شده، و هر گاه گاز به شدت یونیزه شده دارای این خاصیت باشد، پلاسما نامیده می‌‌شود و این بدین معنی است که بخش غالب ماده قابل مشاهده جهان، پلاسما است.

جالب این است که پلاسما ممکن است درعین حال دارای چندین دماباشد که این حالت باتوجه به اینکه میزان برخوردبین خود یونها یا خود الکترونها از میزان برخوردهای بین یک یون و یک الکترون بیشتراست می‌تواند پیش بیاید.

چند مورد از پلاسما که ما روزانه باآن سروکار داریم عبارت است از: جرقه رعدوبرق، تابش ملایم شفق قطبی، گازهادی داخل یک لامپ فلورسنت، چراغ نئون و یونش مختصری که در گازهای خروجی موشک دیده می‌‌شود.

پلاسما، امروزه نقش مهمی در توسعهٔ منابع انرژی، از راه همجوشی هسته‌ای یافته است.

پلاسما گاز شبه خنثایی از ذرات باردار و خنثی است که رفتار جمعی از خود ارائه می‌دهد. به عبارت دیگر می‌توان گفت که واژه پلاسما به گاز یونیده‌شده‌ای اطلاق می‌شود که همه یا بخش قابل توجهی از اتمهای آن یک یا چند الکترون از دست داده و به یونهای مثبت تبدیل شده باشند. یا به گاز به شدت یونیزه شده‌ای که تعداد الکترونهای آزاد آن تقریبا برابر با تعداد یونهای مثبت آن باشد، پلاسما گفته می‌شود.

پلاسمای طبیعی

عموما پلاسما را مجموعه‌ای از یونها ، الکترونها و اتمهای خنثی جدا از هم و تقریبا در حال تعادل مکانیکی ـ الکتریکی می‌گویند. حالتهای خاصی را در مقابل مغناطیس نشان می‌دهد. این رفتارها کاملا برعکس رفتار گازها در مقابل میدان مغناطیسی است. زیرا گازها به سبب خنثی بودنشان از لحاظ بار الکتریکی توانایی عکس ‌العمل در مقابل مغناطیس و میدان وابسته به آن را ندارند.

در کنار این رفتار پلاسما می‌تواند تحت تاثیر میدان مغناطیسی درونی که از حرکت یونهای داخلی به عمل می‌آید قرار گیرد. همچنین پلاسما بعلت رفتار جمعیتی که از خود نشان می‌دهد، گرایشی به متاثر شدن در اثر عوامل خارجی ندارد. و اغلب طوری رفتار می‌کند که گویی دارای رفتار مخصوص به خودش است. معیار دیگر برای پلاسما آن است که فراوانی بارهای مثبت و منفی باید چندان زیاد نباشد که هر گونه عدم توازن موضعی بین غلظت‌های این بارها غیر ممکن باشد.

مثلا بار مثبت به سرعت بارهای منفی را به سوی خود می‌کشد تا توازن بار از نوع برقرار سازد. بنابراین اگرچه پلاسما به مقدار زیادی بار آزاد دارد، ولی از لحاظ بار الکتریکی خنثی است. ماده در حالت پلاسما نسبت به حالتهای جامد ، مایع و گاز نظم کمتری دارد. با این حال خنثی بودن الکتریکی پلاسما بطور متوسط انرژی از نظم را نشان می‌دهد

چهارمین حالت ماده کدام است؟

اگر پلاسما تا دمای زیاد حرارت داده شود، نظم موجود در پلاسما از بین می‌رود و ماده به توده درهم و برهم و کاملا نامنظم ذرات منفرد تبدیل می‌شود. بنابراین پلاسما گاهی نظیر سیارات ، رفتاری جمعی و گاهی نظیر ذرات منفرد ، بصورت کاملا تکی عمل می‌کند. بدلیل همین رفتارهای عجیب و غریب است که غالبا پلاسما در کنار گازها و مایعات و جامدات ، چهارمین حالت ماده معرفی می‌شود. بنابراین با توجه به اینکه چگالی پلاسما قابل توجه می‌باشد. مدولانک در تک ذرات منفرد به مشکلات رفتار پلاسما افزوده می‌شود

ضرورت بررسی پلاسمای طبیعی

با وجود این پیچیدگی‌ها با عنایت به اینکه 99 درصد ماده موجود در طبیعت و جهان در حالت پلاسما است. علاقمندی ما به پلاسما جدا از بسیاری کاربردها نظیر تولید انرژی ، عدسی پلاسمایی برای کانونش انرژی و ... معتدل می‌باشد، چرا که از ترک زمین ، با انواع پلاسماها مانند «یونسفر ، کمربندها و بادهای خورشیدی) مواجه می‌شویم. بنابراین فیزیک پلاسما نیز در کنار سایر شاخه‌های علوم فیزیکی ، در شناخت محیط زندگی ما در قالب رشته ژئوفیزیک از یک اهمیت زیادی برخوردار است

انواع پلاسما

پلاسمای جو

نزدیکترین پلاسما به ما «کره زمین) ، یونوسفر

(Ionosphere)

می‌باشد که از صد و پنجاه کیلومتری سطح زمین شروع و به طرف بالا ادامه می‌یابد. لایه‌های بالاتر یونسفر ، فیزیک سیستمها به فرم پلاسما می باشند که توسط تابش موج کوتاه در حوزه وسیعی ، از طیف اشعه فرابنفش گرفته تا پرتوهای ایکس و همچنین بوسیله پرتوهای کیهانی و الکترونهایی که به گلنونسفر اصابت می‌کنند یونیزه می‌شوند

شفق قطبی

پدیده شفق نیز نوعی پلاسما است که تحت اثر یونیزاسیون ایجاد می‌شود. یونسفر پلاسمایی با جذب پرتوهای ایکس ، فرابنفش ، تابش خورشیدی ، انعکاس امواج کوتاه و رادیویی اهمیت اساسی در ارتباط رادیویی در سرتاسر جهان دارد. با همه این احوال نه تنها زمین بلکه زهر و مریخ نیز فضایی یونسفری دارند

ملاحظات نظری نشان می‌دهد که در سایر سیاره‌های منظومه شمسی نظیر مشتری ، زحل ، اورانوس ، نپتون نیز باید یونسفرهای قابل مشاهده وجود داشته باشد. فضای بین سیاره‌ای نیز از پلاسمای بین سیاره‌ای در حال انبساط پر شده که محتوای یک میدان مغناطیسی ضعیف (حدود -510 تسلا) است

هسته‌های ستارگان دنباله دار نیز به فضای بین پلاسمایی پرتاب می‌کند. از طرف دیگر ، خورشید منظومه شمسی مانند یک کره پلاسمایی است. درخشندگی شدید خورشید ، معمولا عین یک درخشندگی پلاسمایی می‌باشد. خورشید به سه قشر گازی فتوسفر ـ کروموسفر و کورونا (که کرونای آن بیش از یک میلیون درجه ، حرارت دارد) احاطه شده است و انتظار می‌رود که هزارها سال به درخشندگی خود ادامه بدهد

کاربرد پلاسمای یونسفر

یونوسفر زمین در ارتباطات رادیویی اهمیت زیادی دارد. توضیح این نکته لازم است که یونوسفر ، امواج رادیویی با فرکانسهای بیش از 30 مگاهرتز (بین امواج رادار و تلویزیون) را عبور می‌دهد. ولی امواج با فرکانسهای کمتر (کوتاه ، متوسط و بلند رادیویی) را منعکس می کند. همچنین شایان ذکر است که ضخامت یونسفر زمین که از چند لایه منعکس کننده تشکیل شده است با عواملی نظیر شب و روز آشفتگی پلاسمایی سطح خورشید در ارتباط نزدیک می‌باشد

مگنتوسفر و کمربندهای تشعشعی زمین

می‌دانیم زمین ما دارای میدان مغناطیسی است که می‌تواند بر یونها و به طور خلاصه پلاسمای فضای اطرافش اثر بگذراد. بر طبق نظرات دینامو ، میدان مغناطیسی زمین از القای مغناطیس حاصل از حرکات ذرات داخل پلاسمای فضا به درون زمین متاثر می‌شود. که دوباره نقش فیزیک پلاسما را در ژئوفیزیک یادآوری می‌کند. به هرحال بطور نظری باید میدان مغناطیسی به شکل متقارن باشد لیکن فشار باد خورشیدی ، میدان ژئومغناطیس زمین را به صورت ستارگان دنباله‌دار یا دکلی شکل در می‌آورد. که در اصطلاح به آن مگنتوسفر زمین گفته می‌شود. ساختمان این لایه پلاسمایی نیز خود از چند لایه تشکیل شده است.

ژئوفیزیکدانان با مطالعه اساسی این لایه‌ها ، حد بالای آن را که حدودا 10 برابر شعاع زمین و در جهت خورشید می‌باشد، مغناطیس سکون می‌نامند. خارج از مغناطیس سکون ، ناحیه متلاطمی است که «غلاف» مغناطیس نام دارد و آن باد خورشیدی در نتیجه فشار مگنتوسفر جهت و سرعت خود را تغییر می‌دهد. مگنتوسفر زمین ، کمربند ایمنی زمین در مقابل ذرات خطرناک کم انرژی و حتی متوسط انرژی می‌باشد. به این کمربند حافظ امنیت زمین در مقابل اشعه‌های خطرناک و ذرات ساتع از خورشید ، اصطلاحا کمربندهای وان آلن (به افتخار کاشف این کمربندها) گفته می‌شود

آینه‌های مغناطیسی

با توجه به تاثیرات میدان مغناطیسی زمین بر روی پلاسما ، ذراتی که در میدان مغناطیسی زمین (کمربند وان آلن) گیر می اندازد. به واسطه داشتن میدان مغناطیسی قوی و ضعیف و در قطبین زمین حرکتی انجام می‌دهند که به مثابه یک آینه طبیعی می‌باشد. بنابراین آینه مغناطیسی که قبلا برای اولین بار توسط انریکو فرمی به عنوان مکانیسمی برای شتابدار ساختن پرتوی کیهانی استفاده شده بود، در ژئوفیزیک نیز به کار رفت

بادهای خورشیدی

خورشید منظومه شمسی منبع نیرومندی از جریان مداوم پلاسما به صورت باد خورشیدی است. باد خورشیدی اصطلاحی برای ذرات تشعشع یافته نظیر بادهایی در حدود 100 هزار درجه کلوین است. باد خورشیدی پدیده پیچیده‌ای است که سرعت و چگالی آن متغیر می‌باشد. متغیر بودن پلاسمای بادی به