دنیای نیوتن – بخش سوم

1
313

بیگ بنگ: پايه هاي علم فيزيك تنها رشته اي از كميت ها هستند. در بين اين كميات، طول ، جرم و زمان اصلي و بقيه مانند نيرو، سرعت،شتاب، انرژي، چگالي و … فرعي بوده و از كميات اصلي مشتق مي شوند. عدد تنها در فيزيك بي معناست. هر عددي بايد با ابعادي از سه كميت اصلي ياد شده مزين شود.

5استاندارد طول: اولين استاندارد بين المللي طول ميله اي از آلياژ پلاتين و ايريديوم بود به نام متر كه در اداره بين المللي اوزان و ابعاد واقع در پاريس نگهداري مي شد. هنگاميكه اين ميله به شكل مكانيكي معيني در دماي صفر درجه سانتي گراد قرار مي گرفت، فاصله بين دو خط ظريف كه بر روي دو بست طلايي در دو انتهاي اين ميله حك شده بود، به عنوان يك متر تعريف شد. از نظر تاريخي متر به عنوان يك ده ميليونيوم فاصله قطب شمال تا استوا در امتداد پاريس تعريف شده بود كه البته بعدها مشخص شد كمي با آن اختلاف دارد. نسخه هاي معتبري از اين متر ساخته شد و براي آزمايشگاه هاي تعيين استاندارد در سراسر جهان ارسال گرديد. در واقع تا همين اواخر، تمام ميله ها يا وسايل اندازه گيري طول، اعتبار قانوني خود را توسط يك رشته مقايسه هاي دقيق و پيچيده با ميكروسكوپ و ماشينهاي تقسيم از متر استاندارد به دست مي آورد.

با اين همه دقت هنوز نمي توان به متر استاندارد براي احتياجات فوق دقيق در علوم و فنون جديد اعتماد كرد! مقايسه و ساخت نسخه هاي دوم و سوم و … هميشه اندكي خطا باقي مي گذارد(چگونه؟). امروزه به لطف پيشنهاد بينه (Babinet) براي استفاده از طول موج نور به عنوان استاندارد طول، اين مشكل رفع شده است. تعبيه تداخل سنج ها يك وسيله نوري دقيق در اختيار دانشمندان قرار داد كه در آن به كمك موج نور مي توان طولها را با يكديگر مقايسه كرد. با اين روش مي توان به دقتي بيش از يك در ده به توان 9 دست يافت! در سال 1960 يك استاندارد اتمي براي متر اختيار شد. طول موج خط نارنجي – قرمز خاصي كه در تخليه الكتريكي كريپتون 86 در خلا منتشر مي شود، بدين منظور برگزيده شد. يك متر 1650763.73 برابر اين طول موج تعريف مي شود. چرا اين عنصر و ايزوتوپ 86 انتخاب شده است؟

استاندارد جرم: استاندارد جرم در دستگاه SI ، استوانه اي از همان آلياژ متر بوده و در همان اداره نيز نگهداري مي شود. طبق توافق هاي بين المللي، جرم يك كيلو گرم به آن نسبت داده شده و استانداردهاي دوم از طريق مقايسه با آن ساخته شده و براي ساير كشورها ارسال شده است. در مقياس اتمي، استاندارد ديگري براي جرم وجود دارد كه مربوط به جرم اتم كربن 12 است.

استاندارد زمان: اندازه گيري زمان دو جنبه كاربردي مهم دارد. يكي تشخيص ترتيب زماني رويدادها براي زندگي روزمره و برخي مقاصد علمي. ديگري كه مهمتر است، براي اندازه گيري طول زماني يك رخداد مي باشد. بنابراين استاندارد منتخب زمان بايد بتواند به اين دو پرسش به خوبي پاسخ دهد : چه زماني اتفاق افتاد؟ چقدر طول كشيد؟

هر شخص هوشمندي براي اندازه گيري زمان به سراغ پديده هاي تكرار شونده خواهد رفت. در اين حالت اندازه گيري زمان به معناي شمارش تعداد تكرارهاست. چه مثالهايي را مي توان براي اين منظور پيدا كرد؟ مثالهاي زيادي وجود دارد. از جزر و مد گرفته تا شب و روز و فصل ها و …، اما مثالهاي دقيق تر عبارتند از : يك آونگ در حال نوسان، دستگاهي متشكل از جرم و فنر يا يك بلور كوارتز. امروزه از ساعتهاي بلور كواتز به عنوان استانداردهاي دوم زمان به خوبي استفاده مي شود. اين ساعتها كه بر اساس ارتعاش متناوب بلور كوارتز با انرژي الكتريكي كار مي كند، زمان را با خطايي كه از 0.02 ثانيه در سال تجاوز نمي كند، نشان مي دهند. استاندارد دقيق تر زمان چيست؟ ساعتهاي اتمي كه بر اساس ارتعاش متناوب اتمها كار مي كنند.

با ساعتهاي اتمي مي توان پيش بيني اختلاف زماني نظريه نسبيت را در طبقات مختلف يك برج نشان داد. با اين ساعتها همچنين مي توان به تغييرات زماني چرخش زمين در يك دوره تقريبا سه ساله پي برد. مثلا در نيمكره شمالي، زمان چرخش زمين در تابستان زياد و در زمستان كم مي شود و هرساله به طور يكنواخت كاهش مي يابد. البته اين پرسش پديد مي آيد كه چگونه مطمئن باشيم كه اين تغييرات ناشي از چرخش زمين است، نه از خطاي ساعتهاي اتمي؟

6نكته مهم ديگري كه در نظريه نيوتن بايد مورد نظر قرار گيرد، جهت است. حواس ما جهات مختلف را تا حدودي تشخيص مي دهد. حتما مي دانيد كه كبوتران و برخي ديگر از جانوران قادرند با استفاده از ميدان مغناطيسي زمين، براي فواصل زياد نيز جهت شمال و جنوب را تشخيص دهند. برخي كميتها در نظريه نيوتن جهت دارند، مانند سرعت ، نيرو ، اندازه حركت و …اگر خوب فكر كنيد متوجه مي شويد كه مثلا جرم جهت ندارد، اما تعريف سرعت بدون جهت، مانند رانندگي در هر جهتي از خيابان است كه مي تواند به يك تصادف مهيب منجر شود! بنابراين حركت به سمت چپ با همان حركت، اما به سمت راست كاملا متفاوت است! براي مشخص نمودن كميتهاي جهت دار از بردار استفاده مي شود. يك كميت برداري علاوه بر اندازه عددي آن، داراي جهت نيز مي باشد. جمع جرم دو جسم يك كيلويي برابر با دو كيلوست.

يعني همان جمع اسكالر در رياضي. آيا جمع دو نيروي يك نيوتني هميشه برابر با دو نيوتن است؟ به هيچ وجه! جمع اين دو نيرو از 2 تا صفر مي تواند تغيير كند. اگر نيروها در خلاف جهت يكديگر عمل كنند، حاصل جمع آنها صفر است. به همين خاطر بهره وري شركت هاي توليدي اينقدر با يكديگر متفاوت است. در صنعتهاي ضعيف و بيمار يا نيرويي وجود ندارد و يا نيروها در خلاف جهت يكديگر عمل مي كنند! جمع و تفريق و ضرب و تقسيم بردارها، رياضي مخصوص به خود را دارد كه دانش آموزان با آن آشنا مي شوند. هنگاميكه اصطلاح جهت به ميان مي آيد، بايد بتوانيم در طبيعت فرق ميان خط مستقيم و منحني را تشخيص دهيم. برخلاف تصور ، اين كار واقعا مشكل است! در هر صورت در نظريه نيوتن فرض شده است كه نور در خلا خط مستقيمي را طي مي كند و از اين مرجع طبيعي مي توان استفاده كرد.

ادامه دارد »»»
نویسنده : احمد مصدر / سایت علمی بیگ بنگ
منابع :
• فیزیک پایه ، دیوید هالیدی و رابرت رزنیک، ترجمه مهدی گلشنی و ناصر مقبلی، مرکز نشر دانشگاهی
• فیزیک برای سرگرمی ، پرلمان یاکوف ، ترجمه احسان قوام زاده



ارسال یک پاسخ

لطفا دیدگاه خود را وارد کنید!
لطفا نام خود را در اینجا وارد کنید

این سایت از اکیسمت برای کاهش هرزنامه استفاده می کند. بیاموزید که چگونه اطلاعات دیدگاه های شما پردازش می‌شوند.

یک دیدگاه