رشد فیزیک

فیزیک و آموزش فیزیک

بازی اینشتین !

 

Teddy character from Einstein Year game  

 

  بازی اینشتین !

 به مناسبت سال جهانی فیزیک

 

 

 

  
نویسنده : روح اله خلیلی بروجنی ; ساعت ۱٢:۱۸ ‎ق.ظ روز ۱۳۸۳/۱٠/٢٤
تگ ها :

گوش انسان

گوش انسان

 برای دیدن شبیه سازی گوش اینجا را کلیک کنید.

شاید تا کنون مطالب زیادی در ارتباط با گوش انسان خوانده باشیم ولی ممکن است کمتر بر روی مقدار پارمترهای فیزیکی آن تامل کرده باشیم. چندی قبل که در حال تهیه مطلبی برای موج های صوتی بودم فرصتی دست داد تا این مبحث را با نگاه عمیق تری مطالعه کنم. در این یادداشت کوتاه ، اما ، هدفم تاملی بیشتر بر روی مقدار برخی از پارمترهای فیزیکی گوش انسان است.   

در شرایط متعارفی ، بیشینه تغییر فشاری که گوش انسان می تواند تحمل کند ، ۲۸ پاسکال است ( همین جا کمی تامل کنید و مقدار این تغییر فشار را با فشار جو که به دو طرف پرده ی گوش وارد می شود مقایسه کنید ).

همچنین دامنه ی فشار ضعیف ترین موج صوتی ای که می تواند روی گوش انسان تاثیر بگذارد ، حدود ۲۸ میکرو   پاسکال است.محاسبه های نه چندان دشوار نشان می دهد بیشینه ی دامنه ی جابه جایی متناظر با یک موج صوتی با دامنه ی بیشینه ی فشار آن متناسب است و با حاصل ضرب عدد موج در چگالی هوا در سرعت صوت در هوا ، نسبت وارون دارد.

اگر در این رابطه ، چگالی هوا را 1/3 کیلو گرم بر متر مکعب و همچنین سرعت صوت در هوا را به ازای بسامد ۱۰۰۰ هرتز برابر ۳۴۳ متر بر ثانیه قرار دهیم  ، بیشینه ی دامنه ی جابه جایی برای بلندترین موج های صوتی که گوش قادر به تحمل آنهاست حدود ۱۰ میکرو متر و برای ضعیف ترین موج های صوتی که گوش قادر به احساس آنهاست حدود یک صدم نانومتر است .

این مقدار ، از شعاع اتم که حدود یک دهم نانومتر است ، ۱۰ مرتبه کوچک تر است ! و این یکی از شگفتی های گوش انسان است که می تواند با موج های صوتی ای که حتی بیشینه ی دامنه ی جابه جایی آنها ۱۰ مرتبه از شعاع اتم کوچک تر است ، متاثر شود.   

--------------------------------------------------------------------------------------------

 لینک های مستقیم

 سایت آونگ ( از فیزیک تا آموزش فیزیک)

 بسته های آموزشی فیزیک ( با برترین کیفیت و استاندارد جهانی آموزش فیزیک )

 بستۀ آموزشی فیزیک 1 و آزمایشگاه

 فیزیک دانشگاهی ( ویرایش 13 سال 2012)

 علوم نانو به همراه نرم افزار

 المپیاد فیزیک

 درک فیزیک

  

------------------------------------------------------------------------------------

  
نویسنده : روح اله خلیلی بروجنی ; ساعت ٧:۳۱ ‎ب.ظ روز ۱۳۸۳/۱٠/٢۱
تگ ها :

سال جهانی فیزیک

از امروز سال ۲۰۰۵ میلادی که آن را سال جهانی فیزیک نامیده اند، آغاز می شود. اعلام سال جهانی فیزیک نخستین بار در همایش جهانی فیزیکدانان در سال ۲۰۰۰ میلادی  و به پیشنهاد انجمن فیزیک اروپا ( EPS ) مطرح شد.این پیشنهاد پس از آن به تصویب مجمع جهانی فیزیک محض و کاربردی ( IUPAP ) رسید.

     مطرح شدن سال جهانی فیزیک به دنبال سال جهانی ریاضی در سال ۲۰۰۰ ، به انگیزه ی منتقل ساختن هیجان فیزیک به جامعه و توجه دادن مردم به تاثیری است که دستاوردهای این علم شگفت در متحول ساختن روش زندگی بر روی کره ی زمین و تغییر نگرش بشر به کل عالم داشته است . مناسبت این نام گذاری نیز ، گرامیداشت گذشت یک قرن از  ارائه ی سه مقاله ی بسیار مهم توسط اینشتین و همچنین گذشت ۵۰ سال از درگذشت اوست. در یکی از این مقاله ها اینشتین نظریه ی نسبیت خاص را معرفی نمود که دیگاه ما را نسبت به مفاهیم زمان و فضا دگرگون ساخت.  مقاله ی دیگر درباره ی اثر فوتوالکتریک بود که در آن به مباحثه ی درازمدت فیزیکدانان درباره ی سرشت دو گانه ی نور پایان داد. مقاله ی سوم درباره ی حرکت براونی بود که آن را با حرکت مولکول های شاره در غالب تز دکترای خود تبیین نمود.

به همین مناسبت برنامه های متنوعی چه در سطح جهانی و چه در سطح منطقه ای برگزار می شود . شروع این برنامه ها با کنفرانسی است که  در تاریخ ۲۴ تا ۲۶ دی ماه با حمایت یونسکو و با شعار فیزیک برای فردا در پاریس برگزار می شود. برای آگاهی بیشتر از برنامه های مربوط به این سال اینجا را کلیک کنید.  

 

  
نویسنده : روح اله خلیلی بروجنی ; ساعت ۳:٢٤ ‎ب.ظ روز ۱۳۸۳/۱٠/۱٢
تگ ها :

The Physics of Tsunami

    The Physics of Tsunami     

این روزها به واسطه ی زلزله ی ویرانگر و تاسف انگیز برخی از کشورهای جنوب شرق آسیا که تا لحظه ی تنظیم این یادداشت بیش از ۱۲۰ هزار نفر تلفات انسانی به همراه داشته است ، با واژه ی سونامی زیاد برخورد می کنیم و یا آن را می شنویم. در این یادداشت کوتاه سعی خواهم کرد با مروری اجمالی بر مفهوم فیزیکی این پدیده ، بیشتر با آن آشنا شویم.

از منظر واژه شناسی ، سونامیTsunami  واژه ای است ژاپنی که در زبان انگلیسی آن را harbor wave می نامند. در زبان فارسی معمولا از آن به عنوان موج های سهمگین دریایی و اقیانوسی یاد می کنند. این واژه از دو قسمت تشکیل شده است ؛ قسمت اول Tsu به معنی harbor یا لگنرگاه و قسمت دوم nami به معنی wave یا موج است. اما از منظر فیزیک ، که هدف این یادداشت است ، سونامی به قطار یا گروهی از موج ها گفته می شود که بر اثر حرکت ناگهانی حجم زیادی از آب در امتداد قائم به وجود می آید. این پدیده می تواند بر اثر زمین لرزه ، زمین لغزه ، فوران های شدید آتش فشانی ، انفجارهای سهمگین ، و یا حتی برخورد یک جرم آسمانی به زمین - همانند یک شهاب سنگ - بزرگ رخ دهد. در ادامه پدیده ی سونامی ،که به دلیل زلزله در لایه های زیرین بستر اقیانوس ها و یا دریاها رخ می دهد ، بررسی می شود.

موج های سونامی در اقیانوس ها و دریاها هیچ شباهتی با موج های دریا که منشا آنها باد  و یا موج های جزر و مدی که منشا آنها ماه است ، ندارند. همان طور که پیش از این اشاره شد این موج ها بر اثر به هم خوردن بسیار ناگهانی تعادل آب و حرکت آن در امتداد قائم به وجود می آیند. موج های دریایی و موج های جزر و مدی نسبتا آرام ودر سطح کم عمق آب به وجود می آیند و با دوره ی نه چندان طولانی  و طول موج نسبتا  بلند به وجود آمده و حرکت می کنند. برای مثال دوره ی آنها در حدود ۱۰ ثانیه و طول موج آنها در حدود ۱۵۰ متر است. در حالی که موج های سونامی می توانند طول موجی برابر ۱۰۰ کیلومتر و دوره ای از مرتبه ی یک ساعت داشته باشند. می دانیم که سرعت حرکت موج در دریاها با جذر حاصل ضرب شتاب گرانش در عمق آب (که موج در ان منتشر می شود ) متناسب است. برای مثال در اقیانوس هند که عمقی در حدود ۴ کیلومتر دارد سرعت موج های سونامی به ۲۰۰ متر بر ثانیه و یا حدود ۷۰۰ کیلومتر بر ساعت می رسند!  

اینجا را کلیک کنید تا شبیه سازی ( ۳/۲ مگا بایت )سونامی سال ۱۹۶۰ شیلی که بر اثر زمین لرزه ای با بزرگای ۵/۹ رخ داد را ببینید. همچنیناینجا را کلیک کنید تا شبیه سازی دیگری (۲ مگا بایت ) از سونامی سال ۱۹۹۳ هوکایدوی ژاپن را ببینید.

لینک های مرتبط : ۱ ، ۲ 

  
نویسنده : روح اله خلیلی بروجنی ; ساعت ۱:۳٧ ‎ق.ظ روز ۱۳۸۳/۱٠/۱۱
تگ ها :

ضبط صدای انسان

 

بیش از ۱۱۰ سال از زمانی می گذرد که برای نخستین بار صدای انسان توسط دستگاهی  شامل یک میله ی استیل (آهن به اضافه ی درصد خیلی  کمی کربن ) که پولسن Poulsen ابداع کرده بود ضبط و ذخیره شد. همچنین نزدیک به ۸۰ سال از اختراع اولین نمونه ی نوارهای  ضبط شنیداری ATR می کذرد. این نوارها با آغشته کردن یک نوار کاغذی مخصوص با یک مایع فری مغناطیس توسط یک شرکت آمریکایی ساخته شدند . اما ۲۰ سال پس از آن ، یعنی در سال ۱۹۴۷ میلادی با همکاری سه شرکت آمریکایی نوارهای اکسید آهن و در سال ۱۹۵۰ اولین نمونه ی نوارهای ضبط دیداری VTR ساخته شدند.  در اواخر دهه ی ۱۹۶۰ میلادی نوارهایی از جنس دی اکسید کروم و در اوایل دهه ی ۱۹۷۰ نیز نوارهایی از جنس اکسید آهن تعمیم یافته با کبالت ساخته شدند. در اوایل دهه ی ۱۹۸۰ میلادی نیز نوارهای متال از حنس ذرات بسیار ریز فلزی (پودر آهن) به بازار عرضه شدند. آنچه در این سال های متمادی عمده ی توجه دانشمندان را به خود جلب کرده بود ،افزایش کیفیت ذخیره اطلاعات در محیط های مغناطیسی بود ؛ به طوری که با کمترین نوفه Noise و واپیچش Distortion  اطلاعات ذخیره شده در این گونه محیط ها ؛ بازیابی شوند.  

با رونق علم فوتونیک در اوایل دهه ی ۱۹۸۰، اما ، رفته رفته سهم علم الکترونیک در فناوری و زندگی ما کاهش یافت. در این علم آنچه نقش اساسی را بر عهده دارد بر هم کنش نور (فوتون) و ماده است در حالی که در علم الکترونیک نقش اصلی بر عهده ی برهم کنش الکترون و ماده است. و حال آن که می دانیم فوتون از نظر بر هم کنش با ماده هزران برتری نسبت به برهم کنش الکترون با ماده دارد ؛ به طوری که هر روزه شاهد این برتری در عرصه ی فناوری های نوین هستیم. 

اولین نمونه های واقعی محیط های نوری ذخیره ی اطلاعات از اوایل دهه ی ۱۹۸۰ تولید شدند و تقریبا از اواسط همین دهه  به بعد CD های مخصوص ذخیره ی داده  Data در اختیار عموم قرار گرفت . حجم نمونه های این CD ها  که هم اکنون نیز به وفور استفاده می شوند درحدود 700MB  است.در فاصله ی کمتر از ۸ سال پس از تولید انبوه این CD ها نمونه ی دیگری از آنها با نام DVD در اختیار عمو م قرار گرفت که حجم ذخیره ی داده در آنها  هم اینک بیش از ۷ برابر CD ها ست(نگاهی به فناوری CD ها )   و در آستانه ی  سال ۲۰۰۵ خبری را خواندم مبنی بر این که نمونه ی آزمایشگاهی لوح های فشرده ای با نام  Blu-ray/ DVD combo توسط شرکت ویکتور وابسته به JVC  ساخته شده اند که قادر به ذخیره ی  33.5GB داده بر رروی سه لایه ی  موازی تعبیه شده بر روی لوح فشرده می باشد(شکل زیر ). آنچه در اینجا لازم است به آن توجه کنیم این است که در فاصله ای نزدیک به ۱۵ سال حجم ذخیره ی اطلاعات بر روی لوح های فشرده بیش از ۵۰ برابر شده است.

 

  
نویسنده : روح اله خلیلی بروجنی ; ساعت ۱:۳۳ ‎ق.ظ روز ۱۳۸۳/۱٠/۱٠
تگ ها :

مجله ی رشد آموزش فیریک69

                                      

مجله ی رشد آموزش فیریک شماره ی ۶۹ منتشر شد.در این شماره که با پیش گفتار سال ۲۰۰۵ ، سال جهانی فیزیک  آغاز می شود مقاله های متنوعی از قبیل سواد فیزیکی انرژی و محیط زیست  ؛ سرشت دوگانه ی نور ؛ فیزیک بستنی ؛ رایانه های کوانتومی ؛همجوشی با محصور سازی لخت ؛ شتاب بدون نیرو ؛ و ... آمده است. ترجمه ی المپیاد جهانی فیزیک ۲۰۰۴ به همراه پا

 

  
نویسنده : روح اله خلیلی بروجنی ; ساعت ۱٢:٢٧ ‎ق.ظ روز ۱۳۸۳/۱٠/۱٠
تگ ها :

ENTHALPY

 

        ENTHALPY  

این یادداشت پاسخ به پرسشی است که از من درباره ی مفهوم فیزیکی آنتالپی شده است . همه ی ما کم و بیش درکی شهودی از مفهموم های دما ، گرما ، فشار و حتی انرژی درونی داریم اما به نظر می رسد در خصوص مفهوم فیزیکی آنتالپی این گونه نباشد! برای نزدیک شدن به این درک ، از قانون اول ترمودینامیک شروع می کنم. همان طور که می دانیم این قانون  در واقع بیانی است از قانون پایستگی انرژی و با این توضیح اضافی که گرما نیز صورتی از انرژی است . این قانون را به طور کمی به صورت dQ=dU+dW بیان می کنند که در آن d معرف تفاضل یا اختلاف است. همچنین کمیت های W,U,Q به ترتیب گرما ، انرژی درونی و کار را نشان می دهند. هر گاه در فشار ثابت حجم دستگاهی به مقدار کوچکی تغییر کند ، دستگاه به اندازه ی dW=PdV روی محیط کار انجام می دهد و یا بر عکس از طرف محیط روی دستگاه کار انجام می شود. حال فرض کنید در یک فرایند هم فشار انرژی درونی و حجم دستگاهی تغییر کند. در این صورت به کمک قانون اول ترمودینامیک و رابطه ی کار در فرایند هم فشار به سادگی به رابطه ی     dQ=d(U+PV) می رسیم که کمیت داخل پرانتز یعنی U+PV را با H نشان می دهند و آن را آنتالپی می نامند. در این صورت داریم dQ=dH . بنابراین ، هرگاه  فرایندی هم فشار بر روی دستگاهی انجام شود گرمای داده شده یا گرفته شده از دستگاه با تغییر انتالپی آن برابر است. از همین رو آنتالپی را محتوای گرمایی دستگاه نیز می نامند! از آنجا که در شیمی و مهندسی بیشتر فرایندها در فشار ثابت انجام می شود مفهوم آنتالپی کاربرد زیادی دارد.

  
نویسنده : روح اله خلیلی بروجنی ; ساعت ٧:٤۸ ‎ب.ظ روز ۱۳۸۳/۱٠/۸
تگ ها :