محیط‌ زیست •○● تاپیک جامع هوا فضا ، نجوم و شتاره شناسی ●○•

[_sheida_]

تقويم‌ها

سال شمس : در زمان سلطان ملكشاه سلجوقي چهارصدوهفتادویک هجري به حكم او عمرخيام‌ منجم ايراني نوعي تقويم را اصلاح نموده است كه بنام تقويم جلالي معروف است در اين تقويم هر چهار سال، يكسال كبيسه تعيين مي‌شود. تا سال سي‌ودوم كه سیصدوشصت وپنج روزمحاسبه و سال سي‌وسوم كبيسه گرفته مي‌شود. بنابراين هر سي‌وسه سال اين دوره تجديد مي‌شود. سال شمسي دوازده قسمت تقسيم، و هر قسمت را يكماه شمسي مي‌گويند. در ايران ماه فروردين آغاز سال شمسي محسوب مي‌شود.

شش ماه اول سال سی ویک روز وپنج ماه بعدي سی روز و اسفندماه بیست و نه محسوب مي‌شود. و در سال كبيسه اسفند 30 روز حساب مي‌شود.
سال و ماه قمري : سال قمري عبارت است از 12 ماه قمري (هلالي) يعني مدتي كه ماه يك دوره هلاليخود به دور كره‌‌زمين را طي مي‌كند و اين مدت معادل با بیست ونه روز و دوازده ساعت وچهل و چهار دقیقه است بنابراين سال قمري برابر است با سیصدوپنجاه وچهار روزو هشت ساعت و چهل و هشت دقيقه كه با سال شمسي یازده روز اختلاف دارد. در تقويم قمري سال رسمي را سیصد و پنجاه و چهارروز به حساب مي‌آورند كه به ترتيب يك ماه راسی روزوماهبعدي را بیست و نه روزحساب مي‌كنند (از اول محرم)

مقدار اضافي كه هشت ساعت وچهل وهشت دقیقه است و هر سه سال يكروز مي‌شود به ماه ذي‌الحجه اضافه مي نمايند كه در حقيقت سال قمري سیصدو پنجاه وپنج روز خواهد شد و بنام كبيسه معروف است.

 

[_sheida_]

گرانش (Gravity)

از دیر باز دست کم از زمان یونانیان، همواره دو مسئله مورد توجه بود:

1. تمایل اجسام به سقوط به طرف زمین هنگام رها شدن.
   
   
2. حرکات سیارات ، از جمله خورشید و ماه که در آن زمان سیاره محسوب می‌شدند.
   
   
   

 

[_sheida_]

ابعاد جهان

تعداد آسمانها

از قرنهای چهارم تا ششم پیش از میلاد مسیح ، اخترشناسان یونانی پی بردند که باید بیشتر از یک سایبان (آسمان) وجود داشته باشد. چون اوضاع نسبی ستارگان ثابت ، که حول زمین حرکت می‌کنند، ظاهرا تغییری نمی‌کند، اما اوضاع نسبی خورشید ، ماه و پنج جسم درخشان ستاره مانند که امروزه سیارات عطارد ، زهره ، مریخ ، مشتری و زحل می‌گویند) تغییر می‌کنند.در قرآن مجید نیز ، جایی که صحبت از حقیقت آسمان می‌کند، لفظ آسمان های هفتگانه بکار بـرده می‌شود.

روشهای مختلف اندازه گیری فواصل کیهانی

هیپارکوس

آریستارکوس

در حدود صد و پنجاه سال پیش از میلاد ، هیپارکوس (Hipparchus) ، فاصله زمین تا ماه را بر حسب قطر زمین بدست آورد. وی روشی را بکار برد که یک قرن پیش از او ، بوسیله جسورتریناخترشناس یونانی آریستارکوس (Aristarchus) ، پیشنهاد شده بود. آریستاکوس متوجه شده بود که انحنای سایه زمین ، وقتی که از ماه می‌گذرد، باید ابعاد نسبی زمین تا ماه را نشان دهد. با پذیرش این نظر و به کمک روشهای هندسی می‌توان فاصله زمین تا ماه را بر حسب قطر زمین محاسبه کرد.

برای تعیین فاصله خورشید نیز ، آریستاکوس ، یک روش هندسی را بکار برد که از نظر تئوری درست بود. اما نیاز به اندازه گیری زاویه‌هایی چنانکوچک داشت که جز با استفاده از وسایل امروزی ممکن نبود. هر چند که ارقام وی درست نبود، اما او نتیجه گرفت که خورشید حداقل باید هفتبرابر بزرگتر از زمین باشد و لذا گردش خورشید به دور زمین که در آن زمان رایج بود،غیر منطقی دانست.

نیکولاس کوپرنیک

اختر شناسان بعدی حرکات اجرام آسمانی را بر مبنای این نظریه مورد مطالعه قرار دادند که زمین ساکن است و در مرکز عالم قرار دارد. نفوذ و سلطه این نظریه تا سال 1543 ، یعنی تا زمانی که کوپرنیک (Nicolaus Copernicus) کتاب خود را منتشر کرد و با پذیرش عقیده آریستاکوس ، زمین را برای همیشه از مرکز جهان بودن بیرون راند، حاکم بود.

• یکی دیگر از روشهایی که با آن می‌توان فاصله‌های کیهانی را محاسبه کرد، استفاده از روش پارالاکس (Parallax) است.
  

• روش دیگر استفاده از مثلثات است. بطلیموس با استفاده از مثلثات توانست فاصله راه را از روی پارالاکس آن تعیین کند و نتیجه‌اش با رقم پیشین ، که بوسیله هیپارکوس بدست آمده بود، تطبیق می‌کرد.
  
• البته امروزه روشهای مختلف دیگری که خیلی دقیقتر از روشهای فوق است، فاصله خورشید از زمین بطور متوسط تقریبا ، برابر 5‚149 میلیون کیلومتر است. این فاصله متوسط را واحد نجومی (با علامت اختصاریA.U) می‌نامند و فاصله‌های دیگر منظومه شمسی را با این واحد می‌سنجند.
  

سیر تحولی و رشد

با گسترش روز افزون علم و ساخت تلسکوپهای دقیق ، دانشمندان ، در اندازه گیری ابعاد جهان روز به روز به نتایج جدیدتری نائل می‌شدند. با ساخته شدن و گسترش این وسایل اندازه گیری ، دید بشر نسبت به جهان نیز تغییر یافت. به عنوان مثال با چشم غیر مسلح تقریبا می‌توانیم در حدود 6 هزار ستاره را ببینیم، اما اختراع تلسکوپ ناگهان آشکار کرد که این فقط جزیی از جهان است.

هر چند با بوجود آمدن وسایل دقیق اندازه گیری ، دانش نیز نسبت به جهان هستی ، گسترش پیدا می‌کرد، اما نظریه‌های مختلفی توسط دانشمندان ارائه می‌گردد. از جمله دانشمندانی که نسبت به ارایه این نظریه‌ها اقدام کردند می‌توان به ویلیام هرشل (Wiliam Herschel) ، اختر شناس آلمانی الاصل انگلیسی یا کوبوس کورنلیس کاپیتن (Jacobus cornelis kapteyn) ، اخترشناس هلندی ، شارل مسیر (Charles Messier) وهابل و … اشاره کرد.

شارل مسیر

ویلیام هرشل

کوبوس کورنلیس



پایان جهان کجاست؟

• سرانجام بعد از تحقیقات گسترده توسط پیچیده‌ترین تلسکوپها ، دانشمندان دریافتند که:
  
• غیر ازکهکشانما، کهکشانهای دیگری نیز وجود دارد.
  
• کهکشانهایی وجود دارند کهجرمآنها بیشتر از کهکشان ماست.
  
• بر اساس مقیاس جدید فاصله‌ها ، سن زمین حد اقل 5 میلیارد سال است و این حد باحدسیات زمین شناسان در مورد سن زمین مطابقت دارد.
  

همچنین تلسکوپهای جدید وجود خوشه‌های کهکشانی را نشان می‌دهد. کهکشان ما نیز ظاهرا جزیی از یک خوشه محلی است که شامل ابرهای ماژلان ، کهکشان امرأة المسلسله و سه‌ها ، کهکشان کوچک نزدیک آن و چند کهکشان کوچک دیگر هست که روی هم رفته نوزده عضو را تشکیل می‌دهند.

اگر کهکشانها خوشه ها را و خوشه‌ها نیز خوشه‌های بزرگتری را تشکیل می‌دهند، آیا می‌توان گفت که جهان و به تبع آن فضا ، تا بینهایت گسترده شده است؟ یا اینکه چرا برای جهان و چه برای فضا انتهایی وجود ندارد؟ در هر حال ، دانشمندان با وجود اینکه با تخمین می‌توانند تا فاصله 9 میلیارد سال نوری ، چیزهایی را تشخیص دهند، ولی هنوز هم نشانه‌ای از پایان جهان پیدا نکرده‌اند.

 

[_sheida_]

انبساط جهان

نگاه اجمالی

جهان بزرگترین معمای اخترشناسی است. آیا جهان آغاز و پایانی دارد؟ اگر چنین است کی و چگونه؟ انسان همواره در برابر جهان و تخمین اندازه و سن آن ناتوان بوده است. اخترشناسی نوین ، بر مبنای یافته‌ها و تئوریهای جدید در پی حل این معما است. برای یافتن پاسخ سوالهایی که به کل جهان مربوط می‌شود، باید به دور دستها نظر افکند. باید جهان را چنان تجسم کرد که کهکشانها و خوشه‌ کهکشانها ، اجرام بسیار کوچکی به نظر رسند. آنگاه همانند ماکتی که از یک کارخانه یا شهر بزرگ می‌سازند، ماکت جهان را می‌توان ساخت.

تاریخچه

هنگامی که از اوایل قرن بیستم تلسکوپهای پرتوان به مشاهده آسمانها پرداختند، یافته‌های جدید ، انسان را در تجسم جهان تواناتر ساخت. ادوین هابل کشف کرد که همه کهکشانها در حال گریز از همدیگر هستند و جهان منبسط می‌شود. از انبساط جهان شاید بتوان به گذشته آن نیز پی برد.

انفجار بزرگ

میلیاردها سال پیش همه کهکشانها به هم نزدیکتر بوده‌اند. زمانی همه آنها با هم تماس داشته و پیش از آن دیگر کهکشان جداگانه‌ای وجود نداشته است. اگر باز هم به عقب برگردیم، جهان به صورت توده‌ای از گاز با چگالی و دمای بسیار بسیار زیاد بوده است. این گوی آتشین منفجر شده و جهان کنونی ما را پدید آورده است. اخترشناسان این نقطه آغاز را انفجار بزرگ می‌نامند.

تاریخ انفجار بزرگ

اساسا تعیین تاریخ انفجار بزرگ ساده است. این کار را می‌توان با ردیابی حرکت کهکشانهای زمانهای قبل انجام داد. برای مثال خوشه کهکشانهای صورت فلکی گیسو را در نظر می‌گیریم که 350 میلیون سال نوری با ما فاصله دارد. مطالعه طیف آن نشان می‌دهد که این خوشه با سرعت 7000 کیلومتر در ثانیه از کهکشان ما دور می‌شود. به عبارت دیگر فاصله آن در هر 43 سال ، یک سال نوری افزایش می‌یابد.

محاسبه کهکشانهای گیسو

پانزده هزار میلیون سال پیش ، خوشه کهکشانهای گیسو درست در بالای سر ما قرار داشته است. با انجام چنین محاسبه‌ای برای تمام خوشه‌های دیگر نیز به این عدد می‌رسیم. خوشه‌هایی که در فاصله بیشتری قرار دارند، با سرعت بیشتری می‌گریزند. پس اگر خوشه گیسو در فاصله 350 میلیون سال نوری با سرعت 7000 کیلومتر در ثانیه دور می‌شود، می‌توان گفت که به ازای هر یک میلیون سال نوری ، سرعت گریز 20 کیلومتر در ثانیه افزایش می‌یابد. مثلا خوشه‌ای که 100 میلیون سال نوری با ما فاصله دارد، با سرعت 2000 کیلومتر در ثانیه دور می‌شود. البته این رابـ ـطه در فاصله‌های دور دست اندکی تغییر می‌کند. زیرا سرعت هیچ جسمی نمی‌تواند بیشتر از سرعت نور باشد

ثابت هابل

افزایش سرعت 20 کیلومتر در ثانیه به ازای هر یک میلیون سال نوری فاصله ، ثابت هابل نامیده می‌شود. اکنون تعیین دقیق ثابت هابل یکی از مهمترین وظیفه کیهان شناسان است. دانشمندان تلسکوپ بزرگی را طراحی کرده‌اند، که قرار است در سالهای آینده به فضا فرستاده شود.این تلسکوپ ، تلسکوپ هابل نامیده شده است که به مطالعه خوشه‌های کهکشانها خواهد پرداخت و طیف آنها را با دقت ثبت خواهد نمود. اخترشناسان امیدوارند که یافته‌های این تلسکوپ مقدار دقیق ثابت هابل را تعیین کند.

 

[_sheida_]

انرژی تاریک

مقدمه

حدود 200 میلیارد کهکشان که هر کدام دارای تقریبا 200 میلیارد ستاره است بوسیله تلسکوپها قابل تشخیص است. اما این تعداد فقط 4 درصد از محل گیتی را تشکیل می‌دهد. حدود 73 درصد از جهان از ماده دیگری ساخته شده است که «انرژی تاریک» (dark matter) نامیده می‌شود. هیچ کس نمی‌داند که ماهیت این ماده ناشناخته چیست، اما مقدار این نوع ماده از تمام اتمهای موجود در تمام ستارگان موجود در کل کهکشانهای قابل شناسایی گستره فضا بسیار بیشتر است.

به نظر می‌رسد این نیروی عجیب ، اجزای جهان را با سرعت فزاینده‌ای از یکدیگر دور می‌کند، در حالی که نیروی گرانش با این نیرو مقابله کرده و از سرعت این گسترش می‌کاهد. این اکتشافها بوسیله رصدخانه مداری که کاوشگر ناهمسانگرد ریز موج ویلکینسون (WMAP) نامیده می‌شود، انجام شده است. این کاوشگر افت و خیزهای ناچیز موجود در پرتوهای ریز موج پس زمینه کیهانی را اندازه می‌گیرد که در اثر پژواکهای میرای انفجار بزرگ بوجود آمده است ... .

انبساط جهان

این یافته‌ها به مشاجرات فراوانی که در مورد جهان ، عمر جهان ، سرعت انبساط آن و ترکیب آن جریان داشت پایان داد. با استفاده از نتایج دو تحقیق ذکر شده ، اخترشناسان امروز بر این باورند که سن جهان 13.7 میلیارد سال با تقریب چند صد هزار سال است. بر اساس اطلاعات موجود ، جهان با سرعت شگفت آور 71 کیلومتر در ثانیه در مگا پارسک در حال انبساط است. (پارسک یک واحد اخترشناسی است و تقریبا برابر 3.26 میلیون سال نوری است).

به نظر می‌رسد که چیزی در فضا نهفته است و همانند نوعی نیروی ضد گرانشی عمل می‌کند.‌ این نیرو باعث می‌شود که بجای آنکه جهان متراکم شود و اجزای آن به یکدیگر نزدیک شود، انبساط می‌یابد. از حدود بیست سال پیش حدس می‌زنند که در جهان ماده تاریک وجود دارد، چرا که در آن زمان دریافتند که جهان به گونه‌ای عمل می‌کند که انگار بسیار سنگینتر از چیزی است که واقعا به نظر می‌رسد.

دانشمندان برای توجیه پدیده مشاهده شده همه احتمالات ممکن را در نظر گرفتند از جمله وجود سیاهچاله‌ها ، کوتوله‌های قهوه‌ای و ذرات غیرقابل شناسایی که از نظر ماهیت با انواع معمولی اتمها تفاوت دارند. اما هیچ کدام از آنها نتوانست جرم بسیار زیاد مشاهده شده را توجیه کند.

آغاز داستان انرژی تاریک

داستان انرژی تاریک از سال 1998 آغاز شد. در آن زمان دانشمندان دریافتند که بسیاری از کهکشانهای دور دست با سرعتی بسیار بیشتر از آنچه که محاسبات موجود پیش بینی کرده‌اند، از یکدیگر دور می‌شوند. تحقیقاتی که روی انواع ویژه‌ای از ابر نواخترها (Supernova) انجام شد، بیانگر آن بود که محاسبات انجام شده اشتباهی نداشت، به عبارت دیگر محاسبات دقیقا نشان دهنده آن بود که سرعت انبساط جهان لحظه به لحظه در حال افزایش است و از سرعت این انبساط کاسته نمی‌شود.

به نظر می‌رسد کشف بعضی از انواع نیروهای غیرمنتظره غیرقابل شناسایی که باعث می‌شوند ساختار فضا بطور مرتب از یکدیگر فاصله گرفته و از هم دور شوند، موءید مشاهدات هالدین (JBS Haldane) دانشمند انگلیسی است که سالها پیش صورت گرفته است. وی می‌گوید: «جهان عجیبتر از چیزی است که فکر می‌کنیم، جهان حتی عجیبتر از چیزی است که بتوان فکرش را کرد.»

یک بار دیگر پرسشهای اساسی بسیاری در مورد ماهیت جهان مطرح شده است: ماهیت فضا ، زمان ، انرژی و ماده چیست؟ اکنون یک بار دیگر زمان آن فرا رسیده است که نظریه پردازان تفسیری بر این مشاهدات ارائه دهند و در مرحله بعد آزمایشاتی را طراحی کنند که موید نظریه‌های آنان باشد.

بنابراین دانشمندان یکبار دیگر توجه خود را معطوف همان پدیده‌ای کرده‌اند که برای اولین بار شاهدی بر انفجار بزرگ (Big Bang) محسوب می‌شد، یعنی تابش پس زمینه ریز موج کیهانی. این تابشها اولین پرتوهای پس از تولد جهان محسوب می‌شوند. دانشمندان در صددند با انجام آزمایشهای متعددی در چند رشته مختلف از جمله آزمایشهای صورت گرفته در جنوبگان و استفاده از بالونهای در ارتفاعهای بسیار بالا تصویر دقیقتری از کیهان بدست آورند. به نظر می رسد جهان باید شامل چیز دیگری به غیر از این اتمهای معمولی باشد و به همین نام ماده تاریک برای آنان انتخاب شد. ماده تاریک بطور یکنواخت در تمام جهان پراکنده شده و در فضاهای خالی مخفی شده است. ماهیت ماده تاریک هنوز بصورت یک راز است.

 

[_sheida_]

سرعت نور

مقدار سرعت نور:

نور بیشترین سرعت خود رادر خلا دارد که حدودا300000 کیلومتر بر ثانیه می باشد مقدار سرعت نور در محیط مادی غیر خلا کمتر ازمقدارش در خلا است.
با حل معادلات ماکسول و رسیدن به معادله بنیادی موج مقدار سرعت نور بر حسب گذردهی الکتریکی خلا وتراوایی مغناطیسی خلا بر طبق زابطه سرعت امواج الکترومغناطیسی ماکسول داده می شود.

معادلات ماکسول

James Clerk Maxwell

اندازه گیری سرعت نور:

یکی از دقیقترین اندازه گیری های الکتریکی کمیت گذردهی الکتریکی در تراوایی مغناطیسی است که در مؤسسه ملی استاندارد ها در آمریکاه بوسیله رزا (Roza) و درسی(Dorsey) انجام شد.

نحوه اندازه گیری سرعت نور توسط رزا(Roza):

ایشان ظرفیت خازنی را که ابعاد فیزیکی آن دقیقا معلوم بود را از طریق محاسبه یافت. این ظرفیت در یکای الکتریسیته بدست آمد سپس با استفاده از پل و تستون ، ظرفیت همان خازن را در یکای الکترو مغناطیس یافت نسبت این دو مقدارظرفیت در یکای SI بصورت حاصلضرب گذردهی الکتریکی در تراوایی مغناطیسی داده شد نتیجه این اندازه گیری بسیار دقیق بود.

تاریخ اولین اندازه گیری سرعت نور:

رومر(Romer) اولین کسی بود که در سال 1676 با مطالعه گرفتگی ماه های بر جیس سرعت نور را اندازه گرفت پژوهشگران متعددی بطور مستقیم
سرعت انتشار نور را اندازه گرفته اند.نتایج این اندازه گیری ها با دخالت خطای آزمایش جواب واحدی را دنبال می کنند .

اینکه نور یک نوع آشفتگی الکترو مغناطیسی است غیر قابل انکاراست دقیق ترین اندازه گیری سرعت نور که آنرا با حرف اختصاری C در خلا نشان می دهند با استفاده از لیزر (Laser)بوده که در سال 1972 بوسیله اوانسون(Evanson) و همکارن او در مؤسسه ملی استاندارد انجام شده و نتیجه آن چنین است: (29979245692 متر بر ثانیه)

بحث کلی بسیار خوبی در مقاله "سرعت نور" نوشته بر گسترند در دایره المعارف فیزیک موجوداست.

جهت دستیابی به اطلاعات بیشتر به مرجع زیر رجوع شود:


اندازه گیری سرعت نور به روش های مختلف در زمانهای متفاوت در جدول زیر آمده است.




تاریخ--------آزمایش کننده----------روش -----------نتیجه(km/s)


1849----- فیزو (Fizeau)----چرخ دندانه دار------- (5000) 31300


1880----مایکلسون (Micelson)-----آینه چرخان-----(200) 299910


1923----مرسیه(Mercier) -----موج رادیویی---------(30) 299782


1952--فروم (Froom) ---تداخل سنج میکروموجی--(0.7) 29979.6


1907--رزا و درسی (.R.& D)--نسبت یکاهای الکتریکی--(10) 299784


(اعداد داخل پرانتز در نتیجه ، میزان خطای اندازه گیری را نشان می دهد.)

فاصله در فضا

واحدهای اندازه گیری مانند کیلومتر و مایل برای محاسبه فواصل زیادی که در فضا وجود دارند ، کافی نیستند . ستاره شناسان فواصل بین ستارگان و کهکشانها را با سال نوری یا پارسک (یک پارسک = 26/3 سال نوری) محاسبه میکنند.

نزدیکترین ستاره به خورشید حدود 4 سال نوری با آن فاصله دارد. برای محاسبه فاصله ها در منظومه شمسی ، ستاره شناسان از واحد نجومی (AU) استفاده می کنند . یک واحد نجومی برابر است با فاصله متوسط زمین از خورشید – 150 میلیون کیلومتر (حدود 93 میلیون مایل).

تغییر اختلاف منظر
تغییر اختلاف منظر برای محاسبه فاصله ستارگانی که تا 1600 سال نوری با ما فاصله دارند بکار میرود . ستاره شناسان یک ستاره را در دو موقعیت با فاصله 6 ماه رصد می کنند . طی این مدت زمین از یک نقطه مدار به نقطه مدار به نقطه مقابل آن می رود ، و به نظر می رسد که ستاره رصد شده نسبت به زمین ستارگان دورتر از خودش تغییر مکان داده است . با محاسبه زاویه تغییر (اختلاف منظر سالانه) می توان فاصله آن ستاره تا زمین را محاسبه نمود.

 

[_sheida_]

سرعت نور در محیط مادی

سرعت نور در محیط های غیر خلا

ماهیت و معادلات حرکتی نور:

در هر محیط مادی سرعت نور و و طول موج آن مقدارشان از مقدار خلا کمتر است کمیتی که در هر محیطی ثابت می ماند فرکانس نور هست. فرکانس نور با طول موجش نسبت عکس دارد.(V=F L) که در آن F معرف فرکانس وL معرف طول موج و V معرف سرعت نور در محیط مادی می باشد.
در اپتیک خاص محیط در یک طول امواج را می توان توسط یک پارامتر یعنی نسبت سرعت نور در خلا به سرعت نور در محیط توصیف نماییم. این پارامتر ضریب شکست نام دارد.(n=c/v) بنابر این در یک محیط مادی داریم : (V=F L
که در این رابـ ـطه (n) این ضریب شکست تنها کمیتی است که برای محاسبه رفتار نور در محیط مورد نیاز هست.از آنجایی که سرعت نور در محیط های مختلف متفاوت است ،تعیین مسیر پیشروی نور که از میان محیط های مختلف طی مسیر می کند مشکل می باشد.

کمیات نوری د رمحیط و خلا:

سرعت نور د رخلا ، فرکانس نور ، طول موج نور د رخلا ، ضریب شکست نور ، سرعت نور در محیط، طول موج نور در محیط و...

فرض کنید که (x) فاصله ای باشد که موج نوری در مدت زمان (t) در خلا طی می کند (x=c t) در همان فاصله زمانی (t) موج فاصله کوتاهتر( x1) را در محیطی با ضریب شکست (n1)طی خواهد کرد .برای سایر محیط ها با ضرایب شکست n3،n2 و... فاصله پیموده شده برابراست با: x3،x2و... اگر تمام این معادلات در ضرایب شکست مربوطه ضرب شوند در این صورت همه کمیاب برابر مسافت طی شده در خلا خواهد بود.
x0=n1 x1=...= c t
بنابراین مسافت های معادل با مسافت در خلا وجود دارند که طول راه نوری نامیده می شوند. با این کمیت می توان مسافت های را که نور در محیط های مختلف طی می کند با هم مقایسه کرد.

محاسبه سرعت نور د رمحیط بوسیله روابط ماکسول:

معادلات ماکسول نیز سرعت نور در محیط را بطور دقیق معرفی می کند برای این منظورمعادلات ماکسول را فقط لیست می کنیم:

• قانون گوس در الکتریسیته
  
• قانون گوس در مغناطیس
  
• قانون القای فاراده
  
• قانون تعمیم یافته آمپر
  

معادلات(1)و(2) در محیط مادی دست نخورده باقی می مانند اما در معادلات (3)و(4) فقط ثابت ها ی خلا جای خود را به گذردهی الکتریکی محیط و تراوایی مغناطیسی محیط می دهنددر نتیجه سرعت انتشار اموج الکترو مغناطیسی (نوری) در محیط ها (V) بدست می آید. با به کار بردن کمیت بدون بعد نسبت تراوایی مغناطیسی محیط به خلا به نام تراوایی نسبی و نسبت گذردهی الکتریکی محیط به خلا به نام گذر دهی نسبی یا ضریب دی الکتریک می توانیم سرعت نور در محیط را بر حسب کمیات الکترومغناطیسی محیط بنویسیم.
در داخل محیط های جاذب نور ضریب شکست و به تبع آن سرعت نور دیگر ثابت نمی ماند و فرکانس نور نیز در چنین محیط هایی تغییر می کند برای بررسی محیط های این چنینی ضریب جذبى را نیز به عنوان ثابت دیگری تعریف می کنیم.

 

[_sheida_]

سرعت نور در محیط مادی

سرعت نور در محیط های غیر خلا

ماهیت و معادلات حرکتی نور:

در هر محیط مادی سرعت نور و و طول موج آن مقدارشان از مقدار خلا کمتر است کمیتی که در هر محیطی ثابت می ماند فرکانس نور هست. فرکانس نور با طول موجش نسبت عکس دارد.(V=F L) که در آن F معرف فرکانس وL معرف طول موج و V معرف سرعت نور در محیط مادی می باشد.
در اپتیک خاص محیط در یک طول امواج را می توان توسط یک پارامتر یعنی نسبت سرعت نور در خلا به سرعت نور در محیط توصیف نماییم. این پارامتر ضریب شکست نام دارد.(n=c/v) بنابر این در یک محیط مادی داریم : (V=F L
که در این رابـ ـطه (n) این ضریب شکست تنها کمیتی است که برای محاسبه رفتار نور در محیط مورد نیاز هست.از آنجایی که سرعت نور در محیط های مختلف متفاوت است ،تعیین مسیر پیشروی نور که از میان محیط های مختلف طی مسیر می کند مشکل می باشد.

کمیات نوری د رمحیط و خلا:

سرعت نور د رخلا ، فرکانس نور ، طول موج نور د رخلا ، ضریب شکست نور ، سرعت نور در محیط، طول موج نور در محیط و...

فرض کنید که (x) فاصله ای باشد که موج نوری در مدت زمان (t) در خلا طی می کند (x=c t) در همان فاصله زمانی (t) موج فاصله کوتاهتر( x1) را در محیطی با ضریب شکست (n1)طی خواهد کرد .برای سایر محیط ها با ضرایب شکست n3،n2 و... فاصله پیموده شده برابراست با: x3،x2و... اگر تمام این معادلات در ضرایب شکست مربوطه ضرب شوند در این صورت همه کمیاب برابر مسافت طی شده در خلا خواهد بود.
x0=n1 x1=...= c t
بنابراین مسافت های معادل با مسافت در خلا وجود دارند که طول راه نوری نامیده می شوند. با این کمیت می توان مسافت های را که نور در محیط های مختلف طی می کند با هم مقایسه کرد.

محاسبه سرعت نور د رمحیط بوسیله روابط ماکسول:

معادلات ماکسول نیز سرعت نور در محیط را بطور دقیق معرفی می کند برای این منظورمعادلات ماکسول را فقط لیست می کنیم:

• قانون گوس در الکتریسیته
  
• قانون گوس در مغناطیس
  
• قانون القای فاراده
  
• قانون تعمیم یافته آمپر
  

معادلات(1)و(2) در محیط مادی دست نخورده باقی می مانند اما در معادلات (3)و(4) فقط ثابت ها ی خلا جای خود را به گذردهی الکتریکی محیط و تراوایی مغناطیسی محیط می دهنددر نتیجه سرعت انتشار اموج الکترو مغناطیسی (نوری) در محیط ها (V) بدست می آید. با به کار بردن کمیت بدون بعد نسبت تراوایی مغناطیسی محیط به خلا به نام تراوایی نسبی و نسبت گذردهی الکتریکی محیط به خلا به نام گذر دهی نسبی یا ضریب دی الکتریک می توانیم سرعت نور در محیط را بر حسب کمیات الکترومغناطیسی محیط بنویسیم.
در داخل محیط های جاذب نور ضریب شکست و به تبع آن سرعت نور دیگر ثابت نمی ماند و فرکانس نور نیز در چنین محیط هایی تغییر می کند برای بررسی محیط های این چنینی ضریب جذبى را نیز به عنوان ثابت دیگری تعریف می کنیم.

 

[_sheida_]

آذرخش


دید کلی:

پدیده زیبا ولی خطرناک آذرخش یا برق ، تخلیه الکتریکی در جو زمین است.
همه شما تا به حال غرش آسمان "رعد و برق" و نیز تلاطم ابرهاو ایجاد نورهای درخشان لحظه ای در آسمان را دیده اید.
و سوالات زیادی که...

• این صدا چه بود؟
  
  
• این نور چگونه تولید می شود؟
  
  
• چگونه از نور آذرخش استفاده کنیم؟
  
  
• برق آسمان چه فواید و مضراتی دارد؟ و هزاران سوال از این قبیل ...
  

تاریخچه:

تشابه بین آذرخش و جرقه الکتریکی در همان اوایل قرن هجدهم مورد توجه قرار گرفت. تصور می شد که ابرهای طوفانی بار الکتریکی زیادی حمل می کنند، و آذرخش جرقه غول آسایی است که فقط ازنظر اندازه با جرقه بین الکترودهای ماشین ویمچورست متفاوت است.

این مطلب را مثلاً لومونوسوف (M.V.Lomonosov) فیزیکدان و شیمی دان روسی که الکتریسته جو را همراه با مسائل علمی دیگر مطالعه کرد، خاطر نشان نمود. این مطلب با آزمایش هایی که لومونوسوف در سال های 1752 و 1753 و فرانکلین (B.Franklin) پژوهشگر آمریکایی به طور مستقل انجام دادند، تایید شده است.

ماشین تندر لومونوسوف:

لومونوسوف یک ماشین تندر ساخت. خازنی که در آزمایشگاه او نصب شده بود و با سیمی که انتهایش از اتاق خارج و بر تیرک بلند بالابرده شده بود، با الکتریسته جو باردار می شد. در مدت طوفان های تندری ، با لمس کردن خازن می شد جرقه را از آن خارج کرد.

آزمایش فرانکلین:

فرانکلین در مواقع طوفان تندری بادبادکی را با یک میله آهنی به هوا فرستاد. انتهای پایین ریسمانی که به بادبادک متصل بود به کلید دری بسته می شد. وقتی که ریسمان مرطوب و به رسانای الکتریکی تبدیل می شد، فرانکلین می توانست جرقه ها را از کلید بگیرد، بطری لید را پرکند. و سایر آزمایش هایی را که معمولاً با ماشین ویمچورست صورت می پذیرفت، انجام دهد.

باید خاطرنشان کرد که چنین آزمایشاتی بسیار خطرناکند زیرا آذرخش ممکن است به بادبادک بخورد و آن وقت بار زیادی از بدن آزمایشگر به زمین برسد (برق گرفتگی شدید). در تاریخ فیزیک چنین موارد دردناکی وجود دارند. مثلاً در سال 1753ریچمن (G.Richman) که با لومونوسوف کار می کرد در سن پترزبورک توسط آذرخش کشته شد.

البته با این آزمایشات نشان دادند که ابرهای طوفانی واقعا بار الکتریکی دارند.

چگونگی شکل گیری آذرخش:

قسمت های مختلف ابر بارهایی با علامت های مختلف حمل می کنند. در بیشترین موارد پایین ابر (که به زمین است) دارای بار منفی است. در حالیکه قسمت بالا به طور مثبت باردار است. بنابراین اگر دو ابر چنان بهم نزدیک شوند که قسمت هایی که بار غیر همنام دارند، به طرف یکدیگر باشند، ممکن است بین آنها جرقه آسمانی(آذرخش) بوجود آید.

همچنین تخلیه آذرخش ممکن است به طریقه دیگری نیز صورت گیرد ابر طوفانی با حرکت در بالای زمین بار زیادی بر سطح زمین القا می کند و ابر سطح زمین بصورت صفحات خازنی بزرگی در می آیند. اختلاف پتاسیل الکتریکی بین ابر و زمین به مقادیر عظیم صدها میلیون ولت می رسد و میدان الکتریکی شدیدی در هوا به وجود می آید. اگر شدت این میدان به قدر کافی زیاد باشد، ممکن است جرقه زنی روی دهد یعنی آذرخش به زمین بربخورد. گاهی آذرخش ها به زمین می خورند یا باعث آتش سوزی می شوند.

پارامتر های مشخص کننده آذرخش :

بنا بر مشاهدات دراز مدت تخلیه جرقه ای آذرخش با عوامل زیر مشخص می شود.

• ولتاژ بین ابر و زمین که حدوداًُ 108 ولت است.
  
  
• جریان در آذرخش که حدودا 105 آمپر است.
  
  
• مدت آذرخش که حدوداً 6-10 ثانیه است.
  
  
• قطر کانال تابان آذرخش که حدودا 10 تا 20 سانتیمتر است.
  

تندر آذرخش:

تندر که بعد از آذرخش شنیده می شود، دارای همان منشأ ترق ترقی است که در مدت جرقه در آزمایشگاه بوجود می آید. یعنی هوای درون کانال تابان آذرخش به شدت گرم و منبسط می شود و موج های صوتی ایجاد می کند. در نتیجه بازتاب از ابرها ، کوه ها و غیره پژواک غرش های تندر را اغلب می توان شنید.

 

[_sheida_]

سرعت نور در محیط مادی

سرعت نور در محیط های غیر خلا

ماهیت و معادلات حرکتی نور:

در هر محیط مادی سرعت نور و و طول موج آن مقدارشان از مقدار خلا کمتر است کمیتی که در هر محیطی ثابت می ماند فرکانس نور هست. فرکانس نور با طول موجش نسبت عکس دارد.(V=F L) که در آن F معرف فرکانس وL معرف طول موج و V معرف سرعت نور در محیط مادی می باشد.
در اپتیک خاص محیط در یک طول امواج را می توان توسط یک پارامتر یعنی نسبت سرعت نور در خلا به سرعت نور در محیط توصیف نماییم. این پارامتر ضریب شکست نام دارد.(n=c/v) بنابر این در یک محیط مادی داریم : (V=F L
که در این رابـ ـطه (n) این ضریب شکست تنها کمیتی است که برای محاسبه رفتار نور در محیط مورد نیاز هست.از آنجایی که سرعت نور در محیط های مختلف متفاوت است ،تعیین مسیر پیشروی نور که از میان محیط های مختلف طی مسیر می کند مشکل می باشد.

کمیات نوری د رمحیط و خلا:

سرعت نور د رخلا ، فرکانس نور ، طول موج نور د رخلا ، ضریب شکست نور ، سرعت نور در محیط، طول موج نور در محیط و...

فرض کنید که (x) فاصله ای باشد که موج نوری در مدت زمان (t) در خلا طی می کند (x=c t) در همان فاصله زمانی (t) موج فاصله کوتاهتر( x1) را در محیطی با ضریب شکست (n1)طی خواهد کرد .برای سایر محیط ها با ضرایب شکست n3،n2 و... فاصله پیموده شده برابراست با: x3،x2و... اگر تمام این معادلات در ضرایب شکست مربوطه ضرب شوند در این صورت همه کمیاب برابر مسافت طی شده در خلا خواهد بود.
x0=n1 x1=...= c t
بنابراین مسافت های معادل با مسافت در خلا وجود دارند که طول راه نوری نامیده می شوند. با این کمیت می توان مسافت های را که نور در محیط های مختلف طی می کند با هم مقایسه کرد.

محاسبه سرعت نور د رمحیط بوسیله روابط ماکسول:

معادلات ماکسول نیز سرعت نور در محیط را بطور دقیق معرفی می کند برای این منظورمعادلات ماکسول را فقط لیست می کنیم:

• قانون گوس در الکتریسیته
  
• قانون گوس در مغناطیس
  
• قانون القای فاراده
  
• قانون تعمیم یافته آمپر
  

معادلات(1)و(2) در محیط مادی دست نخورده باقی می مانند اما در معادلات (3)و(4) فقط ثابت ها ی خلا جای خود را به گذردهی الکتریکی محیط و تراوایی مغناطیسی محیط می دهنددر نتیجه سرعت انتشار اموج الکترو مغناطیسی (نوری) در محیط ها (V) بدست می آید. با به کار بردن کمیت بدون بعد نسبت تراوایی مغناطیسی محیط به خلا به نام تراوایی نسبی و نسبت گذردهی الکتریکی محیط به خلا به نام گذر دهی نسبی یا ضریب دی الکتریک می توانیم سرعت نور در محیط را بر حسب کمیات الکترومغناطیسی محیط بنویسیم.
در داخل محیط های جاذب نور ضریب شکست و به تبع آن سرعت نور دیگر ثابت نمی ماند و فرکانس نور نیز در چنین محیط هایی تغییر می کند برای بررسی محیط های این چنینی ضریب جذبى را نیز به عنوان ثابت دیگری تعریف می کنیم.