انرژی جنبشی: KINETIC ENERGY

اجسام در حال حرکت دست کم یک انرژی بیشتر از اجسام ساکن دارند. در حالت کلی انرژی اجسام در حال حرکت را انرژی جنبشی می گویند، این انرژی به دو کمیت سرعت v و جرم m جسم وابسته است و همچون رابطه ی پایین قابل محاسبه است:

K=1/2mv²

یکای انرژی جنبشی (و همه انرژی های دیگر) ژول  J (1J=1kgm^۲/s^۲ ) است. توان برابر است با انرژی بر روی ثانیه که یکای آن وات W یا J/S می باشد.

انرژی پتانسیل گرانشی: GRAVITATIONAL POTENTIAL ENERGY

حاصل برهم کنش انرژی های دو جسم را انرژی پتانسیل گرانشی می نامند که با جرم دو جسم نسبت مستقیم و با فا صله آن ها از هم نسبت وارون دارد و می توان رابطه پایین را برای آن نوشت:

E_g=-GmM/d

که در آن G ثابت جهانی گرانش، m و M جرم دو جسم و d فاصله آنها از یکدیگر است.

البته برای انرژی پتانسیل گرانشی در کتاب های درسی ایران تعریفی دیگر هم گفته شده، در این تعریف فرض بر آن است که جسم در نزدیکی زمین قرار دارد که تعریف آن را در پایین می آورم:

انرژی که جسم تنها بخاطر ارتفاعش از سطح زمین دارد را انرژی پتانسیل گرانشی می نامند، و رابطه آن برابر است با:

U=mgh

که در آن m جرم جسم و h فاصله از زمین و g ثابت و برابر 9.8 یا با تقریب 10  است.

تا کنون به مواردی همچون جرم، حجم، گرانش، قانون های کپلر و نیوتن، سرعت و انرژی اشاره کرده ام از این پس کم کم توانایی پاسخگویی به چندین نوع از پرسش های فیزکی را بدست می آوریم، و به همین خاطر گفتار آتی را به بررسی چند نوع پرسش خواهم پرداخت تا درک کنیم که این گفته ها چه کاربردی دارند.

در ضمن از دوستانی که به این وبلاگ می آیند خواهشم می کنم اگر خطایی در گفتارها هست من را راهنمایی کنند.

persiansky

زمانی که یک جسم به گرد جسم بزرگتری می چرخد، دارای یک سرعت ثابت است که از رابطه پایین بدست می آید:

v_c²=GM/d

که در آن  M جرم جسمی است که در مرکز قرار دارد و d فاصله میان دو جسم است و G ثابت جهانی گرانش است.

زمانی که جسمی بر روی مداری بیضی شکل یا ترجیحا دایره شکل می چرخد این رابطه بسیار مفید است، این رابطه سرعت متوسط دایره ای را به ما می دهد.

در صورتی که یکای d را متر در نظر بگیریم آنگاه یکای سرعت دایره ای m/s خواهد شد. ( G=6.67*10^-11 m³/kg/s² )

« تذکر: البته شما می توانید برای سادگی بیشتر معادله از طرفین آن رادیکال با فرجه 2 بگیرید»

سرعت گریز:

یک جسم به جرم m در مدار خود باقی می ماند، اگر سرعتش در فاصله d از مقداری که در رابطه پایین بدست می آید بیشتر نشود:

v_e²=2GM/d

که این سرعت را سرعت گریز می نامیم. اینجا هم M جرم جسم بزرگ است. سرعت گریز به جرم جسم کوچکتر بستگی ندارد.

اندازه حرکت زاویه ای:

همه اجسامی که در حال چرخش هستند یک ویژگی دارند که اندازه حرکت دایره ای نامیده می شود. اندازه حرکت دایره ای یک کمیت تگه دارنده است. تغییر در  اندازه حرکت دایره ای به یک نیروی خارجی نیاز دارد (برای نمونه یک موتور). اندازه حرکت دایره ای به جرم m و فاصله از جسمی که می چرخد r و سرعت عرضی جسمی که می چرخد بستگی دارد:

L=m.v.r

جرم سیارات همیشه ثابت است و چون اندازه حرکت دایره ای نیز همیشه ثابت است پس باید حاصلضرب v.r نیز همیشه ثابت باشد، این همان قانون دوم کپلر است.

persiansky

قانون های نیوتن:

قانون نخست:

هر جسمی تمایل دارد حالت خود را نگه دارد. یعنی در حال سکون می ماند و یا به حرکت روی خط راست خود ادامه می دهد، مگر آنکه تحت تاثیر نیرو یا نیروهایی مجبور به تغییر آن حالت شود.

قانون دوم:

 اگر به یک جسم نیرو هایی وارد شود، شتابی می گیرد که با برآنید این نیرو ها نسبت مستقیم دارد و با جرم جسم نسبت وارون دارد:

A=F/m     یا    F= m.a

«البته a  و F  هر دو بردار هستند.»

قانون سوم:

هرگاه جسمی به جسم دیگر نیرو وارد کند، جسم دوم هم به جسم نخست نیرویی هم اندازه ، هم راستا و در خلاف سوی آن وارد می کند. نیروی جسم نخست را کنش و نیروی جسم دوم را واکنش می گوییم.

قانون های کپلر:

قانون نخست:

مسیر گردش همه سیاره ها به گرد خورشید بیضی است که خورشید همیشه یکی از کانون های آن است.

قانون دوم:

خطی که خورشید را به سیاره وصل می کند در زمان های برابر مساحت های برابری را جاروب می کند. یعنی سرعت خطی و فاصله از خورشید رابطه مستقیمی با هم دارند و هر چه سیاره به خورشید نزدیک تر باشد سرعت خطی آن بیشتر است.

در مفاهیم آغازین فیزیک 1 گفتیم که اگر فاصله ی دو کانون به هم بسیار کم باشد بیضی به دایره تبدیل می شود، پس سیاراتی که این ویژگی را دارند،دارای حرکت دایره ای یکنواخت هستند.و سرعت آن ها در تمام مسیر ثابت است.

قانون سوم:

مجذور دوره «P  مقدار زمان لارم برای اینکه یک دور کامل بزند» حرکت سیاره و مکعب فاصله ی میانگین « a=r »   آن از خورشید با هم متناسب هستند، و نسبت آن ها برای تمام سیارات منظومه خورشیدی ثابت است.

P با سال و a با AU «1AU   فاصله متوسط  میان زمین و خورشید است. »  اندازه گیری می شوند. رابطه قانون سوم کپلر برابر است با :

P²=r³     یا    P²/r³=مقدار ثابت

« توضیح 1: در بیشتر کتاب های ایرانی دوره را با T  نمایش می دهند، اما در اینجا دوره یا همان Period با P نمایش داده شده است. همچنین فاصله ی میانگین از خورشید یا همان semi-major axis را با a نشان میدهند اما در اینجا برای اینکه با شتاب که آن را هم با a  نمایش می دهند اشتباه نشود از r استفاده شده است.

توضیح 2: AU همان واحد نجومی است astronomical units »

اکنون اگر قانون مکانیک نیوتن و قانون سوم کپلر را با هم ترکیب کنیم به رابطه ی پایین می رسیم:

P²=4p²r³/(M+m)G

که در آن P دوره و p عدد پی و r فاصله ی میانگین و M و m جرم ها و G ثابت گرانشی است.

persiansky

جرم: Mass

جرم یک ویژگی ذاتی است که نمایان کننده شمار پروتن ، نوترون و الکترون موجود در اجسام است.

وزن یک نیرو است و با نیروی جاذبه ارتباط دارد برای نمونه وزن یک جسم در زمین با وزن همان جسم در ماه متفاوت است اما جرم همیشه ثابت است. جرم را با دو نماد m و M نمایش می دهند و یکای آن کیلوگرم (kg)  است.

حجم: Volume

حجم یک جسم مقدار فضایی است که آن جسم اشغال کرده است، و یکای آن متر مکعب(m^۳) است. برای نمونه مساحت یک کره برابر است با : S=4Pr²     و حجم آن برابر: V=4/3Pr³ است، که P همان عدد پی (3.14) است و r شعاع کره است.

چگالی: Density

چگالی یک جسم برابر است با جرم آن  بخش بر حجم که معمولا با P (یک حرف یونان که "رو rho" خوانده می شود) نمایش داده می شود. یکای آن کیلوگرم بر متر مکعب (kg/m³) است:

گرانش: Gravity

گرانش نخستین نیرویی است که بر اجسام در فضا تاثیر می گذارد. نیروی جاذبه همیشه اجسام را به سوی هم می کشاند. نیروی جاذبه به جرم دو جسم و فاصله میان آنها بستگی دارد. رابطه گرانش که قانون گرانشی نیوتن نیز نامیده می شود برابر است با:

F=GMm/d²

که در آن M و m جرم دو جسم ، d فاصله میان دو جسم و G ثابت جهانی گرانش (^11-10 *6.67 )m³/kg/s²

هستند. یکای این نیرو را نیوتن N نیز می گویند که برابر 1kg.m/s² است.

اگرجرم دو جسم نسبت به فاصله آن ها بسیار کوچک باشد این نیرو بسیار اندک می گردد.

بیضی: The Ellipse

مدار گردش همه سیارات منظومه خورشیدی به گرد خورشید دایره یا بیضی است. بیضی از دو قطر تشکیل شده  قطر بزرگ  (اندازه=2a ) یا همان محور کانونی و قطر کوچک (اندازه=2b) (همانگونه که در شکل fig 1-1 می بینید).

فاصله هر نقطه روی محیط بیضی از دو نقطه ثابت F و F' که همان دو کانون بیضی هستند مقدار ثابتی است و رابطه پایین برای آن برقرار است:

2a=AF'+AF

خروج از مرکز بیضی از رابطه e=FF'/2a بدست می آید و اگر بخواهیم بر حسب قطر کوچک و بزرگ بیضی رابطه رابازنویسی کنیم به e²=1-b²/a² می رسیم.

خورشید همیشه یکی از کانون های محور چرخش سیارات منظومه ما است.فرض کنیم که خورشید کانون F باشد، اینک جایی که سیاره ای بر امتداد قطر بزرگ قرار می گیرد و در سمت نزدیکتر به خورشید است می گوییم بر حضیض خورشیدی (نزديکترين نقطه مدار به خورشيد= perihelion ) قرار گرفته است، وجایی که سیاره ای بر امتداد قطر بزرگ قرار می گیرد و در سمت دورتر به خورشید است می گوییم بر افلیون (نزديکترين نقطه مدار به خورشيد = aphelion ) قرار گرفته است. با رابطه پایین بیان می کنیم:

d_p+d_a=2a 

که d_p فاصله سیاره تا خورشید بر روی perihelion است و d_a بر روی aphelion است.

fig1-1

persiansky

اکنون در حدود  8 ماه است که این وبلاگ را راه اندازی کرده ام و در این مدت بیش از 150 مطلب در آن قرار داده ام که بیشتر آنها از سایت های دیگر ایرانی برداشت شده است. اما اکنون دیگر زمان آن رسیده که این وبلاگ هم گامی موثر تر از خبر رسانی بردارد و به آموزش اختر فیزیک بپردازد.

 در جایی خواندم که "برای جابجایی کوه ها نخست باید یاد بگیری که چگونه ذرات را جابجا کنی" به همین خاطر من در آغاز با آموزش مفاهیم پایه و مورد نیاز اختر فیزیک « که با فیزیک پایه شروع می کنم » کار خود را آغاز کرده و به امید اینکه همه دوستانی که در این باره آگاهی دارند اشتباهات مرا بگویند و با نظرات خود مرا راهنمایی کنند.

در درس های آغازین قوانین کپلر و نیوتن و همچنین حالت گاز ها، نور و صوت شرح داده خواهد شد. و در پی هر آموزش چند پرسش نیز برای درک بهتر و فهمیدن کاربرد های فیزیک همچون سرعت گریز شاتل برای خروج از زمین یا انرژی که از سیارات دیگر به ما وارد می شود و بسیاری از مطالب دیگر که در حین پیچیدگی ظاهری بسیار ساده و شیرین هستند بیان خواهد شد. 

persiansky

در پی لغو پرتاب شاتل دیسکاوری در بعدازظهر روز یک‌شنبه و به‌تعویق افتادن آن تا روز سه‌شنبه، مهندسان پرواز به بازرسی مجدد مخزن سوخت پرداختند و ترکی را در یکی از عایق‌های آن یافتند. این پوشش عایق نزدیک به بالاترین قلابی است که لوله 43 سانتی‌متری انتقال اکسیژن مایع را به مخزن متصل کرده است. برخی از مهندسان معتقدند این ترک باید تعمیر شود، اما مدیران برنامه پرتاب شاتل گفته‌اند راه‌حل‌های دیگری نیز وجود دارد.

  این هم یک فیلم در این باره:

از اینجا بگیریدش

منبع خبر : SpaceFlightNow.com

یرگرفته از parssky

فضاپیمای کاسینی در ادامه ماموریت خود، تصویری زیبا از چگونگی پراکندگی نور خورشید در جو تایتان، بزرگ‌ترین قمر سیاره زحل تهیه کرده است. کاسینی برای تهیه این تصویر مجبور شد به پشت تایتان برود و حوالی خط واصل خورشید- تایتان قرار بگیرد.

آزمایش تصویربرداری پیشرفته ماه، AMIE، مستقر در فضاپیمای اسمارت1، توانسته است تصاویر دقیقی از گودال کپلر تهیه کند.

 

دوربین مدارگرد مریخ (MOC)، مهم‌ترین ابزار تصویربرداری نقشه‌بردار سراسری مریخ (MGS)است که ماموریت دارد سطح سیاره سرخ را با دقت بررسی کند. بیش‌از هشت سال است این فضاپیما گرد مریخ می‌چرخد، اما کیفیت ابزارهای آن تغییری پیدا نکرده است.

مدارگرد اسمارت 1 که توسط سازمان فضایی اروپا جهت کاوش پیرامون یگانه قمر زمین  در سال 2003 میلادی به فضا پرتاب شده بود در کمتر از سه ماه دیگر به فعالیت خود که نزدیک به 16 ماه ادامه داشت پایان خواهد داد.

مهمترین دلیل این فرایند اتمام سوخت مدارگرد است. با توجه به پیش بینی متخصصان، این مدارگرد در سوم سپتامبر (12 شهریور) امسال در طی سقوطی ، با سطح ماه برخورد کرده و منهدم می شود.اگر این فرایند به روال طبیعی انجام گیرد ،مدارگرد رفته رفته با کاهش گستره مدار خود به سطح ما نزدیک تر شده و پس از مدتی در 17 جولای (26 تیر) در نقطه ای با آن برخورد می کند ،این محل از دید ناظران زمینی پنهان خواهد ماند،اما دانشمندان قصد  دارند تا  با اجرای یک برنامه استراتژیک ،نقطه ای را برای برخورد تعیین کنند که از دید ناظر زمینی و یا رصد خانه ها، قابل مشاهده باشد.یکی از مهمترین ویژگی های  این  برنامه، مشاهد مستقیم  و نزدیک تر سطح ماه است که می تواند در افزایش و بهبود داده ها  نسبت به این قمر موثر باشد.

مدارگرد اسمارت 1 نخستین پروژه موفق سازمان فضایی اروپا در طی تحقیق و بررسی دقیق از ساختار ماه است.

 

منبع خبر : universetoday

برکرفته از parssky

ساعت سی دقیقه بامداد پنج‌شنبه 8 تیر ماه، شمارش معکوس پرتاب شاتل دیسکاوری رسما آغاز شد؛ اما پیش‌بینی‌های هواشناسی حاکی از آن است که پرتاب برنامه‌ریزی شده دیسکاوری در روز شنبه به تعویق خواهد افتاد.

انسلادوس چین‌ و ترک خورده همراه با قمر حلقه‌ای ژانوس در اطراف لبه حلقه F بر گرد زحل می‌چرخند. انسلادوس، قمر 505 کیلومتری زحل، به دلیل چشمه‌های فورانگر یخی‌اش در قطب جنوب مشهور است و ژانوس 181 کیلومتری را به دلیل مدار مشترکش با قمر اپیمتئوس می‌شناسند.

زندگی آسان نیست، حتی برای کهکشان‌ها ! برخی از کهکشان‌ها حقوق کیهان‌وندی (!) را رعایت نمی‌کنند و به‌قدری به همسایگان خود نزدیک می‌شوند که آسیب می‌بینند و شکلی دیگر پیدا می‌کنند. اما برخوردهای کهکشانی اثرات دیگری هم دارد و آن، تولد نسل جدید ستارگان است که برخی‌شان در این میان منفجر می‌شوند. تلسکوپ بسیار بزرگ رصدخانه جنوبی اروپا توانسته است منظره بی‌نظیری از یک جفت کهکشان درهم تنیده به‌تصویر بکشد که ابرنواختری پیر در آنها منفجر شده است.

فضاپیمای کاسینی فردا دومین سالگرد ورود به منظومه سیاره‌ای زحل را جشن خواهد گرفت و بدین ترتیب، نیمی از ماموریت چهارساله خود را پشت سر خواهد گذاشت. اکتشافات فراوان این فضاپیما در طول نیمه اول ماموریتش به‌قدری گسترده است که دانشمندان در یافتن موضوع‌هایی که قرار است در نیمه دوم ماموریت این فضاپیمای موفق مورد مطالعه قرار گیرند، با مشکل روبرو شده‌اند.

روى يك قفسه در آزمايشگاه ميكروبيولوژى دانشگاه شفيلد يك بطرى كوچك وجود دارد كه محتوى يك مايع قرمز است. اين مايع كدر و بدمنظره است. با اين حال اگر يك گروه از دانشمندان درست گفته باشند، اين بطرى كوچك اولين نمونه هاى حيات فرازمينى را در خود جاى داده است كه توسط محققين منزوى شده است.
درون اين بطرى نمونه هاى باقى مانده يكى از عجيب ترين وقايع تاريخ هواشناسى اخير وجود دارد. روز ۲۱ جولاى سال ۲۰۰۱ بارانى كه به رنگ خون بود روى ناحيه كرالا در غرب كشور هند باريدن گرفت. رگبارهاى شديد اين باران براى دو ماه ادامه داشت. اين باران خون رنگ در سرتاسر ساحل مى باريد و لباس هاى مردم محلى را صورتى رنگ كرد، برگ درخت ها را سوزاند و در برخى نقاط مانند صفحات قرمز رنگ فرود مى آمد.
نتيجه پژوهش ها بيانگر آن بود كه دليل قرمزى اين باران غبارهايى بود كه باد، از صحراى عربستان با خود حمل كرده و سپس آن را بر روى كارالا فروريخت. اما «گادفرى لوئيس» فيزيكدانى از دانشگاه ماهاتما گاندى بعد از جمع آورى نمونه هايى از باقيمانده هاى اين باران به اين نتيجه رسيده است كه اين توضيح «مزخرف» است. وى مى گويد: «اگر شما با استفاده از يك ميكروسكوپ به اين ذرات نگاه كنيد، خواهيد ديد كه آنها غبار نيستند بلكه داراى يك ظاهر بيولوژيكى مشخص هستند.» وى نتيجه گرفته كه اين باران از مواد شبيه باكترى ساخته شده بود كه يك دنباله دار در حال گذر آنها را روى زمين پاشيده است. خلاصه اينكه اين دنباله دار در سال ۲۰۰۱ بيگانگان فرازمينى را بر روى كره زمين فرو ريخته است.

البته اين فرضيه نتوانسته تمامى دانشمندان را متقاعد كند. درواقع بيشتر پژوهشگران بر اين باورند كه اين نظريه بسيار قابل ترديد و مشكوك است. يكى از دانشمندان با ارسال يك پيغام بر روى پايگاه اطلاع رسانى «لوئيس» نظريه وى را «چرند» توصيف كرده است.
اما تعدادى از پژوهشگران باور دارند كه نظريه «لوئيس» قابل تعمق است و در حال پيگيرى پژوهش هاى وى هستند. «ميلتون واينرايت» كه يك ميكروبيولوژيست در شفيلد است در حال انجام برخى آزمايش ها بر روى باران سرخ كرالا است. وى مى گويد: «خيلى زود است كه بگوييم در اين بطرى چه چيزى وجود دارد. اما مسلماً غبار نيست. از طرفى هيچگونه DNA در اين مايع وجود ندارد، اما باكترى هاى فرازمينى لزوماً محتوى DNA نيستند.»
يكى از جوانب اصلى فرضيه «لوئيس» مدت زمان بارش باران بر روى كرالا است. وى مى گويد بارش دو ماهه زمان زيادى براى غبارهايى است كه توسط باد حمل مى شوند. علاوه بر آن يك تجزيه و تحليل نشان مى دهد ذرات حاوى ۵۰ درصد كربن، ۴۵ درصد اكسيژن با رگه هايى از سديم و آهن هستند كه در نتيجه با مواد بيولوژيكى همخوانى دارند. «لوئيس» همچنين كشف كرد كه چند ساعت قبل از بارش باران سرخ، صداى غرشى شنيده شد كه خانه هاى كرالا را به لرزه در آورد. وى ادعا مى كند كه فقط يك شهاب سنگ مى توانست چنين صداى انفجارى را ايجاد كند. اين شهاب سنگ از دنباله دار در حال عبور جدا شد و با سرعت زياد به سمت ساحل پرتاب شد كه در حين حركت ميكروب هايى را پخش كرده است. اين ميكروب ها با ابرها تركيب شدند و به همراه باران فرود آمدند. دانشمندان زيادى مى پذيرند كه دنباله دارها داراى مواد شيميايى فراوانى هستند و تعداد كمى از دانشمندان مانند «فرد هويل» (فرضيه پرداز انگليسى) استدلال كردند كه حيات زمينى حاصل تكامل ميكروب هايى است كه توسط دنباله دارها بر روى زمين آورده شدند. اما بيشتر پژوهشگران مى گويند كه «لوئيس» در مرتبط ساختن اين باران با ميكروب هاى يك دنباله دار بسيار زياده روى كرده است. اما «لوئيس» از نظريه خود پشيمان نيست. وى مى گويد: «اگر فردى فرضيه اى مانند اين را بشنود - يعنى اينكه چنين واقعه اى ناشى از يك دنباله دار بوده- آن را به عنوان يك نتيجه گيرى غيرقابل باور رد مى كند. مادامى كه افراد استدلال هاى ما را درك نكنند، اين فرضيه كه بيولوژى فرازمينى عامل اين باران قرمز بود را به عنوان يك موضوع غير ممكن انكار مى كنند.
www.guardian.co.uk/science,Mar.2006