کتاب کیهان‌شناسی لیدل آخرین ویرایش (2015) بزودی توسط رمز منتشر می‌شود. پس از وقفه‌ای در آماده‌سازی نسخه 2015 و اعمال ویرایش‌هایی که بصورت مکتوب در اختیار ناشر پیشین قرار گرفته بود و مدت‌ها بی‌پاسخ ماند و به محض تذکر اینحانب چاپ‌های مجدد می‌خورد، طی سه هفته آینده این کتاب در دسترس همگان خواهد بود. کتاب در بخش فنی آخرین مراحل خودش را می‌گذراند. لینک توصیف و فروش کتاب در نام کتاب ابتدای این پاراگراف فعال است. امکان پیشفروش این کتاب و کتاب جدیدی که طی یک هفته آینده رونمایی رسمی می‌کنم، توسط نشر رمز فراهم خواهد آمد. ادامه مطلب

مادۀ تاریک احتمالا عجیب‌تر از آن است که پیشتر تصور می‌شد. این ادعایی‌ست که کیهان‌شناسانی با پیشنهاد ماده‌ای مرموز داده‌اند؛ ماده‌ای با بیش از 80 درصد سهم جرم عالم که با خودش اندرکنش دارد. ادامه مطلب

ماده شامل اتمهايي است كه با نيروي الكترومغناطيس به يكديگر متصلند. اينكه چقدر اين بندها محكم هستند بستكي دارد به اينكه جزء كداميك از چهار حالت ماده باشند: جامد، مايع، گاز و پلاسما.

 پلاسما به صورت طبيعي در هاله‌ي خورشيد، هسته‌ي ستارگان و شعاع نور يافت مي‌شود. سه حالت پايه‌اي براي ماده وجود دارد كه شامل جامد، مايع و گاز مي‌باشد. حال آنكه فيزيکدانان، پلاسما را حالت چهارم ماده مي‌دانند. اين پلاسما ربطي به پلاسماي خون ندارد. به بيان ديگر اين واژه در فيزيك از سال 1920 كاربرد داشت، و بيانگر يك گاز يونيزه شده بود. فيزيك پلاسماي فضايي در اوايل سال 1950 با كشف كمربند نوريِ  فان آلن به يكي از مهمترين علوم آن زمان تبديل شد. ادامه مطلب

فضاپیمای Dawn متعلق به سازمان فضایی آمریکا (ناسا) بیش از هفت سال است که در منظومه‌ی شمسی سفر می‌کند تا سیارک‌های وستا و سرس را مورد بررسی قرار دهد. این فضاپیما هم اکنون در مداری به دور سرس می‌چرخد و اولین عکس‌ها و اطلاعات را از این اجرام دوردست به زمین مخابره کرده است.

فضاپیمای Dawn پیشتاز در یک فناوری جدید می‌باشد. این فضاپیما اولین مأموریت اکتشافی فضایی است که به جای موشک‌های معمولی از موتور یونی که با نیروی الکتریسیته کار می‌کند استفاده می‌کند. این نوع موتورهای یونی در نسل بعدی فضاپیماها استفاده خواهند شد. ادامه مطلب

موتور افسانه‌ای پلاسمایی، می‌تواند مدت زمان سفر انسان را به مریخ، از سه سال به فقط 39 روز کاهش دهد. سفر به مریخ کاری بسیار دشوار است. شاید به همین دلیل است که کسی تا به حال آن را تجربه نکرده است. با موشک‎های امروزی که سوخت شیمیایی دارند، در بهترین شرایط، 6 تا 9 ماه طول می‌کشد تا انسان به مریخ برسد. بر اساس مطالعاتی که در سال 2013 انجام شد، معلوم شد که مسافران مریخ در طول راه، در معرض پرتو‎های کیهانیِ مضر هستند. میزان این پرتوها معادل با پرتوزايي‎ یک سی تی اسکن کامل، در هر 5‎ یا 6 روز است که خود، خطر ابتلا به سرطان را افزایش می‌دهد. مسافران سیاره‎ی سرخ، پس از رسیدن به مقصد باید دو سال صبر کنند تا زمین و مریخ دوباره به حالت مقارنه (نزدیک ترین موضع زمین و مریخ نسبت به هم) برسند و دوباره 6 تا 9 ماه دیگر در راه بازگشت باشند. در واقع آن‎ها اگر از سرطان جان سالم به در ببرند، احتمالاً از توقف طولانی مدتشان آسیب می‌بینند. ادامه مطلب

گرمای داخلی زمین، خود منبعی از انرژی پتانسیل است. معمول‌ترین روش بهره‌برداری از انرژی زمین گرمایی،استفاده‌ي طبیعی از پدیده‌ی همرفت است؛ بدین صورت که آب سردتر به پوسته‌ی زمین رسیده، گرم شده و به سطح می‌آید. وقتی آب گرم شده به سطح نیرو وارد می‌کند، می‌توان به‌طور مستقیم بخار را کنترل کرده و ژنراتورها را از طریق آن به کار انداخت. ادامه مطلب

مفاهیم کلیدی:

فیزیک / حرکت / سرعت / شتاب / اندازه گیری

مقدمه:

آیا تا به حال با استفاده از یک کنترل کننده حرکت بازی ویدیویی انجام داده‌اید؟ آیا این سوال برای شما پیش آمده که چگونه گوشی‌های هوشمند حس می‌کنند که شما در حرکت هستید؟  چگونه این ابزارهای الکترونیکی حرکت را اندازه می‌گیرند؟ این فعالیت را انجام دهید تا دریابید! ادامه مطلب

اثرات امواج فروسرخ و گازهاي گل‌خانه‌اي

زمين با جذب نور خورشيد گرم‌ مي‌شود. فرايند گرمايش منجر به تابش فروسرخ مي‌شود كه زمين در قبال اين گرما از خود گسيل مي‌كند. اثر گل‌خانه‌اي فرايندي است كه گازهاي كامل در جو اين گرما را جذب كرده و زمين گرم مي‌شود. اين اثر براي نگه‌داشتن دماي قابل قبول براي محيط زيست لازم است، ولي جذب گاز در جو به وضوح مي‌تواند باعث تغيير اقليم و مسائل متعدد بعد از شود.

زمين چگونه گرم مي‌شود؟

حاصل جذب بخشي از تابش خورشيد گرم شدن زمين و دماي متوسط در زمين است. حدود %30 نور خورشيد بازتابيده شده، و %70 باقي جذب مي‌شود كه منجر به گرمايش زمين مي‌شود. اگرچه اين تابشي كه مي‌بينيم از نور مرئي است، ولي گستره‌ي طول‌موج تابش تا نورهاي فروسرخ و فرابنفش نيز مي‌رود.

 

جو تابش را جذب مي‌كند

اوزون (O3) در جو بسياري از پرتوهاي فرابنفش مضر خورشيد را جذب مي‌كند. اكسيژن (O2)، بخار آب (H2O) و دي‌اكسيد كربن (CO2) در جو زمين، بخشي از تابش فروسرخ را جذب مي‌كند. اين جذب دو تابش مذكور به‌وسيله‌ي مولكول‌هايي كه نام برديم،‌ باعث بالا رفتن دماي جو مي‌شود.

بخشي از پرتوهاي بازتابيده و جذب شده

بخشي از تابش مرئي و فروسرخي كه از جو ميگذرد، به‌وسيله‌ي آب اقيانوس‌ها و درياچه‌ها و پوشش‌هاي برفي به فضا بازتابيده مي‌شود. بقيه‌ي تابش در زمين و آب جذب مي‌شود. اين مواد گرم شده و در طول‌موج‌هاي بلندتر فروسرخ كه در جو نيز جذب مي‌شود، بارتابيده مي‌شود.

اين جذب و بازتابش دوباره‌ي فروسرخ به‌وسيله‌ي گازهاي موجود در جو (بخصوص دي‌اكسيدكربن) دماي‌ جو را بالا برده و اصطلاحاً آن را به «اثر گل‌خانه‌اي» مي‌شناسيم.

اثر گل‌خانه‌اي

اثر گل‌خانه‌اي واقعاً يك غلط مصطلح است و توصيف درستي براي دليل گرمايش زمين توسط خورشيد محسوب نمي‌شود. در گل‌خانه‌ها از پنجره‌هاي شيشه‌اي استفاده مي‌شود تا 

در ساختمان‌ها تابش فروسرخ وارد شده و آن را نگه‌دارد و دماي داخلي بالا برود. در اثر گل خانه‌اي گازها در جو زمين تابش را جذب و در نتيجه هوا گرم مي‌شود. اين اثر بسيار قوي‌تري است نسبت به پنجر‌هاي ساده‌ي شيشه‌‌اي.

اگرچه «اثر گل‌خانه‌اي» براي ثابت نگه‌داشتن دماي متوسط زمين لازم است، ولي گازهاي كامل اضافي در جو به طور منظم دميده مي‌شود و منجر به «گرمايش زمين» (Global Warming) مي‌شود.

دي‌اكسيد كربن اضافي

دي‌اكسيد كرين ظاهراً فعال‌‌ترين گاز در جذب تابش فروسرخ بوده و در نتيجه جو را گرم مي‌كند. CO2 تاكنون با افزايش مقدار گاز ناشي از سوخت‌هاي فسيلي در جو درصد خاص و معيني دارد. اگزوز اتوميبل‌ها و دود صنعتي سهم عمده‌اي در اين مسأله دارد.

 

مشكل متان

مشكل پس زمينه‌ اين است كه افزايش اخير دما يخچال‌هاي سيبري را در روسيه ذوب مي‌كند. اين خود باعث افزايش گاز متان (CH4) يخ‌زده و محصور در خاك مي‌شود. اين گاز مي‌تواند باعث جذب بيش‌تر تابش فروسرخ تا CO2 شود. وقتي نواحي قطبي شروع به ذوب شدن مي‌كنند، حتي ممانعت از حركت اتومبيل‌ها هم كاري از پيش نمي‌برد.

گرمايشي كه تاكنون اتفاق افتاده

اگرچه متوسط دماي زمين در سال‌هاي طولاني نوسان دارد، به نظر مي‌رسد كه در سال‌هاي اخير افزايش سريعي در حين صنعتي شدن جهان داشته‌ايم. اين را از ذوب يخچال‌هاي طبيعي كه هزاران سال عمر كرده‌اند،‌ متوجه مي‌شويم. توجه داشته باشيد كه عدهاي هستند كه ادعا مي‌كنند كه گرمايش زمين مشكلي نيست و باعث اثر گل‌خانه‌اي نمي‌شود. ولي بيش‌تر دانشمندان براين عقيده هستند كه گازها ناشي از فعاليت‌هاي بشر هستند.

عواقب گرمايش زمين

افزايش افسارگسيخته‌ي دماي زمين مي‌تواند مشكلات متعددي ايجاد كند. يخ‌هاي دو قطب شروع به ذوب شدن مي‌كنند و سطح اقيانوس ها بالا ‌رفته و شهرهاي ساحلي را در بر مي‌گيرد.

دماي بالا ميزان زيرش برف را در كوهستان‌ها كاهش مي‌دهد. بسياري از كشورها از طريق همين برف كشاورزي مي‌كنند. دماي بيش‌از حد بيش‌تر انرژي زمين را وارد هوا مي‌كند و بنابراين طوفان‌هاي بزرگي شروع به وزيدن مي‌كند. وجود گياهان و غله بستگي به شرايط پايدار جوي دارد. اين دماي زياد مي‌تواند در بسياري از مناطق فرايند رشد را كاهش داده يا قطع كند.

 

(این مطلب پیشتر  در سال 1387 در سایت رشد در زمان دبیری بخش فیزیک فعالیت‌های علمی منتشر شده.)

مفاهیم کلیدی:

گرانش/ اصطکاک/ لختی (قانون اول نیوتن)

مقدمه:

آیا تا به حال دیده‌اید یک شعبده باز سفره ای را به سرعت از روی میز بکشد به طوریکه تمامی اجسام سر جای خود باقی بمانند؟ این حقه اصلا جادو نیست! و در اصل علم است! و شما می‌توانید با استفاده از همین قوانین (بدون شکستن هیچ ظرفی) سکه ای را به درون یک ظرف کوچک بیندازید.

یک سکه که بر روی کانتر آشپزخانه قرار دارد به تنهایی حرکتی ندارد مگر اینکه شما یا فرد دیگری آن را حرکت دهید. اگر به آرامی آن را هُل دهید سکه به کدام طرف حرکت می‌کند؟ اگر از ارتفاع چند سانتی آن را رها کنید چه اتفاقی می‌افتد؟ سکه مانند بسیاری از اجسام  صلب عمل کرده و تا زمانی که به آن نیرویی وارد نشود بی حرکت باقی می‌ماند. اما آیا می‌توان شی را در حالی که ساکن است به جایی که می‌خواهید ببرید؟ مثل یک شعبده باز با انداختن یک سکه از نقطه تعادلش به درون یک ظرف کوچک- گرانش در این کار به شما کمک می‌کند.

پیش زمینه:

کلید حقه مشهور سفره یعنی سرعت، برای این فعالیت نیز بسیار حیاتی است. به کمک یک حرکت سریع و صاف، شما بر اصطکاکی که بین کاغذ و سکه وجود دارد، غلبه می‌کنید. حرکت سریع به گرانش این شانس را می دهد که بر لختی و اصطکاک غلبه کند.

لختی، توسط آیزاک نیوتن توضیح داده شد و امروزه به عنوان قانون اول حرکت نیوتن شناخته می‌شود. این قانون می‌گوید که یک شی در حال سکون، ساکن می‌ماند (و شی در حال حرکت در حرکت می ماند) تا زمانی که نیرویی دیگر به آن وارد شود، مانند گرانش- یا شما!

اقلام لازم:

  • سکه
  • بطری یا ظرف با دهانه ی کوچک (بزرگتر از سکه اما نه خیلی بزرگ)
  • کاغذ یادداشت یا تکه کاغذ دیگری به ابعاد 7.5 در 12.5 سانتی‌متر
  • قیچی
  • چسب
  • مداد یا خودکار
  • آب (اختیاری)

 

آماده سازی:

  • به آرامی کاغذ را در جهت طولی (عمودی بالا تا پایین) کاغذ به پهنای حدود 2 سانتی‌متر ببُرید.
  • دو طرف کاغذ را بهم بچسبانید بطوریکه به شکل حلقه ای در بیاید که در بالای دهانه ی ظرف شما در تعادل قرار بگیرد.
  • اگر مخزن شما به اندازه کافی سنگین نیست که به طور خودبه خود ثابت باقی بماند بخشی از آن را با آب پر کنید.
  • حلقه کاغذی را بر روی دهانه ی ظرف طوری متعادل کنید که مرکز آن به سمت شما باشد.
  • سکه را در بالاترین نقطه حلقه کاغذی و دقیقا در بالای دهانه ی ظرف قرار دهید.

 

روش:

  1. آیا می‌توانید سکه را بدون استفاده دست به درون ظرف بیندازید؟
  2. مداد یا خودکار را به صورت افقی درون حلقه قرار دهید. به آرامی حلقه را بکشید. برای سکه چه اتفاقی می‌افتد؟
  3. دوباره حلقه و سکه را بر روی ظرف قرار دهید.
  4. اینبار حرکت سریع را امتحان کنید: مداد یا خودکار را درون حلقه قرار دهید و حلقه را سریع بکشید (مراقب نوک تیز مداد یا خودکار باشید). اینبار سکه کجا رفت؟ آیا نزدیک‌تر یا داخل ظرف افتاد؟
  5. اگر سکه درون ظرف نیافتاد ببینید چقدر نزدیک‌تر نسبت به زمانی که به آرامی کشیدید افتاده؟ و این حرکت را چند بار امتحان کنید.
  6. کمترین سرعتی که می توانید حلقه را بکشید و سکه را درون ظرف بیاندازید چقدر است؟

 

فراتر:

  • چه اتفاقی می افتد زمانی که حلقه کاغذی کوچکتر یا بزرگتر استفاده می‌کنید؟
  • سعی کنید این کار را با مدل حقه سفره شعبده بازان انجام دهید. یک صفحه کاغذ صاف را روی دهانه ظرف قرار داده و سکه را روی آن بگذارید. با سریع ترین حالتی که میتوانید کاغذ را بکشید. آیا سکه درون ظرف می افتد؟

مشاهدات و نتایج:

به نظر شما چرا زمانی که حلقه را سریع کشیدید با زمانی که به آرامی کشیدید نتیجه متفاوت بود؟

سکه به تنهایی حرکتی نمی‌کند و از قوانین فیزیک تبعیت می‌کند. زمانی که حلقه در حال سکون قرار دارد و یا به آرامی کشیده میشود، مدت بیشتری بر روی حلقه می‌ماند زیرا اصطکاک به ماندن بر روی کاغذ کمک می‌کند. سپس گرانش غلبه می‌کند و سکه می‌افتد. اما زمانی که سریع کشیده می‌شود اصطکاک فرصتی برای کشیدن سکه پیدا نمی‌کند. در عوض سکه ساکن می‌ماند و به دلیل نیروی گرانش، مستقیم به پایین می‌افتد.


منبع: Scientific American

مفاهیم کلیدی
فیزیک/ جرم/ جاذبه زمین/ فضازمان

مقدمه

آیا کلماتی مثل نسبیت عام، چاه گرانشی، فضا-زمان، به نظر ترسناک می آیند؟ نگران نباشید برای درک این مفاهیم لازم نیست آلبرت آینشتاین باشید! این فعالیت جذاب را با استفاده از مواد معمولی خانگی امتحان کنید تا با این مفاهیم و سیاه‌چاله‌ها آشنا شوید. ادامه مطلب