ماده شامل اتمهایی است که با نیروی الکترومغناطیس به یکدیگر متصلند. اینکه چقدر این بندها محکم هستند بستکی دارد به اینکه جزء کدامیک از چهار حالت ماده باشند: جامد، مایع، گاز و پلاسما.

 پلاسما به صورت طبیعی در هاله‌ی خورشید، هسته‌ی ستارگان و شعاع نور یافت می‌شود. سه حالت پایه‌ای برای ماده وجود دارد که شامل جامد، مایع و گاز می‌باشد. حال آنکه فیزیکدانان، پلاسما را حالت چهارم ماده می‌دانند. این پلاسما ربطی به پلاسمای خون ندارد. به بیان دیگر این واژه در فیزیک از سال ۱۹۲۰ کاربرد داشت، و بیانگر یک گاز یونیزه شده بود. فیزیک پلاسمای فضایی در اوایل سال ۱۹۵۰ با کشف کمربند نوریِ  فان آلن به یکی از مهمترین علوم آن زمان تبدیل 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 ۳۹ 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، ۶ تا ۹ ماه طول می‌کشد تا انسان به مریخ برسد. بر اساس مطالعاتی که در سال ۲۰۱۳ انجام شد، معلوم شد که مسافران مریخ در طول راه، در معرض پرتو‎های کیهانیِ مضر هستند. میزان این پرتوها معادل با پرتوزایی‎ یک سی تی اسکن کامل، در هر ۵‎ یا ۶ 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 ۶ تا ۹ 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،استفاده‌ی 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 گازهای گل‌خانه‌ای

زمین با جذب نور خورشید گرم‌ می‌شود. فرایند گرمایش منجر به تابش فروسرخ می‌شود که زمین در قبال این گرما از خود گسیل می‌کند. اثر گل‌خانه‌ای فرایندی است که گازهای کامل در جو این گرما را جذب کرده و زمین گرم می‌شود. این اثر برای نگه‌داشتن دمای قابل قبول برای محیط زیست لازم است، ولی جذب گاز در جو به وضوح می‌تواند باعث تغییر اقلیم و مسائل متعدد بعد از شود.

زمین چگونه گرم می‌شود؟

حاصل جذب بخشی از تابش خورشید گرم شدن زمین و دمای متوسط در زمین است. حدود %۳۰ نور خورشید بازتابیده شده، و %۷۰ باقی جذب می‌شود که منجر به گرمایش زمین می‌شود. اگرچه این تابشی که می‌بینیم از نور مرئی است، ولی گستره‌ی طول‌موج تابش تا نورهای فروسرخ و فرابنفش نیز می‌رود.

 

جو تابش را جذب می‌کند

اوزون (O3) در جو بسیاری از پرتوهای فرابنفش مضر خورشید را جذب می‌کند. اکسیژن (O2)، بخار آب (H2O) و دی‌اکسید کربن (CO2) در جو زمین، بخشی از تابش فروسرخ را جذب می‌کند. این جذب دو تابش مذکور به‌وسیله‌ی مولکول‌هایی که نام بردیم،‌ باعث بالا رفتن دمای جو می‌شود.

بخشی از پرتوهای بازتابیده و جذب شده

بخشی از تابش مرئی و فروسرخی که از جو میگذرد، به‌وسیله‌ی آب اقیانوس‌ها و دریاچه‌ها و پوشش‌های برفی به فضا بازتابیده می‌شود. بقیه‌ی تابش در زمین و آب جذب می‌شود. این مواد گرم شده و در طول‌موج‌های بلندتر فروسرخ که در جو نیز جذب می‌شود، بارتابیده می‌شود.

این جذب و بازتابش دوباره‌ی فروسرخ به‌وسیله‌ی گازهای موجود در جو (بخصوص دی‌اکسیدکربن) دمای‌ جو را بالا برده و اصطلاحاً آن را به «اثر گل‌خانه‌ای» می‌شناسیم.

اثر گل‌خانه‌ای

اثر گل‌خانه‌ای واقعاً یک غلط مصطلح است و توصیف درستی برای دلیل گرمایش زمین توسط خورشید محسوب نمی‌شود. در گل‌خانه‌ها از پنجره‌های شیشه‌ای استفاده می‌شود تا 

در ساختمان‌ها تابش فروسرخ وارد شده و آن را نگه‌دارد و دمای داخلی بالا برود. در اثر گل خانه‌ای گازها در جو زمین تابش را جذب و در نتیجه هوا گرم می‌شود. این اثر بسیار قوی‌تری است نسبت به پنجر‌های ساده‌ی شیشه‌‌ای.

اگرچه «اثر گل‌خانه‌ای» برای ثابت نگه‌داشتن دمای متوسط زمین لازم است، ولی گازهای کامل اضافی در جو به طور منظم دمیده می‌شود و منجر به «گرمایش زمین» (Global Warming) می‌شود.

دی‌اکسید کربن اضافی

دی‌اکسید کرین ظاهراً فعال‌‌ترین گاز در جذب تابش فروسرخ بوده و در نتیجه جو را گرم می‌کند. CO2 تاکنون با افزایش مقدار گاز ناشی از سوخت‌های فسیلی در جو درصد خاص و معینی دارد. اگزوز اتومیبل‌ها و دود صنعتی سهم عمده‌ای در این مسأله دارد.

 

مشکل متان

مشکل پس زمینه‌ این است که افزایش اخیر دما یخچال‌های سیبری را در روسیه ذوب می‌کند. این خود باعث افزایش گاز متان (CH4) یخ‌زده و محصور در خاک می‌شود. این گاز می‌تواند باعث جذب بیش‌تر تابش فروسرخ تا CO2 شود. وقتی نواحی قطبی شروع به ذوب شدن می‌کنند، حتی ممانعت از حرکت اتومبیل‌ها هم کاری از پیش نمی‌برد.

گرمایشی که تاکنون اتفاق افتاده

اگرچه متوسط دمای زمین در سال‌های طولانی نوسان دارد، به نظر می‌رسد که در سال‌های اخیر افزایش سریعی در حین صنعتی شدن جهان داشته‌ایم. این را از ذوب یخچال‌های طبیعی که هزاران سال عمر کرده‌اند،‌ متوجه می‌شویم. توجه داشته باشید که عدهای هستند که ادعا می‌کنند که گرمایش زمین مشکلی نیست و باعث اثر گل‌خانه‌ای نمی‌شود. ولی بیش‌تر دانشمندان براین عقیده هستند که گازها ناشی از فعالیت‌های بشر هستند.

عواقب گرمایش زمین

افزایش افسارگسیخته‌ی دمای زمین می‌تواند مشکلات متعددی ایجاد کند. یخ‌های دو قطب شروع به ذوب شدن می‌کنند و سطح اقیانوس ها بالا ‌رفته و شهرهای ساحلی را در بر می‌گیرد.

دمای بالا میزان زیرش برف را در کوهستان‌ها کاهش می‌دهد. بسیاری از کشورها از طریق همین برف کشاورزی می‌کنند. دمای بیش‌از حد بیش‌تر انرژی زمین را وارد هوا می‌کند و بنابراین طوفان‌های بزرگی شروع به وزیدن می‌کند. وجود گیاهان و غله بستگی به شرایط پایدار جوی دارد. این دمای زیاد می‌تواند در بسیاری از مناطق فرایند رشد را کاهش داده یا قطع کند.

 

(این مطلب پیشتر  در سال ۱۳۸۷ 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 ۷.۵ در ۱۲.۵ 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 ۲ 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

It was 9 years ago, during net surfing for PhD and also some international conferences in Particle Physics, I saw an event: 80’s birthday of Murray Gell-Mann. It was a conference on high energy particle physics, Cosmology and Complex system in NTU, Singapore. Regarding to my interest to meet giants and big names of what I have studied during the years from them and my historical mind, I decided it would be my first trip to somewhere else, instead of Iran’s conferences. Names in the list were seducing (later I found these names are just for to be considered by organizers, but still 70% of them came there for Gell-Mann’s legacy).

ادامه مطلب

پرسش و پاسخ‌هایی دربارۀ سیاه‌چاله‌ها و اولین تصویر ردپای سیاه‌چالۀ کهکشان M87

ادامه مطلب