خاصیت اعداد بین صفر و یک

در یک عبارت توان مانند a به توان x که a مثبت و ثابت و x عدد بزرگتر از یک باشد حاصل توان نیز زیاد میشود اما اگر a کوچکتر از یک و بزرگتر از صفر باشد (بین صفر و یک) حاصل توان کوچکتر میشود.
به عبارت دیگر برای مثال شما اگر ۲ را به توان سه برسانید میشود هشت که از دو بیشتر است , اما اگر یک دوم (که عددی بین صفر و یک است) را به توان ۳ برسانید می شود یک هشتم که از یک دوم کوچکتر است.این خاصیت اعداد است که اگر عدی در انها ضرب شود یا به توان برسند جوابشان کوچکتر میشود.

* ایا میدانستید که اگر یک عدد دو رقمی را انتخاب کنید(مثل ۴۷ یا ۸۹ و …) و
سپس عددهای ان را از خود عدد دو رقمی کم کنید(مثلا عدد ۴۷ : ۳۶ = ۷ - ۴ - ۴۷ )
عدد بدست امده همیشه مضربی از ۹ خواهد بود.
همچنین در مورد اعداد ۳ رقمی اگر چنین عملی شود
(مثلا ۷۲۳ : ۷۱۱ = ۳ - ۲ - ۷ - ۷۲۳ )حال اگر رقمهای عدد بدست امده را با هم جمع کنید( ۹ = ۱+۱+۷ همیشه جواب یا ۹ خواهد بود یا ۱۸.

*‌ عدد ۶ به هر توان طبیعی که برسد رقم یکان جوابش ۶ و رقم دهگانش فرد است و رقم یکان نصف این عدد همیشه ۸ خواهد بود.

*‌ ۴ تقسیم بر یک دوم ۸ خواهد بود که به نظر می اید میشود ۲.

هر چیزی که در مجاورت دستگاه نوسان ساز اجاق های مایکروویو معمولي قرار داشته باشد، به شدت تحت تاثیر ارتعاشات قرار می گیرد. در حالی که اگر نیم متر از منبع ارتعاش دور شود، قدرت امواج به یک صدم کاهش خواهد یافت. برای مقایسه اثر مایکروویو بر روی ساختار مولکولی مواد، دو گیاه کاملاً مشابه که یکی از آنها توسط آب گرم شده در مایکروویو و دیگری توسط آب گرم شده بر روی کتری سیراب شده بودند، مورد مقایسه قرار گرفتند.

این فکر جالب به ذهن یک دختربچه رسیده بود و خودش نیز آن را اجرا کرد. وی مقدار معینی آب را در مایکروویو جوشاند و پس از سرد شدن به یکی از گیاهان داد و همان مقدار آب را در کتری و روی اجاق گاز جوشاند و پس از سرد شدن به گیاه دیگر داد و این کار را به مدت 9 روز ادامه داد.

نتیجه این آزمایش (طبق تصاویر) پس از روز نهم نشان دهنده این بود که گلدانی که توسط آب جوشانده شده به روش سنتی سیراب شده بود (گلدان سمت راست) مانند روز اول کاملاً سالم و شاداب بود ولی گلدانی که توسط آب جوشانده شده در مایکروویو سیراب شده بود رفته رفته پژمرده و نهایتاً در روز نهم کاملاً خشک شد

اما مایکروویو چگونه عمل می کند؟

مایکروویو (میکروویو) که به اشتباه ماکروویو خوانده می شود، از ترکیب دو واژه مایکرو یا میکرو MICRO (به معنی کوچک) و ویو WAVE (به معنی موج) تشکیل شده است و به معنای امواج با طول موج کوتاه و تعداد نوسانات (فرکانس) بسیار بالا است. فرکانس چنین امواجی، بین۳۰۰ مگاهرتز تا چند گیگاهرتز در ثانیه می تواند باشد. بُرد چنین امواجی کوتاه بوده و در حد چند متر است، ولی میزان نفوذ آن ها نسبتاً بالا است و از درون ابر و غبار عبور می کنند. هر چه فرکانس بیشتر باشد، شدت نفوذ بیشتر ولی بُرد امواج، کوتاه تر می شود.

به عنوان مثال هر چیزی که در مجاورت دستگاه نوسان ساز اجاق های مایکروویو معمول قرار داشته باشد، به شدت تحت تاثیر ارتعاشات قرار می گیرد. در حالی که اگر نیم متر از منبع ارتعاش دور شود، قدرت امواج به یک صدم کاهش خواهد یافت.

امواج دارای طول موج کوتاه، هنگام برخورد به ماده، چنان موجب ارتعاش و تغییر قطب های منفی و مثبت موجود در آن می شوند که این جنبش بالای ملکول ها موجب به هم خوردن شدید آن ها و ایجاد اصطکاک در مولکول ها و در نهایت سبب گرم شدن آن ماده می شود. در این میان نقش آب در درون ماده غذایی بارزتر است. زیرا ملکول های آب که قطبی هستند (همچون دیگر ملکول های قطبی)، بیشتر تحت تاثیر نوسانات قرار گرفته و به شدت شروع به جابه جایی در محل خود می کنند. به همین دلیل هر چه غذا رطوبت بیشتری داشته باشد سریع تر تحت تاثیر این امواج قرار می گیرد.

كاربرد علم فيزيك در ورزش كاربرد علم فيزيك و علوم وابسته علم مكانيك و مكانيك زيستي " بيومكانيك " در تكنيك و مهارتهاي ورزشي : حدودا از سال 1914 ميلادي اهميت استفاده از قوانين علم فيزيك و رشته هاي وابسته آن خصوصا علم مكانيك در فعاليتهاي روزمره و ورزشي مورد توجه قرار گرفت . خانم واتز " WATTS " درهيمن سال با بكارگيري وسايل تحقيقاتي ساده ، اهميت درك و كاربرد صحيح اصول علم مكانيك را در فعاليتهاي روزانه و ورزشي گوشزد نمود و گفت : زمانيكه اين اصول كاملا تفهيم شد ، آنوقت ما مجاز به استفاده از آنها نه تنها براي تمرينهاي بخصوص ، بلكه در تمام رشته هاي ورزشي و فعاليتهاي عادي روزمره هستيم . خانم واتز گفت : كاربرد درست اصول علم مكانيك ، نتايج فعاليتهايي ورزشي شما را مطلوبتر و از جراحات هولناك به نحو چشم گيري پيش گيري كي نمايد . ناخودآگاه ، در حركات ورزشي و فعاليتهاي ورزشي روزمره قوانين علم مكانيك و مكانيك زيستي " بيو مكانيك " نظير ، قوانين نييروي جاذبه ، تعادل ، حركت ، طرز بكار بردن اهرم ، نيرو ، شناوري " در ورزشهاي آبي " برخورد و پرتاب و غيره مورد استفاده قرار مي گيرند . از سال 1950 ميلادي سود جستند از اين علوم و رقابتهاي المپيك و بين المللي توسط كشورهاي صاحب در ورزش خصوصا شوروي سابق جنبه جدي و ظهور خط سياسي در ورزش را هر چه بيشتر دامن زد . كاربرد قوانين فيزيك زماني شگفتي آفريد كه ورزشكاران آلمان شرقي سابق با شركت خود در مسابقات بين المللي و ثبت ركوردهايي باور نكردني در اكثر رشته ها ، دو كشور صاحب نام ورزشي يعني شوروي سابق و آمريكا را مات و مبهوت نمودند . انستيتوهاي ورزشي آلمان شرقي با تجهيزات آزمايشگاهي فوق مدرن و اساتيد مجرب و صاحب كلاس و با ارائه سيستم هاي مدرن و جديد تمريني و تربيتي و خلق تكنيك هاي باور نكردني بر مبناي قوانين علم مكانيك ، فاصله خود را در تحقيقات علمي ورزشي با ساير كشورها به نحو چشم گيري عميق تر كردند . اين چنين تكنيك هاي علمي تا حدود زيادي موضوع شانس يا بهانه قرعه سخت و جهت گيري دارو بنفع كشور خاصي را خنثي كرد و ثابت نمود ، تنها ورزشكاران صاحب تكنيكهاي علمي كامل و بي نقصي مي توانند مبارز به طلبند . امروزه شاهد شكوفائي ورزش علمي در تمام زمينه ها هستيم و آينده نشان خواهد داد كه كشورهاي صاحب " علم و تحقيقات " و آماده سرمايه گذاري معنوي و اقتصادي دراين جهت ، مقمهاي بزرگ را به دست مي آورند . در اين مقالات سعي مي شود با زبان ساده ، قوانين علم فيزيك و رشته هاي وابسته " مكانيك و بيو مكانيك " و كاربرد مؤثر آنها را در ورزش بررسي كنيم . قبل از ارائه اين قوانين ، لازم است ، رابطه بين علم فيزيك و مكانيك و بيو مكانيك براي خوانندگان عزيز تشريح گردد : فيزيك چيست ؟ فيزيك يكي از شاخه هاي مهم " شايد مهم ترين " علومم طبيعي بوده و بررسي تمام پديده هاي طبيعي را به نحوي زير پوشش خود قرار مي دهد . علم فيزيك در مطالعه عناصر تشكيل دهنده ماده يا جسم مادي و عمل متقابل اين عناصر غير قابل انكار و بررسي چنين برهم كنشها ، خواص جسم مادي را در پيش روي ما قرار داده و دسترسي به مجهولات پديده هاي طبيعي را آسان مي كند . فيزيك علاوه بر بررسي ساختار جسم مادي و عوامل تشكيل دهنده آن ، ارتباط نزديك با ساير علوم طبيعي در رشته و بعنوان يك پديده بنيادي در تمامي پژوهشهاي علمي كاربرد وسيعي را به خود اختصاص مي دهد . بررسي اوضاع و احوال علومي نظير انرژي ، نور ، مكانيك " جامدات و سيالات " شيمي ، نجوم ، زمين شناسي بدون استفاده از فيزيك امكان ندارد . شاخه هاي سنتي فيزيك : تا پايان قرن نوزدهم و شروع قرن بيستم ، حيطه عمليات علم فيزيك را در علومي نظير ، مكانيك ، ترموديناميك ، الكتريسيته ، مغناطيس ، صدا و نور خلاصه مي دانستند . مثلا ،مكانيك را علم الحركات و نور را براي دستيابي به علم اپتيك و صدا و شنوائي را براي دسترسي به علم اكوستييك و الكترومغناطيس را بعنوان رابط با تمامي شاخه هاي ذكر شده بكار مي گرفتند . علم مكانيك بعنوان شاخص ترينن رشته هاي علم فيزيك بكار گرفته شد و بسرعت توسعه يافت و بهه دو بخش استاتيك وديناميك تقسيم گرديد. قوانين بيشماري در ارتباط با استاتيك و ديناميك مطرح شد كه اغلب آنها امروز نيز در فعاليتهاي علمي ـ صنعتي ـ ورزشي مورد استفاده قرار مي گيرند " در مقالات آتي به اين قوانين و كاربرد آنها در ورزش اشاره خواهد شد ". در شروع قرن بيستم ديدگاه ها نسبت به علم فيزيك دستخوش دگرگوني گرديد و شاخه جديدي بنام فيزيك نوين خصوصا بررسي انرژي هسته اي بدان اضافه شد . اين تغييرات بيشتر تحت تاثير انديشه هاي نوين ، ستاره تابناك و جاويدان عالم فيزيك يعني " آلبرت انيشتين " قرار داشت . انيشتين ديده فيزيك دانان ، عالمان و دانشمندان را نسبت به فضا ، زمان و سرعت و حركت بكلي دگرگون ساخت و مسائل پيچيده نيروي جاذبه ومعماهاي كهكشانها را حل نمود . كارهاي علمي انيشتين و معادلات و برداشت او از نيروي جاذبه " كه بنحو چشم گيري با تعريف نيروي جاذبه نيوتن اختلاف دارد " زمان فعلي را پوشش ميدهد و قوانين ارائه شده او برآينده جهان تاثير خواهد گذاشت . ثقل انيشتيني يا " نسببيت عام " همانطوري كه بر اجرام سماوي و اقمار و ستارگان و سفينه ها اثر ميگذارد ، مطمئنا رشته هاي مختلف ورزش را متحول و متاثر خواهد كرد . چرا كه سرعت در بيدار كردن انرژي نهفته اجسام رل اساسي بازي مي كند و اين مهم در فرمول E= mc انيشتين بيان شده . مي دانيم سرعت و شتاب در كسب ركوردهاي بالا رل اساسي را بازي مي كند و كسب انرژي بالا توسط ورزشكار " يعني فرمول انيشتين " قادر به خلق ركوردهاي غير قابل باور در سالهاي 2500 يا 3000 ميلادي خواهد بود . البته آنچه در رابطه باانرژي نهفته و سرعت گفته شد ، مي تواند بعنوان خيال پردازي تلقي شده ، ولي آينده ركوردهاي حيرت انگيز در رشته هاي گوناگون ورزشي بستگي به سرعت و جذب انرژي دراين راستا دارد . بهر صورت با بكارگيري و استفاده از ثقل انيشتيني و حذف ثقل نيوتني " به هر حال در مقابل ثقل انيشتيني قابل هضم نيست " كار ركوردها و ورزش نيز بهمين جا ختم نمي شود . به هر صورت فيزيك نوين ايجاب مي كند در هر زمان ، اصول و مباني و تفكرات قبلي دانشمندان علوم رياضي ـ فيزيك مورد بررسي قرار گرفته و تغييرات جديد بكار رود . پيدايش علم مكانيك زيستي يا بيومكانيك در ورزش : در سالهايي اخير براي تجزيه و تحليل حركات جسماني موجودات زنده خصوصا انسان " بيش از همه حركات ورزشي " دانشمندان پس از بحث هايي طولاني به واژه بيو مكانيك يا مكانيك زيستي رو آوردند . در حقيقت بيو مكانيك نيز شاخه اي از علم مادر يعني فيزيك است و همان قوانين در اين رشته نيز صادق مي باشد . تعريف علم بيومكانيك : در رابطه با تكنيكها ومهارتهاي ورزشي ، بيو مكانيك باين شرح تعريف مي شود : بيو مكانيك علمي است كه با بكارگيري قوانين فيزيك و مكانيك در حركات ورزشي و فعاليت هاي روزمره انسان و تجزيه و تحليل عمل و عكس العمل نيروهاي داخل و خارجي بر بدن انسان وتاثيرات نهائي اين نيروها صحبت مي كند . مكانيك زيستي يا بيو مكانيك چه تغييراتي در روشها و فنون ورزشي ايجاد كرده : بطور كلي كاربرد قوانين علم بيو مكانيك يا مكانيك زيستي در ورزش وتكنيكهاي مربوطه موجب تغييرات شگرف و باورنكردني شده . مثلا ، تغيير در حركات كلاسيك وزنه درر حركات كلاسيك وزنه برداري و برگزيدن " استيل چمباتمه " و كشش هاي انفجاري " كشش با شتاب بالا " ركوردهاي اين ورزش سنگين را بنحو چشم گيري تغيير داده ، ضمنا موجب دگرگوني پايه اي در تكنيك هاي آن گرديده . رابطه علم فيزيك با ورزش : فيزيك اساس و بنياد اكثر علوم طبيعي است و در زمينه هاي گوناگون علمي كاربرد دارد . ورزش ني از اين قاعده مستثني نيست و بدون استفاده از قوانين فيزيك هيچ يك از فرآيندهاي ورزشي قابل تجزيه و تحليل نيستت . يكي از شاخه هاي پر ارزش فيزيك ، مكانيك است كه در تمام زمينه هاي ورزشي بصورت پايهاي وو گسترده بكار مي رود " در مقالات آينده تك تك آنها با ذكر مثال ورزشي عرضه مي شوند " . براي ايجاد ارتباط بيشتر بين ورزش علمي و علم مكانيك تعريف هر دو را بشرح ذيل ارائه مي كنيم . مقايسه اين دو تعريف مي رساند كه چقدر ورزش علمي به علوم مربوط به فيزيك وابسته است . تعريف علم مكانيك : علم مكانيك علمي است كه در رابطه با حركت و تاثير نيروها بر اجسام صحبت مي كند . تعريف علم ورزش : علم ورزش علمي است كه ، در ارتباط با بكارگيري نيروي عضلاني ورزشكار و انتقال آن توسط تاندونهاي ماهيچه به اهرمهاي بدن او حركت و جنبش آنها را باعث شده و فعاليتهاي ورزشي به سرانجام مي رسد يا نيروهاي واقعي ورزشكار كه نيروي عضلانني مي باشند ، بر اجسام كه مي تواند وسايل ورزشي و غيره باشد اثر كرده و تحركات اهرمها را بدنبال مي آورد وموجب تكامل حركت ورزشي خواهد شد . اين دو تعريف بسيار شبيه مي باشند و ميي رساند چقدر قوانين فيزيك ورشته هاي مربوط آن در تكنيكهاي ورزش موثرند . همين طور زمانيكه سرعت و قدرت و نرمش و كم نياوردن نفس در كشتي آزاد فرنگي با ضوابط و قوانين جديد اعمال گرديد ، اين دو ورزش از حالت خسته كننده و بي تحرك به ورزشي فعال و صاحب سبك و تكننيك و جذاب مبدل گرديد يا زمانيكه مقررات شنا در برگشت تغيير كرد بطور وضوح بر روي ركوردها اثرات عميق گذاشت. اين مسئله در پرش ارتفاع با بكارگيري نيزه هاي فايبر گلاس و قابل انعطاف نيز معجزه كرد اما در اين ميان كوچ ها و مربيان با بروز چنين تغيرات غير قابل پيش بيني روبرو و غافل گير شدند ، ولي كلاسهاي توجيهي ـ آموزشي و تئوريك ـ عملي اين نقيصه را نيز جبران رركد . علم بيو مكانيك مربيان و مدرسين ورزشي را در تجزيه وتحليل علمي حركات ورزشي ياري داده و آنها را در اجراء تكنيك ها و فنون علمي حركات ورزشي ياري داده و آنها را در اجراء تكنيك ها و فنون علمي راهنمائي و تصميم گيري را برايي آنان آسان تر مي كند . مثلا در وزنه برداري استفاده وسيع از قوانين بيو مكانيك و مكانيك در حركات كلاسيك و آموزشي جنبه هاي فني ـ تكنيكي اين دو حركت بعهده مربي است . اين مربيان در سطح خيلي پيشرفته بايد دانش بيو مكانيك وقوانين مربوط به آنها را جذب كرده و بكار گيرند . نقطه شروع جذب اين دانش علمي بدون شك دانشكده هاي ورزش است . اين دانشكده ها بجايي واحد هاي درسي غير ضروري ، بايد دروس فيزيك و بيو مكانيك ورياضيات مربوطه را جدي گرفته ، علاوه بر واحدهاي تئوريك ، آزمايشگاههاي آنها را كه به شكل عملي چگونگي كاربرد قوانين فيزيك و بيو مكانيك در ورزش را نشان مي دهند ، بر پا و تجهيز نمايند . آنچه ارزش علم بيو مكانيك را هر چه وسيع تر نمايان مي كند ، بهبود بخشيدن بر تكنيكها و ركورهاي ورزشي است و سرانجام شكوفائي استعدادهاي نهفته نوآموزان ورزشكار است كه از وظايف مربي بحساب مي آيد

تأمين انرژي مورد نياز و حل مشكلات زيست‌محيطي، يكي از مهمترين دغدغه‌هاي بشر در قرن اخير است. اين امر باعث شده است تا همواره در پي يافتن منابع جديد توليد انرژي با حداقل آلودگي­هاي زيست‌محيطي باشيم. اهم گزينه‌هاي مطرح در خصوص منابع جديد انرژي، عبارتند از: انرژي اتمي، انرژي‌هاي تجديدپذير نظير انرژي خورشيدي، انرژي باد، استفاده از پيل ­هاي سوختي و… به رغم پيشرفت­هاي تكنولوژيكي قابل توجه، هنوز هم اين روش­ها فاقد سهم قابل ملاحظه­اي در تأمين انرژي بوده و سوخت‌هاي فسيلي بهترين گزينه مطرح هستند. اين نوع سوخت‌ها بيشترين سهم را در توليد انرژي دارند. نكته قابل توجه در مورد استفاده از سوخت­هاي فسيلي‌، محدوديت منابع و آلودگي­هاي زيست‌محيطي ناشي از مصرف آنهاست. لذا استفاده بهينه از اين منابع به منظور دستيابي به چگالي انرژي بالاتر و كاهش آلودگي­هاي ناشي از به‌كارگيري آنها، بسيار حائز اهميت است. براي دستيابي به اين مهم، بسته به نوع كاربرد سوخت مورد استفاده، روش­هاي مختلفي ارائه شده است. يكي از مهمترين اين روش­ها، تغيير تركيب هواي مورد استفاده است. به‌طوري كه با افزايش غلظت اكسيژن در هواي ورودي، بازده احتراق افزايش يافته و چگالي انرژي مورد استفاده سوخت، افزايش مي­يابد. از سوي ديگر، با توجه به افزايش غلظت اكسيژن ورودي، احتراق كاملتري انجام گرفته و در نتيجه هيدروكربن­هاي نسوخته، ذرات جامد معلق، گاز مونواكسيد كربن و… كاهش مي­يابد. گفتني است كه استفاده از هواي غني شده از اكسيژن، مي­تواند به افزايش ميزان اكسيدهاي نيتروژن بينجامد كه اين آلاينده را نيز مي­توان با اعمال تكنيك­هاي خاص، كاهش داد.

هواي غني شده از اكسيژن را مي­توان با افزودن اكسيژن خالص به هواي معمولي و يا به صورت Onboard از هواي معمولي تهيه كرد. روش اول براي تهيه هواي غني شده از اكسيژن، چندان مناسب نيست زيرا گران بوده و در كاربردهايي نظير بهبود احتراق سيستم­هاي متحرك (خودروها) قابل استفاده نيست. براي توليد اكسيژن غني شده به صورت Onboard دو روش PSAا1 و غشايي وجود دارد. با توجه به مباحثي كه در بخش­هاي بعدي خواهد آمد، روش غشايي بر روش PSA برتري دارد و از اين رو، در سال­هاي اخير تمام توجهات در حوزه جداسازي گازها، به سمت اين روش (غشايي) جلب شده و تحقيقات متعددي در زمينه اين فناوري صورت گرفته است.

در يافت متن كامل مقاله در قالب pdf

نگراني درباره بزرگترين آزمايشگاه دنيا

بزرگ‌ترين شتاب‌دهنده ذرات دنيا (LHC) كه از آن به عنوان بزرگ‌ترين و مجهزترين آزمايشگاه تحقيقاتي جهان نيز ياد مي‌شود از سپتامبر سال گذشته (شهريور 87) حيات خود را آغاز كرد، اما به دليل بروز برخي نواقص فني هم‌اكنون چند ماهي است به خواب رفته، اما با تلاش محققان مركز تحقيقات هسته‌اي اروپا (سرن) كه در ژنو سوئيس واقع شده است بزودي مهياي ادامه كار خود مي‌شود. آنچه كه در ماه‌هاي گذشته و همزمان با از كار افتادن موقتي اين مجموعه عظيم آزمايشگاهي روي داده است از بروز برخي شايعات و نگراني‌هاي مرتبط با آنها درخصوص وضعيت خاموش اين آزمايشگاه و خطرات احتمالي آن براي ساكنان زمين حكايت دارد، اما حقيقت چيز ديگري است.

چرا طرح عظيم LHC براي برخي ساكنان زمين نگراني‌هايي را به همراه داشته است؟ در تشريح اين مسأله و در نهايت رسيدن به جايي كه بتوان با استنادات علمي ‌چنين نگراني‌ها و شايعاتي را رد كرد بايد ابتدا به فرآيندي كه در اين آزمايشگاه زير زميني روي مي‌دهد، پرداخت. در مجموعه عظيم آزمايشگاهي LHC ساختار حلقه‌اي غول پيكري قرار دارد كه در آن ذرات مسافتي بالغ بر 27 كيلومتر را در وضعيت پرتاب طي مي‌كنند. برخورد اين ذرات در سرعت‌هاي بسيار بالا نتايجي در بردارد كه مهم‌ترين آنها كشف اسرار مختلف نهفته در دل مواد و در نتيجه چگونگي پيدايش عالم است.

طرح شتابگر عظيم LHC كه با هزينه 9 ميليارد دلار و به عنوان بزرگ‌ترين و پيچيده‌ترين دستگاهي است كه تاكنون توسط بشر ساخته شده است در زير زمين و در ناحيه مرزي فرانسه و سوئيس قرار دارد. آزمايشاتي كه در اين مركز صورت مي‌گيرد با هدف افزايش دانش بشر نسبت به طبيعت بوده و با مشاركت گروهي متشكل از 7 هزار دانشمند و فيزيكدان و با حضور 80 كشور جهان طراحي شده و از لحاظ عمق و حجم اطلاعات و فعاليت‌هاي علمي ‌بزرگ‌ترين طرح علمي ‌بشر محسوب مي‌شود. در اين مجموعه آزمايشگاهي ريز سياهچاله‌هاي ميكروسكوپي ايجاد مي‌شود كه مربوط به ايجاد انفجاراتي لحظه‌اي اما بزرگ است. در حقيقت دانشمندان تلاش مي‌كنند در طول انجام چنين برخوردها و تشكيل سياهچاله‌هايي از اين دست به نوعي شكل گيري اوليه عالم را شبيه سازي كنند. نكته جالب اينجاست كه آغاز برخي نگراني‌ها و شايعات درخصوص فعاليت LHC از همين جا آغاز مي‌شود. در هفته‌ها و ماه‌هاي اخير افزايش آگاهي مردم درخصوص چگونگي فرآيندهاي برنامه‌ريزي شده براي LHC موجب شده تا برخي انجام آنها را براي ادامه حيات زمين خطرناك عنوان كنند. در گزارش‌هايي آمده است: نگراني برخي مردم جهان بويژه اروپايي‌ها مبني بر آن است كه ايجاد چنين شرايطي اگر از كنترل و برنامه‌ريزي دانشمندان خارج شود مي‌تواند تبعات و نتايج باورنكردني‌اي به همراه داشته باشد تا آنجا كه ديگر اثري از زمين نخواهد بود. از آن گذشته، آغاز فعاليت‌هاي اين طرح با نقص همراه بوده است و از اين‌رو شايد بتوان اين نگراني را نيز قابل توجيه دانست كه با خارج شدن امور از كنترل دانشمندان و فيزيكدانان آنچه نبايد اتفاق افتد روي دهد.

چنين نگراني‌هايي گرچه از بعد تئوري قابل بحث است، اما نكته اصلي اينجاست كه در اين طرح عظيم آزمايشگاهي كه با صرف بودجه‌اي نزديك به 10 ميليارد دلار همراه بوده است، از بالاترين تكنيك‌ها و امكانات كنترلي بهره گرفته شده است تا جاي هيچ گونه نگراني درخصوص تداوم فعاليت‌هاي آن بر جاي نماند. اما اين تنها بخشي از پاسخ دانشمندان طرح LHC به چنين شايعات و نگراني‌هايي است. با دقت به آنچه در اين آزمايشگاه روي داده و خواهد داد اين نكته روشن مي‌شود كه چنين فرآيندهايي هم اكنون و حتي در دوران‌هاي گذشته و همزمان با حيات زمين و ديگر اجرام آسماني به صورت طبيعي در حال رخ دادن بوده است.

از آن گذشته برخورد دهنده‌ هادرون مانند ديگر برخورد دهنده‌ها، پديده طبيعي پرتوهاي كيهاني را تحت شرايط كنترل شده آزمايشگاهي بازسازي كرده و امكان مطالعه دقيق آنها را فراهم خواهد آورد. پرتوهاي كيهاني ذراتي هستند كه خارج از فضاي زمين توليد شده و انرژي برخي از آنها بسيار فراتر از انرژي ايجاد شده در ‌هادرون خواهد بود. طي ميلياردها سال گذشته، طبيعت تعداد زيادي از برخوردهاي مشابه برخورد ‌هادرون را با انرژي بيش از آن در زمين به وجود آورده است و همان‌طور كه قابل مشاهده است زمين همچنان در حال ادامه حيات است. كل جهان هستي در هر ثانيه بيش از 10 ميليون ميليون آزمايش مشابه آزمايش ‌هادرون را به انجام مي‌رساند و احتمال وجود هر نوع خطري با آنچه در سيارات و ستاره‌هاي ديگر مشاهده مي‌شود كاملا متناقض است.

گذشته از اين توضيحات، دانشمندان اين طرح هم‌اكنون خود را براي راه‌اندازي مجدد اين مجموعه عظيم آزمايشگاهي آماده مي‌كنند. بر اساس پيش‌بيني‌هاي صورت گرفته LHC از اواخر ماه سپتامبر و با آزاد كردن نخستين سري از تابش‌هاي پروتوني فعاليت مجدد خود را آغاز خواهد كرد. بي‌شك اين لحظه بشدت مورد توجه دانشمندان و فيزيكداناني قرار دارد كه طي 15 سال گذشته كه برنامه طراحي و ساخت LHC آغاز شده است، همواره به دنبال يافتن پاسخي براي هزاران پرسش علمي ‌و تحقيقاتي خود بوده‌اند. اين مجموعه عظيم آزمايشگاهي فرصت مناسبي در اختيار دانشمندان و فيزيكدانان سراسر جهان قرار مي‌دهد تا بيش از گذشته به درون ساختارهاي اتمي‌ و انرژي نهفته در مواد نفوذ كنند. در حال حاضر در گوشه و كنار جهان سيستم‌هاي برخورد دهنده مشابهي فعاليت دارند، اما آنچه به عنوان نقطه تمايز اين دستگاه و ديگر دستگاه‌ها به شمار مي‌آيد انرژي هنگفتي است كه بر اثر برخورد ذرات با يكديگر در آن آزاد مي‌شود. تاكنون دانشمندان تنها موفق به آزادسازي يك ترا الكترون ولت انرژي در ديگر سيستم‌هاي برخورد ذرات بوده‌اند، اما اكنون برنامه‌ريزي گسترده‌اي براي افزايش اين رقم به 7 ترا الكترون ولت است كه در صورت به حقيقت پيوستن مي‌توان از آن به عنوان يكي از نقاط عطف تاريخ علم ياد كرد. دانشمنداني كه در مجموعه آزمايشگاهي سرن در حال فعاليت شبانه‌روزي هستند اميدوارند از نتايج آزمايش‌هاي خود در سرن گام تازه‌اي در افزايش درك بشر از حوادث مربوط به پس از انفجار بزرگ و پيدايش عالم برداشته و در عين حال با نگاهي به جلو در نظر دارند تا از نتايج مربوط به برخورد ذرات در شتاب‌دهنده راهكارهاي نوين درماني براي بيماري‌هاي مختلف نظير سرطان ارائه كنند. بي‌شك اهميت و عظمتLHC و نتايج ارزشمندي كه براي ساكنان زمين به همراه خواهد داشت در آينده نه چندان دور بيشتر و بيشتر نمود پيدا خواهد كرد.

دونالد اهرنز نويسنده اي است كه در كتاب خود با نام "هواشناسي امروز" از رنگين كمان تحت عنوان يكي از ديدني ترين نورهايي كه مي توان در زمين مشاهده كرد نام برده است. حقيقتاً از ديدگاه سنتي رنگين كمان عبارت از پرتو خورشيدي است كه  به رنگهاي مختلف انتشار مي يابد و  به وسيله قطرات ريز باران به چشم مشاهده كننده بازمي گردد.اصطلاح كمان كه بخشي از كلمه رنگين كمان را تشكيل مي دهد در حقيقت مطلب را به خوبي توضيح مي دهد كه رنگين كمان دسته اي است از رنگهاي خم شده كماني است كه مركز مشتركي دارند.  

 

خورشيد هنگام پديدار شدن رنگين كمان كجاست؟

طرح اين پرسش براي شروع تفكر فيزيكي پيرامون اين مسئله كه "فرايند تشكيل رنگين كمان چيست" بسيار مناسب است. اغلب مردم هيچ توجهي نمي كنند كه زمان مواجهه با رنگين كمان هميشه خورشيد پشت سرشان قرار دارد. و مركز كمان رنگين كمان دقيقاً در مقابل خورشيد واقع است. البته با ذكر اين نكته كه باران در امتداد رنگين كمان قرار دارد.

چه چيزي سبب ايجاد قوس رنگين كمان مي شود؟

پرسشهايي از اين دست پاسخهاي فيزيكي به خصوصي دارند. ما پديده تشكيل كمان را توسط بارش باران توضيح خواهيم داد. و اين مسئله اي پيرامون مباحث اپتيك است كه نخستين بار به طور شفاف توسط رنه دكارت در سال 1637 ميلادي تشريح گرديد.موضوع جالب تاريخي اينكه مطابق با مطلبي كه در كتاب كارل بايرز "رنگين كمان از افسانه تا رياضيات" شرح داده شده در حقيقت دكارت اين پديده را با در نظر گرفتن گذر نور از يك قطره آب ساده سازي نموده و توانست اين پديده را  شرح دهد . وي مي نويسد: در نظر بگيريد اين كمان نه در آسمان بلكه در هواي نزديك به ما هر كجا كه خورشيد به قطرات باران ميتابد ظاهر گردد. در نتيجه ما قطعاً خواهيم توانست اصل قضيه را دريابيم. من تصميم دارم به سهولت بيان نمايم كه هر كدام از پرتوهاي نور به قطرات فرو ريزنده باران برخورد و از آن عبور نمايد و به چشم ما ميرسد.  بعلاوه با در نظر گرفتن اين موضوع كه قطره باران گرد و كروي است و ساختاري تشكيل يافته دارد و اينكه قطره آب در اندازه هاي بزرگتر و كوچكتر ايجاد مي گردد در اصل پيدايش كمان تفاوتي ايجاد نميشود اگر اين كره كوچك يا بزرگ باشد.من نظري دارم و آن اين است كه مي توان اين مطلب را بهتر بيان نمود. دكارت توضيح داده كه چگونه كره بزرگي ساخته و به پرتوهاي خورشيد گذرنده از آن نگاه كرده است.                                     

وي همچنين نوشته است "من دريافتم اگر پرتو خورشيد بعنوان مثال از بخشي از خورشيد كه در شكل زير با AFZنشان داده شده است عبور كند و چشمان ناظر در نقطهE   قرار داشته باشد زمانيكه در موقعيت دوار BCD واقع هستم  قسمت D قرمز و روشنتر به نظر خواهد رسيد."

و هرچقدر به آن نزديك شوم يا از آن دور  گردم و يا به چپ و راست بروم و يا اينكه به سمت بالا ارتفاع بگيرم همواره خط EM با امتداد خط DE  زاويه 42 درجه خواهد ساخت.

بنابراين ما تصور مي كنيم در امتداد مركز خورشيد و چشمان مان قرار دارد و از اين رو همواره قرمز به نظر خواهد رسيد و به تدريج با بزرگتر شدنDEM  رنگ قرمز محو و ناپديد خواهد شد. 

و به همين ترتيب اگر زاويه را اندكي كوچكتر در نظر بگيريم رنگ قرمز به يكباره ناپديد و محو نخواهد شد بلكه حالت محو تري پيدا خواهد كرد و ديگر آن حالت تشعشع درخشنده را كمتر خواهد داشت. كه به تدريج در پهناهاي مجاور آن رنگهاي زرد آبي و ساير رنگها ظاهر مي شوند.

وقتي مسئله را جزئي تر بررسي كنيم درمي يابيم در قسمتBCDچه چيزي سبب مي گردد نقطه D قرمز به نظر برسد. دريافتم كه پرتوهاي نور خورشيدي كه از  A  به   B   مي رسند در زمان ورود به نقطه B   خم مي شوند.  و براي عبور به نقطه C  جايي كه به نقطهDبازتابيده مي شوند  و در آنجا با عبور از قطره آب باز هم خميده مي شوند .

آنچه گفته شد شكل رنگين كمان را بيان مي كند . براي ساده سازي اين تحليل مسير پرتو تكرنگ را درون يك قطره كروي آب در نظر بگيريد . تصور كنيد نور چگونه داخل قطره كروي آب مي گردد و سپس چگونه توسط سطح خميده داخلي و نيز " آيينه مانند"  قطره آب  بازتابيده مي شود. و در نهايت اينكه چگونه نور به قطره آب وارد و از آن خارج مي گردد.اگر نتايج اين بررسي را به كل قطرات آب باران در آسمان تعميم دهيم مي توانيم علت كماني شكل بودن رنگين كمان را درك نماييم. دياگرام سنتي براي توضيح اين پديده نشان داده شده است. "فيزيك هواشناسي" مسير عبور يك پرتو نور  از  قطره آب در امتدادSA را نمايش مي دهد. به گونه اي كه باريكه نور در نقطه A  وارد مي شود .

به ميزان كمي خميده مي گردد و به داخل قطره آب وارد شده تا نقطه B پيش مي رود.

  زمانيكه به نقطهC بازتابيده مي شود و از قطره آب بيرون آمده اكنون با حالتي منحني و خميده شده در امتداد CE از قطره خارج مي گردد.  زاويه D  ميزان انحراف زاويه اي خروج پرتو نور از امتداد اصلي را نشان مي دهد.

دكارت اين زاويه را براي پرتو نور قرمز در حدود 138 درجه اندازه گيري نموده است. پرتوي كه در اينجا كشيده شده بسيار با اهميت است زيرا كه پرتوي را كه انحراف زاويه كمتري دارد از ميان همه پرتوها در قطره باران نشان مي دهد كه دكارت يا پرتو رنگين كمان ناميده ميشود و بيشتر پرتوهاي خورشيدي مانند آن درست مانند اين پرتو در ميان قطره باران شكسته و بازتابيده ميشوند. بنابراين نور بازتابيده شده پراكنده تر و ضعيف تر خواهد بود مگر آنكه نزديك به اين امتداد پرتو رنگين كماني باشد. اين تمركز پرتوها در نزديكي حداقل انحراف زاويه اي منجر به ظاهر شدن كمان و قوس رنگين كمان مي گردد.خورشيد فوق العاده از ما  دور است  و مي توان تقريب خوبي براي اين مسئله  داشت. با فرض اينكه پرتوهاي خورشيدي دسته پرتوهاي موازي ايجاد مي نمايد كه در قطره آب داخل شده و در درون قطره پخش و بازتابيده مي شود و بار ديگر ه هنگام خروج از قطره آب رفتار مشابهي نشان مي دهد. دكارت در اين باره مي نويسد: قلم به دست گرفتم و محاسبه دقيقي از مسير پرتوهايي كه بر نقاط مختلف قطره كروي باران وارد مي شود براي حساب كردن اينكه چه زوايايي پس از دو پراكندگي و بازتاب به چشم انسان مي رسند انجام دادم. سپس دريافتم پس از يك بازتاب و دو پراكندگي پرتوهاي بيشتري از زاويه 42 و 41 درجه مي توانند به چشم برسند تا اينكه از ساير زوايا .  و هيچ پرتوي از زاويه اي بيش از اين نمي تواند مشاهده شود.عموماً  يك قطره باران كروي است و بنابر اين اثر آن بر نور خورشيد به طور متقارن با يك محور ميان مركز قطره و چشمه نور (در اينجا خورشيد) مي باشد .زيرا اين تقارن در بيان دوبعدي موجود در شكل به خوبي  كفايت مي كند و تصور سه بعدي قطره به دليل تقارن كروي مي تواند با گردش حول محور تقارن صورت پذيرد.اثر تقارن كانوني بر هر قطره در هر كجا كه قطرات باران را مشاهده مي كنيم.

و  با معيار ديدrainbow ray  تعريف مي گردد را در  لكه هاي روشن را پراكنده شده و بازتاب يافته نور خورشيد خواهيم ديد.

بر طبق شكل مشاهده مي كنيم كه پرتو رنگين كمان براي نور قرمز مابين امتداد پرتو خورشيد و خط ديد زاويه 42 درجه مي سازد. بنابراين در زمانيكه قطره باران در خط ديد واقع مي شود با نور پديدار شده چنين زاويه اي را مي سازد روشنايي آن را خواهيم ديد.

كماني از منحني با زاويه 42 درجه به مركز مقابل خورشيد است.  بدين ترتيب رنگين كمان ما منحني را به طور كامل مشاهده نخواهيم كرد زيرا زمين در ميانه راه با آن برخورد مي كند. زماني كه خورشيد نسبت به افق پايين تر قرار دارد ما بخش هاي بيشتري از اين قوس دايره رنگين كمان را مشاهده خواهيم نمود خصوصاً در موقعيت غروب خورشيد كه ما نيم دايره اي از نگين كمان با كمان 42 درجه در بالاي افق مشاهده مي نماييم. زمانيكه خورشيد نسبت به افق در بالاترين قسمت خود واقع است كمان رنگين كمان كوچكتر به نظر خواهد رسيد.

 چه چيزي سبب ايجاد رنگها در رنگين كمان مي شوند؟

 توضيح سنتي رنگين كمان بيان مي داشت كه رنگين كمان متشكل از 7 رنگ قرمز نارنجي زرد سبز آبي نيلي و بنفش مي باشد اما در حقيقت رنگين كمان طيف پيوسته اي از تمامي رنگها را از بنفش تا قرمز در گستره ديد انسان در بر مي گيرد. رنگهاي رنگين كمان ناشي از دو واقعيت اساسي است:

 پرتو خورشيد متشكل از دامنه همه رنگهاي قابل ديد در گستره بينايي انسان مي باشد . رنگهاي نور خورشيد زمانيكه با يكديگر تركيب مي گردند سفيد به نظر مي رسند. اين خاصيت نور خورشيد نخستين بار توسط سر آيزاك نيوتن  در سال 1666 تشريح گرديد. نور رنگهاي مختلف زمانيكه از يك حائل مانند هوا به محيط ديگري مانند آب يا شيشه عبور مي كنند به ميزان متفاوتي انتشار مي يابند. دكارت و ويلبرورد اسنل محاسبه كرده بودن كه نور چگونه زمانيكه از يك محيط به محيط ديگري كه چگالي متفاوتي دارد گذر مي كند خم يا پراكنده مي شود. (مانند گذر نور از هوا به محيط آب) زمانيكه مسير پرتو نور درون قطره آب را براي نورهاي قرمز و آبي بررسي مي كنيم در مي يابيم زاويه انحراف براي اين دو رنگ متفاوت است . زيرا نور آبي بيش از نور قرمز خميده و پراكنده مي شود.

اين موضوع نشان مي دهد زماني كه رنگين كمان و دسته رنگهاي آن  را مشاهده مي كنيم به نوري نگاه كرده ايم  كه از قطرات مختلف آب  پراكنده و بازتابيده شده است. برخي با زاويه 42 درجه ديده مي شوند برخي با زاويه 40 درجه و برخي مابين اين دو زاويه. رنگين كمان متشكل از دو رنگ اغلب پهنايي برابر با 2 درجه دارد (در حدود چهار مرتبه بزرگتر از اندازه زاويه اي ماه كامل) . توجه نماييد كه با وجود اينكه نور آبي بيش از نور قرمز در يك قطره باران پراكنده مي شود ما نور آبي را در قسمت داخلي تر رنگين كمان مشاهده مي نماييم زيرا ما از زاويه ي ديد متفاوت كوچكتر از 40 درجه براي نور آبي نگاه مي كنيم.

 

چه چيزي سبب ايجاد رنگين كمان دوتايي مي شود؟

بعضي وقتها دو رنگين كمان را همزمان با هم مشاهده مي كنيم. چرا اينگونه است؟ ما مسير پرتو نور از درون قطره آب باران را در زماني كه وارد آن مي شود و درون آن بازتابيده مي شود  پيگيري كرديم . اما تمام انرژي پرتو نور پس از آنكه يكمرتبه بازتابيده شد اتلاف مي شود. بخشي از پرتو نور مجدداً بازتابيده مي شود و از درون قطره آب را پشت سر گذاشته و از آن بيرون مي رود.

رنگين كمان معمولي كه عموماً مشاهده مي كنيم رنگين كمان اصلي و اوليه ناميده مي شود و توسط يك بازتاب داخلي ايجاد مي گردد .  رنگين كمان ثانويه به سبب وجود دو بازتاب داخلي ايجاد شده و پرتو نور با زاويه 50 درجه نسبت به زاويه 42 درجه كمان اوليه قرمز از قطره خارج مي شود. نور آبي اغلب با زاويه 53 درجه پديدار مي شود و اين اثر سبب ظاهر شدن رنگين كمان ثانويه مي شود كه رنگهاي آن در قياس با رنگين كمان اوليه معكوس هستند. ممكن است كه يك پرتو نور بيش از دو مرتبه درون قطره آب بازتابيده شود. و مي توان به همين ترتيب رنگين كمانهاي مرتبه بالاتر را نيز شرح داد. اما در حقيقت اين حالت در شرايط محيطي معمولي رخ نمي دهد.

 

چرا آسمان درون رنگين كمان روشن تر به نظر مي رسد؟

دقت نماييد كه كنتراستي ميان رنگ آسمان بيرون و درون كمان رنگين كمان وجود دارد.

وقتي كسي انتشار نور خورشيد را در قطره آب بررسي مي نمايد در مي يابد تعداد زيادي پرتو با زاويه هاي كوچكتر از  پرتو رنگين كمان خارج مي شوند. اما اساساً از يك بازتاب داخلي با زاويه اي بزرگتر از اين پرتو نوري وجود ندارد. بنابراين پرتوهاي بسياري از نور در كمان هستند و مقدار كما هم سواي اينها (در زواياي ديگر) وجود دارد.

زيرا اين نور سفيد است كه تركيبي است از همه رنگهاي رنگين كمان. در رنگين كمان نوع دوم پرتو رنگين كمان كوچكترين زاويه را دارد و پرتوهاي بسياري با زاويه هاي بزرگتر از آن ظاهر مي شوند. بنابراين دو كمان تركيب شده و ناحيه اي تيره تر مابين خود ايجاد مي نمايند كه پهناي اسكندر ناميده مي شود. به افتخار اسكنر مقدوني كه اين موضوع را در 1800 سال پيش دريافت.  

 

كمانهاي اضافي چيستند؟

در برخي از رنگين كمانها  كمانهاي كم نور و كمرنگ فقط داخل و نزذيك بالاي كمان اصلي واقع اند. اين كمانها كمانهاي اضافي ناميده مي شوند كه توط توماس يانگ در سال 1804 از موضوع تداخل نوري پرتوها درون قطره آب استنتاج گرديد.

كار يانگ تاثير عميقي تئوريهاي تبيين كننده ماهيت نور بر جاي نهاد و مطالعات وي پيرامون رنگين كمان پايه و ريشه ي اساسي اين مبحث را تشكيل مي دهد. يانگ نور را چنين تفسير نمود: نور دسته اي از امواج است و زمانيكه دو پرتو در يك مسير در قطرات آب پراكنده شوند   با يكديگر تداخل موجي خواهند نمود.

بسته به اينكه پرتوها چگونه با يكديگر جور مي شوند تداخل مي تواند سازنده باشد (در مواردي كه پرتوها روشنايي ايجاد مي نمايند) و ويرانگر باشند (زمانيكه تداخل پرتوها از ميزان روشنايي مي كاهد). اين پديده به روشني توسط مقاله ناسنزويگ تحت عنوان "تئوري رنگين كمان" توضيح داده شده است. وي مي نويسد:

در زواياي خيلي بسته رنگين كمان دو مسير عبور از ميان قطره آب با هم اندكي تفاوت دارند . بنابر اين دو پرتو با هم تداخل سازنده مي كنند. وقتي زاويه افزايش پيدا مي كند دو پرتو اساساً طولهاي متفاوتي را طي مي كنند. وقتي اين تفاوت برابر با نصف طول موج گرديد تداخل به طور كلي ويرانگر خواهد بود. ودر زواياي بزرگتر بار ديگر يكديگر را تقويت مي كنند. در نتيجه تغييرات نوساني در شدت نور پراكنده شده بوجود خواهد آمد. گروهي از پهناهاي روشنايي و تاريكي.

خالص بودن رنگهاي رنگين كمان به اندازه قطرات باران بستگي دارد. قطرات درشت (در حدود قطرهاي چند ميليمتري) رنگين كمانهاي روشن مي دهند با رنگهاي تفكيك شده و زيبا. قطرات ريز باران (در حدود قطرهاي 0.1 ميليمتر) رنگين كمانهايي با رنگهاي در هم پوشانيده شده ايجاد مي نمايد و اغلب نزديك به رنگ سفيد و شفاف ديده مي شوند. به ياد آوريد تئوري هاي رنگين كمان را  كه قطرات باران را كروي فرض مي كردند.

هرگز يك سايز براي قطرات باران وجود ندارد بلكه قطرات باران متشكل از ابعاد و اندازه هاي گوناگون مي باشند. اين امر منجر به ايجاد رنگين كمان مركب مي شود . عموماً قطرات باران به شعاع 0.5 سانتي متر نمي رسند مگر در اثر برخورد با ساير قطرات. البته گاهي قطرات تا حد چند ميليمتر بزرگتر از آنچه بودند خواهند شد خصوصاً در بارانهاي طوفاني.

بيل ليوينگستون پيشنهاد مي كند: اگر شما به قدر كافي شجاع باشيد در مدت ريزش باران در  طوفان و رعد و برق به بالا نگاه كنيد . ممكن است به چشمان و يا عينك شما آسيب برسد. با اين حال كشنده نيست! شما مشاهده خواهيد نمود كه قطرات باران به هم پيچيده و نوساني فرو مي ريزند.امتداد سطح باران اگر هيچ نيروي ديگري بر آن اثر نكند به صورت كروي فرض مي شود اما زماني كه قطره باران  در هوا سقوط مي كند نيروي كششي سبب تغيير شكل آن مي گردد و آن را به صورت مسطح در مي آورد. ميزان تغيير شكل مي تواند در تونل باد بر روي يك قطره معلق آزمايش و مدلسازي شود.

(Pruppacher and Beard, 1970, and Pruppacher and Pitter, 1971)

قطرات آب با شعاع كمتر از 140 ميكرون كروي باقي مي مانند ولي زمانيكه ابعاد قطره افزايش مي يابد مسطح شدن قطره قابل توجه مي شود. براي قطرات با شعاع نزديك به 140 ميكرون نسبت ارتفاع به عرض 0.85 خواهد بود. اين مسطح شدن براي قطرات بزرگتر بيشتر خواهد بود.

The connection between physics teaching and research at its deepest level can be illuminated by Physics Education Research (PER). For students and scientists alike, what they know and learn about physics is profoundly shaped by the conceptual tools at their command. Physicists employ a miscellaneous assortment of mathematical tools in ways that contribute to a fragmentation of knowledge. We can do better! Research on the design and use of mathematical systems provides a guide for designing a unified mathematical language for the whole of physics that facilitates learning and enhances physical insight. This has produced a comprehensive language called Geometric Algebra, which I introduce with emphasis on how it simplifies and integrates classical and quantum physics. Introducing research-based reform into a conservative physics curriculum is a challenge for the emerging PER community. Join the fun

 

رابطه بین آموزش و تحقیقات یک موضوع دائمی در دانشگاهها ست، بدون اینکه هیچ فرایندی برای بازنگری این مسئله وجود داشته باشد.تمام جوهره تحقیقات آموزشی فیزیک ( Physics Education Research, PER ) بر روش جدیدی قرار می گیرد که  خود امر آموزش یک موضوع برای تحقیقات ساخته شود. موضوع اصلی در PER تغییر دقت به رابطه بین تحقیقات آموزشی و تحقیقات علمی است. بسیاری اوقات، حوزه تحقیقات PER منحصرا آموزشی است. مسئله تحقیقات این است که چگونه آموزش را مفید تر کرد؟ این دیدگاه PER یک بصیرت با ارزش و نتایج مفیدی را تولید می کند. ولی PER با هر گونه بهبود آموزشی توسط بازسازی محتوای درسی مخالف است. آشکارا یک فهم عمیق در فیزیک نیازمند مقاومت با هر گونه بازسازی آموزشی است. نویسنده در این جا برای نشان دادن ساختار و ماهیت موضوع علمی بحث مدعی می شود که PER و تحقیقات علمی با یکدیگر همپوشانی داشته و سبب تقویت یکدیگر از لحاظ فکری می شوند.

مانند هر تئوری علمی، تئوری آموزشی نیز باید توسط نتایجش تایید شود. این برنامه آموزشی بر روی افراد زیادی امتحان شده و نتایج تجربی داشته است و من ( نویسنده ) فکر می کنم که این نتایج می تواند نظریه من ( نویسنده ) را پشتیبانی کند ولی در این جا نمی توان به این نتایج تجربی پرداخت.

یک شرح مختصر بر تئوری آموزشی مجموعه قدم هایی است برای رسیدن به هدف اصلی ام یعنی: یک نقد سازنده بر زبان ریاضیاتی به کار رفته در فیزیک، با معرفی و جایگزینی یک زبان واحد که در چهل سال گذشته گسترش پیدا کرده است. نام اصلی این زبان جبر هندسی است.( Geometric Algebra, GA)هدف من در این جا این است که بیان کنم GA چگونه مفاهیم فیزیک را ساده و روشن تر می کند و در نتیجه شما را با مفاهیم زیادش برای آموزش فیزیک در همه سطوح قانع کنم. در این جا من با جزییات مناسب شرح می دهم که GA هم برای آموزش و هم برای تحقیقات مفید است و در چاپ مقالات هم می توان از آن بهره برد.

( چکیده مطلب از اول تا این جا: من در حال فکر کردن به این موضوع بودم که چگونه می توان به دانشجویان فیزیک را موثر تر آموخت؟ اطرافیانم به من پیشنهاد دادند که محتوای درسی را تغییر دهیم اما من متوجه شدم این بازنگری مفید نیست و باید کاری بنیادی تر کرد و آن تغییر زبان ریاضیاتی فیزیک به GA است.)

خصوصیات منحصر به فرد این زبان ریاضیاتی (GA) عبارتند از:

1- GA به طور یکپارچه خواص بردارها و اعداد مختلط را جمع می کند تا قادر باشد رفتار فیزیک دو بعدی را مستقل از مختصات بیان کند.

2- GA به طور یکپارچه با استفاده از جبر بردارها تکمیل می شود تا به سادگی قادر به برقراری ارتباط با مقالات استاندارد و روش های ریاضی شود.

3- GA کرل، گرادیان، دیورژانس و دیگر عملگر های برداری را به یک مشتق برداری کاهش می دهد و چهار معادله ماکسول را به یک معادله تبدیل می کند و روش های جدیدی برای حل آن مهیا می کند.

4- فرمول بندی GA برای اسپینورها ( spinor) رفتار چرخشی و دینامیک چرخشی را در مکانیک کلاسیک و کوانتومی بدون مختصات و ماتریس ها آسان می کند.

5-GA یک دیدگاه جدید بر ساختار هندسی مکانیک کوانتومی با اشاره بر تفاسیر هندسی اش بیان به وجود می آورد.         

تمام این موارد به طور یکنواخت به یک زبان مستقل از مختصات کامل برای فیزیک فضا- زمان و نسبیت عام تعمیم داده می شود و در مقاله بعدی توضیح داده خواهد شد.