اندازه واقعی نیرو (مکانیک کلاسیک)

در این پست مبحثی از مکانیک کلاسیک با روند تاریخ علم و دیدگاه فیزیکدانان می آورم و از مطالب کتاب فیزیک هالیدی استفاده می کنم.

اندازه واقعی نیرو

فرق میان انرژی جنبشی و تکانه و ارتباط این مفاهیم با نیرو تا اواخر قرن هجدهم میلادی به وضوح درک نشده بود. دانشمندان در این باره که کدامیک از این دو اصطلاح انرژی جنبشی و تکانه اندازه واقعی اثر نیرو بر جسم اند بحث می کردند.

دکارت استدلال می کرد که در بر همکنش اجسام، آنچه اتفاق می افتد انتقال تکانه از یک جسم به جسم دیگر است. زیرا تکانه کل عالم ثابت می ماند. از اینرو اندازه واقعی نیرو تغییری است که این نیرو در یک زمان معین در تکانه ایجاد می کند.

لایبنیتز ضمن رد نظر دکارت استدلال می کرد که اندازه واقعی نیرو تغییری است که آن نیرو در انرژی جنبشی ایجاد می کند. لایبنیتز انرژی جنبشی را نیروی زنده نامیده بود و آنرا دوبرابر مقداری که امروزه به انرژی جنبشی معروف است تعریف کرده بود.

دالامبر در مقاله ای که در سال 1743 درباره مکانیک منتشر کرد این بحث را بی معنی خواند و آنرا ناشی از خلط اصطلاحات علمی دانست.

اثر کلی یک نیرو را می توان با انتگرال گیری نیرو روی زمان که باعث تغییر تکانه می شود و یا با انتگرال نیرو روی فضا که باعث تغییر انرژی جنبشی می شود، اندازه گیری کرد. این دو مفهوم اگرچه متفاوتند ولی هردو معتبرند. انتخاب یکی از این دو بستگی دارد به علاقه ما و یا به اینکه کدامیک مناسبتر است.

اما بهتر است بجای اینکه به مفهوم نیرو توجه کنیم، در جستجوی کمیتهایی از حرکت باشیم که ناوردا هستند. این پرسش که آیا انرژی یا تکانه مقدار واقعی حرکت است بی معناست، زیرا مقدار حرکت منحصر به فردی وجود ندارد. در عوض هم انرژی و هم تکانه را می توان بعنوان  کمیتهای ناوردای حرکت در نظر گرفت. زیرا در یک دستگاه منزوی مقدار کل هریک از این کمیتها یعنی مجموع این کمیتها برای تمام اجزای دستگاه نسبت به زمان ثابت می ماند. ممکن است میان اجزای مختلف یک دستگاه منزوی تبادل انرژی و تکانه صورت بگیرد، اما مقدار کل هریک از این کمیتها پایسته می ماند.

بررسی افکار و رویکردهای استیون هاوکینگ: فیزیکدان جنجالی

استیون ویلیام هاوکینگ ( Stephen William Hawking ) در سال 2011، از اعتقاد پیشین خود درباره خلقت جهان از جانب خداوند دست کشید و این ایده را مطرح کرد که جهان کنونی نیازمند آفریدگار نیست. وی البته خدا را انکار نکرد بلکه خلقت عالم از سوی خداوند را انکار کرد؛ ولی به هر حال رای تازه او درباره منشاء پیدایش عالم، موجی از خبر و تحلیل را در رسانه های علمی و غیرعلمی جهان برانگیخت.

عصرایران گفتگویی با دکتر رضا منصوری، استاد فیزیک دانشگاه صنعتی شریف انجام داده است

ادامه نوشته

دستگاه مرجع لخت چیست؟

از آنجا که در بخش نظرات از دستگاه لخت زیاد پرسش شده،برآن شدیم تا متنی ساده در این راستا آوریم:

دستگاه مرجع يعني محورهاي مختصاتي كه حركت جسم نسبت به آنها سنجيده مي شود. يعني ناظر روي مركز اين چهارچوب مختصات نشسته و حركت جسم را نگاه ميكند.

دستگاه مرجع لخت یعنی مرجعی که شتاب نداشته باشد (سرعت حرکت دستگاه مختصات ثابت باشد) از آنجا که حرکت نسبی است، یکی از مشکلات در فیزیک انتخاب مرجع لخت است.

به تعریف دیگر: دستگاههاي مرجعي كه در آنها قانون اول نيوتن مشاهده ميشود، دستگاههاي مرجع اينرسيال يا لخت ناميده مي شوند.

خب شما باید دستگاه مختصات خود را روی یک جسم بدون شتاب ببندید. مثلاً روی زمین و شاید فکر کنید که زمین لخت است اما زمین یک حرکت شتابدار بدور خورشید دارد (از جمله آزمایشهایی که اثر چرخش زمین را نشان میدهند آونگ فوکو است که نمونة اين آونگ در ساختمان دانشكدة فيزيك دانشگاه صنعتي شريف نصب شده است.) برای مسئله هایی که روی زمین حل میشوند میتوان این فرض غلط را قبول کرد که زمین لخت است که البته لطمه کوچکی به دقت مسئله وارد میکند. یعنی مسئله به مقدار خیلی کمی غلط شده اما به مقدار زیادی آسان تونستیم حلش کنیم، این کاری است که یک مهندس انجام میدهد! اصولا مهندسین از علم کم میدانند و فقط دنبال حل مسئله هستند.

اما در آزمايش هاي دقيق تر و يا بيرون از سطح زمين اين فرض معتبر نيست. در چنين آزمايشهايي خورشيد يا يك ستاره به عنوان مرجع لخت در نظرگرفته مي شوند كه البته باز هم اين يك انتخاب اساسي نيست چون خورشيد همراه منظومه شمسي در داخل كهكشان حركت مي كند. اين ملاحظات نیز تصحیحات کوچکی به مسئله وارد میکند که بسته به دقتی که مسئله را میخواهیم حل کنیم میتوان از آنها چشم پوشی کرد.

اگر فقط بدنبال حل مسئله و عددسازی باشیم پیدا کردن دستگاه مرجع لخت ساده است اما اگر داریم جهان را میشناسیم، بهتر است دنبال مفهوم برویم و ببینیم چه دستگاهی لخت تر است؟

در جهان دستگاه مرجع لخت نداریم! اما در مواقع نیاز میتوان از ستاره های خیلی دور بعنوان دستگاه لخت استفاده کرد و در واقع این دقیقترین و بهترین انتخاب است.

توضیح: فیزیک نیوتن در دستگاههای غیر لخت دچار لغزش و انحطاط میشود اما قوانین نسبیت عام در تمام دستگاههای مختصات برقرار است.

مشهورترین عکس دنیای فیزیک

برای دیدن عکس بزرگ اینجا را کلیک کنید

پنجمین کنفرانس سالوی که در اکتبر 1927 / مهر 1306 در بروکسل بلژیک برگزار شد، میزبان بزرگ‌ترین فیزیک‌دانان آن روزگار بود و عکس دسته‌جمعی این گروه، مشهورترین عکس دنیای فیزیک لقب گرفته است

وسسه بین‌المللی فیزیک و شیمی سالوی (Solvay) در سال 1912 در بروکسل بلژیک و پس از برگزاری نخستین کنفرانس بین‌المللی سالوی در 1911 تاسیس شد. این موسسه در نیمه اول قرن بیستم بسیار مشهور بود و کنفرانس‌های بین‌المللی آن که هر چند سال یک‌بار برگزار می‌شد، شاهد دستاوردهای بسیار بزرگی بود.

مشهورترین این کنفرانس‌ها، پنجمین کنفرانس سالوی بود که در اکتبر 1927 / مهر 1306 با موضوع الکترون‌ها و پروتون‌ها برگزار شد. از 29 نفر فیزیک‌دان حاضر در کنفرانس، 17 نفر برنده جایزه نوبل شده بودند (یا در سال‌های بعد از کنفرانس برنده این جایزه شدند). موضوع این کنفرانس، بحث و بررسی در مورد نظریه کوانتومی بود که به‌تازگی ارایه شده بود و اصل عدم‌قطعیت هایزنبرگ به موضوع بحث داغ بین آلبرت اینشتین و نیلز بوهر تبدیل شده بود. اینشتین می‌گفت «خدا تاس نمی‌اندازد» و نیلز بوهر جواب می‌داد: «بس کن! به خدا نگو که چه‌کار کند».

حاضران در عکس، از راست به چپ
ردیف سوم (ایستاده): لئون بریلوئین - رالف فاولر - ورنر هایزنبرگ (نوبل فیزیک 1932) - ولفگانگ پائولی (نوبل فیزیک 1945) - ژولز امیل ورشافلت - اروین شرودینگر (نوبل فیزیک 1933)- تئوفیل دی‌داندر-ادوارد هرزن - پل اهرنفست- امیل هنریوت- آگوست پیکارد

ردیف دوم: نیلز بوهر (نوبل فیزیک 1922) - مکس بورن (نوبل فیزیک 1954) - لوییس دی‌بروگلی (نوبل فیزیک 1929) - آرتور کامپتون (نوبل فیزیک 1927) - پل دیراک (نوبل فیزیک 1933) - هنریک کرامرز - ویلیام براگ (نوبل فیزیک 1915) - مارتین نادسن - پیتر دبیه (نوبل شیمی 1936)

ردیف اول: اوون ریچاردسون (نوبل فیزیک 1928) - چارلز ویلسون (نوبل فیزیک 1927) - چارلز گویه - پل لانگه‌وین - آلبرت اینشتین (نوبل فیزیک 1921) - هنریک لورنتز (نوبل فیزیک 1902) - ماری کوری (نوبل فیزیک 1903 و نوبل شیمی 1911) - مکس پلانک (نوبل فیزیک 1918) - اروینگ لنگ‌مویر (نوبل شیمی 1932)