دانلود با لینک مستقیم و پر سرعت .
لینک پرداخت و دانلود *پایین مطلب*
فرمت فایل:Word (قابل ویرایش و آماده پرینت)
تعداد صفحه: 27
نقش فیزیک در پیشبرد فناوری
مقدمه
فیزیک علم شناختن قانون هاى عمومى و کلى حاکم بر رفتار ماده و انرژى است. کوشش هاى پیگیر فیزیکدانان در این راه سبب کشف بسیارى از قانون هاى اساسى، بیان نظریه ها و آشنایى با بعضى پدیده هاى طبیعى شده است. هرچند این موفقیت ها در برابر حجم ناشناخته ها، اندک است لیکن تلاش همه جانبه و پرشتاب دانشمندان امید بسیار آفریده که انسان مى تواند رازهاى هستى را دریابد. انسان در یکى دو قرن اخیر، با بهره گیرى از روش علمى و ابزارهاى دقیق توانسته است در هر یک از شاخه هاى علم، به ویژه فیزیک دنیاى روشن و شناخته شده خود را وسعت بخشد.
در این مدت با دنیاى بى نهایت کوچک ها آشنا شده، به درون اتم راه یافته تا انواع نیروهاى بنیادى طبیعت را شناخته، الکترون و ویژگى هاى آن را دریافته و طیف گسترده امواج الکترومغناطیسى را کشف کرده است. فیزیک که تا اواخر قرن نوزدهم مباحث مکانیک، گرما، صوت، نور و الکتریسیته را شامل مى شد اکنون در اوایل قرن بیست و یکم در اشتراک با سایر علوم (مانند شیمى، زیست شناسى و...) روز به روز گسترده تر و ژرفاتر شده و بیش از ۳۰ موضوع و مبحث مهم را در برگرفته است (دانشنامه فیزیک تعداد شاخه هاى فیزیک را ۳۳ مورد معرفى کرده است.)
تاریخچه
فیزیکدانان و علم شان
ریچارد فاینمن (Richard Feynman) ، فیزیکدان امریکایی ، علم خود را چنین توصیف می کند : "طبیعت صفحه ی شطرنج عظیمی است که بازیکنانش خدایانند، و ما امتیاز تماشایشان را داریم. قاعده های این بازی همان چیزی است که آن را فیزیک پایه می نامیم، و هدف ما شناخت این قاعده هاست."طبق گفته ی فاینمن از مدت ها پیش فیزیک را علمی می دانند که سعی دارد «همه چیز »را توصیف کند . این علم به مطالعه ی ماده و انرژی و جست و جوی قانون هایی می پردازد که رفتار آنها را تعیین می کنند.در حالی که این شیمیدانان عنصرها و ترکیب ها را مطالعه می کنند، فیزیکدانان به مطالعه ی نیروهای پدیدآورنده ی یک عنصر و حاکم بر به هم پیوستن و جدا شدن مواد از یکدیگر می پردازند . در حالی که اختر شناسان جرم های آسمانی را بررسی می کنند، فیزیکدانان به مطالعه ی نیروهایی می پردازند که این جرم ها را تشکیل می دهد و بر حرکت آن ها در عالم حاکم است . فیزیکدانان می خواهند بدانند چه چیزی اجزای اتم را به هم پیوند می دهدو چه چیزی باعث قطعه قطعه شدن کهکشان می شود . برای این کار ، آن ها نیروهایی مانند گرانش ، حرکت، مغناطیس ، الکتریسیته، و انرژی هسته ای را بررسی می کنند .
بسیاری از بزرگترین فیزیکدانان جهان ، مانند فاینمن ، به تدریس و پژوهش در فیزیک مشغولند . بعضی در صنعت کار می کنند و شبکه های ارتباطی بهتر ، نیروگاه های با کارایی بالاتر ، ساختمان های ایمنی تر ، و هواپیماها و کشتی ها و اتومبیل های آیرودینامیک تر طراحی می کنند . فیزیکدانانی هم هستند که کارشان پژوهش در زمینۀ پزشکی است تا شیوه های تازه ای را برای نگاه کردن به درون بدن انسان طراحی کنند . شاید روزی فیزیکدانان روش هایی عملی برای به پرواز در آوردن اتومبیل ها و قطار ها در هوا و تولید انرژی نا محدود ، تمیز ، و ارزان پیدا کنند . این ها فقط تعداد کمی از فرصت های عملاً نا محدودی است که در اختیار فیزیکدانان کنونی قرار دارد .
تاریخ فیزیک
منشأ فیزیک به عنوان یک علم دست کم به 2600 سال قبل یعنی هنگامی بر می گردد که فیلسوف کلاسیک یونانی ، فیثاغورس ، متوجه شد هماهنگی سازهای زهی تابع دستگاهی از قاعده های ریاضی است . این بصیرت انگیزه ای شد تا فیثاغورس به جست و جوی قانون های ریاضی ساده برای توصیف همۀ پدیده های طبیعی _ از حرکت ذره غباری شناور تا ساختار تمام عالم _ بپردازد . این اعتقاد به نظم ریاضی کیهان تا به امروز اصل راهنمای فیزیک باقی مانده است .
فیلسوفان یونانی ، افلاطون و ارسطو ، در حدود 400 سال پیش از میلاد عقیده های فیثاغورس را گسترش دادند . آنان در حرکت های دایره ای ستارگان نظم عظیمی را مشاهده کردند ، اما سیاره هایی که در آسمان در جهت معکوس حرکت می کردند یا «سیر قهقرایی » داشتند سردرگمشان می کرد . تا سال 1543 طول کشید تا دانشمند لهستانی ، نیکلاس کوپرنیک ، با قرار دادن خورشید به جای زمین در مرکز منظومۀ شمسی « هماهنگی » ریاضی را به عالم برگرداند . در اوایل سال های 1600 ، دانشمند آلمانی ، یوهانس کپلر ، متوجه شد که سیاره ها در مدار های دایره ای کامل حرکت نمی کنند ، بلکه هر یک از آن ها در مسیر خاگی (Oval) خمیده ای به نام بیضی حرکت می کنند . با این بصیرت کپلر مجموعه ای از قانون های ریاضی ساده را ابداع کرد که مدار ، سرعت ، و زمان دوران همه ی سیاره ها را به درستی توصیف می کرد .
در همین زمان ، فیزیکدان ایتالیایی ، گالیلئو گالیله ، و ریاضیدان فرانسوی ، رنه دکارت ، به مطالعۀ خود حرکت پرداختند . آن ها به طور جداگانه متوجه شدند مسیر حرکت آزاد هر جسم خطی راست است ، مگر این که اثر یا نیرویی بر آن وارد شود . این شناخت ، مبنای قانون های حرکتی است که فیزیکدان انگلیسی ، آیزاک نیوتون به وجود آورد .
در سال 1687 ، نیوتون کتاب اصول ( Principia ) را منتشر کرد که نقطه ی عطف و ، به نظر بسیاری از افراد ، مهمترین کتاب علمی نوشته شده تا امروز است . او در این کتاب سه قانون حرکت را تثبیت کرد : قانون لختی بیان می کند که در نبود نیروهای خارجی ، اندازه ی سرعت جسم و جهت حرکت آن ثابت می ماند . طبق قانون شتاب ثابت اگر نیرویی بر جسم وارد شود ، جسم در جهت این نیرو و متناسب با شدت آن شتاب می گیرد . قانون پایستگی تکانه بیان می کند که اگر نیرویی بر جسمی وارد شود ، جسم با نیرویی مساوی و در جهت مخالف آن واکنش نشان می دهد ( قانونی که شاید به صورت " هر کنشی را واکنشی است مساوی و در جهت مخالف " مشهور تر باشد .)
نیوتون در کتاب اصول «قانون گرانش عمومی » خود را نیز ارائه کرد . این نظریه ، با توجه به مشاهده های کپلر ، اظهار می دارد که اشیا یکدیگر را با نیرویی جذب می کنند که با جرمشان افزایش و با فاصلۀ میانشان کاهش می یابد .
عقیده های نیوتون مبنای مکانیک را تشکیل دادند که مربوط به اجسام متحرک و نیروهای وارد بر آن هاست . مکانیک نیز به نوبه ی خود مبنای فیزیک جدید شد .
در همان زمانی که فیزیکدانان پیشین حرکت را مطالعه می کردند ، به دنبال شناخت سرشت و رفتار فیزیکی ماده نیز بودند . مثلاً رابریت بویل (Robert Boyle) در سال های 1600 نشان داد که اگر گازی گرم شود ، اتم های آن تند تر حرکت می کنند و در نتیجه دما و فشار آن افزایش می یابد . این توضیح رفتار گاز ها بر حسب حرکت اتمی به نظریۀ جنبشی گاز ها معروف شد . این نظریه کاربرد جدید و قابل ملاحظه ای از مکانیک نیوتونی _ در سطح اتم ها به جای سیاره ها _ بود .
نظریه ی جنبشی بویل شامل این عقیده بود که گرما نوعی انرژی است . به زودی سایر شکل های انرژی مانند شیمیایی و الکتریکی نیز شناخته شدند . بعد ها معلوم شد که شکل های مختلف انرژی به یکدیگر تبدیل می شوند ، اما خود انرژی را نمی توان خلق یا نابود کرد . این اصل _ پایستگی انرژی _ اساس علم فیزیک شد .
در سال های 1700 ، بسیاری از دانشمندان از جمله دولت مرد و نویسنده و مخترع امریکایی ، بنجمین فرانکلین (Benjamin Franklin ) ، فیزیکدان ایتالیایی ، آلساندرو ولتا (Allesandro Volta ) ، به کاوش درباره ی ویژگی ها و قانون های حاکم بر الکتریسیته پرداختند . آن ها بار الکتریکی مثبت و منفی را کشف کردند و متوجه شدند که فلز ها رسانا های خوبی هستند (یعنی بار الکتریکی از آن ها آزادانه می گذرد .)
این اکتشافات باعث شد که فیزیکدانان و شیمیدانان متوجه شوند که خود اتم حاوی بارهای مثبت و منفی است . بنابراین ، این امکان به وجود آمد که بتوان واکنش های شیمیای را با جاذبه ی الکتریکی میان اتم ها بیان کرد . اسرار نور و ویژگی های آن نیز فیزیکدانان را در طول تاریخ مجذوب کرده است . تا قرن هفدهم ، بسیاری از دانشمندان _ به ویژه نیوتون _ به این نتیجه رسیده بودند که نور متشکل از ذرات است . بعضی دیگر فکر می کردند که نور از امواج تشکیل شده است . اما سلطۀ نیوتون تقریبآ به مدت 200 سال حکمفرما بود .
سرانجام در سال 1865، فیزیکدان اسکاتلندی ، جیمزماکسول (James Maxwell ) ، توجیه واحدی از تمام پدیده های شناخته شده ی الکتریکی و مغناطیسی ارائه کرد . او گفت که نور صرفــاً یکی از انواع مختلف امواج الکترومغناطیسی است . ماکسول وجود امواج رادیویی را پیش بینی کرد که کشف آن ها با کشف ریزموج ها ، نور فرو سرخ و فرابنفش ، پرتوهای ایکس ، و پرتوهای گاما دنبال شد .
تحقق مأموریت
در اواخر سال های 1800 ، به نظر می رسید که فیزیک مأموریت خود را در مورد توضیح رفتار ماده و انرژی انجام داده است . با این همه ، هیچ اندیشه ای بیش از دور از واقعیت نبود . در دهه های اول سال های 1900 ، فیزیک نیوتون را دو عقیده ی انقلابی نسبیت و نظریه ی کوانتومی به لرزه در آورد .
در سال 1905 ، یک کارمند آلمانی اداره ی ثبت اختراعات به نام آلبرت اینشتین مقاله ای منتشر کرد که در آن عقیده ای کاملاً جدید دربارۀ فضا و زمان مطرح شده بود.او پیشنهاد کرد که فضا و زمان نسبی هستند ، یعنی اندازه گیری آن ها به چارچوب مرجع ناظر بستگی دارد . ده سال بعد، اینشتین نظریه ی نسبیت عام را مطرح کرد و به صورت ریاضی نشان داد که فضا و زمان علاوه بر نسبی بودن در هم تنیده اند . علاوه بر آن ، این نظریه برای توصیف حرکت جرم های آسمانی ، فضای خمیده را جایگزین میدان های گرانشی نیوتون کرد . مفهوم نسبیت اینشتین اثرهای نجومی دیگری را نیز پیش بینی کرد که نظریه های نیوتون نمی توانست توجیه کند .
علاوه بر آن اینشتین عقیده هایی را بسط داد که در ابتدا فیزیکدان آلمانی ، ماکس پلانک (Max Planck) ، درباره ی انرژی مطرح کرده بود . پلانک به این نتیجه رسیده بود که همه ی انواع انرژی به صورت بسته های کوچکی هستند که او آن ها را کوانتوم نامید . اینشتین با استفاده از عقیده ی پلانک درباره ی نور پیشنهاد کرد که نور در ذره های مشخص انرژی به نام فوتون کوانتیده است . این مفهوم اثر فوتو الکتریک را – یعنی این واقعیت که تابش نور فرابنفش به سطح فلز باعث آزاد شدن «بسته های » ریز الکتریسیته یعنی الکترون ها می شود – توجیه کرد . همین طور ، سرشت دوگانۀ نور را – که گاهی رفتار موجی دارد و گاهی ذره ای – آشکار ساخت .
این فقط قسمتی از متن مقاله است . جهت دریافت کل متن مقاله ، لطفا آن را خریداری نمایید
