سیستم پس سوز سیستمی است که در هواپیماهای جت مافوق صوت برای افزودن بر نیروی پیشران (thrust) موتور در هنگام پرواز با سرعت بالای صوت یا هنگام برخاستن از زمین استفاده می شود. در هواپیماهای نظامی از پس سوز در هنگام نبرد هوایی نیز استفاده می شود. در سیستم پس سوز، سوخت اضافی به جریان گازهای خروجی از اتاق احتراق پاشیده می شود. این امر بر حجم گازهای مشتعل خروجی از اگزوز و در نتیجه به نیروی پیش ران می افزاید.

موتور توربوجت با پس سوز
عیب بزرگ سیستم پس سوز مصرف بالای سوخت در هنگام استفاده از این سیستم است. این امر برد پرواز هواپیما را به میزان قابل توجهی کاهش می‌دهد.

هنگامی که هواپیما در حال استفاده از سیستم پس سوز است (سوخت به درون لوله پس سوز پاشیده می شود) گفته می شود موتور هواپیما خیس کار می‌کند. در هنگام خارج از مدار بودن پس سوز نیز گفته می شود هواپیما در حالت خشک کار می کند.





برخی هواپیماهای مدرن مانند اف ٢٢ راپتور مجهز به سیستم سوپرکروز هستند. این هواپیماها می توانند بدون استفاده از سیستم پس سوز به مدت طولانی با سرعت بالای صوت حرکت کنند.



اف ٢٢ راپتور


سیستم پس سوز در دو نوع موتور توربوجت و توربوفان قابل استفاده است.

stall

در سیالات پویا (دینامیکی)، واماندگی یا همان Stall بر اثر کاهش ضریب نیروی بالابرنده Liftبه دلیل افزایش زاویه حمله Angle of attack توسط مقطع آیرودینامیکی بال Airfoil پدید می آید.

این پدیده زمانی رخ می دهد که زاویه بحرانی حمله Critical Angle of attack مقطع آیرو دینامیکی بال از حد خود خارج گردد.
توضیح:تیغه یا لبه جلویی بال هواپیما به حالت آیرودینامیک می باشد.هنگامی که هواپیما خیز برای کنده شدن از زمین بر می دارد تحت یک زوایه خاص بلند می شود که این زاویه دریک بازه عددی موجود است که اگر از آن کمتر باشد هواپیما تیک آف نخواهد کرد و اگر بیشتر باشد هواپیما به حالت واماندگی یا Stall در خواهد آمد.این بازه برای زوایا در هر هواپیما با توجه به شرایط وزنی و سطه مقطع بال و مواردی مانند سرعت متفاوت خواهد بود و هر هواپیما یک حد بحرانی دارد که اکر از آن عبور کند هواپیما به اصطلاح خلبانان استال خواهد کرد یا اینکه از زمین بلند نمی شود.بیشترن حدی که هواپیما پس از آن استال می کند زاویه حمله بحرانی یا Critical Angle of attack نام دارد.

فایل پیوست 504

معمولا میزان زاویه بحرانی حمله 15 درجه تخمین زده می شود، هرچند که باید گفته شود که این در انواع هواپیما متفاوت است و به صورت عمده نیز وابسته به ارفویل Airfoil و عدد رینالدز Reynolds number آن دارد.


توضیح:عدد رینالدز یک عدد بی بعد (پیچ پارامتر اندازه گیری مثل متر، کیلوگرم، مترمربع و ... را شامل نمی شود) است که میزان نرخ نیروهای داخلی ρV2/L را نسبت به نیروهای ویسکوزیته μV/L2 می دهد.در واقع عدد رینالدز تعیین کننده میزان نسبت این دو نیروی نامبرده با توجه به شرایط جاری در حالت پرواز می باشد.

در سالهای اخیر برای عبور از حد واماندگی Stall Limit در هواپیماهای همراه با سرنشین و بدون سرنشین از نیروی محوری جلو برنده Vectored Thrust استفاده شده است.

عمل واماندگی Stall معمولا به توجه یه شرایط پرواز هواپیما بوجوذ می آید.هرچند که در علم مکانیک این موضوع خارج از محدوده هوانوردی نیز به چشم می خورد اما بحث اصلی در اینجا مربوط می گردد به انواع واماندگی ها در پرواز.در واقع در اینجا به بررسی پدیده واماندگی در هواپیماها می پردازیم.


توضیح:ممکن است وقتی در یک متن انگلیسی زبان در این مورد مطالعه می کنید به واژه مرکب Fixed-Wing Aircraft برخورد کنید که در اینجا لازم می دانم برای دوستان علاقمند توضیح دهم که منظور از این نام همان هواپیماهای معموای هستند که می شناسیم و هیچ نوع خاصی از هواپیما منظور نیست.یک توضیح کلی که ترجمه آن هست را برایتان قرار می دهد که خیال همه دوستان در زمان برخور با چنین لغتی راحت باشد.

هواپیمایی که از آن با نام Fixed-Wing Aircraft یاد می گردد یعنی:یک هواپیمایی که قادر به پرواز با استفاده از نیروی حرکتی تولید شده به وسیله موتور توربوفن یا توربو پراپ یا پیستونی است که هوا در زیر و روی بال آن جاری می گردد و
بدین وسیله می تواند نیروی برآ Lift ایجاد کند از زمین بلند شود.

همانطور که قبلا هم اشاره شد واماندگی بر اثر افزایش ناگهانی و بیش از حد زاویه حمله می باشد.که اینکار اغلب به دلیل خطای خلبان پرواز رخ می دهد که اگر در ارتفاع نزدیکی به زمین رخ دهد و زمان کافی برای پوشش دهی به آن نباشد می تواند منجر به فاجعه گردد.این مشکل می تواند در نتیجه کند بودن سرعت نیز باشد به طوریکه سرعت پائین تر از حد سرعت واماندگی Stall speed باشد.

واماندگی Stall را با از کار افتادن موتور یا عدم حرکت هواپیما اشتباه نگیرید – واماندگی ممکن است در هواپیماهای بدون موتور نیز رخ دهد.

آشنائی با جبهه های هوا

زمانی که دو توده هوای با دمای مختلف، در مسیر حرکتشان به هم میرسند، حالت انتقال شدیدی (از لحاظ دما، فشار، رطوبت، باد و غیره) در مرز بین آنها بوجود میآید. اگر یک نفر همراه با توده هوای گرم به سمت شمال حرکت کند، به تدریج و به طور یکنواخت با کاهش دما مواجه میشود؛ سپس با برخورد به یک توده هوای سرد، دما به طور ناگهانی و شدید افت میکند یعنی تغییرات آهسته و یکنواخت در محل برخورد با توده سرد، به تغییر ناگهانی و غیر مداوم تبدیل میشود. به این خاطر اصطلاح خط ناپیوستگی (Line Of Discontinuity) در مورد مرکز توده هوا به کاربرد، میشود. عبارت جبهه (Front) مترادف با خط ناپیوستگی است و امروزه به خوبی جانشین آن شده است. در واقع جبهه ها مرزهای بین تودههای هوا هستند. بر روی نقشههای هواشناسی جبهه ها را با یک خط نشان میدهند. سطحی که دو توده هوای مجاور را از هم جدا میکند سطح جبهه (Frontal Surface) نامیده می شود.

انواع جبهه ها



جبهه های گرم (warm fronts)
"یک جبهه گرم، جبهه ای است که در طول آن، هوای گرم جانشین هوای سرد می شود. "در صورتیکه که جهت حرکت توده های هوا به طریقی باشد که هوای گرم به تدریج از روی سطح زمینی عبور کند که قبلاً در آن جا هوای سرد وجود داشته است، جبهه تشکیل شده، جبهه گرم خواهد بود.
بر روی نقشه های هواشناسی، جبهه گرم معمولاً به صورت نیم دایره های سیاه رنگ و در سمتی که جبهه به آن طرف حرکت می کند رسم می شود. بر روی نقشه های چاپی، جبهه گرم با خط پر رنگ و قرمزمشخص شود.حاصل شکل گیری جبهه گرم ایجاد پوشش نسبتاً ضخیم ابر بر روی سطح جبهه و در نزدیکی دنباله آن و بارندگی یکنواخت است.


جبهه های سرد (Cold fronts)
"در جبهه های سرد، هوای سرد جانشین هوای گرم می شود." تیغه های سیاه رنگ بر روی خطی که جبهه را نشان می دهد علامت جبهه سرد هستند و همیشه بر روی جهتی قرار داده می شوند که جبهه در آن مسیر حرکت می کنند.

بر روی نقشه های هواشناسی جبهه سرد با خط پررنگ آبی مشخص می شود. حاصل تشکیل جبهه سرد بوجود آمدن ابرهای کومولوس و کومولونیمبوس، همراه با بارندگی های رگباری است.


جبهه های ساکن (Stationary fronts)
فرض کنید دو توده هوای گرم و سرد توسط یک جبهه از هم جدا شده اند. آیا این جبهه گرم است یا سرد؟ جواب این است که تشخیص جبهه، به رفتار آن بستگی دارد. اگر جبهه در جهت هوای گرم جابه جا شود، جبهه سرد است و اگر در جهت هوای سرد جابه جا شود، جبهه گرم است. اما اگر توده های هوا در حرکت نباشند، جبهه به حالت سکون در می آید پس در واقع جبهه ساکن، جبهه ای است که در جهت افقی دارای حرکات بسیار کمی بوده و تقریباً اصطلاحی است که به مرز توده های هوای ساکن گفته می شود و بر روی نقشه های هواشناسی با ترکیبی از جبهه گرم و سرد نشان داده میشود.


جبهه های بند آمده (Occluded fronts)
جبهه بند آمده از ادغام جبهه های سرد و گرم تشکیل می شوند. اگر یک جبهه سرد از یک جبهه گرم پیشی گیرد، نتیجه کار یک جبهه بندآمده است. با نزدیک شده به جبهه بندآمده، سیستم ابر یا بارندگی حاصل از آن بسیار شبیه یک جبهه گرم است، زیرا تشکیل دنباله توده هوای گرم قبل از جبهه تغییری نکرده است. با گذر جبهه، ابرها و بارندگی متعاقب آن از نوع جبهه سرد خواهد بود.
در تقسیم بندی ابرها جمعا ۲۷ نوع ابر موجود است که از بین این ۲۷ نوع ٬ دو نوع آنها ابرهای CB (charley Brown) می باشند که خطرناک ترین ٬ عظیم ترین و در عین حال زیبا ترین ابرهای جهان می باشند

مقایسه قانون کولن و قانون گاوس

مقایسه قانون کولن و قانون گاوس
قانون کولن را می‌‌توان با استفاده از قانون گاوس و با لحاظ کردن نقاط مربوط به تقارن بدست آورد. قانون گاوس هرچند در مورد هر سطحی صادق است، ولی نتیجه مربوط به سطح کروی به شعاع r که بار در مرکز آن قرار گرفته است، ساده‌تر بدست می‌‌آید. برتری این سطح در آن است که به دلیل تقارن ، E باید بر سطح عمود باشد و بزرگی آن برای تمام نقاط واقع بر سطح یکسان باشد.

قانون گاوس یکی از معادلات بنیادی الکترومغناطیس است و به عنوان یکی از معادلات ماکسول ارائه می‌‌شود. در صورتی که در جدول معادلات ماکسول خبری از قانون کولن نیست، اما می‌‌توان قانون کولن را از قانون گاوس بدست آورد. قانون گاوس نه تنها حل بسیاری از مسائل الکتروستاتیک را آسان می‌‌کند، مهمتر از آن در مورد بارهای الکتریکی متحرک که قانون کولن در مورد آنها صادق نیست، به نتایج درستی منجر می‌‌شود.
چند نمونه از کاربردهای قانون گاوس
توزیع بار با تقارن کروی
کره‌ای را در نظر بگیرید که بار الکتریکی با چگالی حجمی ‌ρ در آن توزیع شده است و ما می‌‌خواهیم میدان الکتریکی حاصل از این توزیع بار را در فاصله شعاعی بزرگتر از شعاع کره و نیز در داخل کره محاسبه کنیم. برای محاسبه میدان در فاصله r بزرگتر از شعاع کره (R) ، یک سطح کروی به شعاع r حول کره باردار در نظر می‌‌گیریم. اگر قانون گاوس را برای این کره فرضی اعمال کنیم، میدان الکتریکی به راحتی محاسبه می‌‌شود. نکته قابل توجه این است که برای محاسبه میدان در فاصله شعاعی r ^' که کوچکتر از شعاع کره است، باید توجه داشته باشیم که در قانون گاوس چگالی مربوط به بار داخل این کره فرضی را قرار دهیم، نه چگالی بار کل کره را. اگر می‌‌خواستیم در این مورد از قانون کولن استفاده کنیم، به محاسبات پیچیده ریاضی نیاز پیدا می‌کردیم.
میدان الکتریکی خط بار
یک خط بار نامتناهی با چگالی خطی بار λ را در نظر بگیرید. اگر بخواهیم میدان حاصل از این خط بار را در فاصله عمودی y از این خط بار محاسبه کنیم، یک استوانه با شعاع y و به طول بینهایت در نظر می‌‌گیریم، بطوری که خط بار مفروض بر محور استوانه منطبق شود. حال با حل یک انتگرال ساده ، میدان الکتریکی به راحتی محاسبه می‌‌گردد.

بنابراین با توجه به دو مورد فوق ملاحظه می‌‌گردد که استفاده از قانون گاوس چقدر به حل مسائل کمک می‌‌کند. در صورتی که در کلیه این موارد استفاده از قانون کولن کار بسیار پرزحمتی است. نکته قابل توجه این است که انتخاب چارچوب مرجع در تمام این موارد بسیار مهم است. به عنوان مثال ، بهتر است برای محاسبه میدان کره باردار از سیستم مختصات کروی استفاده کنیم، همانطوری که در مورد خط بار استفاده از سیستم مختصات استوانه‌ای کار بهتری است.

قانون گاوس

در فیزیک قانون گاوس با نام قضیه شار گاوس هم شناخته شده که قانونی است در ارتباط با توزیع بار الکتریکی که پیامد آن میدان الکتریکی است قانون گاوس توضیح میدهد که : شار الکتریکی خروجی از هر سطح محصور متناسب است با بار خالص داخل سطح این قانون توسط کارل فردریک گاوس در سال 1835 فرمولبندی شد ولی در سال 1867 منتشر گشت. این قانون یکی از چهار معادله ماکسول است که اساس الکترودینامیک کلاسیک را تشکیل می دهند، سه تای دیگر عبارت اند از:قانون گاوس برای مغناطیس، قانون القاء فارادی، و قانون آمپر به تصحیح ماکسول. از قانون گاوس می توان برای استخراج قانون کولن استفاده کرد و بالعکس

.

بار الكتريكي

انسان از زمانهاي دور با پديده هايي مشابه آنچه شما ديديد آشنا بوده است. بررسي اين پديده ها براي درك علت آنها باعث پيشرفت دانش و فناوري بسيار گسترده اي در اين زمينه شده است.

به اين مبحث از دانش، الكتريسيته گفته مي شود. واژه الكتريسيته از نام يوناني �الكترون� به معناي �كهربا� گرفته شده است.

براي بررسي الكتريسيته، ابتدا بايد با كميتي به نام �بار الكتريكي� آشنا شويم.



وقتي ميله اي پلاستيكي را با پارچه پشمي مالش مي دهيم، به علت مالش ميله به پارچه، در ميله تغييري ايجاد مي شود و ميله خاصيت جديدي را پيدا مي كند. از اين رو تكه هاي كوچك كاغذ را جذب مي كند. در اين صورت مي گوييم ميله داراي بار الكتريكي شده است. در واقع مالش سبب ايجاد بار الكتريكي در اجسام مي شود.



نيرويي كه اجسام داراي بار به يكديگر وارد مي كنند، نيروي الكتريكي مي ناميم.



بررسي و تحليل مشاهدات بالا دو واقعيت مهم را نشان مي دهد.

الف) نيروي الكتريكي موجود بين جسم هايي كه داراي بارالكتريكي هستند، گاهي ربايشي و گاهي رانشي است.

ب) دو نوع بار الكتريكي وجود دارد.



فرانكلين فيزيكدان آمريكايي براي تشخيص بارهاي الكتريكي از يكديگر آن ها را نامگذاري كرد:

او بار الكتريكي روي لاستيك و بادكنك (يا بارهاي مشابه) را بار الكتريكي منفي و بار الكتريكي روي شيشه، پارچه پشمي و (بارهاي مشابه آن) را بار الكتريكي مثبت ناميد.



دو قاعده ي اساسي الكتريسيته درباره نيروهايي كه دو جسم باردار به يكديگر وارد مي كنند.



1- دو جسم كه بار الكتريكي همنام دارند(هر دو منفي، يا هردو مثبت) بر يكديگر نيروي رانشي وارد مي كنند.





2- دو جسم كه بار الكتريكي غير همنام (يكي منفي و ديگري مثبت) دارند، بر يك ديگر نيروي ربايشي وارد مي كنند.




مي دانيم كه همه مواد از اتم ساخته شده اند، هر اتم از تعدادي پروتون (p) و نوترون (n) كه هسته ي آن را مي سازند و تعدادي الكترون (e) كه به دور هسته در حال چرخش هستند، ساخته شده است.



بار الكتريكي مثبت به پروتون ها و بار الكتريكي منفي به الكترون ها و بار صفر به نوترون ها نسبت داده مي شود.

مقدار بار الكتريكي پروتون و الكترون يكسان است. بار الكتريكي الكترون و پروتون كه كوچكترين بارالكتريكي به شمار مي آيد بار پايه ناميده مي شود و با نماد e نمايش داده مي شود.



يكاي اندازه گيري بارالكتريكي كولن (c) نام دارد و مقدار آن برابر است با:

e = ۱/۶ x ۱۰-۱۹ C

بار الكترون با e- و بار پروتون با e+ نشان داده مي شود.



در يك اتم در حالت عادي پروتون ها هميشه با تعداد الكترون ها برابر است،در نتيجه، چون اتم در حالت عادي داراي دو نوع بار الكتريكي مثبت و منفي به مقدار مساوي است، اتم از نظر بارالكتريكي خنثي است.



اتم چگونه داراي بار الكتريكي مي شود:

الف) اگر از اتم، الكتروني جدا شود، چون تعداد پروتون هاي آن از تعداد الكترونهايش بيش تر مي شود. داراي بار الكتريكي مثبت مي شود.

ب) اگر تعدادي الكترون به يك اتم افزوده شود، چون تعداد الكترونهاي آن از تعداد پروتون هايش بيش تر مي شود. داراي بارالكتريكي منفي مي شود.



نكته: اگر جسمي بر اثر دادن يا گرفتن الكترون، بار الكتريكي پيدا كند مي توان نوشت: q=n.e

q = بارالكتريكي بر حسب كولن

n= تعداد الكترونهاي مبادله شده

e= باريك الكترون



مثال: براي آنكه در جسمي خنثي بار الكتريكي 4/6 ميكروكولن ( 6-10 � 4/6 كولن ) ایجاد شود، چه تعداد الكترون بايد از آن گرفته شود؟

q = ۶/۴ x ۱۰-۶ C

e = ۱/۶ x ۱۰-۱۹ C

n = ?



تعداد الكترونهايي كه بايد از اتم گرفته شود.



توجه: باردار شدن اتم ها فقط از طريق انتقال الكترون انجام مي شود و پروتون ها در اين كار نقشي ندارند، زيرا پروتون ها ذرات سنگيني هستند كه با نيروي بسيار زيادي در هسته ي اتم نگه داشته شده اند و نمي توان آن ها را به راحتي الكترون از اتم جدا كرد.



پايستگي بار الكتريكي:

مي دانيم كه براي بارداركردن يك جسم بايد تعدادي الكترون به آن بدهيم و يا از آن بگيريم. در اين مبادله ي الكترون ها، هيچ گاه الكتروني توليد نمي شود و يا از بين نمي رود بلكه الكترون ها تنها از جسمي به جسم ديگر منتقل مي شوند.

لذا با توجه به اينكه الكترون داراي مقدار معيني بار الكتريكي است، مي توان گفت:

"بار الكتريكي به وجود نمي آيد و از بين نمي رود، بلكه از جسمي به جسم ديگر منتقل مي شود."



اين اصل "پايستگي بار الكتريكي" ناميده مي شود.



مواد جامد را بر اساس رساناي الكتريكي آن به سه گروه رسانا، نيمه رسانا و نارسانا تقسيم بندي مي كنند.



1- در بعضي از مواد جامد الكترونهاي آخرين لايه هر اتم (الكترونهاي آزاد) مي توانند به آساني با گرفتن اندكي انرژي از اتم خود جدا شده و در داخل ماده جامد آزادانه جابه جا شوند. جابه جايي الكترون موجب رسانش الكتريكي ماده مي شود. اين گونه مواد را رساناي الكتريكي مي ناميم. جسم هايي مانند مس و ساير فلزات كه به علت داشتن الكترون آزاد، بار الكتريكي درون آن ها شارش مي كند رسانا مي نامند.



2- در مواد جامد ديگر، الكترون ها براي رها شدن از اتم يا مولكول خود، انرژي زيادي لازم دارند و چون معمولا اين انرژي را به دست نمي آورند نمي توانند آزادانه جابه جا شوند، اين گونه مواد را نارساناي الكتريكي (عايق يا دي الكتريك) مي نامند.

جسم هايي مانند ميله پلاستيكي و شيشه اي كه الكترون ها نمي توانند در آن ها آزادانه حركت كند و در نتيجه بار الكتريكي را از خود عبور نمي دهند، نارسانا مي نامند.



3- دسته ديگري از مواد وجود دارند كه در آن ها مقدار كمي الكترون به دليل ارتعاش هاي گرمايي يا عوامل ديگر، انرژي لازم براي رها شدن را به دست مي آورند و در رسانش الكتريكي شركت مي كنند. اين مواد را نيمه رسانا مي ناميم.

سيليسيوم وژرمانيوم از اين گروه مواد هستند. از نيم رسانا در ساختمان ديود، ترانزيستور و مدارهاي الكتريكي استفاده مي شود.



نكته: وقتي به يك جسم نارسانا بار التريكي داده مي شود، بار در محل داده شده بـه جـسـم باقي مي ماند و در جسم جابه جا نمي شود ولي وقتي به جسم رسانا بارالكتريكي داده مي شود آن بارالكتريكي در محل داده شده ساكن نمي ماند و در سطح خارجی جسم توزيع مي شود. در يك جسم رساناي باردار در مكان هاي برجسته و تيز, تجمع بار بيش تر از ساير نقاط است.





الكتروسكوپ، آشكار ساز الكتريكي:

الكتروسكوپ وسيله اي است داراي يك ورقه ي طلا يا آلومينيوم كه روي يك تيغه فلزي قرار دارد. تيغه فلزي به يك كلاهك رسانا متصل شده است كه مجموع كلاهك، تيغه ي فلزي و ورق طلا در يك قاب عايق دارد.




الكتروسكوپ در موارد زير مورد استفاده قرار مي گيرد:

1- آيا جسم داراي بار الكتريكي است؟

2- جسم چه نوع باري دارد؟

3-جسم رساناست يا نارسانا؟



1) تشخيص وجود بار در اجسام به وسيله الكتروسكوپ

جسم را به آرامي به كلاهك الكتروسكوپ بدون باري نزديك مي كنيم و نزديك كلاهك نگاه می داريم. اگر جسم داراي بار الكتريكي باشد،با نزديك كردن آن الكترونهاي آزاد الكتروسكوپ تحت تاثير نيروهاي رانش و ربايش آن جابه جا شده و ورقه ها بارهاي همنام پيدا مي كنند و از هم جدا مي شوند. در صورتيكه جسم بدون بار الكتريكي باشد در ورقه ها هيچ تغييري مشاهده نمي شود.





2) تعيين نوع بارالكتريكي جسم

اگر الكتروسكوپ داراي بارالكتريكي باشد، وقتي ميله اي با بارالكتريكي غير هم نام به كلاهك الكتروسكوپ نزديك كنيم، زاويه دو ورقه طلا كم مي شود و اگر ميله اي با بار الكتريكي هم نام به كلاهك الكتروسكوپ نزديك كنيم، زاويه دو ورق طلا زياد مي شود.





3)جسم رساناست يا نارسانا

براي آنكه تعيين كنيم جسم رساناست يا نارسانا، هرگاه آن را به كلاهك الكتروسكوپ باردار تماس دهيم، اگر جسم رسانا باشد، قسمتي از بارهاي الكتريكي الكتروسكوپ به جسم منتقل شده و فاصله، دو ورقه طلا از هم كم مي شود و اگر جسم نارسانا باشد، بارالكتريكي به جسم منتقل نشده و فاصله ي ورقه ها از هم تغييري نمي كند.



ايجاد باردر الكتروسكوپ:

1- ايجاد بار توسط تماس:

وقتي ميله اي باردار را به كلاهك الكتروسكوپ تماس مي دهيم، قسمتي از بارهاي الكتريكي به كلاهك دستگاه منتقل مي شود.

در اين صورت الكتروسكوپ داراي بارالكتريكي مي گردد و بارهاي الكتريكي در آن پخش مي شود و ورقه هاي طلا داراي بارهاي الكتريكي هم نام شده و يكديگر را دفع مي كنند و از هم دور مي شوند.





2- ايجاد بار توسط القاء:

اجسام رسانا در اثر مالش باردار مي شوند اما بار آن ها به راحتي مي تواند به دست ما انتقال يابد و در آن ها باقي نمي ماند.

معمولا در اجسام رسانا از روش القا استفاده مي شود. در اين روش يك جسم رسانا را بدون تماس با آن باردار مي كنيم.

باردار كردن دو كره رسانا از طريق القاء:








مراحل باردار كردن يك كره رسانا از طريق القا:







الف) با نزديك ميله پلاستيكي باردار الكترونهاي آزاد كره به سمت راست حركت كرده و در سمت چپ كره بار مثبت به وجود مي آيد.

ب) با تماس كره به زمين، الكترونهاي آزاد از كره به زمين جاري مي شوند و بارهاي مثبت به دليل جاذبه بارهاي منفي ميله پلاستيكي جابه جا نمي شوند.

پ) تماس كره با زمين قطع مي شود(در مجاورت ميله باردار)

ت) با دور كردن ميله پلاستيكي از كره بارهاي مثبت در سطح كره پخش مي شوند.



مراحل باردار كردن الكتروسكوپ به روش القاء:







آذرخش (صاعقه)، برقگير:

ابرها به علت مالش به هوا يا كوه هاي بلند و يا القاي الكتريكي، داراي بارمثبت و يا منفي مي شوند. در بيش تر موارد، قسمت رو به پايين ابر (نزديك زمين) داراي بارمنفي و قسمت بالاي آن داراي بار مثبت مي شود، اگر دو ابر چنان به هم نزديك شوند كه قسمت هايي از آن ها كه داراي بارهاي ناهمنام است، مجاور هم قرار گيرند، امكان دارد تخليه الكتريكي بين دو ابر صورت گيرد، كه معمولا با جرقه هاي بزرگ توليد گرما و صدا همراه است.
اين عمل را تخليه الكتريكي مي نامند.

به تخليه ي الكتريكي بين ابروزمين �آذرخش يا صاعقه� گفته مي شود.



برق گير يا رساناي آذرخش

آذرخش پديده ي بسيار خطرناكي است. زيرا در اثر شارش ناگهاني و بسيار عظيم بارالكتريكي انرژي زيادي را آزاد مي كند. اين پديده مي تواند به ساختمان ها و ... خسارت هاي جدي وارد سازد.

براي حفاظت ساختمان ها در برابر آذرخش، از وسيله اي به نام برق گير استفاده مي كنند.

برق گير كابل ضخيمي با نوك تيز است. قسمت نوك تيز برق گير را در بالاترين نقطه ي ساختمان نصب مي كنند و انتهاي كابل آن را در اعماق مربوط به زمين قرار مي دهند، تيزي نوك كابل سبب مي شود كه در صورت به وجود آمدن آذرخش، خسارتي به ساختمان وارد نشود.




رسوب دهنده ي الكتريكي

دودهاي سياه غليظ و گرد و غباري كه از دودكش كارخانه ها بالا مي روند را مي توان توسط رسوب دهنده ي الكتريكي از هوا جدا كرد و مانع ورود آن ها به هوا شد.

رسوب دهنده ي الكتريكي از توري فلزي نازكي با بارالكتريكي مثبت و دو تيغه فلزي كه به زمين متصل هستند تشكيل شده است. ذرات دود و گرد و غبار به هنگام عبور از ميان توري فلزي داراي بار مثبت مي شوند. ذره هاي دودباردار شده، از توري رانده مي شوند وروي تيغه ها رسوب مي كنند.به اين ترتيب از هوا جدا مي گردند، تيغه ها را گاه گاه بازدن ضربه مي تكانند تا دوباره آماده ی كار شوند.

rocket model's

نظريه جنبشي گازها

قوانين مکانيک را مي توان بطور آماري در دو سطح مختلف به مجموعه اي از اتمها اعمال کرد در سطحي که نظريه جنبشي گازها ناميده مي شود. به طريقي کم و بيش فيزيکي و با استفاده از روشهاي نسبتا ساده ميانگين گيري رياضي ، عمل مي کنيم. براي فهم نظريه جنبشي گاز را در فشار ، دما ، گرماي ويژه و انرژي داخلي اين روش را که در سطح بکار برده مي شود.

● نگاه اجمالي

در ترموديناميک فقط با متغيرهاي ماکروسکوپيک ، مانند فشار و دما و حجم سر و کار داريم. قوانين اصلي ترموديناميک ها بر حسب چنين کميتهايي بيان مي شوند. ابدا درباره اين امر که ماده از اتمها ساخته شده است صحبتي نمي کنند. ليکن مکانيک آماري ، که با همان حيطه اي از علم سر و کار دارد که ترموديناميک از آن بحث مي کند و وجود اتمها را از پيش مفروض مي داند. قوانين اصلي مکانيک آماري حامي قوانين مکانيک اند که در حدود اتمهاي تشکيل دهنده سيسنم بکار مي روند.

● تاريخچه

نظريه جنبشي توسط رابرت بويل (Rabert Boyle) (۱۶۲۷ – ۱۶۹۱) ، دانيل بونولي (۱۷۰۰ – ۱۷۸۲) ، جيمز ژول (۱۸۱۸ – ۱۸۸۹) ، کرونيگ (۱۸۲۲ – ۱۸۷۴) ، رودولف کلاوسيوس (۱۸۲۲ – ۱۸۸۸) و کلرک ماکسول ( ۱۸۳۱ – ۱۸۷۹ ) و عده اي ديگر تکوين يافته است. در اينجا نظريه جنبشي را فقط در مورد گازها بکار مي بريم، زيرا برهم کنش هاي بين اتمها ، در گازها به مراتب متغيرترند تا در مايعات. و اين امر مشکلات رياضي را خيلي آسانتر مي کند.

در سطح ديگر مي توان قوانين مکانيک را بطور آماري و با استفاده از روشهايي که صوري تر و انتزاعي تر از روشهاي نظريه جنبشي هستند بکار برد. اين رهيافت که توسط جي ويلارد گيبس (J.willard Gibbs) و لودويگ بولتز ماني (Ludwig Boltz manni) (۱۸۴۴ – ۱۹۰۶) و ديگران تکامل يافته است، مکانيک آماري ناميده مي شود، که نظريه جنبشي را به عنوان يکي از شاخه هاي فرعي در بر مي گيرد. با استفاده از اين روشها مي توان قوانين ترموديناميک را به دست آورد. بدين ترتيب معلوم مي شود که ترموديناميک شاخه اي از علم مکانيک است.

● محاسبه فشار بر پايه نظريه جنبشي

فشار يک گاز ايده آل را با استفاده از نظريه جنبشي محاسبه مي کنند. براي ساده کردن مطلب ، گازي را در يک ظرف مکعب شکل با ديواره هاي کاملا کشسان در نظر مي گيريم. فرض مي کنيم طول هر ضلع مکعب L باشد. سطحهاي عمود بر محور X را که مساحت هر کدام e۲ است. A۱ و A۲ مي ناميم. مولکولي را در نظر مي گيريم که داراي سرعت V باشد. سرعت V را مي توان در راستاي يالهاي مولفه هاي Vx و Vy و Vz تجزيه کرد. اگر اين ذره با A۱ برخورد کند در بازگشت مولفه X سرعت آن معکوس مي شود. اين برخورد اثري رو ي مولفه Vy و يا Vy ندارد در نتيجه متغير اندازه حرکت عبارت خواهد بود :

(m Vx - m Vx) = ۲ m Vx - )= اندازه حرکت اوليه – اندازه حرکت نهايي

که بر A۱ عمود است. بنابراين اندازه حرکتي e به A۱ داده مي شود برابر با m Vx۲ خواهد بود زيرا اندازه حرکت کل پايسته است.

زمان لازم براي طي کردن مکعب برابر خواهد بود با Vx/L. در A۲ دوباره مولفه y سرعت معکوس مي شود و ذره به طرف A۱ باز مي گردد. با اين فرض که در اين ميان برخوردي صورت نمي گيرد مدت رفت و برگشت برابر با ۲ e Vx خواهد بود. به طوري که آهنگ انتقال اندازه حرکت از ذره به A۱ عبارت است: mVx۲/e = Vx/۲e . ۲ mVx ، براي به دست آوردن نيروي کل وارد بر سطح A۱ ، يعني آهنگ انتقال اندازه حرکتي از طرف تمام مولکولهاي گاز به A۱ داده مي شود.

(P = M/e(Vx۱۲ + Vx۲۲ + Vx۳۲

P = ۱/۲eV۲

● تعبير دما از ديدگاه نظريه جنبشي

با توجه به فرمول RT ۲/۳ = ۱/۲ MV۲ يعني انرژي کل انتقال هر مول از مولکولهاي يک گاز ايده آل ، با دما متناسب است. مي توان گفت که اين نتيجه با توجه به معادله بالا براي جور در آمدن نظريه جنبشي با معادله حالت يک گاز ايده آل لازم است. و يا اينکه مي توان معادله بالا را به عنوان تعريفي از دما بر پايه نظريه جنبشي يا بر مبناي ميکروسکوبيک در نظر گرفت. هر دو مورد بينشي از مفهوم دماي گاز به ما مي دهد. دماي يک گاز مربوط است به انرژي جنبشي انتقال کل نسبت به مرکز جرم گاز اندازه گيري مي شود. انرژي جنبشي مربوط به حرکت مرکز جرم گاز ربطي به دماي گاز ندارد.

حرکت کاتوره اي را به عنوان بخشي از تعريف آماري يک گاز ايده آل در نظر گرفت. V۲ را بر اين اساس مي توان محاسبه کرد. در يک توزيع کاتوره اي سرعتهاي مولکولي ، مرکز جرم در حال سکون خواهد بود. بنابراين ما بايد چارچوب مرجعي را بکار ببريم که در آن مرکز جرم گاز در حال سکون باشد. در چارچوبهاي ديگر ، سرعت هر يک از مولکولها به اندازه U (سرعت مرکز جرم در آن چارچوب) از سرعت آنها در چارچوب مرکز جرم بيشتر است. در اينصورت حرکتها ديگر کتره اي نخواهد بود و براي V۲ مقادير متفاوتي بدست مي آيد. پس دماي گاز داخل يک ظرف در يک قطار متحرک افزايش مي يابد. مي دانيم که M V۲ ۱/۲ ميانگين انرژي جنبشي انتقالي هر مولکول است. اين کميت در يک دماي معين که در اين مورد صفر درجه سلسيوس است، براي همه گازها مقدار تقريبا يکساني دارد. پس نتيجه مي گيريم که در دماي T ، نسبت جذر ميانگين مربعي سرعتهاي مولکولهاي دو گاز مختلف مساوي است با ريشه دماي عکس نسبت به مربعهاي آنها.

T=۲/۳k m۱ V۱۲/۲= ۲/۳k m۲ V۲۲/۲

● مسافت آزاد ميانگين

در فاصله برخوردهاي پي درپي ، هر مولکول از گاز با سرعت ثابتي در طول يک خط راست حرکت مي کند. فاصله متوسط بين اين برخوردهاي پي درپي را مسافت آزاد ميانگين مي نامند. اگر مولکولها به شکل نقطه بودند، اصلا با هم برخورد نمي کردند. و مسافت آزاد ميانگين بينهايت مي شد. اما مولکولها نقطه اي نيستند و بدين جهت برخوردهايي روي مي دهد. اگر تعداد مولکولها آنقدر زياد بود که مي توانستند فضايي را که در اختيار دارند کاملا پر کنند و ديگر جايي براي حرکت انتقالي آنها باقي نمي ماند. آن وقت مسافت آزاد ميانگين صفر مي شد. بنابراين مسافت آزاد ميانگين بستگي دارد به اندازه مولکولها و تعداد واحد آنها در واحد حجم. و به قطر d و مولکولهاي گاز به صورت کروي هستند در اين صورت مقطع براي برخورد برابر با лd۲ خواهد بود.

مولکولي با قطر ۲d را در نظر مي گيريم که با سرعت V در داخل گازي از ذرات نقطه اي هم ارز حرکت مي کند. اين مولکول در مدت t استوانه اي با سطح مقطع лd۲ و طول Vt را مي روبد. اگر nv تعداد مولکولها در واحد حجم باشد استوانه شامل (лd۲ Vt ) nv ذره خواهد بود. مسافت آزاد ميانگين ، L ، فاصله متوسط بين دو برخورد پي درپي است بنابراين ، L ، عبارت است از کل مسافتي که مولکول در مدت t مي پيمايد. (Vt) تقسيم بر تعداد برخوردهايي که در اين مدت انجام مي دهد. يعني

I = Vt/&d۲nv =۱/√۲&nd۲

I=۱/√۲&nd۲

اين ميانگين بر مبناي تصويري است که در آن يک مولکول با هدفهاي ساکن برخورد مي کند. در واقع ، برخوردهاي مولکول با هدف دماي متحرک انجام مي گيرد در نتيجه تعداد برخورد دما از اين مقدار بيشتر است.

● توزيع سرعتهاي مولکولي

با توجه به سرعت جذر ميانگين مربعي مولکولهاي گاز ، اما گستره سرعتهاي تک تک مولکولها بسيار وسيع است. بطوري که براي هر گازي منحني اي از سرعتها مولکولي وجود دارد که به دما وابسته است. اگر سرعتهاي تمام مولکولهاي يک گاز يکسان باشند اين وضعيت نمي تواند مدت زياد دوام بياورد. زيرا سرعتهاي مولکولي به علت برخوردها تغيير خواهند کرد. با وجود اين انتظار نداريم که سرعت تعداد زيادي از مولکولها بسيار کمتر از V rms (يعني نزديک صفر) يا بسيار بيشتر از Vrms ، زيرا وجود چنين سرعتهايي مستلزم آن است که يک رشته برخوردهايي نامحتمل و موجي صورت بگيرد. مسئله محتملترين توزيع سرعتها در مورد تعداد زيادي از مولکولهاي يک گاز را ابتدا کلوک ماکسول حل کرد. قانوني که او ارائه کرد در مورد نمونه اي از گاز که N مولکول را شامل مي شد چنين است :

N(V)=۴&N(m/۲&Kt)۳/۲V۲e-mv۲/۲kt

در اين معادله N(V)dV تعداد مولکولهايي است که سرعت بين V و V+۳v است، T دماي مطلق ، K ثابت بولتزمن ، m جرم هر مولکول است. تعداد کل مولکولهاي گاز (N) را ، با جمع کردن (يعني انتگرال گيري) تعداد موجود در هر بازه ديفرانسيلي سرعت از صفر تا بينهايت به دست مي آيد. واحد (N(V مي تواند مثلا مولکول برا سانتيمتر بر ثانيه باشد.

N =∫∞۰N(V)dv

● توزيع سرعتهاي مولکولي در مايعات

توزيع سرعتهاي مولکولي در مايعات شبيه گاز است. اما بعضي از مولکولهاي مايع (آنهايي که سريعترند) مي توانند در دماهايي کاملا پايينتر از نقطه جوش عادي از سطح مايع بگريزند. (يعني تبخير شوند). فقط اين مولکولها هستند که مي توانند بر جاذبه مولکولهاي سطح فائق آيند. و در اثر تبخير فرار کنند. بنابراين انرژي جنبشي ميانگين مولکولهاي باقيمانده نيز کاهش مي يابد در نتيجه دماي مايع پايين مي آيد. اين امر روشن مي کند که چرا تبخير فرايند سرمايشي است.

● مثال واقعي در مورد توزيع سرعتهاي مولکولي

با توجه به فرمول N(V)= &۴۱۰N(M/۲&kT)۳/۲ توزيع سرعتهاي مولکولي هم به جرم مولکول و هم به دما بستگي دارد هرچه جرم کمتر باشد نسبت مولکولهاي سريع در يک دماي معين بيشتر است. بنابراين احتمال اينکه هيدروژن در ارتفاعات زياد از جو فرار کند بيشتر است، تا اکسيژن و ازت. کره ماه داراي جو رقيقي است. براي آنکه مولکولهاي اين جو احتمال زيادي براي فرار از کشش گرانشي ضعيف ماه ، حتي در دماهاي پايين آنجا نداشته باشند، انتظار مي رود که اين مولکولها يا اتمها متعلق به عناصر سنگينتر باشند. طبق شواهدي ، در اين جو گازهاي بي اثر سنگين مانند کريپتون و گزنون وجود دارند که براثر واپاشي پرتوزا در تاريخ گذشته ماه توليد شده اند. فشار جو ماه در حدود ۱۰ برابر فشار جو زمين است.

● توزيع ماکسولي

ماکسول قانونتوزيع سرعتهاي مولکولي را در سال ۱۸۵۹ ميلادي به دست آورد. در آن زمان بررسي اين قانون به کمک اندازه گيري مستقيم ممکن نبود و در حقيقت تا سال ۱۹۲۰ که اولين کوشش جدي در اين راه توسط اشترن (Stern) به عمل آمد، هيچ اقدامي صورت نگرفته بود. افراد مختلفي تکنيکهاي اين کار را به سرعت بهبود بخشيدند. تا اينکه در سال ۱۹۵۵ يک بررسي تجربي بسيار دقيق در تائيد اين قانون (در مورد مولکولهاي گاز توسط ميلر (Miller) و کاش (Kusch) از دانشگاه کلمبيا صورت گرفت.

اسبابي که اين دو نفر بکار بردند در مجموعه اي از آزمايشها مقداري تاليوم در کوره قرار مي دادند و ديواره هاي کوره O را تا دماي يکنواخت ۸۰±۴K گرم کردند. در اين دما تاليوم بخار مي شود و با فشار ۳.۲x۱۰-۳ ميليمتر جيوه ، کوره را پر مي کند. بعضي از مولکولهاي بخار تاليوم از شکاف s به فضاي کاملا تخليه شده خارج کوره فرار مي کند و روي استوانه چرخان R مي افتند در اين صورت استوانه که طولش L است تعدادي شيار به صورت مورب تعبيه شده که فقط يکي از آنها را مي توان ديد. به ازاي يک سرعت زاويه اي معين استوانه (W) فقط مولکولهايي که داراي سرعت کاملا مشخص V هستند مي توانند بدون برخورد با ديواره ها از شيارها عبور کنند. سرعت V را مي توان از رابطه زير بدست آورد:

V=LW/q و L/V= &/W = زمان عبور مولکول از شيار : تغيير مکان زاويه اي بين ورودي و خروجي يک شيار مورب است. استوانه چرخان يک سرعت گزين است، سرعت انتخاب شده با سرعت زاويه اي (قابل کنترل) W متناسب است.

● نقص توزيع سرعت ماکسولي با نظريه جنبشي

اگرچه توزيع ماکسولي سرعت براي گازها در شرايط عادي سازگاري بسيار خوبي با مشاهدات دارد. ولي در چگاليهاي بالا ، که فرضهاي اساسي نظريه جنبشي کلاسيک صادق نيستند. اين سازگاري نيز به هم مي خورد. در اين شرايط بايد از توزيعهاي سرعت مبتني بر اصول مکانيک کوانتومي ، يعني توزيع فرمي - ديراک (Fermi Dirac) بوز – انيشتين (Bose Einstein) استفاده کرد. اين توزيعهاي کوانتمي در ناحيه کلاسيک ( چگالي کم ) با توزيع ماکسولي توافق نزديک دارند و در جايي که توزيع کلاسيک با شکست مواجه مي شود با نتايج تجربي سازگارند. بنابراين در کاربرد توزيع ماکسولي محدوديتهايي وجود دارد. همانگونه که در واقع براي هر نظريه اي چنين است.

قانون توزیع ماکسول و بولتزمن

تمام مولکولهای یک گازاز نظر انرژی چنبشی یکسان نیستند ، بعضی از ذرات گاز

پر انرژی تر بوده وسرعت بیشتری دارند وعده ای نیز کم انرژی تر بوده و با

سرعت کمتری حرکت می کنند

به علت برخورد مولکولهاکه با مبادله انرژی همراه است ، سرعت یک مولکول معین

پیوسته تغییر میکند .اما چون تعداد بسیاری از مولکولها در این امر درگیرند

توزیع سرعتهای مولکولی کل مجموعه ثابت است

قانون توزیع سرعتهای مولکولی که بوسیله ماکسول و بولتزمن ارائه شده است

چگونگی پراکندگی سرعتهای مولکولی را به روشنی توصیف میکند به طور مثال

در دمای معین T نمودار سرعت های مولکولی یک گاز مطابق منحنی زیر است


این منحنی نشان می دهد که بیشترین احتمال برای سرعت R مول بر ثانیه وجود

دارد یعنی بیشترین ذرات با سرعت R مول بر ثانیه حرکت میکنند و برای

سرعت های بیشتر یا کمتر از R مول بر ثانیه احتمال کاهش می یابد یعنی

عده کمتری از ذرات با سرعت های بیشتر یا کمتر از R مول بر ثانیه حرکت میکنند

در حالت کلی قبول داریم که با افزایش دما سرعت افزایش می یابد . قانون ماکسول و

بولتزمن تاثیر افزایش دما را مطابق منحنی زیر نشان می دهد

همانطور که از شکل مشخص است در دمای بالاتر منحنی پهن ترو کوتاه تر شده

وبه طرف سرعتهای بالاتر جابجا می شود یعنی به طور دقیقتر در دماهای بالاتر

تعدادذراتی که حد اکثرسرعت را دارند کاهش می یابدولی سهم بیشتری از ذرات

سرعت های کم تر یابیشتر از حد ماکزیمم را دارند و یا به فرض برای سرعت های

R مول بر ثانیه سطح زیر منحنی a نشانگر تعدادذراتی است که در دمای پایین

T1 این سرعت را دارند و سطح زیر منحنی a+b نشانگر تعداد ذراتی است که در

دمای بالای T2 این سرعت را دارا می باشند

چنانچه روشن است در دمای تی دو  تعداد بیشتری از ذرات دارای این سرعت هستند

sarus بالگرد ایرانی

چندیست که طرح پیشنهادی یک مهندس ایرانی، سر و صدای بسیاری در محافل هوافضای جهان به راه انداخته زیرا در صورت تحقق، به راستی تحولی شگرف در این صنعت به وجود خواهد آورد.





مشکل ترافیک در شهرهای بزرگ از جمله چالش های اصلی پیش روی دولت ها بوده که همواره هزینه کلانی صرف برطرف کردن عوارض و یا رفع آن می کنند

یکی از راهکارهای پیشنهاد شده در ایالات متحده برای کاستن از چنین ضرر عظیمی ایجاد فرودگاه های کوچک و ترغیب مردم به استفاده از هواپیمادر سفرهای بین شهری است و بر همین اساس ،افراد و شرکت ها ی زیادی وارد معرکه شده اند تا با ارائه طرح های متفاوت مسیر رسیدن به چنین هدفی را هموار کنند.

در میان پیشنهادهای عملی و غیر عملی عرضه شده، چندیست که طرح پیشنهادی یک مهندس ایرانی، سر و صدای بسیاری در محافل هوافضای جهان به راه انداخته زیرا در صورت تحقق، به راستی تحولی شگرف در این صنعت به وجود خواهد آورد. آقای «سیامک یاسینی»، مهندس سابق ناسا و کمپانی بویینگ که اکنون شرکت کوچکی با عنوان AeroCopter را در شهر بوستون اداره می کند، وسیله پرنده ای بین هواپیما و هلی کوپتر را معرفی کرده که به راستی نام بالگرد یا حتی چرخبال برازنده آن است. این پرنده پیشرفته با نام SARUS از یک روتور چرخان به قطر 21 فوت در دور بدنه بهره می گیرد که به دلیل توانایی تغییر زاویه تا 87 درجه، حول محور عرضی، قادر است برخاست عمودی انجام داده وسپس حرکت افقی خودرا با اتکا به یک موتور ملخی در انتهای بدنه، آغاز نماید.



آقای یاسینی در مقایسه ساروس با هواپیمای عمود پرواز V-22 Osprey اعتقاد دارد که به دلیل وجود یک روتور که از خاصیت شناوری مغناطیسی در آن استفاده می شود ، ثبات و قابلیت مانور «ساروس» خیلی بهتر از «اُسپری» بوده و بسیاری از نگرانی ها و مشکلات V-22 در این پرنده رفع شده است.

به گفته این مهندس 52 ساله، نمونه اولیه «ساروس» در مدتی حدود 24 ماه تکمیل شده و می توان آن را با قیمتی کمتر از یک میلیون دلار به مرحله تولید رساند. البته سیامک یاسینی ساخت گونه نظامی این هواپیما را هم به اسم Kestrel در نظر دارد که بدون کمترین توضیحی، بهای سه میلیون دلاری آن را یادآوری می کند

اگرچه ساروس خاطره ادوات پرنده فیلم های علمی-تخیلی را در ذهن زنده می کند اما بسیاری از کارشناسان صنعت هوایی معتقدند تحقق این ایده، دگرگونی شگرفی را در این رده از وسایل پرنده ایجاد می کند که در آینده راهگشای بسیاری از مشکلات خواهد بود. هم اکنون شرکت «آئروکاپتر» به دنبال سرمایه گذاری برای توسعه و انجام آزمایش های اولین محصول خود می گردد.

زمينه پيدايش فيزيك كلاسيك

مقدمه

هنگاميكه اروپا در ظلمت جهل و بي خبري بسر مي برد، دانشمندان اسلامي و در راس آنان انديشمندان ايراني اندوخته هاي علمي يونانيان را جمع آوري و حراست كردند و با دانش و انديشه هاي ايرانيان باستان درآميختند. تعاريف و اصول هندسه ي اقليدسي توسط ايرانيان مورد بررسي و نقد قرار گرفت. مثلثات كروي توسط فضلاي ايراني ابداع و دستگاه اعداد با كشفيات هنديان تكميل و بوسيله ي بازرگانان به اروپا برده شد. از قرن يازدهم ميلادي به بعد بعضي از كشيشان به جامه ي طلاب مسلمان در مي آمدند و كتبي را كه با دقت محافظت مي شد با خود به غرب مي بردند و ترجمه مي كردند.

در قرن شانزدهم دستگاه خورشيد مركزي منظومه شمسي تدوين و مسير حركت سيارات با دقت رصد شد. در نتيجه تقدس دايره ها در هم شكسته شد و مدار بيضوي حركت سيارات مورد قبول واقع شد. روش استقرايي تواني نو يافت و به مقابله با قياس برخاست و مسير جديدي براي انديشه هاي علمي بوجود آمد.

آزمايش كردن قباحت خود را از دست داد و اجسام از بلندي رها شدند تا زمان سقوط آنها بطور تجربي بررسي شود. قوانين سقوط آزاد اجسام به كل جهان تعميم داده شد شد و قانون جهاني گرانش كشف گرديد. علت حركت سيارات به دور خورشيد صورت بندي شد. اختراع و تكميل تلسكوپ انسان را با دنيايي رو به رو ساخت كه قبل از آن هرگز تصورش نمي رفت. آنگاه ناچيزي زمين در مقابل كاينات به اثبات رسيد.

استفاده از نماد گرايي در رياضيات آغاز و هندسه تحليلي به عنوان ابزاري قدرتمند براي تجسم و تكميل كشفيات حساب ديفرانسيل و انتگرال به كار گرفته شد. ماهيت فيزيكي نور با آزمايش مورد سئوال قرار گرفت. در نتيجه نظريه ي دانه اي و نظريه ي موجي بودن نور براي توجيه آن ابداع شد. عنصر پنجم ارسطوئي اتر بيش از پيش بكار گرفته شد. اما اين بار نه به عنوان يك عنصر، بلكه به عنوان زمينه اي براي انتشار نور و توجيه حركت نور در فضا و انتقال نيروي گرانش و تصور مي شد كه كالبد فضا از اتر انباشته شده است.

1-2

عصر تاريكي و دوره ي انتقال اول

با سقوط امپراطوري روم در اواسط قرن پنجم ميلادي تمدن در اروپاي غربي به سطح بسيار پائيني رسيد. تعليم و تربيت تقريباً از بين رفت و تنها راهبان ديرهاي كاتوليك و معدودي افراد غير روحاني با فرهنگ و دانش يوناني و لاتيني رشته ي باريكي داشتند.

در اين دوران دانش باستان توسط دانشمندان اسلامي محفوظ ماند، دانشمندان اسلامي ضمن آنكه دانش يوناني را حفظ كردند، اندوخته هاي علمي ايران باستان، چين و هند را را نيز جمع آوري نموده، خود نيز به باروري آن كوشيدند. خلفاي بغداد به حاميان علم بدل گشتند و فضلاي برجسته اي را به دربار خود فراخواندند. آثار هندي و يوناني از جمله آثار برهمگويت، و اصول اقليدسي و مجسطي به عربي ترجمه شد. كتب يوناني به عنوان يكي از شرايط صلح، از امپراطور بيزانس مصادره شد و در اختيار فضلاي عرب زبان قرار گرفت. در اين عصر فضلاي زيادي به نوشتن آثاري در زمينه رياضيات و نجوم پرداختند كه مشهورترين آنها محمد ابن موسي الخوارزمي بود. خوارزمي رساله اي در جبر و كتابي در باره ارقام هندي نوشت كه بعدها در قرن دوازدهم به لاتين ترجمه شد و تاثير زيادي در اروپا گذاشت. ابوالوفا بوزجاني كتب بطلميوس را ترجمه و تشزيح كرد و شرحي بر كتاب ديوفانتس نوشت. اصيل ترين و بديع ترين اثر جبري حل معادله درجه سوم توسط خيام بوجود آمد. وي اصلاحيه دقيقي نيز براي تقويم انجام داد.

خواجه نصيرالدين طوسي اولين اثر در باب مثلثات مسطحه و كروي را نوشت و كار پيشتر خيام را با شرح و تصيحيحاتي منتشر كرد كه ساكري كارش را در هندسه نااقليدسي با ياد داشتي از نوشته هاي نصيرالدين در باب توازي شروع كرد. نوشته هاي خواجه نصيرالدين توسط جان واليس در آكسفورد تدريس شد.

ابن هيثم كه در غرب به الهازن شناخته مي شود، بزرگترين فيزيكدان مسلمان شناخته شده است. وي رساله اي در نور نوشت و ذره بين را كشف كرد. به نسبت زاويه تابش و زاويه انكسار پي برد و اصول تاريكخانه را شرح داد و در مورد قسمتهاي مختلف چشم بحث كرد. رساله ي نور ابن هيثم نفوذ زيادي در اروپا گذاشت. كارهاي وي توسط كمال الدين فارسي پيگيري شد.

در مورد نجوم تنها كافيست گفته شود كه بسياري از نامها و واژه هاي امروزي در نجوم ريشه عربي دارند. بتدريج آثار علمي ايرانيان تنها زينت بخش كتاب خانه گرديد و هنگاميكه شرق در حال به خواب رفتن علمي و غفلت بود، غرب در حال بيدار شدن بود. اوضاع علمي ساير كشورهاي اسلامي و هندوستان و چين هم از ايران بهتر نبود، بلكه بدتر بود.

2-2

فيزيك در ايران

كشور ما نسبت ديرينه اي در نجوم دارد. قديمي ترين متن ايران پيش از اسلام، اوستا كتاب ديني زرتشتيان است كه متاسفانه فقط يك پنجم آن باقي مانده است. در اين متن به كروي بودن زمين اشاره شده است كه اين يك ردپاي نجومي از ايران باستان است. همچنين در متن هاي ديني زرتشتي مربوط به دوره ساساني به نام صورت هاي فلكي، ستاره ها و سيارات اشاره شده است.

مورد ديگر نجوم ايران پيش از اسلام مربوط به قرن اول ميلادي يعني 6 قرن پيش از ظهور اسلام است.در قرن اول ميلادي عده اي از فعالان (رهبران ديني كه هم رهبر بودن و هم دانشمند) به علتي نامعلوم و زمان اشكانيان از سيستان به هند مهاجرت كردند و دانش و فرهنگ ايراني را با خود به اين كشور بردند و آن را با فرهنگ و دانش هندي آميخته كردند. گفته مي شود اين افراد همچنين در هند باقي مانده اند و تمايز نژادي خود را حفظ كرده اند. در هر حال اين مسلم است كه تقويم ايراني كه اين افراد به هند بردند كه در آن شروع سال اول بهار است و هنوز در هند مورد استفاده قرار مي گيرد. البته آنها عملا از تقويم اروپايي استفاده مي كنند اما تقويم رسمي در قانون اساسي اين كشور همان تقويم ايراني است. از كتب قديمي ايران كتاب نجومي باقي نمانده است غير يك اثر مهم به نام ذيج شهرياران. ذيج به معني كتابچه نجومي است كه لغت قديمي فارسي است. اين كتاب در زمان بهرام گور و توسط پادشاهان ساساني تاليف شده است كه يك قرن بعد در زمان انوشيروان تصميم گرفتند اين كتاب را كامل تر كنند كه به دستور انوشيروان كتاب هاي نجوم يونان و هند خوانده شد و مقايسه كردند و گفتندكه كتاب هاي نجوم هندي دقيق تر است در نتيجه يك ويرايش جديدي از ذيج شهريار براساس متن هاي هندي فراهم كردند. بعضي از منجمان اسلامي مثل ابوريحان بيروني و خوارزمي مطالبي از اين كتاب را در كتاب هاي خود آورده اند.

مثلا ابوريحان بيروني كتابي به نام افراط المقال في امر الضلال (مقاله اي يكتا در مورد سايه ها) دارد كه در آن روش مدرج كردن ساعت هاي آفتابي را از كتاب ذيج شهريار نقل كرده است. همچنين در يكي از نوشته هاي ديني زرتشتي يك آيين مقدسي ذكر شده است كه گفتند اين آيين بايد زماني انجام شود كه ماه، ستاره ها، سياره ها و خورشيد در يك موقعيت ويژه كه در رسانه ذكر شده است، باشد. در عين حال، در نوشته هايي كه به زبان پهلوي است براي محاسبه موقعيت ماه، خورشيد، ستاره ها و سياره ها گفته شده است كه بايد محاسبه آنها براساس يك ذيج (كتابچه نجومي) باشد و آنجايي كه از منابع ساساني نام برده از ذيج هندي، ذيج شهرياران و ذيج بطلميوس نام برده است به اين ترتيب مشخص مي شود كه در زمان ساسانيان، ايراني ها با نجوم يونان باستان كه خيلي پيشرفته بود آشنا بوده اند كه شاخص تر اثر آن كتاب نجومي يونان باستان است كه بعدها به عربي ترجمه شد. ولي اين عقيده هم وجود دارد كه اولين ترجمه آن از يك ترجمه فارسي قديمي گرفته شده است. نجوم ايران باستان از نجوم دوره يونان باستان تاثير گرفته و بر نجوم دوره اسلامي اثر گذاشت و نجوم اين دوره هم بعدها بر تكامل نجوم در اروپا تاثير گذاشت. بعد از اسلام يكي دو قرن صرف كشمكش و تثبيت حكومت جديد در ايران شد. در اين دوره يا هيچ اثري بوجود نيامد و يا اگر به وجود آمد باقي نماند. اما بعد از آن از قرن سوم تا قرن 7 و 8 هجري شكوفايي بسياري در كشورهاي اسلامي به خصوص در ايران به وجود آمد و دانشمندان دستاوردهاي زيادي به وجود آوردند كه به دوره طلايي اسلامي شهرت يافت.

خيام غياث الدين ابوالفتح، عمر بن ابراهيم خيام (خيامي) در سال 439 هجري (1048 ميلادي) در شهر نيشابور و در زماني به دنيا آمد كه تركان سلجوقي بر خراسان، ناحيه اي وسيع در شرق ايران، تسلط داشتند. وي در زادگاه خويش به آموختن علم پرداخت و نزد عالمان و استادان برجسته آن شهر از جمله امام موفق نيشابوري علوم زمانه خويش را فراگرفت و چنانكه گفته اند بسيار جوان بود كه در فلسفه و رياضيات تبحر يافت. خيام در سال 461 هجري به قصد سمرقند، نيشابور را ترك كرد و در آنجا تحت حمايت ابوطاهر عبدالرحمن بن احمد , قاضي القضات سمرقند اثر برجسته خود را در جبر تأليف كرد.

خيام سپس به اصفهان رفت و مدت 18 سال در آنجا اقامت گزيد و با حمايت ملك شاه سلجوقي و وزيرش نظام الملك، به همراه جمعي از دانشمندان و رياضيدانان معروف زمانه خود، در رصد خانه اي كه به دستور ملكشاه تأسيس شده بود، به انجام تحقيقات نجومي پرداخت. حاصل اين تحقيقات اصلاح تقويم رايج در آن زمان و تنظيم تقويم جلالي (لقب سلطان ملكشاه سلجوقي) بود.

در تقويم جلالي، سال شمسي تقريباً برابر با 365 روز و 5 ساعت و 48 دقيقه و 45 ثانيه است. سال دوازده ماه دارد 6 ماه نخست هر ماه 31 روز و 5 ماه بعد هر ماه 30 روز و ماه آخر 29 روز است. هر چهار سال، يكسال را كبيسه مي خوانند كه ماه آخر آن 30 روز است و آن سال 366 روز مي شود در تقويم جلالي هر پنج هزار سال يك روز اختلاف زمان وجود دارد در صورتيكه در تقويم گريگوري هر ده هزار سال سه روز اشتباه دارد.

دستاوردهاي علمي خيام براي جامعه بشري متعدد و بسيار درخور توجه بوده است. وي براي نخستين بار در تاريخ رياضي به نحو تحسين برانگيزي معادله هاي درجه اول تا سوم را دسته بندي كرد، و سپس با استفاده از ترسيمات هندسي مبتني بر مقاطع مخروطي توانست براي تمامي آنها راه حلي كلي ارائه كند. وي براي معادله هاي درجه دوم هم از راه حلي هندسي و هم از راه حل عددي استفاده كرد، اما براي معادلات درجه سوم تنها ترسيمات هندسي را به كار برد؛ و بدين ترتيب توانست براي اغلب آنها راه حلي بيابد و در مواردي امكان وجود دو جواب را بررسي كند. اشكال كار در اين بود كه به دليل تعريف نشدن اعداد منفي در آن زمان، خيام به جوابهاي منفي معادله توجه نمي كرد و به سادگي از كنار امكان وجود سه جواب براي معادله درجه سوم رد مي شد. با اين همه تقريبا چهار قرن قبل از دكارت توانست به يكي از مهمترين دستاوردهاي بشري در تاريخ جبر بلكه علوم دست يابد و راه حلي را كه دكارت بعدها (به صورت كاملتر) بيان كرد، پيش نهد.

خيام همچنين توانست با موفقيت تعريف عدد را به عنوان كميتي پيوسته به دست دهد و در واقع براي نخستين بار عدد مثبت حقيقي را تعريف كند و سرانجام به اين حكم برسد كه هيچ كميتي، مركب از جزء هاي تقسيم ناپذير نيست و از نظر رياضي، مي توان هر مقداري را به بي نهايت بخش تقسيم كرد. همچنين خيام ضمن جستجوي راهي براي اثبات "اصل توازي" (اصل پنجم مقاله اول اصول اقليدس) در كتاب شرح اصول مشكل آفرين كتاب اقليدس، مبتكر مفهوم عميقي در هندسه شد. در تلاش براي اثبات اين اصل، خيام گزاره هايي را بيان كرد كه كاملا مطابق گزاره هايي بود كه چند قرن بعد توسط واليس و ساكري رياضيدانان اروپايي بيان شد و راه را براي ظهور هندسه هاي نااقليدسي در قرن نوزدهم هموار كرد. بسياري را عقيده بر اين است كه مثلث حسابي پاسكال را بايد مثلث حسابي خيام ناميد و برخي پا را از اين هم فراتر گذاشتند و معتقدند، دو جمله اي نيوتن را بايد دو جمله اي خيام ناميد. البته گفته مي شود بيشتر از اين دستور نيوتن و قانون تشكيل ضريب بسط دو جمله اي را جمشيد كاشاني و نصيرالدين توسي ضمن بررسي قانون هاي مربوط به ريشه گرفتن از عددها آورده اند.

استعداد شگرف خيام سبب شد كه وي در زمينه هاي ديگري از دانش بشري نيز دستاوردهايي داشته باشد. از وي رساله هاي كوتاهي در زمينه هايي چون مكانيك، هيدرواستاتيك، هواشناسي، نظريه موسيقي و غيره نيز بر جاي مانده است. اخيراً نيز تحقيقاتي در مورد فعاليت خيام در زمينه هندسه تزئيني انجام شده است كه ارتباط او را با ساخت گنبد شمالي مسجد جامع اصفهان تأئيد مي كند.

اما گذشته از همه اينها، بيشترين شهرت خيام در طي دو قرن اخير در جهان به دليل رباعيات اوست كه نخستين بار توسط فيتزجرالد به انگليسي ترجمه و در دسترس جهانيان قرار گرفت و نام او را در رديف چهار شاعر بزرگ جهان يعني هومر، شكسپير، دانته و گوته قرار داد.

خواجه نصيرالدين محمد بن حسن جهرودي طوسي مشهور به خواجه نصيرالدين طوسي از اهالي جهرود از توابع قم بوده است كه در تاريخ 15 جمادي الاول سال 597 هجري قمري ولادت يافته است. او به تحصيل دانش، علاقه زيادي داشت و از دوران جواني در علوم رياضي و نجوم و حكمت سرآمد شد و از دانشمندان معروف زمان خود گرديد.

خواجه نصيرالدين طوسي ستاره درخشاني بود كه در افق تاريك مغول درخشيد و در هر شهري پا گذارد آنجا را به نور حكمت و دانش و اخلاق روشن ساخته و در آن دوره تاريك و در آن عصري كه شمشير تاتار و مغول خاندانهاي كوچك و يا بزرگ را از هم پاشيده و جهاني از حملات مغولها به وحشت فرو رفته و همه در گوشه و كنار منزوي و يا فراري مي شدند و بازار كسادي دانش و جوانمردي و مروت مي بود و فساد حكمفرما. وجود و بروز چنين دانشمندي مايه اعجاب و اعجاز است.

تاسيس رصدخانه مراغه و انجام نخستين فعاليت علمي، پژوهشي و آموزشي در اين موسسه از مهم ترين اقدامات اين دانشمند است. رصدخانه مراغه به عنوان بزرگ ترين مركز پژوهشي نجومي در زمان خود مطرح بوده است و امروز نيز علاوه بر ثبت در كتب، جزوات و اسناد ملي و بين المللي هر ساله صدها محقق نجوم در داخل و خارج از كشور را به خود جذب مي كند.

همچنين خواجه نصيرالدين طوسي با انجام نخستين كار علمي و آموزشي در رصدخانه بين المللي مراغه پس از گذشت 750 سال از زمان فعاليت هاي علمي دراين مركز پيشتاز نجوم در دنياي قديم است. رصدخانه مراغه در سال 657 هجري قمري به دستور هلاكوخان و به همت دانشمند ايراني خواجه نصيرالدين طوسي ساخته شد كه ساخت آن 15 سال به طول انجاميد. در اين رصدخانه اسباب و آلات نجومي بسياري متمركز شده بود كه متاسفانه اين مجموعه بعد از سال 703 هجري قمري بر اثر زلزله و بي توجهي حكام رو به ويراني گذاشت.

گفته مي شود كتابخانه آن داراي چهار هزار جلد كتاب بوده است كه از بغداد به اين رصدخانه انتقال يافته بود. رصدخانه كهن مراغه بنابر اسناد معتبر الهام بخش تولد رصدخانه هاي سمرقند در تاجيكستان اوجين در هندوستان، فندو در بنارس اورانين برگ در دانمارك و رصدخانه شانگهاي چين بوده است.

3-2

بيداري غرب و دوره ي انتقال دوم

ارتباط غربيان با جوامع اسلامي بويژه از طريق بازرگانان موجب توجه آنان آثار علمي انديشمندان اسلامي شد. در اين دوره مسير برعكسي آغاز شد بدين ترتيب كه چون بسياري از آثار نجومي يونان باستان از بين رفته بود و فقط ترجمه عربي آن باقي مانده بود به لاتين ترجمه شدند. در اين دوره بود كه تعداد زيادي از اصطلاحات عربي به زبان هاي اروپايي راه پيدا كرد.

در حدود سال 950 ميلادي ژربر متولد شد، وي در مدارس مسلمانان اسپانيا درس خواند و در مراجعت ارقام عدد نويسي عربي را با خود به اروپاي مسيحي برد. ژربر مورد سوء ظن معاصرانش قرار گرفت و متهم شد كه روح خود را به شيطان فروخته است. با اين حال ژربر به تدريج در كليسا ترقي كرد و سرانجام در سال 999 به مقام پاپي انتخاب شد. بدين ترتيب ورود آثار كلاسيك علوم يوناني و اسلامي به اروپاي غربي شروع شد.

در حدود 1120 ميلادي يك راهب انگليسي به نام آدلارد باثي كه در اسپانيا درس خوانده بود، خود را در جامه يك طلبه در آورد و به گنجي از دانش كه شديداً مورد حفاظت بود دست رسي پيدا كرد. وي اصول اقليدس و جداول خاورزمي را به لاتين ترجمه كرد. قرن دوازدهم ميلادي به قرن ترجمه آثار و فرهنگ و دانش اسلامي بدل گشت. كوشاترين مترجم اين عصر گراردوي كرمونايي بود كه بالغ بر 90 اثر عربي را به لاتين ترجمه كرد. مجسطي، اصول اقليدس و جبر خوارزمي از آن جمله بودند.

در حدود سال 1250 ميلادي، اكوايناس اساس استدلال و منطق ارسطو را بكار برد. وي بر اساس اصول ارسطويي سيستم توميسم Tomism را بنياد نهاد كه در حال حاضر نيز پايه الهيات كليساي كاتوليك رومي است. ديگران نيز به زودي از احياي انديشه هاي يوناني در زمينه هاي دنيوي استفاده كردند. مهمترين كار در اين زمينه با انتشار كتاب كوپرنيك صورت گرفت كه در آن يكي از بديهيات اختر شناسي، يعني دستگاه زمين مركزي منظومه شمسي رد شد.

ظهور و پيدايش رنسانس

در نيمه دوم قرن 14 در ايتاليا و در شهر فلورانس پديده اي به نام رنسانس به وجود مي آيد و به بخش هاي مختلف اروپا اشاعه پيدا مي كند . چرا با وجود كشورهايي مثل آلمان وفرانسه و امثال اينها كه به شكل امروزي نبودند، چرا اين پديده در ايتاليا رخ داده است ؟ درذيل دلايل مختلفي را كه در اين زمينه مطرح كرده اند كه رنسانس در ايتاليا اتفاق افتاده است،بيان شده است :

پايگاه مسيحيت در روم بود ولي به مرور زمان نفوذ كليسا قدرت قبلي خود را در ايتاليا از دست مي دهد و تحت فشار شاهان فرانسه در اواخر قرون وسطي دربار پاپ از روم به آونيوم در فرانسه منتقل مي شود . بنابراين نفوذ كليسا در ايتاليا كمتر مي شود .

به مرور زمان، زبان رسمي و علمي در اروپا زبان لاتيني مي شود. زبان هاي مثل اسپانيايي، ايتاليايي و فرانسوي در مقايسه با زباني مثل آلماني نسبت به هم داراي قرابت و نزديكي زيادي هستند. بسياري از آثار دوران يونان باستان به زبان لاتيني ترجمه شده بود و زبان لاتيني به زبان ايتاليايي نزديكتر از ديگر زبان ها بود. بنابر اين ايتاليايي ها راحتتر مي توانستند با ترجمه هاي آثار يوناني ارتباط برقرار كنند .

مقر اصلي تمدن روم و امپراطوري روم درايتاليا بود . روم شرقي و بيزانس در حوزه شرقي اروپا و بالكان و سوريه بود و امپراطوري روم غربي در ايتاليا و فرانسه و آلمان بود اما مركزيت آن در ايتاليا بود. بنابر اين مردم ايتاليا به يونان و روم باستان نزديكتر بودند چون امپراطوري روم در ايتاليا قرار داشت .

بنابر اين با توجه به مجموعه اين دلايل پديده رنسانس در ايتاليا اتفاق مي افتد .

رنسانس يعني قبول نداشتن كليسا و عقايد آن و بازگشت به يونان و روم باستان است. در يونان و روم باستان اصالت با انسان بوده است. براي برگشت به يونان و روم باستان بايد در تمام مسائل از جمله هنر و ادبيات و فلسفه بايد به همان روش عمل نمود. بنابر اين بايد به آثار همان زمان رجوع كرد و چون آثار يونان به لاتيني ترجمه شده و ايتايايي ها با توجه به قرابت زبانشان به زبان لاتيني راحتترمي توانستند زبان لاتيني را فرا گيرند اينها زودتر از بقيه توانستند به آثار يوناني دست پيدا كنند.

4-2

دستگاه خورشيد مركزي خورشيد كوپرنيك

نيكلا كوپرنيك

(1543-1473)

رياضيدان

اخترشناس، حقوقدان و اقتصادان با استعدادي بود كه در نزد مردم بسيار محترم بود. اصليت وي لهستاني بود و براي ادامه تحصيل به ايتاليا رفت. كوپرنيك نخستين كسي بود كه در دوران رنسانس، انقلاب بزرگي را در زمينه اخترشناسي برپا مي كند. كوپرنيك به مسئله حركت دوراني افلاطون در مورد اجرام آسماني بسيار علاقه مند بود و در اين زمينه تلاش هاي بسيار انجام داد. كوپرنيك معتقد بود كه حركت اجرام آسماني مانند ستاره ها، سيارات و ماه يك حركت دوراني(دايره اي) و يا تركيبي از حركات دوراني است. زيرا در حركات دوراني، جرم در يك دوره مشخص و ثابت به حالت و وضعيت قبلي خود برمي گردد. كوپرنيك با مشاهدات و تحقيقات گسترده و محاسبات دقيق به اين نتيجه رسيد كه اگر حركت سيارات با حركت دوره اي زمين در ارتباط باشد، و حركت دوره اي سيارات را بر اساس گردش آن ها به دور خورشيد محاسبه كنيم به اين نتيجه مي رسيم كه علاوه بر نظم و ارتباط ميان آن ها(منظور حركت دوراني زمين و خورشيد مركزي) و ترتيب حاكم بر مدار هاي سيارات، حركت دوراني اين اجرام با هم در ارتباط مي باشند. به طوري كه تغيير در هر يك از اين مدار ها باعث در هم فرو ريختن اجرام و در نتيجه منظومه مي شود.

سرانجام كوپرنيك منظومه خود را تدوين كرد كه منظومه وي با منظومه زمين مركزي بطليموس كه مورد قبول عامه مردم (از جمله كليسا) آن دوره بود، مغايرت داشت.

وي در منظومه خود خورشيد را مركز قرار داد كه زمين و ديگر سيارات به دور آن در حال حركت هستند. نيكلا منظومه خود را بر اساس چند فرض بنيان نهاد:

مركزيِ هندسي و دقيق براي مدار اجرم آسماني وجود ندارد.

خورشيد در مركز قرار دارد و زمين و ديگر سيارات به دور آن حركت مي كنند.

زمين ديگر مركز جهان نيست. زمين علاوه بر حركت گردشي به دور خورشيد، به دور خود نيز مي چرخد.

حركت خورشيد در آسمان بر اساس حركت دوره اي زمين مي باشد.

حركت ظاهري اجرام آسماني در آسمان تنها بر اساس حركت خود آن ها نيست، بلكه اين حركت ها با حركت دوره اي زمين نيز در ارتباط مي باشند.

كوپرنيك نظر داد كه گردش زمين به دور خود يك شبانه روز به طول مي انجامد.

كوپرنيك تلاش مي كرد تا نظريه خود را از طريق رياضيات اثبات كند. وي با محاسبات خود به اين نتيجه رسيد كه هرچه قدر از سيارات دور به خورشيد نزديك شويم، بر سرعت گردش آن ها افزوده مي شود. زحل كه دورترين سياره آن زمان بود، يك دور يكنواخت خود را به مدت 29.5 سال و سپس مشتري اين دوره را در 11.8 سال مي پيمايد. بعد از مشتري نوبت به مريخ مي رسد كه اين دوره را در مدت 687 روز و زهره 224 روز و عطارد 88 روز سپري مي كنند. البته اين مقادير را كوپرنيك محاسبه كرده است و اختلاف اين مقادير با مقادير امروزي ناچيز است. اين محاسبات بخشي از اثبات تئوري كوپرنيك با استفاده از هندسه بود.

مزيت تئوري كوپرنيك آن بود كه وي با استناد به نظريه خورشيد مركزي به نتايجي دست يافت كه برخي از اين نتايج در نظريه بطليموسي امكان پذير نبود.

مهمترين اين نتايج عبارتند از:

الف) محاسبه اندازه مدار سيارات كه به دور خورشيد مي گردند.

ب) محاسبه دوره تناوب گردش سيارات به دور خورشيد.

ج) بدست آوردن سرعت نسبي حركت دوراني سيارت.

د) مشخص كردن حركت زاويه اي سيارات و موضع آن ها در آسمان. كه اين نتيجه در هر دو تئوري كوپرنيك و بطليموس وجود داشت.

بر اين اساس بود كه كوپرنيك به اين نتيجه رسيد كه ميان مدار هاي سيارات و جايگاه آن ها ارتباطي وجود دارد؛ طبق گفته خود هرگونه تغيير مكاني در هر قسمت از آن باعث به هم خوردن قسمت هاي ديگر و همه جهان مي شود)). كوپرنيك مدعي بود كه برتري نظريه او در زيبايي و سادگي آن است. وي در اين رابطه در كتاب خود، ""درباره گردش افلاك آسماني"" مي گويد((در ميانه همه خورشيد بدون حركت مي پايد. به راستي، چه كسي در اين معبد عظيم و زيبا، منبع نور را در جايي جز آنجا كه بتواند همه قسمت هاي ديگر را بيفروزد و روشنايي بخشد، قرار مي دهد؟ پس در اساس اين برگزيدگي، تقارن قابل ستايش در جهان و هماهنگي بارزي در حركت و اندازه كرات مي يابيم، آن چنان كه به هيچ وجه ديگري نمي توانست باشد.

تئوري كوپرنيك بنا به دلايلي به زودي مورد قبول عامه مردم قرار نگرفت. بيش از يك قرن طول كشيد تا نظريه خورشيدمركزي ميان اخترشناسان مورد پذيرش قرارگيرد.

مهمترين دلايلي كه عليه اين نظريه مطرح شده بود:

منظومه كوپرنيكي بيشتر جنبه رياضي، سادگي و زيبايي داشت و با مشاهدات نجومي آن زمان مطابقت نداشت و به همين دليل مورد پذيرش عام قرار نگرفت.

يكي از ضعف هايي كه كوپرنيك در اثبات نظريه خود داشت آن بود كه او نمي توانست با استفاده از نظريه هاي پيشين، نظريه خود را اثبت كند.

يكي از دلايلي كه هميشه بر ضد نظريه خورشيدمركزي مطرح بود آنست كه اگر زمين در حال حركت مي بود، بايستي به كلي منهدم شود. زيرا اگر زمين حركت كند، آنگاه هوا، پرندگان و قطرات باراني كه به زمين مي بارند، جا مي ماندند. يكي از مثل هايي كه مخالفين به گاليله مي گفتند آن بود كه اگر زمين در حال حركت باشد، توپي كه از بالاي برج پيزا پرتاب مي شد بايد به عقب (جهت خلاف گردش زمين) جا بماند.

اما كوپرنيك مي پنداشت كه هوا به همراه زمين در حال حركت است. و از طرفي وي در نظر داشت كه اگر چنين مي بود پس چرا ديگر اجرام آسماني كه در حال حركتند، منهدم و نابود نمي شوند.

الگوي خورشيد مركزي كوپرنيك با عقايد و اصول ارسطو مغايرت داشت. و از طرفي چون در آن زمان كليسا طرفدار اصول ارسطو بود، به همين دليل نظر همه مسيحيان بر ضد كوپرنيك بود. آنان به آيات انجيل استناد مي كردند و مي گفتند كه معمار و طرح خلقت جهان بر اساس منظومه و تئوري بطليموس است. به همين دليل سازمان تفتيش عقيده، كتاب كوپرنيك را كه مخالف با كتاب مقدس بود، ممنوع اعلام كرد.

اگر چه نظريه خورشيد مركزي كوپرنيك با نظريه زمين مركزي بطليموس از نظر علميِ مشاهده نجومي سازگار بود اما از نظر فلسفي مغايرت داشت. چون كوپرنيك چارچوب مرجع خود را از زمين به خورشيد منتقل كرده بود. و اين انتقال چارچوب از نظر فيزيك سينماتيكي امروزي كاملا صحيح مي باشد.

5-2

قوانين كپلر

كوپرنيك با قرار دادن خورشيد در مركز منظومه شمسي توصيف بسيار ساده تر و توضيح طبيعي تري در باره برخي از خصوصيات حركت سياره اي به دست داد. هرچند طرح كوپرنيك بسيار ساده تر از طرح بطلميوس بود، اما چون كوپرنيك نيز به تقدس دايره ها اعتقاد داشت، به همان اندازه بطلميوس از مدارهاي تدوير و نظاير آن استفاده كرد. تنها تفاوت دو دستگاه اين بود كه يكي زمين را مركز حركت سيارات مي دانست و ديگري خورشيد را. با آنكه ستاره شناسان از پذيرش دستگاه خورشيد مركزي بطلميوس اجتناب مي كردند، اما اين دستگاه تاثير خود را بر انديشه آنان گذاشته بود و بحث و جدل در مورد آن روز به روز بيشتر مي شد.

اين مجادلات باعث شد كه منجمين اطلاعات رصدي بيشتري و دقيق تري به دست آورند. تيكو براهه اين اطلاعات را جمع آوري كرد و اعتقاد داشت كه همه ي سيارات بجز زمين به دور خورشيد مي گردند و خورشيد همراه سيارات به دور زمين مي چرخد. در اين دوران يوهان كپلر (1571-1630) به عنوان دستيار نزد تيكو براهه در رصد خانه ي پراگ مشغول كار شد.

پس از كوپرنيك ، كپلر نخستين منجم نامداري بود كه نظريه مركزيت خورشيد را اتخاذ كرد ، اما معلوماتي كه تيكو براهه ثبت كرده بود نشان داد كه اين نظريه به صورتي كه كوپرنيك بدان بخشيده بود ، نمي تواند كاملا صحيح باشد. با اين وجود ظرفداري كپلر از دستگاه خورشيد مركزي كوپرنيك مورد پسند تيكو برهه نبود. هنوز يكسال از همكاري اين دو نگذشته بود كه تيكو براهه فوت كرد و تمام رصدهايي را كه جمع آوري كرده بود به عنوان ارثيه اي ارزشمند براي كپلر باقي گذارد.

پس از مرگ تيكو براهه، كپلر به توده ي عظيمي از رصدهاي بسيار دقيق در حركت سيارات دست يافت. بعداً مسئله به اين صورت در آمد كه الگويي براي حركت سيارات ارائه دهد كه دقيقاً با مجموعه رصدهاي انجام شده مطابقت كند.

بدين ترتيب كپلر نياز داشت كه ابتدا به كمك تخيل جواب موجهي را حدس بزند و سپس با پشتكار، كوهي از محاسبات كسل كننده را انجام دهد تا حدس خود را تاييد يا رد كند.

توفيق بزرگ كپلر همانا كشف سه قانون حركت سيارات است دو تا از اين قوانين را وي در 1609 و سومي را در 1619 انتشار داد .

قانون اول كپلر يا قانون بيضوي ها

مدار هر سياره به شكل يك بيضي است كه خورشيد در يكي از كانونهاي آن قرار دارد .

كه ميتوان از اين مطلب اين را نتيجه گرفت كه فاصله سياره تا خورشيد به لحاظ واقع بودن بر مدار بيضي داراي حداقل و حداكثر است. كپلر بيش از 20 سال براي درك چگونگي مدارات سيارات زحمت كشيد او مدلهاي مختلفي را امتحان نمود ولي سرانجام نشان داد كه صفحه مداري سياره ها از خورشيد مي گذرد و كشف كرد كه شكل مداري سيارات به صورت بيضي است .اين قانون در سال 1609 ميلادي انتشار يافت.

قانون دوم كپلر ياقانون سطح معادل

خط مستقيم واصل سياره و خورشيد (شعاع حامل يك سياره)، در فواصل زماني مساوي مساحتهاي مساوي را در فضا جاروب مي كند.

يعني براي مثال در شكل سياره اي در مدت 1 ماه از Aبه B مي رود . مدت زماني كه از Cبه D مي رود نيز يك ماه است اما اكنون از خورشيد دورتر است بنابراين فاصله A تا B بايد بيشتر باشد تا سياره در همان مدت يك ماه مساحتي برابر با مساحت اول را جاروب كند . به همين دليل سياره هنگامي كه به خورشيد نزديكتر است با سرعت بيشتري حركت مي كند. براي فهم بهتر اينجا را كليك كنيد .

قانون سوم كپلريا قانون هارمونيك

نسبت مجذور زمان تناوب گردش دو سياره برابر است با نسبت مكعب نيم قطر اطول آنها كپلر براي بدست آوردن اين فرمول 7 سال تلاش كرد . در آن زمان فاصله واقعي ميان خورشيد و سيارات معلوم نبود اما محاسبه نسبت فاصله يك سياره تا خورشيد به فاصله زمين تا خورشيد ميسر بود . مثلا كپلر مي دانست كه نيم قطر اطول مدار مريخ تقريبا 1.5 برابر نيم قطر اطول مدار زمين است . حال او متوجه شد اگر در هر سياره نيم قطر اطول را به توان 3 و دوره گردش را به توان 2 برسانيم . دو رقم بدست آمده باهم برابر مي شوند و فقط اختلافهاي اندكي براي برجيس (مشتري) و كيوان (زحل) ديده مي شود.

در زمان كپلر دو قانون اول فقط در مورد مريخ قابل اثبات بود . در مورد ساير سيارات رصد ها با آن قوانين سازش داشت ، منتهي چنان نبود كه آنها را قطعا محقق سازد و مدتها گذشت تا دلايل قطعي در تاييد آنها بدست آمد .

كشف قانون اول ، يعني اينكه سيارات روي مدارات بيضوي حركت مي كنند ، بيش از آنكه براي مردم امروز به آساني قابل تصور باشد مستلزم كوشش در رها ساختن گريبان خود از چنگ سنتها بود . تنها نكته اي كه همه ي ستاره شناسان در آن خصوص با هم توافق داشتند اين بود كه همه ي حركات سماوي ، دوراني است يا از حركات دوراني تركيب شده است .

قرار دادن بيضي به جاي دايره ، مستلزم رها كردن آن تمايل زيباشناختي بود كه از زمان فيثاغورث به بعد بر نجوم حكومت كرده بود . دايره شكل كامل و افلاك سماوي اجسام كامل شناخته مي شدند _ كه در اصل مقام خدايي داشتند و حتي در آثار افلاطون و ارسطو نيز رابطه ي نزديكي با خدايان دارند . واضح به نظر مي رسيد كه يك جسم كامل بايد بر يك مدار كامل حركت كند . به علاوه چون اجسام آسماني آزادند ، يعني بي اينكه كشيده يا رانده شوند حركت مي كنند ، پس حركت آنها بايد طبيعي باشد و تصور اينكه دايره طبيعي است و بيضي چنين نيست امر آساني بود . بدين ترتيب بسياري از باورهاي ذهني عميق مي بايست منسوخ و مطرود گردد تا قانون اول كپلر بتواند مورد قبول واقع شود .

قانون دوم مربوط به سرعت متغير سياره در نقاط مختلف مدار خويش است. بنابراين سياره در نزديك ترين فاصله ي خود به خورشيد ، بيشترين سرعت را دارد و در دورترين فاصله ي خود از خورشيد ، كمترين سرعت را .

اين نكته هم باز سبب حيرت مي شد زيرا كه وقار و متانت سياره مغاير اين بود كه گاهي شتابان و گاهي خرامان راه برود !

قانون سوم از اين لحاظ مهم بود كه حركت سيارات مختلف را نسبت به هم مي سنجيد . قانون سوم مي گويد كه اگر r فاصله ي متوسط يك سياره نسبت به خورشيد و Tطول سال آن باشد . پس r^3/T^2 در مورد همه ي سيارات يك اندازه است . اين قانون ( تا آنجا كه به منظومه ي شمسي مربوط مي شود ) دليل قانون جادبه ي نيوتن قرار گرفت

نتيجه: آنچه كه كپلر انجام داد، از جزئيات يعني رصدهاي موضعي، به كليات يعني مسير حركت سيارات دست يافت. سه قانون كپلر از رويدادهاي بسيار مهم علم است كه بطور كامل تقدس دايره ها را در هم شكست و نظريه كپرنيك را از حمايت موثري برخوردار كرد. اين قوانين نشان داد كه اگر خورشيد به عنوان مرجع در نظر گرفته شود، حركت سيارات را مي توان به آساني توصيف كرد. اما اشكال اين قوانين آن بود كه صرفاً تجربي بود، يعني فقط مسير حركت مشاهده شده را بيان مي كردند، بي آنكه هيچگونه تعبير نظري در باره ي آنها به دست بدهند. يا در مورد منشاء اين قواعد توضيح نمي داد.

همزمان ارائه اين قوانين توسط كپلر، واقعه ي بزرگي در شرف تكوين بود. گاليله در زمان ارائه اين قوانين به حركت اجسام، آونگ، نور ... مي انديشيد و دست به آزمايشهاي سرنوشت سازي مي زد. بطور قطع اين دو نفر در شكل گيري انديشه هاي نيوتن نقش برجسته اي داشتند.

زير ساخت مكانيك نيوتني

مقدمه

قبل از آنكه انديشه ي آدمي شكوفا گردد و به بهره وري رسد، بايد شرايط آن فراهم گردد. در جو اختناق آلود قرون وسطي چنين شرايطي فراهم نبود. به همين دليل توليدات فكري تقريباً به صفر رسيد. براي رشد و پيشرفتهاي علمي نخست بايد زمينه ي فلسفي آن در جامعه فراهم باشد، به عبارت ديگر فلسفه هاي مورد قبول و حمايت جامعه بايستي پذيراي نظريه هاي جديد باشند تا جامعه شاهد شكوفايي انديشه و توليدات آن باشد. فلسفه توضيحي است براي بي نظمي طبيعي مجموعه اي از تجارب يا دانسته ها. بنابراين براي هر مجموعه اي از تجارب و فلسفه اي وجود دارد.

هرچند ممكن است بدون توجه به فلسفه ي يك دانش، آن را آموخت و به كار برد، اما درك عميق آن دانش بدون توجه به فلسفه اش امكان پذير نيست. در واقع بر عهده ي فلسفه ي علم است كه حوزه ي فعاليتهاي يك دانش از جمله فيزيك، اهداف و اعتبار گزاره هاي آن را تعيين كند و روش به دست آوردن نتايج را توضيح دهد. اين فلسفه ي علم است كه نشان مي دهد هدف علم، پاسخ به هر سئوالى نيست. علم تنها مى تواند آنچه را كه متعلق به حوزه واقعيت هاى فيزيكى (آزمون هاى تجربى قابل سنجش) است، پاسخگو باشد. علم نمى تواند در مورد احكام ارزشى كه متعلق به حوزه اخلاق و پيامدهاى يك عمل است، نظرى ابراز دارد.

در فيزيك هيچ فلسفه اي غايت انديشه هاي فلسفي نيست و هرگاه فلسفه ي خاصي به چنين اعتباري برسد، با انديشمندان و مردم آن خواهد شد كه در قرون وسطي شد. سياه ترين دوران زندگي انسان زماني بود كه فلسفه و فيزيك ارسطويي از حمايت ديني برخوردار و غايت فلسفه ي علوم طبيعي قلمداد شد. در قرون وسطي گزاره هاي علمي، زماني معتبر بودند كه با گزاره هاي پذيرفته شده ي قبلي سازگار بودند. پس آزمون گزاره هاي جديد عملي بيهوده شمرده مي شد و تنها سازگاري آنها با گزاره هاي قبلي كفايت مي كرد. علاوه بر آن بانيان گزاره هاي ناسازگار با مجازات رو به رو مي شدند. آتش زدن برونو و محاكمه ي گاليله به همين دليل بود. بنابراين نتيجه ي آزمايشهاي گاليله بيش و پيش از آنكه يك تلاش علمي باشد، يك حركت انقلابي براي سرنگوني يك نظام فكري و حكومتي بر انديشه ي انسان بود .

انديشه ي روش استقرايي بعد از ترجمه ي آثار دانشمندان اسلامي بويژه ايرانيان به لاتين مورد توجه قرار گرفت. آزمايشهاي گاليله با تدريس كارهاي خواجه نصيرالدين طوسي و خيام توسط استاداني چون جان واليس در دانشگاه هاي اروپا همزمان بود. و همه اينها بعد از ترجمه ي آثار ابن هيثم به لاتين بود.

فرانسيس بيكن فيلسوف انگليسى براى اولين بار در كتاب خود با نام ارگانون جديد كه نام آن برگرفته از كتاب ارسطو با نام ارغنون است، روش هاى تحقيق را مورد بررسى قرار داد و جان استوارت ميل نيز به دنبال او در كتاب منطق خود بحث درباره شيوه هاى تجربى را بسط داد. البته برخى بر اين باورند كه سخن از استقرا و منطق عملى را اولين بار روگر بيكن، (در قرن سيزدهم ميلادى) به كار برد. اما اين گاليله بود كه عملاً با آزمايشهاي خود روش استقرايي را بكار برد. گاليله تا جايي پيش رفت كه خواست سرعت نور را اندازه گيري كند. و اين واقعاً يك انقلاب فكري بود كه برتري روش استقرايي را نسبت به روش قياسي نشان داد.

انديشه اصلى استقراگرايى بر اين مبناست كه علم از مشاهده آغاز مى شود و مشاهدات به تعميم ها و پيش بينى ها مى رسد. حال اگر يك مورد پيدا شود كه با گزاره ي مورد قبول سازگار نباشد، گزاره ي فوق باطل مى شود. تفسير استقراگرايان از اين ابطال اين است كه استنتاجات علمى، هيچ گاه به يقين منتهى نمى شوند اما آنها بر اين باورند كه اينگونه استنتاجات مى توانند درجه بالايى از احتمال را به بار آورند.

رايشنباخ مي گويد :

اصل استقرا داور ارزش نظريه ها در علوم است و حذف آن از علم به مثابه ي خلع علوم از مسند قضاوت در باره ي صدق و كذب نظريه هاي علمي است. بدون اين اصل، علم به كدام دليل ميان نظريه هاي علمي و توصيف هاي شاعرانه فرق خواهد گذاشت؟ ولي دقيق تر اين است كه اصل مجوز استقرا، معيار سنجش احتمالات خوانده شود.

3-1

مقاومت جزم انديشي در مقابل نوآوري

هرچند سازمان تفتيش عقيده، كتاب كوپرنيك را كه مخالف با كتاب مقدس بود، ممنوع اعلام كرد، اما انديشه هاي كوپرنيك اثر شايسته ي خود را در اذهان دگرانديشان بچا گذاشت. يكي از اين انديشمندان جردانو برونو بود. وي رياضيدان، متفكر و فيلسوف ايتاليايي قرن شانزدهم بود كه هم استاد كالج دوفرانس پاريس بود وهم استاد دانشگاه اكسفورد در انگلستان بود. او مي گفت : تمام حقايق داراي ذات واحد هستند و خدا با جهان يكي است. همچنين ، به عقيده او روح و ماده يكي هستند و هر جزئي از حقيقت از دو امر مادي و روحي تركيب يافته است كه تجزيه نمي شوند. بنابراين وظيفه ي فلسفه عبارت است از مشاهده وحدت در كثرت، روح در ماده و ماده در روح و همچنين: مقصود از فلسفه عبارتست از پيدا كردن تركيبي كه در آن تمام تضاد ها و تناقض ها باهم يكي شده اند و همچنان مقصود از فلسفه رسيدن به بالا ترين درجه ي معرفت وحدت كلي است كه مساوي است با عشق به خدا برونو، نظريه ي كوپرنيك را تاييد مي كرد. يعني اين كه : زمين به دور خورشيد مي گردد. نه خورشيد به دور زمين . در كاينات خورشيد ها و منظومه هاي شمسي ديگري وجود دارند. زمين يكي از اجزاي سماوي است مانند ميليونها سياره و ستاره ديگر. برونو از پژوش هاي كوپرنيك نتيجه هاي فلسفي نوين گرفت كه با آموزش هاي كليسا ناسازگار بود. بنابراين از طرف ديوان يا دادگاه تفتيش عقايد "انگزيسيون " به عنوان مرتد به محاكمه خوانده شد. او هشت سال شكنجه و رنج زندان را با شكيبايي فراواني سپري كرد ولي چون از عقايد خود دست نكشيد، بالاخره محكمه ي تفتيش عقايد او را محكوم كرد كه با راحت ترين و سهل ترين طرق ممكن و بدون خونريزي كشته شود،يعني زنده سوزانده شد.

گفتني است كه ماجراي نفرت انگيز، انگيزيسيون، چند قرن پياپي ادامه داشت و اروپاي مسيحي را به كشتار گاهي تبديل كرد كه خلايق را گروه گروه به شكنجه گاه ها و سياهچال ها و شعله هاي آتش و چوبه هاي دار مي سپرد. چراكه پاپ اعظم در مورد مشروعيت اينهمه جنايات هولناك از جانب عيساي مسيح فتواي شرعي صادر كرده بود . جلوه ديگري كه شايد عيساي مسيح از آن بي خبر بود ولي به نام او و سبب رضا و خشنودي خدا انجام مي گرفت . تنها در دادگاه تفتيش عقايد اسپانيا طبق آمار كليسا 31912 تن زنده در آتش سوزانيده شدند اما گاليله (1642 - 1564م ) رياضي دان و فيزيكدان ايتاليايي كه اختر شناس بنامي نيز بود و مخترع يكي از اولين دوربين هاي نجومي، ناگزير شد در هفتاد ساله گي در برابر قضات و داوران انگيزيسيون زانو به زمين بزند، دست بر كتاب مقدس انجيل بگذارد و قسم بخورد كه از عقيده كفر آميز خود صرف نظر و توبه كند. گاليله در 36 سالگي يعني در سال 1600 شاهد به آتش كشيده شدن برونو بود. شايد همين تجربه موجب شد كه توبه كند و از انديشه هاي خود دست بردارد. گاليله اظهار داشته بود كه زمين ساكن نيست و به دور خورشيد مي چرخد، نه خورشيد به دور زمين.

گاليله به وسيله ي آن دوربيني كه اختراع كرده بود معلوم ساخت كه: كره ماه داراي كوههاي متعدد است و همچنين كهكشان از ستاره گان كوچك تشكيل شده و نيز به جز ستاره گاني كه با چشم مي بينيم ،ستاره گان بيشمار در آسمان وجود دارند و نيز چهار ماه (قمر ) از اقمار مشتري و لكه هاي خورشيد را كه متحركند كشف كرد. گاليله تحت تاثير فرضيه هاي ذيمقراطيس معتقد شد كه هرگونه تغييري در عالم و كاينات مبتني بر رياضي مي باشند. طولي نكشيد كه مطالعات گاليله بر مطالعات كپلر اضافه گشت و اين عقيده پيدا شد كه فرضيه ي قديم مبتني بر مركزيت زمين نسبت به جهان مادي صحيح نيست و خورشيد مركز منظومه ي شمسي است منطق اساسي كليسا در رد فرضيه ي گاليله اين بود كه در كتاب مقدس تصريح شده بود كه خدا اول زمين را ساخت و بعد خورشيد و ماه را. ماجراي استغفار و توبه ي گاليله نقطه عطف مبارزه مذهب با كساني بود كه مي خواستند حقيقتي را در خارج از چهار چوب " متون مقدس" جستجو كنند كه طبيعتاً از ديد كليسا كفر مطلق به حساب مي آمد. معروف است كه چون گاليله توبه كرده و از جا برخاست و بيرون رفت، كساني كه در آنجا بودند ديدند كه او با انگشت در روي زمين نوشته است : با اين همه زمين حركت مي كند.

اما در مورد نظريه گرانش نيوتن. اسحاق نيوتن در سال مرگ گاليله يعني 1643 متولد شد. وي فيزيكدان، رياضيدان و فيلسوف انگليسي است كه در دانشگاه كمبريج تحصيل مي كرد و قانون جهاني گرانش را كشف و قوانين اساسي ميكانيك را تنظيم كرد. نيوتن به همان اندازه مورد خشم و مخالفت كليسا قرار گرفت كه گاليله و برونو . چراكه در نظريه ي نيوتن توازن كاينات تابع قانون گرانش شناخته شده بود، در حاليكه اين توازن در كتاب مقدس به خواست خداوند برپا بود، بدون هيچ قانوني . پس اين نظريه نيز از جانب كليسا تجلي تازه اي از گمراهي هاي شيطاني تلقي شد و فتوا دادند كه نيوتن عامل شيطان است و كافر و مرتد و لعين. اما نتوانستند به وي گزندي برسانند، زيرا نيوتن در انگلستان و مورد حمايت بود.

3-2

علم و ايمان

گاليله - عامل جدايي علم و دين

مي گويند گاوس، رياضيدان بزرگ آلماني وقتي خبر از مشاهده سياره هشتم در منظومه شمسي داد، هگل، فيلسوف پرآوازه هموطنش، در اعتراض و تمسخر پاسخ داد چنين چيزي از محالات است. ساختار منظومه شمسي با هفت سياره به كمال خود رسيده و وجود سياره هشتم قابل تصور نيست!

استيلمن دريك ، استاد ممتاز تاريخ علم در دانشگاه تورنتوي كانادا و نويسنده كتاب مشهور «زندگي نامه علمي گاليله» معتقد است از آنجا كه فلسفه به مثابه رويكردي به تبيين جهان، به لحاظ ترتيب زماني ميان دين و علم مي نشيند، پس طبيعي است كه فلسفه در ابتدا دنباله رو دين و راهبر علم بوده باشد. دريك در بررسي اين اپيزود تراژيك از سرگذشت علم، فرآيند استقلال فرزند معنوي فلسفه _ يعني علم _ را در كانون تحليل هاي خويش قرار مي دهد. او گاليله را سرآغاز اين زايش دردناك مي داند.

گاليلئو گاليله اي ( 1564 ــ 1942 ) بزرگ ترين فرزند خانواده بود و شش خواهر و برادر داشت. پدرش موسيقيداني بااستعداد بود. گاليله تحصيلاتش را در مدرسه اي در فلورانس آغاز كرد و سپس به دانشگاه پيزا رفت. سال ها بعد در يادداشتي نوشت كه از همان ابتداي فراگيري فلسفه طبيعي ارسطو در اينكه سرعت سقوط اجسام واقعا متناسب با ابعاد آنها باشد، ترديد داشته است. او ديده بود كه دانه هاي تگرگ با اندازه هاي بسيار متفاوت با آنكه همه سقوط را تقريبا از يك ارتفاع و همزمان آغاز كرده اند با هم به زمين مي خورند. گاليله در جلساتي به اصول اقليدس علاقه مند شد، در نتيجه به رغم خواست پدر براي اتمام دوره پزشكي، رياضيات و فلسفه خواند و در سال 1585 بي آنكه درجه اي كسب كرده باشد دانشگاه را رها كرد.

پس از ترك دانشگاه چند سالي به تدريس خصوصي رياضيات پرداخت و در 1586 نخستين رساله علمي خود را درباره تعادل هيدروستاتيكي نوشت. در اواخر سال 1587 روش هوشمندانه و مفيدي براي تعيين مركز ثقل بعضي جامدات كشف كرد كه از ارشميدس فراتر مي رفت و آوازه گاليله را به خارج از ايتاليا مي رساند. در سال 1588 آكادمي فلورانس از گاليله دعوت كرد تا درباره محل، ابعاد و طبقات جهنم، چنان كه در دوزخ دانته آمده بود، براي اعضاي آكادمي سخنراني كند. در سال 1589 به كرسي استادي رياضيات دانشگاه پيزا دست يافت.

گاليله تفاوت اساسي رهيافت ارسطويي با روش خودش را در آخرين كتابش چنين توضيح داده است:

ارسطو مي گويد كه گلوله اي به وزن صد پوند كه از ارتفاع صد زراع رها شده باشد قبل از اينكه گلوله اي يك پوندي به اندازه يك زراع سقوط كند به زمين مي رسد. من مي گويم كه هر دو گلوله همزمان به زمين مي رسند. شما اگر آزمايش كنيد خواهيد ديد كه گلوله بزرگ تر در انتهاي مسير فقط دو بند انگشت از گلوله كوچك تر جلو افتاده است. حالا شما مي خواهيد نود و نه زراع ارسطو را پشت اين دو بند انگشت پنهان كنيد.

دشمنان نوآوري حتي كوچك ترين اشتباه مرا به خطاي كبيره تعبير مي كنند، چنان كه گويي آدمي بهتر است هم رنگ جماعت به خطا برود تا آنكه يك تنه راه استدلال درست را بپيمايد.

در قبال نظريه كپرنيك به نقل از يكي از دوستانش مي گويد: انجيل به ما مي گويد كه چگونه به سوي عرش اعلي حركت كنيم نه آنكه عرش اعلي خود چگونه حركت مي كند.

گاليله يك پرگار هندسي و نظامي اختراع كرد كه در حل يك مسئله عملي توپخانه كاربرد داشت و بعدها از آن در حل تقريبي تمام مسائل رياضي عملي قابل تصور در آن زمان استفاده شد. يك دستگاه گرمان ها نيز ساخت كه در پزشكي به كار برده شد. در سال 1603 گاليله چندين مسئله حركت روي سطوح شيبدار را حل كرد و به بررسي شتاب پرداخت. در 1604 روشي ابداع كرد تا بتواند آهنگ تغيير مسافت را در حركت شتابدار عملا اندازه بگيرد.

از زمان قديس آكويناس تا گاليله در حدود 4 قرن دانايي در اروپا زير سايه ارسطو بود. اگر كسي مي خواست بداند، راهش اين بود كه كتاب هاي ارسطو را به دقت بخواند، تفسيرهايي را كه بر آثار ارسطو نوشته شده بود مطالعه كند تا منظور او را در بندهاي دشوار بفهمد. فلسفه و دانش يكي بودند. ارسطو در آثار متعددي به فلسفه طبيعي (فيزيك) پرداخته، اما اصول علوم فيزيكي را در كتاب، مابعد الطبيعه (متافيزيك) بيان كرده بود. هدف اصلي فلسفه ارسطو تعمق در علل پديده ها و پي بردن به منظور غايي از همه رويدادهاي طبيعت است. انواع علت ها عبارتند از ماده، صورت، فاعل و غايب. در كيهان شناسي ارسطو بر آن بود كه وراي عناصر در بعد كه تغييرپذيرند، جوهر پنجمي هست كه تغييرناپذير است. كيهان شناسي ارسطويي در مقابل نجوم بطلميوسي تاب آورد و دچار تغييري نشد اما در مواجهه با نجوم كپرنيكي- كه خود زمين را در حركت مي دانست- نتوانست دوام بياورد.

سپس در تاريخ فرهنگ اروپا سه متفكر سرشناس ظهور كردند كه فلسفه طبيعي ارسطو را بي حاصل اعلام كردند؛ فرانسيس بيكن در انگلستان، گاليله در ايتاليا و رنه دكارت در فرانسه. ارسطو دانش را به علمي و عملي يا اپيستمه و تخنه تقسيم مي كرد. انقلاب علمي به طور عمده عبارت بود از زدودن اين وجوه تمايز و پيوند ميان آنها، در واقع جست وجوي قوانين به جاي جست وجوي علت ها. گاليله درباره آينده فلسفه نوشته است: خود فلسفه به يقين از مجادلات ما منتفع خواهد شد، زيرا اگر معلوم شود تصورات ما درست بوده اند، موفقيت هاي جديدي حاصل خواهد شد و اگر غلط باشند، ابطال آنها به معني تأييد بيشتري بر نظريه هاي قبلي است. پس نگراني خود را براي بعضي فلاسفه نگه داريد؛ به كمكشان بياييد و از آن دفاع كنيد. و اما علم، هيچ راهي جز پيشرفت ندارد.

گاليله هم مانند بيكن و دكارت در آرزوي فلسفه جديدي بود كه بتواند جاي سخن پردازي هاي مكتب ارسطو را بگيرد، اما برخلاف آن دو اين نوع فلسفه در نظر او متعلق به آينده اي دور بود. نخستين نشانه هاي علم در قرن شانزدهم بيرون از دانشگاه ها ظاهر شد. فلسفه طبيعت از پيش به شدت سازمان يافته و كامل بود و هر تغييري در آن به تغيير ما بعدالطبيعه مي انجاميد و بر باقي فلسفه تأثير مي گذاشت. به اين ترتيب علم اصولا اگر قرار بود پيشرفتي حاصل كند بايستي مستقل از فلسفه پيش مي رفت.

در اكتبر 1604 يك ابرنواختر در آسمان شب پديدار شد. بنابه اصول بنيادي ارسطو وقوع هيچ تغييري در آسمان هرگز ممكن نبود، چون همه چيز هاي آن از ماده تغيير ناپذيري به نام اتر ساخته شده است. گاليله سه سخنراني عمومي درباره ستاره جديد برگزار كرد و نشان داد كه جاي اين ستاره بايد در آسمان باشد. يعني كه ارسطو به كلي در اشتباه بوده است. امروزه فهميدنش سخت است كه روزگاري اگر يك رياضيدان محض مي توانست ثابت كند كه آسمان واقعا تغيير مي كند چه تيشه اي به ريشه فلسفه طبيعي زده بود!

كرمونيني به نمايندگي از طرف فلاسفه اعلام كرد كه قواعد معمولي اندازه گيري در روي زمين را نمي شود در مورد فواصل بسيار دور به كار برد. گاليله در پاسخ گفت براي رياضيدان فرقي نمي كند كه چيزي كه مشاهده مي شود جوهر پنجم باشد يا پوره سيب زميني، چون ماهيت اين چيز را فاصله اش تغيير نمي دهد.

در سال 1609 ابزاري در هلند اختراع شد كه اجسام دور دست را نزديك نشان مي داد. گاليله سرانجام توانست تلسكوپي بسازد كه اجسام را بيست بار جلوتر مي آورد. در حاليكه فيلسوفان طبيعت افلاك را بي نقص مي دانستند و بر كرويت كامل اجرام آسماني اصرار داشتند، گاليله در شب هايي كه آسمان صاف بود چيزهايي در ماه ديد كه آنها را به درستي كوه ها و گودال هاي آتشفشاني تعبير كرد. يك سال بعد نيز چهار قمر كشف كرد كه به دور مشتري مي گشتند و اين ناقض تصور فيلسوفان طبيعت بود كه مي گفتند زمين مركز تمام حركات آسماني است. در رم پدركلاويوس اظهار كرد كه به عقيده او همه چيز هاي جديدي كه ديده شده اند در عدسي ها بودند نه در آسمان. دليلي ندارد چيزي كه در شيشه هاي خميده ديده مي شود در جايي جز در خود آن عدسي ها وجود داشته باشد. چون اگر عدسي ها را از مقابل چشم برداريم آن چيز هم ناپديد مي شود. اما كرمونيني هرگز نپذيرفت كه با تلسكوپ به آسمان نگاه كند. از نتايج آزمايش هاي اپتيك گاليله معلوم مي شد كه اگر ماه كره كامل باشد بازتاب نور خورشيد از آن را فقط به صورت يك نقطه روشن مي ديديم.

گاليله كوه هايي را در ماه اندازه گرفته بود كه ارتفاعشان به چهار مايل هم مي رسيد. اما فلاسفه ديني براي آن كه برسر حرف خود مبني بر كرويت و هموار بودن سطح ماه بمانند اظهار كرده بودند كه سطح ماه پوشيده از بلور شفافي است كه گاليله كوه ها را در زير آن ديده و به غلط گمان كرده است كه روي آنند. بدين ترتيب روش گاليله در شكل گيري فيزيك امروزي اهميت اساسي داشت و هماني بود كه موجب شد علم و دين سرانجام راه هايشان را از هم جدا كنند.

گاليله تحقيقات خود را ادامه داد و رساله اى تحقيقى نوشت كه در آن به اين نتيجه رسيده بود كه كهكشان راه شيرى متشكل از بسيارى ستاره است كه زمين نيز در آن مجموعه قرار دارد. تا اين جاى اين كشف مشكل شرعى براى كليسا وجود نداشت چون هنوز نظر اصلى اين بود كه زمين مركز دنياست و همه ستاره ها دور زمين مى گردند و به همين لحاظ محبوبيت گاليله در سراسر اروپا گسترش يافت بدون اينكه كليسا با او دشمن باشد. در 1611 گاليله به رم رفت و نتيجه تحقيقات او مورد تاييد قرار گرفت و از او تقدير شد. در همان زمان گاليله با كاردينال مافيو باربرينى آشنا شد كه در پرونده گاليله از حاميان اصلى او بود. در همان جلسه و در ميهمانى شامى كه به افتخار گاليله برپا شده بود يكى از نجيب زادگان از نظريات گاليله و تعاليم انجيل و كليساى كاتوليك پرسيد و گاليله در جواب گفت: شايد انجيل بگويد كه انسان چگونه به بهشت مى رود، اما جوابى ندارد كه بگويد بهشت به كجا مى رود. همين مسئله و صحبت هايى كه از او در بيرون درز كرد باعث شد تا گاليله با كليسا سرشاخ شود. در جلسه دادگاه كه به جرم ارتداد برگزار شده بود، گاليله پس از درخواست بخشش با پاى خود بر زمين زد و گفت: اما من مى دانم كه تو مى چرخى! دو باره گاليله به رم احضار شد تا درباره نظريات كوپرنيك صحبت كند و به دادگاه پاسخگو باشد. جرم بزرگ او به دو اتهام بازمى گشت:

زمين به دور خورشيد مى گردد

و اينكه زمين دور خود نيز مى چرخد.

هر دو مخالف با گفته كليسا بود. باربرينى در همان زمان به مقام پاپ رسيد و گاليله پيش او مى رفت و با او از كشفيات خود سخن مى گفت بدون اينكه كوچك ترين اشاره اى به مطالعات و نظريات كوپرنيك داشته باشد. در همان زمان و در نتيجه كار كميته تحقيق كليسا گاليله از نوشتن درباره يافته هاى علمى خود ممنوع شد. در 1633 او را به رم فراخواندند تا در دادگاه نهايى خود شركت كند. در ابتداى محكمه به او گفتند كه تا آخر عمر حق تدريس ندارد اما گاليله دو نامه از دوستان كشيش خود داشت كه با نظريات او موافق بودند. از آنجايى كه هر دو كشيش از دنيا رفته بودند دادگاه نامه ها را فاقد اعتبار دانست. نتيجه نهايى دادگاه اين بود كه گاليله به حبس ابد محكوم شده و روانه زندان شود. پس از آن گاليله يك دور شكنجه شد تا مامورين تحقيق مطمئن شوند كه او حرف خود را درباره حركت زمين به دور خورشيد و چرخش زمين را پس گرفته است. به دليل كهولت سن او را به زندان نفرستاده و در منزل مسكونى خود او را زندانى كردند. هر چه درخواست كرد كه پزشك يا دارو به او داده شود مخالفت شد حتى كشيش و كاردينال آرچترى كه از دوستان گاليله بودند، پادرميانى كردند اما تغييرى حاصل نشد.گاليله در حين دست و پازدن با بيمارى درگذشت. در سال 1998 و پس از گذشت حدود 400 سال واتيكان حكم بخشش گاليله را صادر كرد تا روح او از سرگردانى آزاد شده و راهى بهشت شود.

3-3

روش استقرايي و ديفرانسيلي:

جهان بيني علمي در فيزيك نظري با كارهاي گاليله آغاز شد. هرچند كه تلاشهاي گاليله زيربناي فيزيك را تشكيل داد، اما اين تلاشها ريشه در نگرشهاي جديد به پديده هاي فيزيكي داشت كه مهمترين آنها را مي توان در آثار برونو و كپلر مشاهده كرد. برونو به طرز ماهرانه اي در آثار خود تشريح كرد كه همه ي ستارگان جهان نظير خورشيد هستند. كپلر با ارائه سه قانون خود نشان داد كه حركت سيارات قانونمند است و يك نظم منطقي در حركت، دوره تناوب و مسير آنها وجود دارد.

گاليله آزمايشهاي زيادي انجام داد تا بتواند حركت اجسام را در يكسري قوانين كلي خلاصه كند. در اين ميان آزمايش سطح شيبدار گاليله از همه مشهورتر است. اما نمي توان تاثير نگرش گاليله را در پيشرفت علم به اين آزمايشها خلاصه كرد. در حقيقت گاليله نوعي نگرش منطقي به پديده هاي فيزيكي داشت كه تا آن زمان بي سابقه بود. اين نگرش زيربناي روش استقرايي را در فيزيك تشكيل داد و بتدريج به ساير علوم گسترش يافت.

هرچند آزمايشهاي گاليله از نظر كمي و كيفي با آزمايشهاي امروزي قابل مقايسه نيست، اما آزمايشهاي بسيار پيچيده و پيشرفته امروزي نيز از همان قاعده ي نگرش استقرايي گاليله پيروي مي كنند. به اين ترتيب گاليله زير ساخت فيزيك را ايجاد كرد و نحوه ي برخورد علمي با طبيعت را نشان داد. اما نتيجه ي اين تلاشها به صورت تشريحي بيان مي شد.

سالها بعد نيوتن نتايج به دست آمده توسط گاليله را فرمول بندي و در قالب يكسري معادلات رياضي ارائه كرد و ساختار فيزيك كلاسيك را مدون ساخت. نيوتن براي توجيه پديده هاي فيزيكي " نگرش ديفرانسيلي" را جايگزين روش انتگرالي كرد. در روش انتگرالي همواره نتايج مورد نظر است. در حاليكه در نگرش ديفرانسيلي تحليل روند رسيدن به نتايج مورد بحث قرار مي گيرد و جواب هاي خاص را مي توان از ان به دست اورد. به عنوان مثال قوانين كپلر را با قانون جهاني گرانش نيوتن مقايسه كنيد. در قوانين كپلر نمي توان دوره ي گردش يك سياره را از روي دوره ي گردش سياره ي ديگر استخراج كرد. علاوه بر آن هر سه قانون كپلر مستقل از هم هستند. در حاليكه در قانون نيوتن مي توان دوره گردش همه ي سيارات به دور خورشيد را به دست آورد و همه آنها از يك قانون قابل استنتاج هستند.

بنابراين مي توان گفت گاليله روش استقرايي را به وجود آورد و نيوتن روش ديفرانسيلي را ابداع كرد. اما از زمان گاليله تا نيوتن تغييرات عمده اي در نگرش به علم و پديدها هاي فيزيكي ايجاد شده بود. يكي عموامل بسيا موثر در اين زمينه آثار رنه دكارت 1569 - 1650 بود.

دكارت آن بخش از آگاهي ها و دانش انسان را علم مي دانست كه مسلم باشد و با استدلال به دست آيد و از اين رو رياضيات را نمونه كامل علوم مي شمرد و مي كوشيد تا روشهاي رياضي را در كليه رشته هاي دانش بشري به كار برد. او روش فيلسوفاني را كه براي اثبات يك موضوع به گفته ها و شنيده هاي اين و آن متوسل مي شوند كنار زد و بنا را بر اين نهاد كه بايد در همه چيز شك كند تا مطمئن شود كه عملش تقليدي نيست دكارت سعي داشت روشي پيدا كند جامع كه بتواند از آن براي استدلال در هر علمي استفاده كند. او قبلا" طي مطالبي سعي در يكي كردن جبر و هندسه نيز كرده بود. او در يادداشت هاي خود در سال 1619 مي نويسد : اگر امكان اين باشد كه به ارتباط ميان علوم پي ببريم در آنصورت نگهداري آنها در حافظه انسان به سادگي يادگيري رشته اعداد خواهد بود.

او در جايي ديگر مي گويد : بعد از تحقيق بسيار دريافتم كه در علم رياضيات شما با مسائل مربوط به ترتيب و مقدار درگير هستيد و براي شما هيچ فرقي ندارد كه اين مقدار مربوط به ستارگان باشد يا هر شكل ديگري. بنا براين بايد علمي وجود داشته باشد كه هر پرسشي مربوط به ترتيب و مقدار را پاسخ گويد بدون توجه به آنكه راجع به ترتيب يا مقدار چه صحبت مي كند. من اين علم را رياضيات عام (Universal Mathematic) مي نامم.

دكارت در رساله گفتار در روش راه بردن عقل مي گويد: چهار دستور آينده مرا بس است به شرط آن كه عزم دائم راسخ كنم بر اينكه هرگز از رعايت آن ها تخلف نورزم.

نخست اينكه هيچ گاه هيچ چيز را حقيقت نپندارم جز آن كه درستي آن بر من بديهي شود. يعني از شتابزدگي و سبق ذهني سخت بپرهيزم و چيزي را به تصديق نپذيرم مگر آن كه در ذهنم چنان روشن و متمايز گردد كه جاي هيچ گونه شكي باقي نماند.

دوم آنكه هر يك از مشكلاتي را كه به مطالعه در مي آورم تا مي توانم و تا اندازه اي كه براي تسهيل حل آن لازم است تقسيم به اجزا نمايم.

سوم آن كه افكار خويش به ترتيب جاري سازم و از ساده ترين چيز ها كه علم به آن ها آسانتر باشد آغاز كرده و كم كم به مركبات برسم و حتي براي اموري كه طبعا تقدم و تاخر ندارد ترتب فرض كنم.

چهارم آن كه در هر مقام شماره امور و ساده كردن را چنان كامل نمايم و بازديد مسائل را به اندازه اي كلي سازم كه مطمئن باشم چيزي فروگذار نشده است.

دكارت مي گويد : يك چيز هست كه در آن شك نتوان كرد و آن اين كه شك مي كنم. چون شك مي كنم فكر دارم و مي انديشم. پس كسي هستم كه مي انديشم و يا به عبارت معروف او مي انديشم - پس هستم .

دكارت به رساله گفتار در روش راه بردن عقل سه صميمه تحت عناوين نور شناسي، كائنات جو، و هندسه تحليلي اضافه كرد. هرچند كتاب هندسه تحليلي دكارت بسط منظم روش تحليلي نيست، اما وي با نشان دادن اينكه يك حرف مي تواند معرف هر كميتي، مثبت يا منفي باشد، تغيير عمده اي در محاسبات به وجود آورد. كلمات مختصات طول و عرض كه امروزه به معني فني آنها در هندسه تحليلي مورد استفاذه قرار مي گيرد، از جانب لايب نيتز وارد موضوع شد و بدين ترتيب دستگاه مختصات دكارتي شكل گرفت.

لازم به ذكر است كه حكـيم عـمر خـيام، اولين كسي است كه هـندسه تحليلي را براي حل معـادلات به كار برده است و از اين حيث قريب چـهار قرن قـبل از " دكارت " هـندسهً تـحليلي را وضع كرده است. دكـتر جورج سارتون در اين باره اينگـونه اظهار نظر كرده است: خيام اول كسي است كه به تحـقـيـق منظم و عـلمي در معـادلات درجات اول، دوم و سوم پرداخـته و به طبقه بندي تحسين آميزي از معـادلات اقدام نموده است. و در حل تمام صور معادلات درجه سوم منظماً تحـقـيق كرده و به حل هـندسي آنها توفـيق يافته است. رسالهً وي در عـلم جـبر كه مشـتمل بر اين تحـقـيقات است معرف يك فكـر منظم عـلمي است و اين رساله يكي از برجـسته ترين آثار قرون وسطايي و احـتمالا برجسته ترين آنها در اين عـلم است. اولين بار تعـريف مـنطقي اعـداد اصم به وسيلهً رشته هاي بـيـنهايت در مجـموعـهً تحـقـيقات حـكـيم عـمر خيام ديده مي شود.

اولين شخـصي كه راجع به زواياي صحيح در يك چهـار ضلعي بخـصوص در ارتـباط با پـنجـمين اصل هندسه اقـليدس كار بسيار كرد، حكـيم عـمر خـيام بود.

با توجه به مطلبي كه مطرح شد، از نظر فلسفي و ابزار شرايط براي فرمول بندي قوانين حركت آماده شد و در اين شرايط بود كه نيوتن پا به عرصه هستي نهاد.

انقلاب بزرگ كوپرنيكي

نيكلا كوپرنيك (1543-1473) اخترشناس، رياضيدان، كشيك، حقوقدان و اقتصادان با استعدادي بود كه در نزد مردم بسيار محترم بود. اصليت وي لهستاني بود و براي ادامه تحصيل به ايتاليا رفت. كوپرنيك نخستين كسي بود كه در دوران رنسانس، انقلاب بزرگي را در زمينه اخترشناسي برپا مي كند.كوپرنيك به مسئله حركت دوراني افلاطون در مورد اجرام آسماني بسيار علاقه مند بود و در اين زمينه تلاش هاي بسيار انجام داد. كوپرنيك معتقد بود كه حركت اجرام آسماني مانند ستاره ها،سيارات و ماه يك حركت دوراني(دايره اي) و يا تركيبي از حركات دوراني است. زيرا در حركات دوراني، جرم در يك دوره مشخص و ثابت به حالت و وضعيت قبلي خود برمي گردد. كوپرنيك با مشاهدات و تحقيقات گسترده و محاسبات دقيق به اين نتيجه رسيد كه اگر حركت سيارات به حركت دوره اي زمين در ارتباط باشد، و حركت دوره اي سيارات را بر اساس گردش آن ها به دور خورشيد محاسبه كنيم به اين نتيجه مي رسيم كه علاوه بر نظم و ارتباط ميان آن ها(منظور حركت دوراني زمين و خورشيد مركزي) و ترتيب حاكم بر مدار هاي سيارات، حركت دوراني اين اجرام با هم در ارتباط مي باشند. به طوري كه تغيير در هر يك از اين مدار ها باعث در هم فرو ريختن اجرام و در نتيجه منظومه مي شود.

سرانجام كوپرنيك منظومه خود را تدوين كرد كه منظومه وي با منظومه زمين مركزي بطليموس كه مورد قبول عامه مردم (از جمله كليسا) آن دوره بود، مغايرت داشت. وي در منظومه خود خورشيد را مركز قرار داد كه زمين و ديگر سيارات به دور آن در حال حركت هستند. نيكلا منظومه خود را بر اساس چند فرض بنيان نهاد:

1) مركزيِ هندسي ودقيق براي مدار اجرم آسماني وجود ندارد.

2) خورشيد در مركز قرار دارد و زمين و ديگر سيارات به دور آن حركت مي كنند.

3) زمين ديگر مركز جهان نيست. زمين علاوه بر حركت گردشي به دور خورشيد، به دور خود نيز مي چرخد.

4) حركت خورشيد در آسمان بر اساس حركت دوره اي زمين مي باشد.

5) حركت ظاهري اجرام آسماني در آسمان تنها بر اساس حركت خود آن ها نيست، بلكه اين حركت ها با حركت دوره اي زمين نيز در ارتباط مي باشند.

كوپرنيك نظر داد كه گردش زمين به دور خود يك شبانه روز به طول مي انجامد.

كوپرنيك تلاش مي كرد تا نظريه خود را از طريق رياضيات اثبات كند. وي با محاسبات خود به اين نتيجه رسيد كه هرچه قدر از سيارات دور به خورشيد نزديك شويم، بر سرعت گردش آن ها افزوده مي شود. زحل كه دورترين سياره آن زمان بود، يك دور يكنواخت خود را به مدت 29.5 سال و سپس مشتري اين دوره را در 11.8 سال مي پيمايد. بعد از مشتري نوبت به مريخ مي رسد كه اين دوره را در مدت 687 روز و زهره 224 روز و عطارد 88 روز سپري مي كنند. البته اين مقادير را كوپرنيك محاسبه كرده است و اختلاف اين مقادير با مقادير امروزي ناچيز است.

اين محاسبات بخشي از اثبات تئوري كوپرنيك با استفاده از هندسه بود.

مزيت تئوري كوپرنيك آن بود كه وي با استناد به نظريه خورشيد مركزي به نتايجي دست يافت كه برخي از اين نتايج در نظريه بطليموسي امكان پذير نبود.

مهمترين اين نتايج عبارتند از:

الف) محاسبه اندازه مدار سيارات كه به دور خورشيد مي گردند.

ب) محاسبه دوره تناوب گردش سيارات به دور خورشيد.

ج) بدست آوردن سرعت نسبي حركت دوراني سيارت.

د) مشخص كردن حركت زاويه اي سيارات و موضع آن ها در آسمان. كه اين نتيجه در هر دو تئوري كوپرنيك و بطليموس وجود داشت.

بر اين اساس بود كه كوپرنيك به اين نتيجه رسيد كه ميان مدار هاي سيارات و جايگاه آن ها ارتباطي وجود دارد؛ طبق گفته خود ((هرگونه تغيير مكاني در هر قسمت از آن باعث به هم خوردن قسمت هاي ديگر و همه جهان مي شود)).كوپرنيك مدعي بود كه برتري نظريه او در زيبايي و سادگي آن است. وي در اين رابطه در كتاب خود، ""درباره گردش افلاك آسماني"" مي گويد((در ميانه همه خورشيد بدون حركت مي پايد. به راستي، چه كسي در اين معبد عظيم و زيبا، منبع نور را در جايي جز آنجا كه بتواند همه قسمت هاي ديگر را بيفروزد و روشنايي بخشد، قرار مي دهد؟ پس در اساس اين برگزيدگي، تقارن قابل ستايش در جهان و هماهنگي بارزي در حركت و اندازه كرات مي يابيم، آن چنان كه به هيچ وجه ديگري نمي توانست باشد)).

تئوري كوپرنيك بنا به دلايلي به زودي مورد قبول عامه مردم قرار نگرفت. بيش از يك قرن طول كشيد تا نظريه خورشيدمركزي ميان اخترشناسان مورد پذيرش قرارگيرد.

مهمترين دلايلي كه عليه اين نظريه مطرح شده بود:

1) منظومه كوپرنيكي بيشتر جنبه رياضي، سادگي و زيبايي داشت وبا مشاهدات نجومي آن زمان مطابقت نداشت و به همين دليل مورد پذيرش عام قرار نگرفت.

2) يكي از ضعف هايي كه كوپرنيك در اثبات نظريه خود داشت آن بود كه او نمي توانست با استفاده از نظريه هاي پيشين، نظريه خود را اثبات كند.

3) يكي از دلايلي كه هميشه بر ضد نظريه خورشيدمركزي مطرح بود آنست كه اگر زمين در حال حركت مي بود، بايستي به كلي منهدم شود. زيرا اگر زمين حركت كند، آنگاه هوا، پرندگان و قطرات باراني كه به زمين مي بارند، جا مي ماندند. يكي از مثل هايي كه مخالفين به گاليله مي گفتند آن بود كه اگر زمين در حال حركت باشد، توپي كه از بالاي برج پيزا پرتاب مي شد بايد به عقب (جهت خلاف گردش زمين) جا بماند. اما كوپرنيك مي پنداشت كه هوا به همراه زمين به در حال حركت است. و از طرفي وي در نظر داشت كه اگر چنين مي بود پس چرا ديگر اجرام آسماني كه در حال حركتند، منهدم و نابود نمي شوند. 4) الگوي خورشيد مركزي كوپرنيك با عقايد و اصول ارسطو مغايرت داشت. و از طرفي چون در آن زمان كليسا طرفدار اصول ارسطو بود، به همين دليل نظر همه مسيحيان بر ضد كوپرنيك بود. آنان به آيات انجيل استناد مي كردند و مي گفتند كه معمار و طرح خلقت جهان بر اساس منظومه و تئوري بطليموس است. به همين دليل سازمان تفتيش عقيده، كتاب كوپرنيك را كه مخالف با كتاب مقدس بود، ممنوع اعلام كرد. اگر چه نظريه خورشيد مركزي كوپرنيك با نظريه زمين مركزي بطليموس از نظر علميِ مشاهده نجومي سازگار بود اما از نظر فلسفي مغايرت داشت. چون كوپرنيك چارچوب مرجع خود را از زمين به خورشيد منتقل كرده بود. و اين انتقال چارچوب از نظر فيزيك سينماتيكي امروزي كاملا صحيح مي باشد.

سايه صوت (OMBRE ACOUSTIQUE)

آيا سايه صوت قابل مشاهده است؟

سايه صوت چه شكلي تشكيل مي‌شود ؟

آيا سايه صوت را مي‌توان همانند سايه نور تشخيص داد؟

چرا هنگام مكالمه با تلفن هر چند بلند حرف بزنيم باز صداي رسيده به طرف مقابل چندان تغيير نمي‌كند؟

چرا صوت موسيقي كه ما در خارج از تالار مي‌شنويم، به اندازه صداي داخل تالار براي ما جذاب نيست؟

بين صوت و نور ظاهرا جزئي اختلاف مشاهده مي‌شود كه لازم است راجع به آن توضيح دهيم. مي‌دانيم كه صوت و نور هر دو ماهيت موجي دارند و اكثر آنچه را كه در مورد امواج نوري مشاهده مي‌كنيم ، در مورد فيزيك امواج صوتي نيز قابل مشاهده است.

علل تشكيل سايه صوت

از جمله چيزهايي كه وجودش در مورد فيزيك امواج نوري بخوبي قابل روئيت و مشاهده است سايه نور است. در صورتي كه در فيزيك امواج صوتي معمولا سايه واضح مشاهده نمي‌شود. علت حقيقي اين امر اين نيست كه امواج صوتي در برخورد با مانع ، توليد سايه نمي‌كنند. زيرا در عمل مانعي كه ابعادش به اندازه طول موج صوت بزرگ باشد، در دسترس ما نيست.

پراش نور

بزرگي طول موج نور در حدود اعشار ميكروني مي‌باشد. بنابرين ، هر گونه مانعي ولو كوچك هم كه باشد ابعادش نسبت به طول موج نور بي‌نهايت بزرگ است. مثلا ابعاد در ، ديوار ، پرده و دسته صندلي ، برگ درختان و غيره هر كدام ميليونها دفعه و بيشتر بزرگتر از طول موج نور مي‌باشند و البته وقتي مانع خيلي كوچك و يا باريك شود ، مثلا به كوچكي سوزن و يا به باريكي رشته مويي باشد. ديگر نمي‌تواند براي نور ، سايه خوبي درست كند. و در اين حالت پديده ديفراكسيون حادث مي‌گردد و در پشت مانع بطريق خاصي نور مشاهده مي‌شود.

ديفراكسيون صوت

طول موج صداهاي انساني در حدود متر است (براي حرف زدن معمولي مردان طول موج از 2.5 -3 متر و براي حرف زدن معمولي زنها طول موج از 1.2 متر تا 1.5 متر تغيير مي‌كند) بنابرين مثلا ديواري كه داراي ده متر باشد. نسبت به طول موج چندان بزرگ نيست و نمي‌تواند براي آن حائل خوبي باشد و از اين جهت در اثر ديفراكسيون صوت صداي صحبت كننده از پشت آن شنيده مي شود.

نمايش سايه صوت

اگر نت صوت خيلي زير باشد مشاهده سايه آن آسانتر است. و مي‌توان در آزمايشگاه با آنها سايه صوت را درست كرد. مثلا ممكن است با سوت گالتن (سوتي است كه طول موج آن در حدود دسيمتر و اعشار آن مي‌باشد) با بكار بردن مقوايي به ابعاد متر تا اندازه سايه صوت را قابل مشاهده نمود.

مي‌دانيم كه هر نوع صوتي با مشخصات سه گانه خود يعني شدت ، ارتفاع ، طنين مشخص مي‌گردد. و چون هر گونه صدايي مخلوط از صداي اصلي و هارمونيكهاي آن و در نتيجه مخلوطي از صداهايي با ارتفاع مختلف مي‌باشد. و لذا وقتي مانع در جلو فيزيك امواج صوتي قرار مي‌گيرد ممكن است بعضي از آن صداها زيرترند بكلي متوقف گردند و براي آنها توليد سايه شود و يا بطور ناقص به پشت مانع برسند. بنابراين عمل مانع نسبت به صداهاي زير و بم يكسان نمي‌باشد. نتيجه اينكه ممكن است در خلا ، ديوار مشخصات صوتي كه در جلوي آن درست شده است موجود نباشد. و بطور خلاصه صدا در رسيدن به پشت مانع تغيير نمايد.

آيروديناميك پرواز

تاريخچه

برادران رايت توانستند با استفاده از نبوغ و خلاقيت خود در دهم دسامبر 1903 كه آرزوي ديرينه بشر را كه پرواز بود تحقيق بخشند و از زماني كه اسحاق نيوتن فيزيكدان انگليسي ، نيروي جاذبه را كشف كرد، فكر پرواز و غلبه بر نيروي جاذبه در انسان شدت بيشتري يافت. برادران رايت كه يك مغازه تعميرات دوچرخه داشتند، هميشه در فكر پرواز بودند.

آنها بر اساس اطلاعات و مطالعات كه در مورد پرواز داشتند به ساخت بالها و طراحي هواپيما پرداختند. سپس يك تونل باد كوچك ساخته و اجزاي آيروديناميكي هواپيماي خود را كه از طراحي كاملا نوين و پيشرفته برخوردار بود، آزمايش كردند. و اولين پرواز قابل كنترل هواپيما را انجام دادند. زماني كه هواپيما به پرواز در مي‌آيد تحت تاثير نيروهاي آيروديناميكي قرار مي‌گيرد.

نيروي آيروديناميكي

نيروي آيروديناميك در اثر وزش باد بر روي يك جسم توليد مي‌شود. اين جسم مي‌تواند تير چراغ‌ برق ، يك آسمان خراش ، پل ، هواپيما و يا كابل برق فشار قوي باشد. اما بازتاب نيروي آيروديناميكي كه ايجاد مي‌شود، بستگي به شكل اين جسم خاص كه در معرض وزش باد قرار گرفته است. اگر هم پهن و داراي زاويه تند باشد در برابر باد مقاومت مي‌كند و در جهت وزش باد خم مي‌شود. اما اگر داراي زواياي خميده و يا نيم‌دايره باشد، مقاومت كمتري نسبت به ساير اجسام خواهند داشت. نيروهاي آيروديناميكي شامل چهار نيرو مي‌شود، كه اين نيروها عبارتند از :

نيروي برا (LIFT)

نيروي برا ، نيرويي است كه باعث بالا رفتن هواپيما يا هليكوپتر و اجسام برنده ايجاد مي‌شود. براي اينكه اين نيرو ايجاد شود بايد جسم مورد نظر شكل خاصي داشته باشد، مطلوب‌ترين شكل مي‌تواند به صورت يك قطره آب و يا يك جسم كه يك طرفش نيم‌دايره و طرف مقابل آن زاويه تند داشته باشد. اگر اين جسم به گوشه‌اي در جريان هوا قرار گيرد كه باد از سمت جسم كه حالت نيم‌دايره دارد بوزد و از طرف مقابل كه زاويه تندي دارد جسم را ترك كند، نيروي برا ايجاد خواهد شد. وقتي كه مولكولهاي هوا با لبه جلوي بال برخورد مي‌كند، تعدادي به سمت بالا و تعدادي به سمت پايين بال متمايل مي‌شوند. هر دو گروه مولكولها مي‌بايستي در انتهاي بال همزمان به يكديگر برسند. چون بالاي بال هواپيما انحناي بيشتري دارد و مسافت آن نسبت به زير بال بيشتر است.

در نتيجه مولكولهايي كه از سطح بالايي عبور مي‌كنند. مي‌بايستي با سرعت بيشتري حركت كنند تا با مولكولهاي سطح پايين همزمان به انتهاي بال هواپيما برسند. اين عمل باعث كاهش فشار هوا در سطح بالا نسبت به سطح پايين بال خواهد شد. اشاره به اصل برنولي وقتي كه سرعت هوا در سطح بالاي بال بيشتر از سطح پاييني آن باشد، فشار در سطح بالايي كم مي‌شود. حال كه فشار هوا در قسمت بالاي بال كاهش مي‌يابد و يك خلا نسبي ايجاد مي‌شود كه جسم را به طرف خود مي‌كشد. اين خلا نسبي همان نيروي برا مي‌باشد كه باعث بالا رفتن هواپيما مي‌شود. هر چقدر سرعت هواپيما بيشتر باشد مقدار خلا نسبي نيز بيشتر مي‌شود.

نيروي وزن (WEIGHT)

زماني كه ما روي زمين قرار گرفته‌ايم وزن ما بطور عمود بر مركز زمين وارد مي‌شود. وزن ما باعث قرار گرفتن روي زمين و نيز جاذبه‌اي كه برما وارد مي‌شود با وزن ما برابر خواهد بود. طبق قانون نيوتن ، نيروي جاذبه‌اي كه بر جسم ما وارد مي‌شود برابر با يك خواهد بود.

براي اينكه هواپيما به پرواز درآيند بايد بر نيروي جاذبه غلبه كند. وزن هميشه در جهت مخالف نيروي برا است.

نيروي رانش (THRUST)

وقتي جسمي از زمين بلند شده و در فضا قرار مي‌گيرد، بايد نيروي رانش كافي داشته باشد. به عبارت ديگر نيروي رانش باعث مي‌شود تا هواپيما به طرف جلو حركت كرده و جريان لازم را ايجاد كند. جريان ايجاد شده توليد نيروي برا اين كار را خواهد كرد. در هواپيما نيروي رانش بوسيله موتور فراهم مي‌شود.

نيروي پسا (DRAG)

- طبق قانون نيوتن هر عملي يك عكس‌العمل در جهت مخالف خواهد داشت به دليل اينكه نيروي رانش باعث جلو رفتن هواپيما مي‌شود. افزايش اين نيرو باعث افزايش نيروي پسا خواهد شد. وجود نيروي پسا يك امر اجتناب ناپذير است ولي كارشناسان ، طراحان و سازندگان هواپيما سعي مي‌كنند در حين پرواز از مقدار نيروي پسا كاسته شود.

- شكل هواپيما ، هر قدر بالها نازكتر يا محل اتصال اجزا خارجي با بدنه زاويه‌هايي تند نداشته باشد، بخشي از نيروي پسا كاهش مي‌يابد. بستگي به شكل خاص اجزايي كه در توليد نيروي برا نقش دارند. مانند بالها ، و بخشي از بدنه . براي اينكه هواپيما بتواند سرعت‌هاي كم به اندازه كافي نيروي برا و در سرعت‌هاي زياد از توليد نيروي پسا كاسته شود بالهاي آن را به گونه‌اي مناسب طراحي مي‌كنند.

- پس متوجه مي‌شويم كه با افزايش نيروي رانش بر سرعت هواپيما افزوده مي‌شود. با افزوده شدن سرعت هواپيما ، جريان هوا نيز افزايش يافته و نيروي برا افزايش مي‌يابد تا بر وزن هواپيما غلبه كند. با افزايش نيروي برا و رانش بر ميدان نيروي پسا نيز افزوده خواهد شد. اما زماني كه هواپيما در مسير پرواز قرار مي‌گيرد كليه نيروها به حالت تعادل در آمده و هواپيما با سرعت ثابتي به پرواز خود ادامه مي‌دهد.