کتاب فیزیک جدید وایدنر و سلز
نویسنده: Weidner و Sells
تعداد صفحات: 522
کتاب فیزیک جدید وایدنر و سلز
اینو دیدی
مرجع دانلود فایل ,تحقیق , پروژه , پایان نامه , فایل فلش گوشیاینو دیدی
مرجع دانلود فایل ,تحقیق , پروژه , پایان نامه , فایل فلش گوشیکتاب فیزیک جدید وایدنر و سلز
اختصاصی از اینو دیدی کتاب فیزیک جدید وایدنر و سلز دانلود با لینک مستقیم و پر سرعت .
کتاب فیزیک جدید وایدنر و سلز
کتاب فیزیک جدید وایدنر و سلز
دانلود مقاله فیزیک و فلسفه
اختصاصی از اینو دیدی دانلود مقاله فیزیک و فلسفه دانلود با لینک مستقیم و پر سرعت .
دانلود مقاله فیزیک و فلسفه
مقدمه
علم فیزیک از قدیمی‌ترین دورانهای علم و معرفت با تعریفات و مفاهیمی مختلف، تأثیرات بسیار مهمی در علوم و جهان بینی‌ها داشته و با توجه به گسترش روزافزون ارتباط انسانها با قلمرو طبیعت این تأثیر تاکنون رو به گسترش گذاشته است.
بدیهی است همزمان با پیشرفت فیزیک از دیدگاه علمی محض مسائل فراوانی در قلمرو فیزیک نظری که کمال اهمیت دارند نیز توسعه یافته است. ضرورت و ارزش فوِالعادة این مسائل را در سه جهت میتوان در نظر گرفت.
از جهت اول این مسائل مانند مقدماتی ضروری برای و روز معارف جدیدتر و کاملتر در قلمرو فیزیک است که در طرز تفکرات جهانشاهی و حتی در مبانی علوم انسانی و طرز برداشت از آنها تأثیرات با اهمیتی را ایجاد می‌نماید.
جهت دوم شناخت عظمت و دریافت انسانی است که در سطوح بسیار دقیق عالم وجود نفوذ و دخالت شگفت‌انگیز خود را اثبات می‌نماید این نفوذ تا آنجا پیش می‌رود که آدمی احساس میکند که برای شناخت واقعیت هستی برون ذاتی با بعدی از خویشتن نیز ارتباط برقرار میکند.
جهت سوم هر اندازه بحث و تحقیق در فیزیک نظری گسترش و تعمق می‌یابد.
صاحبنظران تلاشگر عالم معرفت در دو قلمرو برون ذاتی و درون ذاتی به دریافت حقیقت بزرگ نزدیک میشوند که میتوان علوم طبیعی را از معنای غیر قابل حل «برای چه؟» نجات داده و برای طرح نظام صحیح با سیستم باز در جهاد شناس رهنمون شود. آب حقیقت بزرگ عبارتست از اینکه جهان فیزیکی که ما با آن در ارتباط هستیم خطوط و اشکالیست که واقعیت اصلی وجود را در پشت پرده شفاف خود نشان میدهد.
این حقیقت در دورانهای گذشته تنها با اصول کلی فلسفی اثبات می‌شد. امروزه با ژرف نگری در فیزیک نظری روشن‌تر و مستقیم‌تر اثبات میگردد.
* فیزیک کلاسیک با کارهای گالیله و نیوتون شکل گرفت و با نظریة الکترو مغناطیس ماکسول در نیمة دوم قرن نوزدهم میلادی به کمال خود رسید. اما در اواخر قرن نوزدهم بعضی پدیده‌ها مورد بررسی قرار گرفتند که توجیه آنها در چهارچوب فیزیک کلاسیک میسر نبود نظریة نسبت خاص که در سال 1905 توسط آلبرت انیشتایی ارائه برخی در این مشکلات را (در مورد مکانیک ذرات با سرعتهای بالا) بر طرف نمود و نظریة کوانتوم پلانک برخی دیگر را. نظریة اخیر از 1900 تا 1925 توسعه یافت و سرانجام به تعدادی دستورالعملهای محاسبه‌ای که ترکیبی از فیزیک کلاسیک و غیر آنرا در برداشت خلاصه شد. در آن زمان در همه جا احساس می‌شد که ترکیبی از فیزیک کلاسیک و غیر آنرا در برداشت خلاصه شد. در آن زمان در همه جا احساس میشود که برای توجیه پدیده‌های جهان خرد (دنیای مایکروفیزیک) باید به مکانیک جدیدی دست یافت. این مکانیک جدید در سالهای 1927 - 1925 توسط هایزنبرگ، شرورینگرع دایراک و همکارانشان پایه گذاری شد و به مکانیک کوانتومی مرسوم گشت و در سال 1927 بود که در پی کارهای بوهرع هایزنبرگ و ردون تعبیری بریا فرمالیزم ریاضی جدید ارائه شد. این تعبیر که به تعبیر کپنهاگی با تعبیر سنتی موسوم است بسیاری از شالوده‌های فلسفی فیزیک کلاسیک را فرو ریخت. در این تعبیر: اولاً موجودات مایکروفیزیکی را با ساختارهای موج گونة مجرد که بوسیلة امواج احتمال که همة فضا را پر کرده است، نمایش داد، ما تنها توسط معادلات ریاضی میتوانیم چیزهایی را که در تجربه رخ میدهند توصیف کنیم.
ثانیاً توضیح حوادث یا پدیده‌ها مطرح نیست بلکه باید به نظریه هایی که مشاهداتمان را توجیه میکنند قناعت کنیم.
ثالثاً: رابطة علی بین حوادث طبیعی و قابلیت پیش‌بینی حوادث فردی کنار گذاشته میشود.
بعد از پیدایش تعبیر کپنهاگی، فیزیکدانان به سه دسته تقسیم شدند:
1- بنیانگذاران مکتب کپنهای مثل بور هایزنبرگ پائویی بورن یوردان و دیراک اینها حرفشان این بود که ماباید صرفاً به تنظیم داده‌های حسی اکتفا کنیم و با استفاده از فرمالیزم ریاضی نظریة کوانتوم به پیش‌بینی تجارت بپردازیم. آنچه قابل مشاهده است واقعیت دارد و وراء آن واقعیتی ندارد وظیفة فیزیک تنها این است که مشاهدات ما را به هم ربط دهد و در مورد پدیده‌های طبیعی پیش‌بینی‌هایی بکند و عالمی وراء پدیده‌ها وجود ندارد از اینها مهمتر این بود که اینهابا تأکید گفتند:
«نظریة کوانتوم آخر مادة فیزیک اس تو هر سوالی که مکانیک کوانتومی نتواند جواب دهد قابل طرح نیست.»
بورن (1926): بعضی نظرشان این است که مسأله گذارهای مکانیک کوانتومی قابل درک نیست بلکه مفاهیم جدید لازم است. من خودم از طریق کامل بودن مبانی منطقی مکانیک کوانتومی به این نتیجه رسیده‌ام که این نظریه کامل است و مسأله گذارها را باید قاعدتاً در برداشته باشد.
(توجه: منظور ار گذارهای مکانیک کوانتومی عبور از یک حالت کوانتومی به حالت دیگر است) پوپر نقل میکند که در سال 1935 یک شب را با هایزنبرگ به سر برده است.
در آن زمان ادعای هایزنبرگ این بوده است که مکانیک کوانتومی را نمی‌توان با تحقیقات هسته‌ای عمیق‌تر کرد.
این ادعاها در حالی است که بسیاری از بزرگان و شاگردان ممتازان اذعان داشتند که نظریة کوانتوم قابل درک نیست.
بور (به نقل پوپر): مکانیک کوانتومی قابل فهم نیست فقط فیزیک کلاسیک قابل فهم است و ما باید خود را به این قانع کنیم که مکانیک کوانتومی تا حدی قابل فهم است، و ما باید خود را به این قانع کنیم که مکانیک کوانتومی تا حدی قابل فهم است، آن هم از طریق فیزیک کلاسیک!
برای اینها جمع این دو مطلب (آخر خط بودن فیزیک و قابل فهم نبودن نظریة کوانتوم) اشکالی نداشت زیرا آنها معتقد بودن که توصیف ریاضی کفایت میکند و تصویرپذیری شرط نیست. در هر عصر این گرایش بوده است که فیزیک آن عصر را کامل بگیرند فقط مسائل فرعی یا افزایش دقت باقیمانده تلقی شده است. اما تحول علم همواره نقض این مطلب را نشان داده است و دلیلی ندارد که وضعیت فعلی علم استثنایی بر این قضیه باشد. بنابراین باید در استنتاجات از ساختار نظری فیزیک همواره احتیاطهای لازم را معمول داشت.
2- مخالفین مکتب کپننهاگی به رهبری اینشتاین و شرودینگر و بعداً روبروی و بوهم. اینها نه طرد رئالیسم را پذیرفتند نه موجبیت را و نه ابزارنگاری و آخر خط بدون مکانیک کوانتومی را بلکه معتقد بودند که نظریه‌ها تنها ابزار محاسبه نیستند بلکه اصالتاً برای توصیف واقعیت فیزیکی بکار می‌روند. اینها به پیش‌بینی نتایج آزمایشها قانع نبودند بلکه می‌خواستند توضیحی برای آنچه می‌گذرد بیابند. به قول اینشتاین «من می‌خواهم بدانم خداوند چگونه این جهان را خلق کرده است. من به این پدیده یا آن پدیده یا طیف این عنصر آن عنصر علاقمند نیستم من می‌خواهم اندیشه‌های او را بدانم بقیه جزئیات است.»
3- اکثریت فیزیکدانان بعدی که اصلاً توجهی به بحثهای تعبیری نداشتند و اینگونه بحثها را فلسفی و در نتیجه غیر مهم برای فیزیک تلقی می‌کردند و یا می‌گفتند بور این قبیل کارها را انجام داده است و باید از او تبعیت کرد.
به قول کلی: «فیزیکدانان اطمینان فوِ العاده‌ای نسبت به مرفع مکانیک کوتانتومی نشان میدهند و نسبت به اظهار نظر حول نتایج از آن اظهار بی میلی میکنند...
بحثهای داغ دربارة تعبیر مکانیک کوانتومی محدود به فیزیکدانان فیلسوف مشرب شده است...»
برای غالب فیزیکدانان سوال دربارة مکانیک کوانتومی بوسیلة تعبیر کپنهاگی جواب داده شده است. آنها صریحاً یا تلویحاً کاوش بیشتر دربارة این مطلب را نفی میکنند استدلالشان این است که اینگوه سوالات حاکی از بی اطلاعی سوال کننده است و یا اینکه اینگونه سوالات فلسفی و در نتیجه غیر قانونی است. اما اگر دنبال کنیم که اساساً مکتب کپنهاگی چیست و مفروضات آن کدام است می‌بینیم که به جوابی واحد می‌رسیم.
علی رغم تشویش خاطر و اضطرابی که در دیگاههای فیزیکدانان معاصر نسبت به وضعیت قضایا در همان میکرو فیزیک وجود دارد، چون مهر سکوت شکسته شده و مسائل بنیادی با هم کم و بیش مطرح شده است امید فراوانی وجود دارد که فیزیک از جزمیت نقابدار حاکم بر آن خلاصی یابد و فهم وضعیت جهان مایکرو فیزیک و نه فقط توجیه پدیده‌ها هدف فیزیکدانان نظریه پرداز قرار گیرد.
سلری و Sellevi Tavazzi Vander Merwe وضعیت را خوب خلاصه کرده‌اند:
«تعداد روز افزونی از دانشمندان جداً اعتبار مطلق مکانیک کوانتومی را مورد تردید قرار داده‌اند و این هشیاری بدست آمده است که بنیانگذاران مکانیک کوانتومی نظریه‌ای را به جای گذاشته‌اند که گرچه در عمل موفق بوده است، شناخت شهودی ما را از جهان مای و فیزیک جداً محدود میکند و این که دلایل آنها تا حد زیادی اختیاری و محل سوال است.
در قدیم واژة فلسفه همة دانشهای حقیقی را فرا می‌گرفت و تنها دانشهای قرارداری، از قبیل لغت و دستور زبان، از قلمرو آن خارج بود. در آن دورآنها همة دانشها به هم بستگی داشتند و همدیگر را تأیید می‌کردند و یک کل منسجم می‌ساختند به همین دلیل بسیاری از فلاسفة بزرگ یا از سردمداران علم در عصر خود بودند (مثل ارسطو، افلاطون، کانت، ابن سینا، نصیرالدین طوسی) و یا اطلاعات علمی وسعی داشتند. قد ما فلسه را به دو بخش نظری و عملی تقسیم می‌کردند. فلسفة نظری شامل طبقیات، ریاضیات و متافیزیک بود و فلسفة عملی شامل اخلاِ تدبیر منزل و سیاست مدن بود. بدین ترتیب فیزیک متعلق به بخشی از فلسفه موسوم به «حکمت طبیعی» بود. هنوز هم در بعضی از دانشگاههای جهان (از جمله دانشگاههای اسکاتلند) علم را «حکمت طبیعی» می‌نامند.
آری، فلسفه از اوائل ربع دوم این قرن ابهتش را از دست داده و حوزة فعالیتش بسیار محدود شده است. امروز اکثریت قاطع فیزیکدانان کاری به جنبه‌های فلسفی را اتلاف وقت میدانند و جو علمی چنان شده است که یک فیزیکدان با نوشتن یک کتاب فلسفی نه تنها شرتش را افزایش نمی‌دهد بلکه به آن زیان می‌رساند. دانشجویان نیز چنان تربیت شده‌اند که سؤالات بنیادی را مطرح کنند و با آنها کاری نداشته باشند، و امروز مد این است که نمایش مستقیمی از مطالب علمی ارائه دهندع بدون آن که از نتایج فلسفی قضیه بیمناک باشند. این باعث شده است که به تکنولوژی بیش از حد ارزش داده شود و روی علم زدگی تأکید شود و هرگونه بحث فلسفی از فیزیک طرد گردد.
علل کنار گذاشتن متافیزیک و تفحصات فسلفی
دلایل چندی برای جدایی علم از فلسفه میتوان ذکر؛ و ما اکنون به ذکر اهم آنها می‌پردازیم.
الف. ارتباط متافیزیک با مذهب: از قرن هفدهم به بعد مذهب بیشتر و بیشتر از بحثهای علمی جدا شد و چون متافیزیک را با مذهب مرتبط می‌دانستند آن را نیز بالتبع کنار گذاشتند. این نوع نگرش تا زمان ما نیز ادامه یافته است.
ب. پیچیدگی مسائل متافیزیکی: مشکلی که بر سر فهم یا یافتن راه حل مسائل مهم متافیزیکی بوده از یک طرف و اختلاف عمیق بین فلاسفه از طرف دیگر، عامل دیگری برای ترک فلسفه بوده است.
ج. توفیق چشمگیر روشهای تجربی و برخی از نظریات علمی: پیشرفت شگرف تکنولوژی و توفیق اعجاب آور بعضی از نظریه‌ها در توجیه حوزة وسیعی از تجارت باعث شده است که غالب فیزیکدانان به فرمالیزم ریاضی و تجارب فیزیکی اکتفا کنند. به قول برنستین: به عقیده من فقدان علائق فلسفی در فیزیکدانان به خاطر این است که فیزیک کنونی خیلی موفق بوده است.
از دید بسیاری از علمای معاصر اشتباه فیزیکدانان کلاسیک این بود که خود را با مسائل و مفاهیم متافیزیک مشغول کرده بودند، و توفیق فیزیک جدید به خاطر حذف این مفاهیم و مسائل است.
د. تخصص گرایی: پیشرفت سریع علم و افروده شدن شاخه‌های آن و کثرت مسائل هر شاخه باعث شده است که هر روز تعداد بیشتری از دانش پژوهان به کارهای تخصصی روی آورند و بینش وحدت جویانة رایج در میان علمای پیشین را کنار بگذارند.
به نظر هایزنبرگ تحصص گرایی بیش از حد مانعی بر سر راه شناخت است:
از این بحث واضح میشود که تخصص محدود مانعی بر سر راه شناخت است:
تنها از طریق نظر افکندن به تمامی پدیده‌های جدید است که مفاهیم درست را میتوان یافت.حتی در یک مسأله خاص، فهم قضیه غالباً از طریق مراجعه به مسألة مشابه و حل آن در یک حوزة دیگر فیزیک میسر میشود.
در واقع میتوان گفت که تأکید روی وحدت و جهانشمولی علم بازگردد و از کوشش انحصاری بریا تربیت افراد ورزیده در یک بخش خاص فراتر رود. البته ما باید متخصص لایق تربیت کنیم. اما باید رشته‌ها را نیز به یکدیگر نزدیک کنیم و ارتباط بین رشته‌های مختلف علم را نشان دهیم.
عدم تبحر فلاسفة متأخر در علوم فیزیکی: چون غالب فلاسفة متأخر در علوم فیزیکی تبحر نداشته و نسبت به پیشرفتهای جدید علمی جاهل بوده‌اند و یا تأکیدشان روی مطالب غیر علمی بود، و به مسائل علمی کمتر توجه داشته‌اند، پیام آنها برای دانشمندان علوم جاذبه نداشته است. آنها غالباً مطالعة جهان برون را به دانشمندان علوم واگذاشته‌اند و خود به تحلیل زبان و علائم و عملیات ذهن انسان و امثال اینها پرداخته‌اند. بدین جهت است که راسل صریحاً به فلاسفه هشدار میدهد که در صورت عدم توجه به علوم، فلسفة آنها عقیم خواهدبود:
واکنش مخالف یا سرد فلاسفه نسبت به دیدگاههای فیزیکدانان: دیدگاههای فلسفی فیزیکدانان کوانتومی مورد تعرض بعضی فیلسوفان قرار گرفت. بور در آخرین مصاحبه‌اش با کوهن (در سال 1962) شکایت دارد که فلاسفه منظور او از مکملی را نفهمیده‌اند همین طور تعبیر سنتی مکانیک کوانتومی با مخالفت ایدئولوگهای مارکسیسم روسی مواجه شد، زیر آن را معارض با فلسفة ماتریالیسم دیالکتیک می‌دانستند.
رواج فلسفه‌های بی اعتنا به متافیزیک: به عقیده ما مهمترین و اصلی‌ترین عامل کنار گذاشتن فلسفه، رواج فلسفه‌های بی اعتنا به متافیزیک بوده است در قرن هفدهم عده‌ای از فلاسفه خصوصاً فلاسفة انگلیسی، مکتب تجربه گرایی را براه انداختند. طبق این مکتب منشأ دانش ما دربارة جهان فیزیکی تجارت حسی است، و علم صرفاً محصول حواس است و امور غیر محسوس، از جمله مسائل متافیزیکی که اموری عقلی هستند، فاقد اعتبارند. این مکتب با تأکید روی تجربه در مقابل تفکر و از طریق غیر قابل تحقیق شمردن مسائل متافیزیکی مهمترین ضربه را در قرون جدید بر متافیزیک وارد آورد.
در قرن بیستم تجربه‌گرایی به صورت تزی دربارة معنا درآمد ومدعی این شد که یک مفهوم یا قضیه وقتی معنا دارد که قواعدی متضمن تجربة حسی برای تحقیق با کاربرد آن ارائه شود.
مختلفی از مکتب تجربه گرایی بشمار می‌روند. همگی این مکاتب در اصالت دادن به تجربه و بی حاصل شمردن و یا بی معنا شمردن متافیزیک اتفاِ نظر دارند و غالب آنها کار فلسفه را صرفاً تحلیل زبان و منطق علم میدانند.
نقد دیدگاههای تجربه گرایان
مکتب تجربه گرایی که از قرن هفدهم به بعد رشد یافته بود در قرن بیستم به صورت مختلف شیوع یافت و حاکم بر فلسفة علم شد. چیزی که از شقوِ مختلف تجربه گرایی در بین فیزیکدانان قرن بیستم خوب جا افتاد، اصالت دادن به تجربه و پدیده‌ها بود و این که نظریه‌ها نسخه‌های مفیدی برای ربط دادن پدیده‌ها به یکدیگر و پیش بینی آنها هستند و تفحصات متا فیزیکی بی معنا یا بی حاصل است. این نوع بینش باعث شد که فیزیکدانان هرچه بیشتر به مسائل متافیزیکی بی اعتنا شوند و هدف علم را صرفاً ربط دادن پدیده‌ها بحساب آورند.
- ماکس بوردن در کتاب فیزیک اتمی می‌گوید:
فیزیکدانان معاصر یاد گرفته‌اند که هر سئوالی دربارة حرکت الکترون یا کوانتوم نور قابل جواب نیست، بلکه تنها آن سؤالاتی قابل جوابند که با اصل عدم قطعیت هایزنبرگ سازگار باشند...
آنچه در این محدوده قرار میگیرد قابل شناخت است و شناخته خواهد شد. این جهان تجارت است ک وسیع است و از لحاظ رنگها و طرحهای متغیر آنچنان غنی است که ما را شیفته می‌سازد آن را از اتمام جوانب کشف کنیم. اما آنچه را که وراء این قرار دارد - یعنی آثار خشک متافیزیک را مشتاقانه به فلسفه نظری می‌سپاریم.
رواک واوری در کتاب معروفشان اتمها، مولکولها، و کوانتومها که در 1930 نوشتند، گفتند:
خواننده‌ای که احساس ناراحتی میکند که اطلاعات مورد درخواست در حل یک مسأله دینامیکی، در نظریة کونتوم، اطلاعات آماری است و این که میسر ذرة منفرد در معادلات دنبال نمیشود، باید خود را به این تسلی دهد که ما به ندرت به اطلاعاتی بیش از آنچه که نظریة کوانتوم در اختیارمان می‌گذارد نیاز داریم.
دیراک در «خاطرات یک دورة هیجان‌انگیز» می‌گوید:
من ابتدا از طریق درسی که توسط برود داده می‌شد قدری اطلاعات دقیق دربارة نسبیت بدست آوردم. برود فیلسوفی بود که به اشیاء از دید فلسوفی بود که به اشیاء از دید فلسفی نظر میکرد. او در آن زمان مدرس فلسفه در دانشگاه بریستول بود... او 10 الی 12 جلسه درس دربارة نسبیت داد، که آن را از دید فلسفی مورد بررسی قرار داد. چند تا از دانشجویان مهندسی همدورة من یک دید عمل گرایانه داشتند و می‌گفتند که این سؤالات فلسفی به درد مهندسی نمی‌خورد... اما من فکر می‌کردم که شاید چیزی در فلسفه باشد. حداکثر تلاش خود را بکار بردم که دیدگاه فلاسفه را بفهمم. من کمی هم دربارة فلسفه خوانده بودم - تمامی کتاب منطق میل را خوانده بودم. اما کوششهای من برا فهیمدن فلسفه خیلی موفقیت‌آمیز نبود. آنگاه فکر کردم که تمامی چیزهایی که فلاسفه گفته‌اند نسبتاً نامشخص اند و نهایتاً به این نتیجه رسیدم که بنظر نمی‌رسد فلسفه بتواند سهمی در پیشرفت فیزیک داشه باشد.
اکنون به بررسی و نقد ادعاهای مهم تجربه گرایان می‌پردازیم:
ا. می‌گویند ما نمی‌توانیم ادراکی داشته باشیم مگر این که از طریق حواسمان وارد ذهن شده باشد؛ به عبارت دیگر مشاهده، منشأ هر دانش فیزیکی است. این ادعا کاملاً درست نیست زیرا:
الف. ما ادراکاتی داریم که مستقیماً از تجریه اخذ نشده است. مثلاً مفهوم عدم چیزی نیست که از طریق ادراک حسی بریا ماحاصل شه باشد، بلکه ما از طریق یک تحلیل ذهنی به آن پی برده‌ایم.
ب. معیار قراردادن تجربه، خود یک امر تجربی نیست؛ بلکه یک اصل متافیزیکی است.
فرمت این مقاله به صورت Word و با قابلیت ویرایش میباشد
تعداد صفحات این مقاله 38 صفحه
پس از پرداخت ، میتوانید مقاله را به صورت انلاین دانلود کنید
دانلود مقاله فیزیک و فلسفه
دانلود مقاله فیزیک فوتبال
اختصاصی از اینو دیدی دانلود مقاله فیزیک فوتبال دانلود با لینک مستقیم و پر سرعت .
دانلود مقاله فیزیک فوتبال
فوتبال مردمی ترین ورزش جهان است. جام جهانی تابستان امسال توسط بیش از صدها میلیون بیننده که بسیاری از آنها فوتبال بازی میکنند، مشاهده خواهد شد. علیرغم چنین علاقه ای، توجه اندک به جنبه های علمی بازی چشمگیر است. برای نمونه گلف و کریکت[2] مورد توجه بیشتری قرار گرفته اند. اما برای یک فیزیکدان، مکانیک و آئرودینامک فوتبال پهنه وسیعی از سئوالات جالب را فراهم می آورد.
هنگامی که موضوع فیزیک فوتبال پیش می آید اغلب صحبت بر سر خط سیر منحنی توپ فوتبال است. برای مثال در طول برگزاری جام جهانی 1974 بینندگان تلویزیون از مشاهده ضربه موزی شکل غیر منتظره بازیکن برزیلی " روبرتو ریولینو" به شگفت آمدند. از آن هنگام توانایی منحرف کردن مسیر توپ به عنوان یکی از مهارتهای بازی به حساب می آید.
اما بینندگان هرگز از مشاهده یک ضربه ماهرانه قوس دار خسته نمی شوند. در سال 1997 طرفداران فوتبال در سراسر دنیا با مشاهده شوت قوس دار کاملاً ویژه ای که توسط یک بازیکن برزیلی دیگر – روبرتو کارلوس- در بازی مقابل فرانسه نواخته شد، هیپنوتیزم شدند. ضربه او که یک شوت آزاد از فاصله 30 متری دروازه حریف بود قبل از آنکه قوس برداشته و در گوشه دروازه فرانسه فرود آید، دیوار دفاعی آنها را با فاصله حداقل 1 متر دور زد. طرفداران تیم انگلستان امیدوارند که "دیوید بکام" –استاد تمام فنون در حال حاضر- در صورت بهبود استخوان شکسته پایش بتواند چنین شگردهایی را در تابستان امسال بکار گیرد.
بیشتر فیزیکدانان میدانند که خط سیر منحنی توپ بخاطر اثری بنام اثر مگنوس[3] است، اما تا حدی در تشریح آن نامطمئن بوده و توضیحات ساده ای که انتشار می یابد اغلب گمراه کننده است. قبل از درنظر گرفتن مسیر منحنی توپ اجازه دهید با مسئله ساده تری یعنی جهش توپ شروع کنیم. این موضوع باز هم بطور ضمنی به جام جهانی اشاره دارد. چه کسی میتواند گل سوم و بحث برانگیز گئوف هورست[4] را در پیروزی 4 بر 2 انگلستان در مقابل آلمان غربی در جام جهانی 1966 فراموش کند؟ شوت هورست از روی تیرک عمودی به داخل گل و سپس به بیرون پرید و در نهایت توسط یک مدافع آلمانی برگشت داده شد. چگونه چنین چیزی ممکن است اتفاق بیافتد؟
جهش توپ
اینکه توپ چگونه از روی زمین می جهد موضوع مهمی در فوتبال است. بر روی سطوح سخت جهش بلند توپ میتواند بازی را بی مزه کننده کند در حالی که یک توپ نرم مطلقاً به بالا نمی جهد. اما این حقیقت که شوت چیزی بجز جهش توپ از روی پا نیست نیز دارای همان اهمیت است. نکته مهم دیگر که باید به آن توجه کرد آنست که جهش یک توپ گلف یا اسکواش[5] از روی یک سطح سخت به دلیل خاصیت ارتجاعی[6] مواد تشکیل دهنده آنها است ولی پوشش توپ فوتبال هیچگونه خاصیت ارتجاعی ندارد. توپ باد نشده ای که به زمین انداخته شود روی زمین می ماند.
برای آنکه نسبت به فیزیک جهش دیدی بدست آوریم ساده ترین حالت را درنظر بگیرید که توپ بطور قائم سقوط میکند. هنگامی که توپ به زمین برخورد میکند سطح تحتانی توپ تخت میشود. لذا تعادلی میان فشار هوا به سمت پایین و نیروی عکس العمل سطح به سمت بالا بوجود می آید (شکل 1الف). از آنجا که فشار هوا ضرورتاً یکنواخت است، نیروی عکس العمل با سطح تماس وآن به نوبت خود با تغییر شکل قائم توپ متناسب است- به شرطی که تغییر شکل زیاد نباشد. یک محاسبه ساده نشان میدهد که تغییر شکل توپ ... ... ... ... (شکل 1ب را ببینید)
از آنجا که ضربه به توپ حقیقتاً یک جهش از روی پا است، اینکه چگونه توپ از روی زمین می جهد نقش کلیدی در فوتبال بازی میکند. الف) در طول یک جهش نیروی ناشی از فشار هوا بر روی پوشش تخت شده توپ با نیروی عکس العمل زمین خنثی میشود. ب) فاصله مرکز توپ تا زمین ... ... برابر است با ... ... ... که در آن ... ... شعاع توپ و ... ... میزان تغییر شکل توپ است. س) برای توپی که بطور قائم سقوط میکند مقدار ... در طول زمان جهش مطابق رابطه ... ... ... ... بطور سینوسی با زمان تغییر میکند که در آن ... ... ، ... ... و ... ... به ترتیب برابر محیط، فشار و جرم توپ اند. د) توپی که تحت یک زاویه کوچک به زمین برخورد میکند در طول جهش روی زمین لیز می خورد. ی) هرچند توپی که تحت یک زاویه بزرگتر به زمین برخورد میکند تا هنگام ترک زمین روی آن میغلتد.
مطابق با رابطه ... ... ... ... ... ... که در آن ... ... محیط توپ، ... ... فشار و ... ... جرم توپ است، بصورت سینوسی با زمان تغییر میکند. زمان جهش برابر است با ... ... ... ... ... (شکل 1س را ببینید).
تقریباً واضح است که سه متغیری که بازه زمانی جهش را معین میکنند- محیط، فشار و جرم توپ- دقیقاً همانهایی هستند که توسط قوائد بازی تعیین میشود. یک توپ معمولی با جرم 0.45 کیلوگرم محیط 70 سانتیمتر و فشار 0.85 اتمسفر زمان جهشی برابر 8 میلی ثانیه دارد – این نتیجه توسط آزمایشهای انجام گرفته با دوربینهای بسیار سریع تایید شده است. جالب است اشاره شود که این زمان از فاصله زمانی 40 میلی ثانیه ای میان تصاویر متوالی تلویزیون کوتاه تر است و این به آن معناست که مغز ما به عنوان تماشاگر این فاصله زمانی را پر کرده و لذا اغلب متوجه جهش واقعی نمی شویم.
در محاسبات زمان و حرکت جهش از اتلاف (انرژی) بخاطر انعطاف پذیری سطح توپ چشمپوشی شده است. این تقریب بر مقیاس زمانی تاثیر قابل توجهی ندارد اما آشکارا موجب میشود که میزان انرژی جنبشی برآورد شده توپ بیشتر از حد واقعی گردد. این اثر را میتوان با نوشتن سرعت توپ پس از جهش ... ... بصورت ... ... ... ... که در آن ... ... سرعت اولیه توپ و ... ... ضریب اتلاف[7] است بیان نمود. این ضریب که برای یک برخورد کاملاً کشسان 1 است، وابسته به طبیعت سطح مورد نظر بوده و میتواند بین 0.8 برای سطح سخت و 0.6 برای چمن کوتاه تغییر کند.
اینکه چگونه توپ پس ازآنکه تحت زاویه ای به زمین می خورد از روی آن جهش میکند، بسیار پیچیده است. توپ ابتدا با سرعت افقی برخوردش روی زمین سر خورده و یک نیروی اصطکاک افقی تولید میکند. این نیرو دارای دو اثر است: موجب کاهش حرکت افقی گشته و یک گشتاور بر توپ اعمال میکند. وجود گشتاور به آن معناست که توپ ضمن آنکه در طول جهش کند میشود شروع به غلتیدن هم می کند. بسته به زاویه ای که توپ با آن به زمین برخورد میکند دو حالت ممکن است اتفاق افتد. توپی که با زاویه کمی نسبت به زمین به آن برخورد میکند میتواند حتی پس از تکمیل شدن جهش روی زمین بلغزد (شکل 1د). اما اگر توپ با زاویه تندی به زمین برخورد کند قسمت پایینی به حالت سکون در می آید و توپ درادامه زمان جهش روی زمین میغلتد (شکل 1ی(
اگر توپ چنین چرخش بالایی دارد که سطح تحتانی آن به سمت عقب حرکت کند، حقیقتاً میتواند در طول جهش شتاب بگیرد. هرچند این رخدادِ عادی نیست و بطور طبیعی توپ توسط جهش کند میشود. لذا شنیدن این نکته از مفسر تلویزیون که توپ ضمن جهش از روی زمین خیس چمن " سرعت بیشتری به خود گرفته" تعجب برانگیز است. فرض محتمل در چنین وضعیتهایی آنست که علیرغم عبارت "افزایش سرعت" توپ در طی جهش میلغزد و آنقدر که ما از تجربه انتظار داریم سرعتش کم نمیشود.
گل بحث برانگیز هورست برای انگلستان در جام جهانی 1966 شاید از مشهورترین جهشهای توپ در فوتبال ناشی شد (شکل 2). هر دو جهش – از روی تیرک عمودی و از روی زمین- را میتوان با استفاده از مفاهیمی که در بالا گفته شد توضیح داد، اگرچه تحلیل جهش از روی تیرک عمودی بخاطر شکل تیرک سخت تر است. آنچه که در حقیقت اتفاق افتاد را تنها میتوان با مطالعه عکسها و تصاویر تلویزیونی توضیح داد. تحلیل حرکت آهسته نشان میدهد که توپ بطور کامل از خط دروازه عبور نکرد و خط نگه دار و داور مسابقه در اعطای گل دچار اشتباه شدند.
اگرچه انگلستان به چهارمین گل نیز دست یافت اما نامحتمل است که این موضوع مانع از بحث مردم در زمینه شوت هورست شود. معهذا نظریه میتواند نقش خود را ایفا کند. نتیجه آنست که اگر توپ تنها یک سانتیمتر پایینتر به تیرک عمودی برخورد کرده بود بطور کامل از خط دروازه عبور میکرد. هرچند آنوقت طرفداران فوتبال از بحث در مورد یک موضوع جالب بدون بهره می ماندند.
سلسله اتفاقاتی که در طی گل سوم بحث برانگیز انگلستان در پیروزی 4 بر 2 مقابل آلمان غربی در فینال جام جهانی 1966 رخ داد. توپ بر روی خط دروازه برخورد کرده و سپس به بیرون از آن جهش میکند.
ضربه به توپ
ضربه به توپ نیز میتواند همانند جهش مورد برسی قرار گیرد. اگر پا در لحظه برخورد با توپ دارای سرعت ... باشد، آنگاه در چهارچوب مرجع پا، توپ دارای سرعت ... .... قبل از تماس و ... ... بعد از جهش از روی پا خواهد بود. بنابراین توپ دارای تغییر سرعتی جمعاً برابر ... ... ... خواهد شد که مساوی سرعتی است که توپ با آن از پا دور میگردد. در یک ضربه پنالتی خوب، توپ با سرعتی برابر 130 کیلومتر بر ساعت مسیر 11 متری نقطه پنالتی تا دروازه را در یک سوم ثانیه طی میکند و این به دروازه بان شانس اندکی برای دفع ضربه ای که دقیق زده شده میدهد. سرعت پا چیزی حدود 80 کیلومتر بر ساعت است.
بیومکانیک یک ضربه سریع نیز جالب توجه است. قسمت بالایی ران مجبور به چرخیدن و قسمت پایینی به عقب خم میشود. در هنگام چرخش به دور مفصل ران قسمت پایینی یا تحت یک نیروی گریز از مرکز قرار میگیرد که میخواهد پا را به بیرون پرتاب کند. در طول فرآیند ضربه زدن، پا شتاب گرفته و ران در حین ضربه زدن راست میشود. این مطلب همانند ضربه رانشی در بازی گلف است. بازو همان نقش قسمت بالایی ران و چوگان در حالی که با نزدیک شدن به توپ سرعت میگیرد، نقش بخش پایینی پا را بازی میکند.
در یک ضربه ساده بازیکن سعی میکند تا پا را در راستای مرکز توپ هدایت کرده تا از حرکت توپ به سمت جهت دلخواه اطمینان حاصل نماید. یک ضربه ماهرانه که در آن سعی میشود تا مسیر توپ چرخشی بوده ولی به هدف اصابت کند، نیاز به مهارت بیشتری دارد. برای آنکه دریابیم چگونه بازیکنان میتوانند مسیر توپ را کج کنند لازم است تا ابتدا نگاهی داشته باشیم بر چگونگی پرواز توپ در طول مسیرش.
آئرودینامیک توپ فوتبال
بیشتر فیزیکدانان با قانون استوکس[8] که به شرح حرکت یک کره در یک شاره چسبناک[9] می پردازد آشنا هستند. در سرعتهای بسیار کم، رانش توپی که در هوا حرکت میکند تماماً توسط چسبندگی معین میگردد. هوا در اطراف توپ در راستای خطوط جریان حرکت میکند و جریان تکه شده منجر به استرسهایی میگردد که در نهایت یک نیروی رانشی روی توپ اعمال میکنند. در این رژیم رانش متناسب است با سرعت ... .
شرط مرزی در سطح توپ فوتبال نقش مهمی را آئرودینامیک توپ بازی میکند. کتب درسی اغلب شرایط ریاضی ساده تری از جریان هوا را که بدون چسبندگی است بررسی میکنند که در آن هوا به سادگی از روی سطح کره سُر می خورد. هر چند در حقیقت هوایی که با سطح کره در تماس است در سطح آن نگه داشته شده و با آن حرکت میکند. این شرط مرزی آنگاه بر جریان هوای دور از سطح توپ از طریق نیروی چسبندگی تاثیرمیگذارد.
فاصله ... ... که در آن جریان هوا تحت تاثیر چسبندگی قرار دارد تقریباً برابر است با ... ... ... که در آن ... ... چسبندگی جنبشی [10] و ... ... زمانی است که در طی آن هوا با توپ برهمکنش میکند. میتوانیم زمان مشخصه را برابر ... ... درنظر بگیریم که در آن ... ... قطر توپ است. این به آن معناست که .... ... ... و در آن .... ... ... عدد رینولدز[11] میباشد. برای توپ فوتبال ... ... در حدود 3800 است که در آن ... بصورت کیلومتر بر ساعت بیان میشود.
رژیم استوکس متناظر است با ... ... ... و به معنی آنست که تنها به توپ فوتبالی که با سرعتی کمتر از 25 سانتیمتر بر ساعت حرکت میکند قابل اعمال است. توپهایی که با سرعت واقعی تری در حدود 25 کیلومتر بر ساعت حرکت میکنند عدد رینولدزی برابر ... دارند. آنگاه فاصله ... ... تقریباً برابر خواهد بود با...... ... که در یک حدود میلیمتر است. این فاصله چسبنده بسیار کوچک در سطح توپ به لایه مرزی [12] معروف است و مفهومی است که در آغاز قرن بیستم توسط یک فیزیکدان آلمانی به نام لودویگ پرانتل [13] در دینامیک شاره ها معرفی گشت. خارج از لایه مرزی شاره ایده آل بوده و چسبندگی فاقد اهمیت است.
به هر حال داستان به اینجا ختم نمیشود. اگرچه چسبندگی در تعیین الگوی شاره ضروری است، نیروی رانشی منتجه ضرورتاً یک نیروی اینرسی است. الگوی شاره خود تحت تاثیر رفتار لایه مرزی است. در پشت توپ لایه مرزی از سطح توپ جدا میشود و – در سرعتهای به اندازه کافی زیاد- ناپایدار میگردد. برای یک کره صاف این ناپایداری موجب افت غیرقابل انتظار و زیادی در نیروی رانش میشود.
تکانه هوایی که به توپ انتقال می یابد توسط رابطه ... ... ... داده میشود که در آن ... چگالی هوا، ... سرعت کره و ... سطح مقطع آن است. نیروی رانشی ...... به آهنگ شارش تکانه ... ... ... وابسته بوده و بصورت... .... ... که در آن .... ... ضریب رانش [14] است و می بایست بطور تجربی اندازه کرفته شود، نوشته میشود. ضریب رانش بسته به عدد رینولدز تغییر میکند و برای کره های صاف بطور دقیق محاسبه شده است. برای کره ای با اندازه معلوم که در هوا حرکت میکند عدد رینولدز تنها به سرعت آن بستگی دارد. لذا محاسبه نیروی رانشی برای کره ای که به اندازه توپ فوتبال است کار ساده ای خواهد بود. در سرعت بحرانی برابر 80 کیلومتر بر ساعت هم ضریب رانش و هم نیروی رانشی با افزایش سرعت افت میکنند. بالاتر از این سرعت رانش بیشتر کاهش می یابد
زیر سرعت بحرانی اتلاف چسبندگی انرژی جنبشی در لایه مرزی مانع از آن است که هوا به چرخیدن در اطراف کره و رفتن به پشت آن ادامه داده و جدای از سطح شارش یابد. این فرآیند پایا نبوده و موجب ایجاد تلاطم[15]، یک دنباله آهسته در حال حرکت، در پشت کره میشود
در سرعت بحرانی لایه مرزی ناپایدار میشود و هوای داخل آن با هوایی که با سرعت بیشتری در خارج لایه در حال حرکت است مخلوط میگردد. این مطلب موجب افزایش تکانه شار شده و فرآیند جدا شدن را به تاخیر می اندازد که منجر به دنباله کوچکتر ورانش کمتر میگردد. این تاثیرات بطور تجربی به دقت مورد مطالعه قرار گرفته اند و وابستگی ... ... به عدد رینولدز برای یک کره صاف در ابتدای قرن گذشته تصدیق شده است.
رانش توپ فوتبال
اگرچه اندازه گیریهای دقیقی در زمینه آئرودینامیک کره های صاف انجام شده اما نتایج یکسانی برای توپهای فوتبال بدست نیامده است. حال چگونه میتوان دریافت که یک توپ فوتبال چطور رفتار میکند؟ اولین راهنما اندازه گیریهای بعمل آمده روی کره های ناصاف همانند توپ گلف بود. آنها یک افت ناگهانی در ضریب رانش را نشان میدهند اما گودیهای روی توپ گلف موجب میشوند تا این افت در سرعتهای خیلی پایین تری نسبت به آنچه برای کره صاف بدست آمده اتفاق افتد. در حالی که گذار برای یک کره صاف در عدد رینولدزی برابر ... ... اتفاق می افتد، برای توپ گلف در... ...، که حدوداً هفت مرتبه کوچکتر است، رخ می دهد. حفره ها می بایست به ناپایدارشدن لایه مرزی شتاب دهند که خود موجب کاهش در رانش است.
الف) نیروی رانشی بر روی یک توپ فوتبال که توسط نویسنده این مقاله انداره گیری شده با مقدار آن برای یک کره صاف مقایسه شده است. رانش بر روی یک کره صاف در حد سرعت بحرانی 80 کیلومتر بر ساعت بطور غیر منتظره ای افت میکند در حالی که در حدود سرعت 30 کیلومتر بر ساعت تغییر مختصرتری برای توپ فوتبال رخ میدهد. ب) جریان اطراف یک کره در سرعتی کمتر از حد بحرانی. هوا نمیتواند کره را بطور کامل دور زده و به پشت آن برسد و لذا جریان هوا از کره جدا میگردد و موجب ایجاد یک دنباله متلاطم کم سرعت در پشت توپ میگردد. س) نحوه اثر تکه دوزیهای روی توپ فوتبال بر چرخش جریان هوای آرام به دور توپ.
حال سطح توپ فوتبال صاف است یا خشن؟ یک چیز قطی است: بازیکنانی که هم با یک توپ پلاستیکی صاف و هم با یک توپ مناسب چند تکه بازی کرده اند می دانند که این توپها رفتار متفاوتی از یکدیگر نشان می دهند. پرواز یک توپ فوتبال خوب بطور چشمگیری قابل اعتمادتر است. چرا چنین است؟ آشکارترین تفاوت میان دو نوع توپ عبارتست از بریدگیهای سطح یک توپ فوتبال که در فواصل میان تکه های بهم دوخته شده وجود دارند. دوختن نوعی دندانه دندانه شدن را در سطح بوجود می آورد که برای نمونه 2 میلیمتر عمق دارند. این ناصافی در سطح در حدود ضخامت اندازه گیری شده برای لایه مرزی است. احتمالاً تکه دوزی موجب ایجاد یک ناپایداری در لایه مرزی شده و مخلوط شدن را آغاز میکند که خود موجب تاخیر در جداسازی گشته و رانش را کاهش میدهد (شکل 3س).
در غیاب نتایج تجربی درمورد این موضوع، من دو تن از دوستان خود به نامهای دیوید گودال[16] و کریس لوری[17] را برای کمک در انجام آزمایشی به منظور انداره گیری نیروی رانش روی یک توپ فوتبال و نیز معین نمودن وابستگی آن به سرعت باد، ترغیب نمودم. ایده آن بود که توپ فوتبالی را به یک ریسمان گره بزنیم بنحوی که توپ همانند وزنه یک آونگ عمل کند. با قرار دادن توپ در معرض بادی که سرعت آن معلوم بود توانستیم زاویه تعادل ... ... را نسبت به خط قائم بدست آوریم. با دانستن نیروی گرانشی ... ... ... نیروی رانشی توسط رابطه ... ... ... که در آن ... ... شتاب گرانش است، داده میشود.
فرمت این مقاله به صورت Word و با قابلیت ویرایش میباشد
تعداد صفحات این مقاله 14 صفحه
پس از پرداخت ، میتوانید مقاله را به صورت انلاین دانلود کنید
دانلود مقاله فیزیک فوتبال
فیزیک کنکور
اختصاصی از اینو دیدی فیزیک کنکور دانلود با لینک مستقیم و پر سرعت .
فیزیک کنکور
حفظ بودن تمام فرمول های مهم فیزیک در کنکور پیشرویی است برای این رقابت بزرگ تا با مقایسه آن ها در کنار هم می تواند کمک بزرگی برای حل تست ها و اسستفاده درست از هر فرمول نسبت به سوال باشد.
این برنامه شامل بیش از 200 فرمول فیزیک همراه با توضیح هر یک است که به صورت فصل های کتاب های فیزیک اول ، دوم ، سوم و پیش دانشگاهی مطالبق آخرین تغییرات کتاب درسی دسته بندی شده است.
برخی از امکانات برنامه:
1. فصل بندی تمامی فرمول ها در 4 سال دبیرستان
2. محیطی زیبا و دل نشین برای حفظ راحت فرمول های فیزیک
3. فرمول های شماره گذاره شده
4. توضیح هر فرمول
فیزیک کنکور
گزارش کار آزمایشگاه فیزیک 1
اختصاصی از اینو دیدی گزارش کار آزمایشگاه فیزیک 1 دانلود با لینک مستقیم و پر سرعت .
گزارش کار آزمایشگاه فیزیک 1
عنوان: گزارش کار آزمایشگاه فیزیک 1
قالب: Word
آزمایش ها
قانون بویل
ماریوت
عدد ژول
قانون هوک
حرکت پرتابه
گزارش کار آزمایشگاه فیزیک 1