مجـــلة الفيـــــــــــزيــــــــــــاء

[محروم من الأخت]

فيزياء متقدمة

لنحاول معا أن نقيم جسور التعارف بين الزملاء والمهتمين في التخصص الواحد وأن ننشيء منتدى للنقاش والحوار العلمي يجمع كل من يودون المشاركة من طلبة الدراسات العليا في الفيزياء أو من أساتذتنا الأفاضل في الجامعات والمعاهد والهيئات العلمية العربية والدولية.

وعسى أن نتمكن من إتاحة الفرصة للتواصل بين الإخوة الفيزيائيين للمساهمة في تقدم وانتعاش روح البحث العلمي في كافة أرجاء الوطن العربي.

الفيزياء الأساسية
من هنا يبدأ علم الفيزياء، علم أسرار وقوانين الطبيعة، لا حاجة بك لأن تكون معدا مسبقا وتعال نتعرف على أبجدية الكون، كيف يعمل وكيف يستمر منذ خلقه الله تعالى وإلى أن يأذن بزواله.

ما هي أساسيات السنن الكونية، ابدأ التعرف عليها ببساطة من حولك وتدرج بعدها لتصل إلى ارتباط أرقى وأقوى بين الظواهر التي تراها يوميا وبين القوانين التي تعرفها جيدا وتعلم أنها وراء كل ما تراه في هذا الكون، أليس هذا جميلا؟
الحركة

تخدم هذه الصفحة طلبة المرحلة الأساسية والإعدادية المبكرة حيث توضح أساسيات الميكانيكا وأنواع الحركة وكيف نتعامل معها ونصنفها ونصفها بشكل علمي:
الزمــــن

[عزيزي الزائر يتوجب عليك التسجيل بالمنتدى لمشاهدة الرابط]
لا يعني جزء من ألف من الثانية أي شيء بالنسبة للإنسان الذي اعتاد على قياس الزمن بمقاييسه المألوفة لكن مثل هذه الفترات الزمنية أخذت تصادفنا في حياتنا العملية منذ وقت قريب فقط. وعندما عين الأقدمون الوقت تبعا لارتفاع الشمس أو لطول الظل لم يكن هناك مجال للحديث عن الدقة حتى لحد الدقيقة. فقد اعتبر الناس الدقيقة زمنا من الضآلة بمكان بحيث تنتفي الحاجة إلى قياسه لقد عاش الأقدمون حياة متوانية حيث لم تحتو ساعاتهم -الشمسية والمائية والرملية- على تقاسيم خاصة بالدقائق (الشكل1) أما عقرب الدقائق فقد ظهر على الساعة لأول مرة في مطلع القرن الثامن عشر كما ظهر عقرب الثواني في مطلع القرن التاسع عشر.


ما الذي يمكن أن نفعله في جزء من ألف من الثانية؟ أشياء كثيرة ‍‍فالقطار يستطيع خلال هذه الفترة الزمنية أن يقطع مسافة لا تزيد في الحقيقة على ثلاثة سنتيمترات فقط ويقطع الصوت مسافة قدرها 33سم وتقطع الطائرة مسافة تقدر بنصف متر تقريبا وتقطع الأرض أثناء دورانها حول الشمس مسافة قدرها 30مترا أما الضوء فيقطع مسافة تبلغ 300كم. ولو كان باستطاعة الحشرات المحيطة بنا أن تناقش الأمور لكان من المحتمل ألا تعتبر هذا الجزء من الألف من الثانية زمنا لا قيمة له إذ أن قيمته ملموسة تماما لدى الحشرات أن البعوضة تخفق بجناحيها ما يتراوح بين 500 و600 مرة في الثانية وهذا يعني أن البعوضة تستطيع في فترة جزء من ألف من الثانية أن ترفع جناحيها وتخفضهما.

أما الإنسان فلا يستطيع تحريك أعضاءه بمثل هذه السرعة كما تفعل البعوضة إن أسرع حركة لدينا هي طرفة العين (غمزة العين) أو اللحظة في مفهومها الأساسي وهي تتم بسرعة كبيرة بحيث لا تشعر معها حتى بانقطاع الرؤيا الوقتي ولكن البعض يعرف أن هذه الحركة التي تعني سرعة لا يمكن التعبير عنها تحدث بصورة بطيئة نوعا ما إذا ما قيست بأجزاء من ألف من الثانية. فقد سجلت المقاييس الحساسة أن طرفة العين بأكملها تستغرق في المعدل 2÷ 5 أي 400 جزء من ألف من الثانية وتتم هذه العملية على عدة مراحل، كما يلي:

أولا: إطباق الجفنين ويأخذ من الوقت ما يتراوح بين 75 و90 جزءا من ألف من الثانية .

ثانيا : سكون الجفن المطبق وعدم تحركه ويستغرق ما يتراوح بين 130 و170 جزءا من ألف من الثانية.

ثالثا: فتح الجفنين ويستغرق حوالي 170 جزءا من ألف من الثانية.

وكما نرى فإن (طرفة العين) الواحدة بالمعنى الحرفي لهذه الكلمة هي فترة زمنية كبيرة نوعا ما حتى أن جفن العين يستطيع خلالها الراحة قليلا. ولو استطعنا أن نتخيل الصور المستقلة لما يحدث خلال جزء من ألف من الثانية لرأينا في طرفة العين الواحدة حركتين سلستين لجفن العين تفصلهما فترة استراحة ولو كان جهازنا العصبي مركبا بهذا الشكل لرأينا العالم المحيط بنا متغيرا كل التغير. وقد قام الكاتب الإنكليزي ويلز بوصف تلك الصور الغريبة التي كنا سنراها عندئذ بعيوننا وذلك في قصته (أحدث معجل). لقد تناول أبطال القصة دواءا وهميا يؤثر على الجهاز العصبي بحيث يجعل أعضاء الحس سريعة التأثر بسلسة الظواهر السريعة الحدوث. وهذه عدة أمثلة من القصة:

نظرت إلى الستارة فوجدت أنها جامدة وكانت زاويتها التي انحنت بتأثير الريح ثابتة في وضعها الأخير. فقلت له: لم أر مثل ذلك أبدا يا للغرابة؟! وهل رأيت مثل هذا؟ قال ذلك وبسط راحة يده التي تحمل القدح وتوقعت أن يحطم القدح ولكنه حتى لم يتزحزح إذا تعلق في الهواء بلا حراك وقال جيبيرن مواصلا الحديث: إنك تعلم بالطبع أن الجسم الساقط يقطع في الثانية الأولى مسافة 5م. والآن مسافة 5م. والآن يقطع القدح الأمتار الخمسة هذه في حين لم يمض حتى الآن جزء من مائة من الثانية وبإمكانك الآن تقدير قوة معجلي ثم هبط القدح ببطء وتلمسه جيبيرن من كافة جوانبه ونظرت من النافذة فرأيت راكب دراجة عادية جامدا في محله وخلفه غبار كثيف جامد وهو يحاول اللحاق بعربة خيول صغيرة جامدة في محلها أيضا ولفتت انتباهنا حافلة لنقل الركاب وهي جامدة تماما كالصخرة وكانت إطارات العجلات وقوائم الخيول وطرف السوط والفك السفلي للحوذي ( الذي بدأ توا بالتثاؤب ) كلها تتحرك ولو بصورة بطيئة أما بقية محتويات تلك الحافلة فقد جمدت تماما وكان الركاب الجالسون بداخلها أشبه بالتماثيل وقد جمد أحد الأشخاص بالضبط في تلك اللحظة التي بذل فيها قوة خارقة للعادة لكي يطوي جريدته بوجه الريح ولكن لم يكن للريح وجودا بالنسبة لنا إن كل ما قلته وفكرت فيه وفعلته منذ اللحظة التي تغلغل فيها المعجل في جسمي لم يكن إلا طرفة عين بالنسبة لبقية البشر كافة وللكون بأجمعه.

وربما سيكون ممتعا بالنسبة للقراء أن يطلعوا على أقل فترة زمنية يمكن قياسها بأحدث الأجهزة العلمية. لقد بلغت هذه الفترة الزمنية في مطلع القرن العشرين جزءا من عشرة آلاف من الثانية أما الآن فيستطيع الفيزيائي في مختبره أن يقيس زمنا يساوي جزءا من مائة مليار ( 1÷ 100000000000) من الثانية. إن هذه الفترة الزمنية تقل عن الثانية الواحدة بنفس المقدار الذي تقل فيه الثانية الواحدة عن 3000سنة. حينما كتب ويلز قصته (أحدث معجل) لم يكن يفكر على الأغلب في أن شيئا من هذا القبيل سيتحقق يوما ما بالفعل ولكنه على كل حال عاش إلى أن استطاع أن يرى بأم عينيه على الشاشة البيضاء فقط تلك الصور التي ابتكرتها مخيلته في وقت ما.

إن ما يسمى آلة تصوير الحركة البطيئة (التي ترينا على الشاشة البيضاء بحركة بطيئة ظواهر عديدة تحدث عادة بسرعة كبيرة) هي عبارة عن آلة تصوير سينمائية تلتقط في الثانية الواحدة عددا من الصور يزيد كثيرا على عدد ما تلتقطه آلات التصوير السينمائية العادية، البالغ 24 صورة وعندما نصور إحدى الظواهر بهذه الطريقة ونعرض الفيلم على الشاشة البيضاء بسرعة عادية (24 صورة في الثانية) نرى أن الظاهرة تستغرق وقتا أكبر من وقتها الطبيعي بكثير وربما يكون القارئ قد شاهد على الشاشة البيضاء بعض القفزات التي تحدث بسلاسة غير طبيعية، وغير ذلك من الظواهر البطيئة ويمكن بمساعدة آلات التصوير الأكثر تعقيدا الحصول على حركات أبطأ بكثير تذكرنا تقريبا بما جاء في قصة ويلز.

ظهر على صفحات الجرائد الباريسية في يوم ما إعلان يعرض على كل قارئ طريقة للقيام برحلة رخيصة ومريحة لا تكلفه أكثر من 25 سنتيما أي ربع فرنك. وقد صدق بعض المغفلين ذلك الإعلان وحولوا المبلغ المطلوب وبعد ذلك استلم كل منهم رسالة جوابية جاء فيها :( سيدي يرجى أن تبقى هادئا في سريرك وتذكر أن الأرض تدور فعند خط العرض 49- الذي تقع عليه باريس- تقطع سيادتك في اليوم الواحد أكثر من 25000 كم وإذا كنت من عشاق المناظر الجميلة أزح ستائر النافذة وافتتن بالسماء المرصعة بالنجوم). وعندما قدم المتهم بتدبير هذه الحيلة إلى المحكمة وسمع الحكم الصادر بحقه ودفع الغرامة المستحقة عليه وقف وقفة مسرحية وراح يردد كالمنتصر الجملة الشهيرة التي هتف بها غاليليو: ومع ذلك فإن الأرض تدور.

متى ندور حول الشمس أسرع نهارا أم ليلا؟

لقد كان المتهم محقا كما هو معروف لأن كل من يقطن الكرة الأرضية لا يتجول بالدوران حول محور الأرض فحسب بل تنقله الأرض بسرعة أكبر في دورانها حول الشمس. إن الأرض مع كافة قاطنيها تقطع في كل ثانية مسافة 30كم في الفراغ وهي في نفس الوقت تدور حول محورها. ويمكن بهذا الصدد طرح السؤال الطريف التالي متى ندور حول الشمس أسرع نهارا أم ليلا؟ أنه سؤال محير فدائما يكون في إحدى نصفي الكرة الأرضية نهار وفي النصف الأخر ليل فأي معنى لهذا السؤال؟ لا معنى له في الظاهر ولكن الأمر ليس كذلك فنحن لانسأل متى تتحرك الأرض برمتها حركة أسرع ولكن السؤال هو متى نتحرك نحن الذين نعيش على سطحها حركة أسرع وسط الكواكب وهذا السؤال ليس بدون معنى بتاتا. إننا في المنظومة الشمسية نقوم بحركتين: ندور حول الشمس وفى نفس الوقت ندور حول محور الأرض وكلتا الحركتان تجمعان ألا أن النتيجة تختلف تبعا لنصف الكرة الأرضية الذينقع عليه هل هو النصف المظلم أم هو النصف المضاء بنور الشمس.
وإذا نظرت إلى (الشكل 2) ستعلم أن سرعة الدوران تضاف إلى السرعة الانتقالية للأرض عند منتصف الليل أما عند منتصف النهار فعلي العكس تطرح سرعة الدوران من السرعة الانتقالية وهذا يعني إننا في المنظومة الشمسية نتحرك عند منتصف الليل أسرع مما نتحرك عند منتصف النهار وبما أن نقاط خط الاستواء تقطع في الثانية الواحدة حوالي نصف كيلو متر فان الفرق بين السرعة عند منتصف النهار والسرعة عند منتصف الليل يصل في منطقة خط الاستواء إلى كيلو متر واحد في الثانية.




(الشكل 2) ................................

الصق قطعة ورق ملون على جانب إطار عجلة العربة ( أو عجلة الدراجة الهوائية ) وتتبع ما يحدث لها عندما تدور العجلة. سترى ظاهرة غريبة؛ تتميز الورقة الملونة بوضوح عند وقوعها في القسم السفلي من الإطار الدوار أما عند وقوعها في القسم العلوي منه فإنها تمر بسرعة كبيرة حتى لا تكاد العين تميزها. ويظهر من ذلك كأن القسم العلوي من العجلة يتحرك أسرع من القسم السفلي. ويمكن ملاحظة نفس الظاهرة إذا قارنا بين البرامق السفلى والبرامق العليا لعجلة دوارة في عربة ما وسنرى البرامق العليا وكأنها مندمجة في جسم واحد متماسك أما البرامق السفلى فتبدو بصورة منفردة. لقد تكرر حدوث نفس الشيء بالذات كما لو أن القسم العلوي من العجلة يتحرك أسرع من القسم السفلي. أين يمكن أذن لغز هذه الظاهرة الغريبة؟

إن المسألة بسيطة وليس هناك أي لغز؛ إذ أن القسم العلوي من العجلة الدوارة يتحرك في الحقيقة أسرع من القسم السفلي إن هذه الحقيقة تبدو للوهلة الأولى مستحيلة لكننا نقتنع بها بعد نقاش بسيط: إن كل نقطة من نقاط العجلة الدوارة تقوم بحركتين في وقت واحد تدور حول المحور وفي نفس الوقت تتحرك إلى الأمام مع ذلك المحور إن ما يحدث للعجلة هنا شبيه بما يحدث للأرض فعند جمع الحركتين تختلف النتيجة للقسم العلوي من العجلة عما هي عليه في القسم السفلي، ففي أعلى العجلة الدوارة تضاف حركة الدوران إلى الحركة الانتقالية وذلك لأنهما في اتجاه واحد أما في أسفل العجلة الدوارة فتكون حركة الدوران عكس الحركة الانتقالية لذا فأنها تطرح من الأخيرة ومن هنا يتضح سبب تحرك القسم العلوي للعجلة أسرع من القسم السفلي بالنسبة للمراقب الذي لا يتحرك.

[عزيزي الزائر يتوجب عليك التسجيل بالمنتدى لمشاهدة الرابط]

[محروم من الأخت]

السرعة

يقطع العداء الجيد مسافة قدرها 1.5 كم في 3 دقائق و 50 ثانية ( الرقم القياسي العالمي لعام 1958 هو 3 دقائق و 36.8 ثانية ). وللمقارنة مع السرعة العادية للمشاة ( 1.5 م في الثانية ) يجب القيام بعملية حسابية صغيرة. عندئذ يظهر أن العداء يقطع في الثانية الواحدة 7 أمتار. وبالمناسبة. فإن هذه السرع غير ثابتة: إذ يستطيع الإنسان أن يسير طويلا لعدة ساعات كاملة، وأن يقطع في الساعة الواحدة 5 كم. أما العداء، فيستطيع المحافظة على سرعته الكبيرة لمدة قصيرة فقط. إن وحدة المشاة العسكرية، تنتقل بخطوات سريعة، أبطأ بثلاث مرات من سرعة العداء، إذ تقطع في الثانية الواحدة 2م، أو ما يزيد على 7كم في الساعة الواحدة، ولكنها تمتاز عن العداء، بقابليتها لقطع مسافات أكبر كثيرا. ومن الممتع، مقارنة الخطو ة العادية للإنسان بسرعة بعض الحيوانات البطيئة، التي يضرب بها المثل، كالقوقعة و السلحفاة. وقد أكدت القوقعة تماما، صحة ما يقولة عنها المثل: فهي تقطع 1.5مم في الثانية، آو 5.4م في الساعة، أقل من الإنسان بألف مرة تماما. ولا يستطيع الحيوان الآخر، النموذجي في البطء، وهو السلحفاة، أن يجري بسرعة تزيد عن 70م في الساعة. والإنسان الحثيث الخطى، بالنسبة للقوقعة والسلحفاة، يبدو في عالم آخر، إذا قارنا حركته، حتى ببعض الحركات غير السريعة جدا، الموجودة في الطبيعة المحيطة بنا.

وهو، والحق يقال، يسبق مجرى الماء في أكثر الأنهار الجارية في السهول بسهولة ولا يتأخر كثيرا عن الرياح المعتدلة ولكن الإنسان لا يستطيع بنجاح مسابقة الذبابة التي تطير بسرعة 5م في الثانية ما لم يكن يتزلج على الثلج وليس في استطاعة الإنسان أن يسبق الأرنب أو كلب الصيد حتى لو كان على ظهر حصان سريع ويستطيع مسابقة النسر بركوبه طائرة فقط. إن الممكنات التي اخترعها الإنسان جعلت منه أسرع مخلوق على وجه الأرض وقد تم صنع سفن ركاب ذات أجنحة تحت سطح الماء تتراوح سرعتها بين 60و70 كم/الساعة ويستطيع الإنسان أن يتحرك على الأرض أسرع مما يتحرك على الماء وسرعة قطارات الركاب على كثير من خطوط السكك الحديدية 140كم/الساعة وتصل سرعة سيارة الركاب التي تحتوي على سبعة مقاعد إلى 160كم/الساعة.أما سرعة الطيران الحديث فقد فاقت كافة السرع المذكورة كثيرا. وفي عدد من الدول تعمل على الخطوط الجوية المدنية طائرات ركاب نفاثة كثيرة المقاعد. ويتراوح معدل سرعة طيرانها بين 800-1000 كم/ساعة. ومنذ وقت غير بعيد، وضع المصممون أمامهم، مسألة اختراق الحاجز الصوتي، والانطلاق بسرعة تزيد على سرعة الصوت (340م/ثانية =1200كم/ساعة). وقد أمكن في الوقت الحاضر حل هذه المسالة. إن سرعة الطائرات الحربية، لا المقاتلة فحسب، بل وقاذفات القنابل أيضا تفوق سرعة الصوت بثلاث آو أربع مرات .

وقد تم صنع طائرات ركاب، تفوق سرعتها سرعة الصوت .ويمكن آن تصل سرعة الأجهزة التي اخترعها الإنسان ، إلى أكثر مما ذكرناه .لقد أطلق القمر الصناعي السوفيتي الأول ، بسرعة ابتدائية بلغت حوالي 8 كم/ثانية. وسرعان ما زيدت سرعة الصورايخ الفضائية السوفيتية، المتسمة بالسرعة الكونية الثانية ، فبلغت فوق سطح الأرض 11.2كم/ثانية، الأمر الذي مكنها من الوصول إلى القمر، ومن ثم إلى الزهرة والمريخ
كيف تسبق الشمس؟!!

هل يمكننا الطيران من مدينة فلاديفستوك في الساعة الثامنة صباحا والوصول إلى مدينة موسكو في الساعة الثامنة من صباح نفس اليوم؟ ليس هذا السؤال عديم المعنى بتاتا. نعم يمكننا ذلك ولكي نفهم هذا الجواب يجب فقط أن تتذكر أن الفرق بين توقيت مدينة فلاديفستوك وموسكو يبلغ تسع ساعات فإذا استطاعت الطائرة قطع المسافة بين فلاديفستوك وموسكو في ذلك الزمن لوصلت موسكو في نفس الساعة التي أقلعت فيها من فلاديفستوك وتبلغ المسافة بين فلاديفستوك وموسكو حوالي 9000 كم وهذا يعني أن سرعة الطائرة يجب أ ن تساوي 9000÷9=1000 كم /الساعة وفي الظروف الراهنة يمكننا بسهولة الوصول إلى مثل هذه السرعة.

ولكي نسبق الشمس (أو الأرض بالأحرى ) عند خطوط العرض القطبية نحتاج إلى سرعة قليلة جدا فعند خط عرض 77 ( فوق المنطقة المسماة نوفايا زيمليا ) تقطع الطائرة التي تبلغ سرعتها حوالي 450كم/ساعة نفس المسافة التي تقطعها نقطة معينة فوق سطح الأرض أثناء دوران الأرض حول محورها في نفس الفترة من الزمن وبالنسبة لراكب مثل هذه الطائرة تكون الشمس واقفة وتبقى معلقة في السماء بلا حراك دون أن تميل إلى المغيب وعند ذلك بالطبع يجب أن تتحرك الطائرة في الاتجاه الملائم.

والأسهل من ذلك أن نسبق القمر في دورانه الذاتي حول الأرض. إن سرعة دوران القمر حول الأرض أبطأ بتسع وعشرين مرة من سرعة دوران الأرض حول محورها (تتم المقارنة بالطبع بتلك السرع التي تسمى بالسرع (الزاوية) وليس بالسرع الخطية) ولهذا السبب تستطيع الباخرة التي تتراوح بين 25 و30 كم/ساعة أن (تسبق القمر) عند خطوط العرض المتوسطة. وقد ذكر مارك توين هذه الظاهرة في مقالاته المعنونة ( بلهاء في الخارج) أثناء رحلة عبر المحيط الأطلسي من مدينة نيويورك إلى الجزر الخالدة:

"كان الجو صيفيا رائعا وكان الليل أجمل من النهار ولاحظنا ظاهرة غريبة هي ظهور القمر في نفس النقطة من السماء وفي نفس الوقت من كل مساء وفي بداية الأمر بقي تصرف القمر بهذا الشكل الغريب لغزا محيرا بالنسبة لنا ولكننا أدركنا السبب فيما بعد : لقد كنا نوفر كل يوم عشرين دقيقة من الوقت لأننا كنا نسير بسرعة نحو الشرق أي ربحنا من الوقت كل يوم ما يكفينا للحاق بالقمر.

[محروم من الأخت]

ماذا لو اختفت قوة الاحتكاك

كثيرا ما ننظر إلى قوة الاحتكاك على أنها قوة مبددة ، ومعيقة لحركة الأجسام ،وعندما نحسب الشغل المبذول ضد الاحتكاك نعتبره شغلا ضائعا ونحاول في الكثير من التصاميم الميكانيكية تقليل قوى الاحتكاك إلى أقل قدر ممكن بغية أداء أفضل للآلات والماكينات ولكن.. هل الاحتكاك ضار إلى هذا الحد؟ وما الذي سيحدث لو أن الاحتكاك في لحظة ما قد اختفى من العالم، أي أصبح صفرا ... دعنا نرسم صورة لما يحدث للتو بعيد تلك اللحظة، ولنر ما سيلاحظه مشاهد يتابع بوسائله الخاصة من خارج الكرة الأرضية


في تمام الساعة س من يوم ص وبينما كنت أراقب سير الأمور في مدينة م وكنت تحديدا أراقب تقاطعا للسير في شمالي المدينة، لاحظت أن السير بقي مستمرا في مسرب واحد مع أن اٌلإشارة أغلقت وفتحت إشارة أخرى مقابلة، كانت السيارات تتدفق كما لو أنها لم تر إغلاق إشارة المرور، وكانت السيارات في المسرب الآخر متوقفة كما لو أنها لم تر فتح إشارتها ، وتابعت بنظري تلك السيارات التي استمرت متجاوزة الإشارة الحمراء، فإذا هي لم تنعطف مع الشارع الذي يلي الإشارة بل استمرت في خط مستقيم داخلة في العمارة الواقعة على المنعطف . وكان صوت تحطمها وتهشم واجهة العمارة عاليا وكانت السيارات لا تبدي أي مظهر ينم عن أن هناك مشكلة عند سائقيها فقد كانت تضرب المبنى كما لو كانت سلسلة قذائف موجهة نحو ذلك المبنى المسكين

أشحت بوجهي أسفا واستغرابا من هذا المنظر المروع لأرى منظرا أشد غرابة فقد كان المشاة على الرصيف المجاور ينزلقون على الشارع وعلى الرصيف كما لو كانت تحتهم طبقة من الصابون أو الجليد، وكان بعضهم يرتطم بالبعض الآخر ليسقط الجميع ولكن ليس ليسكنوا بل ليواصلوا الانزلاق على الأرض حتى يرتطم أحدهم بالآخر أو بجدار فيرتد ثانية!! أمر عجيب. وعلى مقربة من المكان كان صبي جالس على الأرض يحاول الإمساك بكرة قدم لكنها كانت تنزلق من بين يديه كما لو كانت مطلية بالشحم ويعيد المحاولة ولكن لا جدوى، ورأيت الكثيرين غيره ممن جلسوا على الأرض يحاولون الإمساك بأشياء لينهضوا ولكن لافائدة فالانزلاق هو سيد الموقف، وحزنت على ذلك العجوز الذي يحاول تثبيت عصاه على الأرض بشكل عمودي ليتوكأ عليها وينهض ولكن يده تنزلق عنها كما لو كان يمسح عليها بيده ولا يتشبث بها بكل قوته، وبعد قليل، لم أعد أرى شيئا ساكنا في الشارع، فكل ما تقع عليه العين من الأشياء السائبة يتحرك إما لأنه كان متحركا أصلا أو لأنه اصطدم بشئ متحرك فدفعه للحركة، حتى ذلك العجوز المسكين طارت عصاه بعيدا عندما صدمه شاب يتحرك جالسا لا يستطيع إيقاف نفسه وأصبح هو والعجوز يتحركان على الأرض ملوحين بيديهما لا يلويان على شيء

وبدأت أوازن الأمور في ذهني وحولت نظري صوب ركن آخر من المدينة، كانت مجموعة من الأغنام المربوطة في حظيرة قد أفلتت منذ زمن، ذلك أن حبالها قد انحلت بكل سهولة لدى أبسط جذبة من هذه الأغنام فانطلقت هائمة وبدأت تصدم إحداها الأخرى ما إن خرجت الى الشارع لأنها لم تستطع التوقف. أما في الميناء القريب فقد كان الخطب أشد إذ إن السفن التي كانت قد ربطت بحبال غليظة إلى رصيف الميناء قد أصبحت حرة وبدأت تبتعد عن الرصيف شيئا فشيئا مما أدى إلى سقوط عدد كبير من الناس الذين كانوا على السلالم يعبرون من وإلى تلك السفن كما اصطدمت سفينتان أحدث ارتطامهما ارتجاجا قويا على ظهر كل منهما أدى إلى تحطم بعض المعدات فيهما ونشب حريق لم يكن متوقعا في إحدى السفن بسبب انفلات بعض الأنابيب التي تحمل الوقود إلى أجزاء من السفينة. وسمعت صوت انفجار في منطقة المطار وكانت كارثة كبيرة قد حدثت في المطار من جراء تحطم طائرة ضخمة كانت قد بدأت بالهبوط ولكن في اللحظة التي بدأت فيها إنزال العجلات اندفعت فجأة بسرعة أكبر من المعتاد فضربت الأرض قبل إنزال العجلات ولم تتوقف بل ظلت تنزلق على مدرج المطار وبخط مستقيم حتى دخلت في أحد المباني البعيدة الذي وصلته انزلاقا على بطنها في حين كانت النيران تشتعل فيها بعد الانفجار، وعدت بنظري إلى المدينة التي كانت تغطيها بعد قليل سحب من الدخان وألسنة اللهب تتصاعد منها فيما دوي الانفجارات يتواصل كما لو كانت ساحة حرب

وبعد مرور عدة ساعات هدأ كل شيء وانجلى الدخان وعدت أتفقد الخسائر والأضرار فكان وسط المدينة الذي تشرف عليه الجبال من جميع النواحي ممتلئا بمزيج عجيب من الأشياء من بينها صخور وهياكل سيارات وأجزاء من بنايات وجثث آدمية محطمة وكميات من التراب وقطع الأثاث، فيما كانت جوانب الجبال عارية من التراب تقريبا وكثير من البنايات المقامة عليها قد انزلقت إلى الأسفل وتحطمت أو هدم جزء منها بسبب انزلاق أجسام عليها من أماكن فوقها، ولم يكن هناك أي شيء متحرك حركة انتقالية، ولكن كان هناك الكثير من الأشياء التي تدور وخاصة عجلات السيارات المنقلبة فقد بقيت تدور ولمدة طويلة دون أي تباطؤ، وأجلت ناظري في مدن أخرى مجاورة وفي مناطق أخرى فلم أجد سوى مظاهر الدمار

كان هذا المشهد منقولا من عالم تلاشت فيه فجأة قوة الاحتكاك، مما أدى إلى استمرار الأجسام المتحركة في الحركة بخط مستقيم وبنفس السرعة إلى أن ترتطم بجسم يوقفها أو يجععلها ترتد عنه ، وانحل رباط الحبال الذي يعتمد أساسا على وجود قوة الاحتكاك فيها وأفلتت أنابيب الوقود التي ثبتت أطرافها داخل بعضها اعتمادا على الاحتكاك، حتى السير السوي للإنسان على الطريق يعتمد على الاحتكاك والدليل عدم قدرة الإنسان ان يسير سويا على أرض زلقة أو على الجليد

والآن هل رأيتم كم هي نعمة قوة الاحتكاك في حياتنا اليومية. أرجو الله أن يديم لنا قوة الاحتكاك ولا يحرمنا منها

[محروم من الأخت]

القصور الذاتي

يحدثنا الكاتب الفرنسي الظريف سيرانودى برجراك - من كتّاب القرن السابع عشر - في قصته الانتقادية " تاريخ حكومة على الشمس و القمر" الصادرة عام 1652عن حادثة عجيبة يتصور أنها حدثت له0 فذات مرة عندما كان يقوم بإجراء تجارب فيزيائية وجد نفسه يرتفع عاليا في الجو مع كافة القناني المخبرية بطريقة لا يدركها العقل0 ولما تمكن من الهبوط إلى الأرض مرة أخرى بعد مضى عدة ساعات أصيب بدهشة بالغة0 إذ لم يجد نفسه على أرض وطنه فرنسا ولا حتى على أرض أوربية بل وجد نفسه على أرض أمريكا الشمالية في كندا0 وقد ظن الكاتب الفرنسي أن تحليقه المفاجئ عبر المحيط الأطلسي هو أمر طبيعي0 وقد أوضح ذلك بقوله انه عندما كان محلقا في الهواء بعيدا عن سطح الأرض كانت الأرض مستمرة في دورانها نحو الشرق كالسابق0 ولهذا السبب بالذات وجد عند هبوطه أن الأرض التي تحت قدميه ليست فرنسا بل أمريكا الشمالية0

يظهر أن هذه الطريقة هي أرخص طرق السياحة وأبسطها ! وكل ما نحتاجه هو التحليق فوق سطح الأرض والبقاء في الجو ولو لدقائق قليلة وسوف نجد بعد هبوطنا أننا في مكان مختلف تماما عن المكان الأول وبعيدا عنه باتجاه الغرب0 وعوضا عن السفر المتعب عبر الأراضي والمحيطات يمكن التعلق بسكون فوق الأرض والانتظار قليلا حتى تضع الأرض المكان المطلوب تحت قدمي السائح0 ولكن للأسف ليست هذه الطريقة المدهشة سوى بدعة من الخيال0 فقبل كل شئ أننا عندما نرتفع في الهواء لانكون في الواقع منفصلين عن الأرض بعد لأننا نبقى مرتبطين بغلافها الغازي ومعلقين بجوها الذي يساهم بدوره في حركة دوران الأرض حول محورها0

إن الهواء( وبالأحرى طبقاته السفلي الأكثر كثافة) يدور مع الأرض ويجعل كافة الأشياء الواقعة ضمنه مثل الغيوم والطائرات والطيور والحشرات الطائرة00 وغيرها تدور هي الأخرى مع الأرض0 ولو كان الهواء لا يشارك الأرض في دورانها لكنا نشعر عند وقوفنا على الأرض بر ياح عاتية تكون أقوى العواصف الهوجاء بالنسبة أليها بمثابة نسمات خفيفة 0 إن الأمر لا يختلف أبدا سواء كنا نقف في مكاننا والهواء يتحرك بقربنا أم كان الهواء ساكنا وكنا نتحرك فيه لأننا في كلتا الحالتين نشعر بنفس قوة الرياح0 إن راكب الدراجة النارية المنطلقة بسرعة 100 كم ساعة يشعر برياح قوية جدا حتى عندما يكون الجو هادئا تماما0 وبعد ذلك فإننا حتى لو تمكنا من الارتفاع إلى أعلى طبقات الجو أو إذا كانت الأرض غير محاطة بالهواء بتاتا لما كان في استطاعتنا والحالة هذه أن نستخدم تلك الطريقة السياحية الرخيصة التي تخيلها سيرانودى برجراك0

وفي الواقع عندما نبتعد عن سطح الأرض الدوارة فإننا بدافع القصور الذاتي نستمر في حركتنا بنفس السرعة السابقة أي بنفس السرعة التي تدور بها الأرض الواقعة تحتنا0 وحينما نهبط إلى الأرض ثانية نجد أنفسنا في نفس المكان الذي كنا قد انفصلنا عنه سابقا وهذه الحالة مشابهة تماما لتلك الحالة التي نقوم فيها بقفزة داخل عربة قطار متحرك حيث نقع على أرض العربة في نفس المكان الذي قفزنا منة0 ولكننا في الواقع سنتحرك إلى الأمام بدافع القصور الذاتي (على المماس) أما الأرض الواقعة تحتنا فستتحرك على القوس0 ولكن عندما تكون الفترات الزمنية قصيرة لا يصبح لهذا الأمر أي تأثير يذكر على جوهر المسألة.

الحرارة ومصادرها
[عزيزي الزائر يتوجب عليك التسجيل بالمنتدى لمشاهدة الرابط]
تستمد الأرض الطاقة من الشمس على شكل حرارة تصلها مباشرة وتؤثر طاقة جذب الشمس في الأرض فتبقيها في مدار حولها تحدث خلاله اختلافات في درجة الحرارة على المناطق المختلفة من سطح الأرض، كذلك تؤثر الأرض في القمر الذي يدور في مدار حولها ويستمد جزءا من طاقته الضوئية والحرارية منها. تظهر هذه الصورة التي التقطتها مركبة الفضاء أبوللو 8 كوكب الأرض كما ظهر لها من على سطح القمر، وقد أضاءت الشمس جزءا منه وغرق الجزء الآخر في الليل.

قال تعالى: وكل في فلك يسبحون صدق الله العظيم.

الحرارة ومصادرها

1. الطاقة

إذا نظرنا إلى ما يحيط بنا نجد أنه يتشكل كله من المادة التي تتكون من ذرات وجزيئات، وتتشكل في إحدى الحالات الصلبة أو السائلة أو الغازية ونلاحظ أن هذه المادة منها الساكن ومنها المتحرك ومنها الساخن ومنها البارد ومنها المضيء ومنها المعتم. هذه السمات الأخيرة؛ السكون والحركة والسخونة والبرودة والإضاءة والإعتام صفات تكتسبها المادة دون أن تغير جوهرها أو تركيبها وهي ناتجة عن اكتساب المادة ما نسميه الطاقة، التي تنتقل من المادة وإليها وبأشكال مختلفة والطاقة هي الوجه الآخر لموجودات الكون غير الحية. فالجمادات بطبيعتها قاصرة عن تغيير حالتها دون مؤثر خارجي، وهذا المؤثر الخارجي هو الطاقة، فالطاقة هي مؤثرات تتبادلها الأجسام المادية لتغيير حالتها، فمثلا لتحريك جسم ساكن ندفعه فنعطيه بذلك طاقة حركية. ولتسخين جسم نعطيه طاقة حرارية، ولجعل الجسم مرئيا نسلط علية ضوءا فنعطيه طاقة ضوئية، وهناك أشكال أخرى من الطاقة كالطاقة الصوتية والكيميائية والكهربائية والنووية. ونحتاج إلى الطاقة في مختلف مجالات الحياة لتشكيل وتحريك واستخدام المادة المحيطة بنا لتسخيرها في خدمتنا. ولو حاولنا استقصاء وجود الطاقة وشكلها في حياتنا اليومية لوجدناها في كثير مما يحيط بنا:

تدبر الحالات التالية وحاول معرفة نوع الطاقة المتضمن في كل حالة.

1- عامل بناء ينقل الطوب من موقع إلى آخر داخل بناية.

2- خباز يدخل الأرغفة عجينا في المخبز ثم يخرجها ناضجة شهية للأكل.

3- سائق يطلق بوق السيارة وأمامه قطيع من الأغنام.

4- سيدة تضغط كبسة الإنارة في البيت مساء.

5- بطارية جافة تستخدم لتشغيل ساعة.

6- مفاعل نووي يقوم بتحلية مياه البحر.

7- محطة على نهر كبير تولد الكهرباء من المياه الساقطة .
[عزيزي الزائر يتوجب عليك التسجيل بالمنتدى لمشاهدة الرابط]
من الواضح أن العامل يعطي الطوب طاقة حركية عند نقله والخباز يعرض الأرغفة للطاقة الحرارية أما السائق فيولد طاقة صوتية من بوق السيارة. والسيدة تزود اللمبة بطاقة كهربائية كيما تعطيها اللمبة طاقة ضوئية، والبطارية الجافة تستخدم الطاقة الكيميائية لإنتاج الطاقة الكهربائية، والمفاعل يحلي مياه البحر المالحة باستخدام الطاقة النووية أما محطة التوليد على السد فتحول الطاقة الحركية للمياه الساقطة إلى طاقة كهربائية. وتبين الصورة التالية تحويل الطاقة الحرارية إلى حركية.

[عزيزي الزائر يتوجب عليك التسجيل بالمنتدى لمشاهدة الرابط]
-1 الطاقة الميكانيكية:

من أكثر أشكال الطاقة ظهورا واستخداما في حياتنا الطاقة الميكانيكية، وهي الطاقة المسؤولة عن كل أنواع الحركة التي نراها. وتحوي الطاقة الميكانيكية نوعين رئيسيين هما طاقة الحركة وطاقة الوضع.

فعند دفع كرة لتتدحرج على مستوى أفقي نقول أن معها طاقة حركة مكنتها من الاستمرار في الحركة. ونقول عن كل جسم متحرك أنه يمتلك طاقة حركة تزيد بزيادة كتلته وسرعته، إذ تعطى طاقة الحركة لجسم كتلته ك وسرعته ع كما يلي:

طح = ك ع2

ولإيقاف هذا الجسم علينا أن نأخذ منه تلك الطاقة بأن نجعله يصدم جسما آخر مثلا فيعطيه هذه الطاقة بينما يتوقف هو عن الحركة.

والنوع الآخر هو طاقة الوضع أو الطاقة الكامنة وهي ما نختزنه في الجسم عندما نرفعه إلى أعلى، إذ أننا لو تركناه بعدئذ فإنه يتحرك ساقطا. مما يدل على أن طاقة ما كانت معه بدأت تتحول إلى حركة. هذه الطاقة الكامنة أو المختزنة فيه نسميها طاقة الوضع. كذلك لو ضغطنا زنبركا فإننا نختزن فيه طاقة وضع بدليل أنه عند إفلاتنا له يمكن دفع جسم أمامه وتحريكه، وعند وضع شحنتين متماثلتين قريبا من بعضهما فإن طاقة كامنة تختزن فيهما. وعند إفلاتهما تتحركان متنافرتان عن بعضهما.

1-2 الشغل :

عندما يؤثر مؤثر على جسم فيحركه من مكانه نقول أن هذا المؤثر بذل شغلا على هذا الجسم. فإذا أثر هذا المؤثر بقوة ق على جسم فحركه باتجاهها مسافة ف فإننا نعرف الشغل الذي بذله بأنه:

غ = ق × ف

وحيث أن ناتج الشغل هو طاقة ميكانيكية أي طاقة حركية أو طاقة وضع فإن طاقة الحركة التي يزودها المؤثر للجسم سوف تساوي الشغل المبذول عليه أي:

غ = طح = ق × ف = ك ع2

كذلك إذا تحول الشغل إلى طاقة وضع عند رفع الجسم إلى أعلى مثلا فان القوة اللازمة لرفع الجسم هي وزنه (ك × جـ) وبذلك فإن:

غ = ق × ف = (ك × جـ) × ف

أما عند سقوط الجسم من الأعلى إلى الأسفل فإنه يحول الطاقة الكامنة فيه تدريجيا إلى طاقة حركة فتكون:

ك × جـ × ف = ك ع2

ونقول أن الطاقة الكامنة في الجسم قد تحولت كلها إلى طاقة حركة عندما يهبط الجسم إلى الارتفاع الأصلي الذي كان علية قبل رفعه. ومن الأمثلة على هذه التحولات البندول البسيط.

نشاط :

1. اربط كتلة صغيرة بخيط رفيع وعلقها بمسمار على الجدار وضع خطا أفقيا رفيعا على الجدار عند نقطة محاذية لها.

2. حرك الكتلة قليلا إلى اليمين ثم اتركها ولاحظ ما يحدث.

3. راقب متى يكون ارتفاع الكرة عن الخط أكبر ما يمكن ومتى يكون أصغر ما يمكن.

4. سجل النقاط التي تكون عندها طاقة الحركة أكبر ما يمكن أو أقل ما يمكن.

5. سجل النقاط التي تكون عندها طاقة الوضع أكبر ما يمكن أو أقل ما يمكن.

لعلك لاحظت أن البندول يتحرك بأسرع ما يمكن عند نقطة الاتزان ويتوقف عند النقطتين يمينا ويسارا البعيدتين عن نقطة الاتزان. إن طاقة الحركة تتحول إلى طاقة وضع ثم تعود طاقة الوضع إلى طاقة حركة وهكذا يتذبذب البندول ذهابا وإيابا لكنة يتوقف في النهاية، فأين ذهبت طاقته؟

لقد كان هناك احتكاك بين البندول وبين الهواء خلال حركته وبذلك كانت طاقة البندول تتحول تدريجيا إلى طاقة لتحريك الهواء وإلى حرارة بين البندول والهواء. فالطاقة إذن لم تختف ولكنها تحولت إلى شكل آخر وهذا ما ينص علية مبدأ حفظ الطاقة والذي يقول:

الطاقة لا تفنى ولا تخلق ولكنها تتحول من شكل إلى آخر.

وهكذا فيمكننا بواسطة الأجهزة المختلفة التي تم اختراعها وبناؤها في حضارتنا الحديثة تحويل أي شكل من الطاقة إلى أي شكل آخر

[عزيزي الزائر يتوجب عليك التسجيل بالمنتدى لمشاهدة الرابط]
نشاط:

في الجدول التالي ضع اسم الجهاز الملائم الذي يقوم بتحويل كل من أشكال الطاقة في العمود الأول إلى الشكل المقابل في العمود الثالث:

[عزيزي الزائر يتوجب عليك التسجيل بالمنتدى لمشاهدة الرابط]
المروحة، المكيروفون، المفاعل النووي، مدفأة الغاز، اللمبة.



2. الطاقة الحرارية :

2-1 ما هي الطاقة الحرارية :

في يوم حار قائظ يبحث المرء عن مكان ظليل يقيه التعرض المباشر للشمس التي تعتبر المصدر الأكبر للحرارة. فإذا استظل المرء بظل شجرة أو بناء فإنه يشعر بالراحة وذلك لأن الحرارة التي تصله من الشمس تقل. وينطبق هذا على الضوء لأن الظل بالمفهوم الدارج هو المنطقة التي يحجب عنها الضوء. فحرارة الشمس إذن كالضوء يمكن حجبها بواسطة مظلة أو بناء أو غيرها. والحقيقة أن الطاقة الحرارية والضوئية لهما منشأ واحد وعادة ما تترافق الحرارة مع الضوء حيث يشكل كل منها جزءا مما يسمى الطيف (الإشعاع) الكهرمنغاطيسي الذي يضم بالإضافة إليهما أشكالا أخرى من الطاقة الكهرمنغاطيسية. فالضوء هو أمواج كهرمغناطيسة والحرارة أيضا أمواج كهرمنغاطيسية تسمى الأشعة تحت الحمراء لكن طاقة كل منهما تختلف عن الأخرى وطبيعية الإحساس به تختلف أيضا. والطاقة الحرارية تنتقل بواسطة الأشعة تحت الحمراء وعندما تمتصها المادة فان جزيئاتها تتذبذب في موضعها بسرعة أكبر إن كانت صلبة أو تنتقل عشوائيا بسرعة أكبر إن كانت سائلا أو غازا وهذا ما نلاحظه عند تسجين الماء مثلا . وهنا نقول أن الطاقة الحرارية عند امتصاصها قد تحولت إلى طاقة حركية لكن على مستوى الجزيئات وليس على مستوى الأجسام ككل.

2-2 مصادر الحرارة :

يمكن الحصول على الطاقة الحرارية كما ذكرنا سابقا من أي نوع من أنواع الطاقة الأخرى، غير أن هناك مصادر يكون التحويل منها إلى حرارة ضعيفا كالطاقة الضوئية والصوتية، وهناك مصادر قوية تعطي كمية كبيرة من الطاقة الحرارية التي يستفاد منها … ومن المصادر الضعيفة يمكننا الحصول على الطاقة الحرارية لأغراض القياس والتصوير والدارسة فقط كما في تصوير الكون بالأشعة تحت الحمراء، والمنظار الليلي ،وقياس درجة حرارة جسم المريض، ودرجة حرارة مياه البحر، ودرجة حرارة الجو …. الخ.

[عزيزي الزائر يتوجب عليك التسجيل بالمنتدى لمشاهدة الرابط]
أما المصادر القوية فهي التي تعطينا كمية من الحرارة لاستخدامها في حياتنا العملية للأغراض المختلفة، كالطهي والتدفئة في المنازل والصناعات المختلفة من صهر وتشكيل المعادن إلى الصناعات البلاستيكية إلى تكرير البترول والصناعات الغذائية … الخ. وفيما يلي بعض المصادر القوية للطاقة الحرارية
2-3 بعض مصادر الحرارة :

2-3-1 الشمس :

[عزيزي الزائر يتوجب عليك التسجيل بالمنتدى لمشاهدة الرابط]
تعد الشمس من أكبر مصادر الضوء والحرارة التي سخرها الله سبحانه وتعالى لاستمرار الحياة على سطح كوكبنا الأرض "وهو الذي جعل القمر نورا والشمس ضياء " وتمد الشمس أرضنا والكواكب الأخرى بالحرارة حسب بعدها عنها حيث يتلقى كل متر مربع من سطح الأرض في الثانية الواحدة ما معدله 1400 جول من الطاقة الشمسية، وتتوزع هذه الطاقة على أجزاء الأرض حسب قربها من خط الاستواء الذي يحظى بأكبر نصيب منها والطاقة الشمسية ضرورية لمعظم الكائنات الحية على سطح الأرض لاستمرار حياتها، وهي تمتص هذه الطاقة بطرق مختلفة خاصة الغطاء النباتي، وهي ضرورية للحفاظ على درجة حرارة سطح الأرض والغلاف الجوي والمائي لملائمة الكائنات التي تعيش في كل منها، ويمكننا الاستفادة من الطاقة الشمسية بطرق مختلفة فضلا عن ضرورتها للحياة بشكلها الطبيعي. فالسخانات الشمسية فوق أسطح المنازل تقوم على تسخين المياه بتعرضها المباشر للشمس، والخلايا الشمسية التي تولد الكهرباء تعتمد على تحويل الإشعاع الشمس إلى كهرباء تستخدم في المنازل وفي المشاريع الواقعة في المناطق النائية. وينظر إلى الطاقة الشمسية كمصدر نظيف للطاقة لا يلوث البيئة ولا توجد له مخاطر تذكر على الحياة على سطح الأرض وتتولد الطاقة الشمسية نتيجة تفاعلات الاندماج النووي، التي تحدث داخل الشمس وتجعلها بالتالي مصدرا مستعرا للحرارة إذ تبلغ درجة حرارة سطحها حوالي 6000 درجة مئوية بينما ترتفع في باطنها إلى ملايين الدرجات وترسل الشمس الأشعة الكهرمغناطيسية بكل أنواعها ، ومن ضمنها الأشعة تحت الحمراء الحرارية وأشعة الضوء المرئي والأشعة فوق البنفسجية التي تقوم طبقة الأوزون بعكس جزء كبير منها فتمنع عنا ضررها. فهي تصيب جلد الإنسان الذي يتعرض لها لفترة طويلة بالحروق والأذى لكنها ضرورية لبعض الكائنات.



2-3-2 الوقود العضوي/البترول .

يشكل البترول عصب الحياة الصناعية والحضارة الحديثة، فهو يزودنا بالطاقة بشكل فعال في كل المجالات، وعلية وعلى الفحم قامت أسس الحضارة التي نشهدها الآن. يعطي البترول لدى احتراقه كمية كبيرة من الحرارة، وتمكن طبيعته وإمكانية تحليله إلى مشتقاته المختلفة من استخدامه في الكثير من المجالات من الصناعات الثقيلة إلى المتوسطة والخفيفة، وفي المواصلات والدفاع والتدفئة والأغراض المنزلية. ويتكون البترول من مركبات عضوية من الكربون والنيتروجين والهيدروجين وعند احتراق هذه المركبات فان الطاقة الموجودة في الروابط بين ذراتها تتحرر لنستفيد منها كطاقة حرارية. وقد كان البترول هو العنصر الرئيسي في الصناعات والنقل خلال القرن الحالي بعد أن كان استخدام الفحم هو المسيطر في مجال الطاقة. ولعل بعض الدول لازالت تنتج وتستعمل الفحم الحجري إلى يومنا هذا. أما في جسم الإنسان فان الغذاء هو الوقود العضوي الذي يوفر للجسم حاجته من الطاقة. فالكربوهيدرات هي مواد عضوية يتم حرقها داخل خلايا الجسم لتمدها بالطاقة الحرارية اللازمة للقيام بالعمليات الحيوية التي تعتمد عليها العضلات والدماغ والأعصاب في عملها.

غير أن لهذا المصدر من مصادر الطاقة سلبية كبرى هي مخلفات الاحتراق التي تؤدي إلي تلوث البيئة . فمهما كانت عمليات الاحتراق نظيفة فلا بد لها من إنتاج كميات من ثاني أكسيد الكربون الذي بات يشكل تركيزه في الغلاف الجوي تهديدا لاستقرار المناخ فيما يعرف بظاهرة البيت الزجاجي حيث يمنع ثاني أكسيد الكربون خروج الحرارة الزائدة من الأرض إلى الفضاء على شكل أشعة تحت حمراء الأمر الذي يؤدي إلى ارتفاع درجات الحرارة على سطح الأرض ويهدد بانصهار كميات من جليد القطبين لترفع منسوب مياه البحار والمحيطات مما يهدد بإغراق مدن ساحلية كثيرة في العالم. كما يؤدي ارتفاع درجات الحرارة إلى تصحر وجفاف مزيد من الأراضي الزراعية وبالتالي القضاء على العديد من الكائنات الحية. مما يستوجب الحد من إطلاق ثاني أكسيد الكربون في الجو والعمل على خفض تركيزه الحالي.



2-3-3 الطاقة النووية:

بحلول بداية القرن الحالي كانت العلاقة بين المادة والطاقة قد أصبحت في مركز اهتمام علماء الفيزياء، ووضعت نظريات عدة أدت إلى التنبؤ النظري بإمكانية تحويل المادة إلى طاقة وتحويل الطاقة إلى مادة. وبدأ العمل التجريبي لتحقيق ذلك، فتحقق التفاعل المتسلسل الذي يقوم على انشطار نواة ذرة اليورانيوم لتعطي كمية كبيرة جدا من الطاقة ولتنتج نواتين صغيرتين مجموع كتلتيهما أقل من كتلة نواة اليورانيوم مما يعني أن فرق الكتلة قد تحول إلى طاقة، هذه هي الطاقة النووية. وكان من نتائج هذه التجارب خلال الحرب العالمية الثانية أن تكثفت الجهود عند الدول العظمى لصنع القنبلة النووية والتي كان أول من استخدمها الولايات المتحدة الأمريكية ضد اليابان حيث ألقيت قنبلتان على كل من مدينتي هيروشيما وناغازاكي وكان أثر تدميرهما هائلا.

واستمر البحث بعد ذلك حتى صنعت القنبلة الهيدروجينية التي تقوم على اندماج أربع نوى هيدروجين لإنتاج نواة هيليوم وإطلاق طاقة هائلة تفوق كثيرا طاقة انشطار اليورانيوم .وهذا في الحقيقة هو التفاعل الذي يحدث داخل الشمس.


[عزيزي الزائر يتوجب عليك التسجيل بالمنتدى لمشاهدة الرابط]
وبعد ذلك اتجهت جهود العلماء إلى الاستخدامات السلمية للطاقة النووية، فأنشئت المفاعلات النووية التي تزودنا بكميات كبيرة من الحرارة لكنها مصممة بحيث يتم التحكم بها بحيث لا تؤدي إلى انفجار. وتستخدم هذه الحرارة في توليد البخار الذي يدير المولدات الكهربائية التي تزود الكثير من الدول كمعظم الولايات المتحدة وكندا مثلا بالكهرباء. كما تستخدم لتحلية مياه البحر ولتطبيقات أخرى مفيدة.

غير أن لهذا النوع من مصادر الحرارة أيضا سلبية كبرى هي النشاط الإشعاعي الناتج من المخلفات النووية المشعة التي تنتجها المفاعلات النووية والتي يصعب التخلص منها والتي تشكل خطرا كبيرا على الكائنات الحية لا ينتهي قبل مرور آلاف وربما ملايين السنين. فضلا عن الحوادث التي قد تقع نتيجة التقصير والإهمال كما حدث في كارثة انفجار مفاعل تشيرنوبل في أوكرانيا عام 1986.



2-3-4 الطاقة الجوفية :

[عزيزي الزائر يتوجب عليك التسجيل بالمنتدى لمشاهدة الرابط]
عندما يثور بركان نلاحظ أنة يقذف في الجو حمما ساخنة جدا قوامها الصخر المنصهر ودرجة حرارتها عالية جدا وتسيل هذه الحمم على جوانب الفوهة البركانية لتسبب احتراقا وموتا لكل الكائنات المحيطة بها. وهذا دليل على أن باطن الأرض يحوي من الحمم والصهير الكثير مما يمكن أن يكون مصدرا جيدا للحرارة لو أمكن تطويعه واستخدامه لمنفعة البشر. ومن الظواهر التي تساعد في ذلك ما يسمى الفوارات الساخنة، وهي ينابيع مياه ساخنة تقع في مناطق الصدوع
[عزيزي الزائر يتوجب عليك التسجيل بالمنتدى لمشاهدة الرابط]
الأرضية حيث تتسرب المياه الجوفية عبر الصدوع الأرضية والشقوق إلى أعماق كبيرة بحيث تلامس مناطق شديدة السخونة فتسخن وتصعد إلى أعلى فوارة وبقوة، نافثة بخار الماء. وبعض هذه الينابيع يثور ويهمد عدة مرات في الساعة وبعضها يتدفق باستمرار وبشكل انسيابي حاملا معه المعادن المذابة من طبقات الصخور العميقة. ويقصد الناس هذا النوع من الينابيع للاستشفاء والاستمتاع بحمامات ساخنة من المياه الطبيعية. غير أن هناك مشاريع تقوم على استغلال حرارة المياه المنطلقة من الأرض في توليد الكهرباء. [/font][/size][/color]

[محروم من الأخت]

ما هي درجة الحرارة؟



نقول أن الجو حار أو بارد، نعيش في مدى حراري يتراوح ما بين 10 درجات مئوية إلى 30 درجة مئوية. ونعتبره معقولا ومقبولا فإذا زادت درجات الحرارة أو نقصت عن ذلك نحتاج إلى وسائل تساعدنا على الشعور بالوضع الطبيعي فنلبس ثيابا ثقيله للتدفئه أو خفيفه في الحر.
ولكن ماذا نعني بالضبط بدرجات الحرارة ؟

ما هي الحرارة؟

الحرارة نفسها هي شكل من أشكال الطاقة، وهي تحديدا طاقة حركية تحملها جزيئات المادة على شكل اهتزازات. وحركات لهذه الجزيئات وبأشكال مختلفة. فالجزئ المكون من ذرتين يمكنه أن يتحرك بثلاثة كيفيات:
1- إهتزاز تجاذب وتنافر بين الذرتين.
2- حركة دورانيه حول محور معين تدور الذرتان حوله.
3- حركه إنتقاليه للجزئ ككل في الوسط المحيط.
وبذلك فالطاقة التي يختزنها أو يحملها هذا الجزئ تكون أكبر إذا كان متحركا بسرعة كبيرة أو يدور حول محوره أو يهتز بتردد كبير. ويمكننا زيادة هذه الطاقه بالتسخين. ولكن ما معنى التسخين؟

ما معنى التسخين؟


عند ما تهتز شحنة كهربائية فإنها تطلق موجة كهرمغناطيسيه يتناسب طول موجتها وبالتالي ترددها مع تردد اهتزاز هذه الشحنة. والعملية العكسية ممكنة كذلك. فالجزئ الذي يتعرض لموجة كهرمغناطيسية بتردد معين (يتوافق مع المدى الذي يمكنه الاهتزاز ضمنه) يمتص طاقة هذه الموجة ويهتز بتردد أكبر مما كان عليه وهنا نقول أن الطاقة التي يحملها هذا الجزيء أصبحت أكبر وهذا ما يعنيه تسخين جزيء واحد. فإذا كنت تتحدث عن طاقة عدد أفوغادرو من الجزيئات (ا مول) أي حوالي 2310 جزيئا فإن عليك جمع الزيادة في طاقة كل جزئ لتحصل على الزيادة الكلية في طاقة هذا المول من الجزيئات. ونقول أن لكل مادة سعة حرارية وأن بعض المواد يمكنها إختزان طاقة حرارية كبيرة في حين أن البعض الآخر لا يمكنه ذلك. ويعود الأمر إلى التردد الذي يهتز به جزيء هذه المادة وإلى طاقة الحركة الدورانيه والإنتقاليه لهذا الجزيء.

ما هي درجة الحرارة؟

نعرف درجة حرارة جزيء بأنها مقياس لمعدل طاقة الحركة الكليه للجزيء وتعطى كالتالي:



حيث (K) هي معدل طاقة الحركة الجزئ (T) درجة حرارته بوحدة كلفن (k) ثابت يسمى ثابت بولتزمان.

وباستخدام هذا التعريف نعبر عن السعة الحرارية لمادة بأنها كمية الطاقة التي يمكنها رفع درجة حرارة هذه المادة بمقدار درجة واحدة وهذه الدرجة يمكن أن تكون درجة مئوية أو كلفن كما سيرد لاحقا. إذن فكمية الحرارة التي يمكن أن تحتويها مادة ما يمكن حسابها بأخذ معدل طاقة حركة الجزئ الواحد وضربه في عدد الجزيئات فكلما كان بإمكان الجزئ الواحد أن يختزن طاقة أكثر كلما أصبحت السعة الحرارية للمادة التي تتكون منه أكبر. وعليه نتوقع أن تكون السعة الحرارية للمواد الصلبه بوجه عام أقل من السوائل وهذه بدورها أقل منها للغاز باعتبار حرية الحركة للسائل أكثر منها للصلب وكذلك للغاز أكبر منها للسائل. ونجد مثلا أن السعة الحرارية للفولاذ هي 0.447 وللماء 4.169 وللهيدروجين 14.250 كيلو جول / كلفن.
ونعرف كمية أخرى هي السعة الحرارية للكيلو غرام الواحد من المادة وتسمى الحرارة النوعية. فكمية الحرارة اللازمه لتسخين كيلو غرام واحد من الماء درجة واحده تختلف عن الكمية اللازمه لذلك للنحاس مثلا فنقول أن الحرارة النوعية للماء أكبر منها للنحاس.


درجة مئوية أم كلفن؟

أما مسألة درجة مئويه أو كلفن فقد كان مقياس درجة الحرارة لمدة طويلة مبنيا على تقسيم درجات الحرارة ما بين إنصهار الجليد وغليان الماء إلى مئة درجة سميت مئويه (أو سليسيوس). أما بتعريف درجة الحرارة بدلالة معدل طاقة الحركه فقد حسبت الدرجة التي تكون عندها طاقة حركة الجزيء صفرا فكانت حوالي (-273 درجة مئوية) وسميت هذه درجة الصفر المطلق. وعليه فالصفر المئوي يقابل 273 كلفن فوق الصفر المطلق ويعتبر مقياس الدرجات المطلقه (كلفن) متوافقا مع الحسابات الفيزيائية وينبغي استخدامه للتعويض في كثير من القوانين التي تتضمن درجة الحرارة. والصفر المطلق (-273 درجة مئويه) هو درجة لم يمكن الوصول إليها عمليا حتى الآن.

ويتبادر إلى الذهن سؤال : ما هي درجة حرارة الفضاء؟
فالفراغ المطلق إذا كان لا يحوي أي جزيئات ماديه فلا معنى للحديث عن درجة حرارة للفضاء. لكن الفضاء يحوي قدرا ضئيلا جدا من جزيئات المادة مبعثره في الكيلو متر المكعب الواحد ويحوي كذلك النجوم والكواكب والمجرات. فعند الحديث عن معدل درجة حرارة الفضاء فالمفروض أن تؤخذ الطاقة الكلية بعين الاعتبار وأن يحسب معدل طاقة حركة الجزئ الواحد في المنطقة المعنية وعليه تقدر درجة حرارة الفضاء. وحسب الأرصاد الفلكية والحسابات المتعلقه بها، يقدر معدل درجة حرارة الفضاء بحوالي 3 كفن بينما تقدر درجة حرارة سطح الشمس بحوالي 6000 كلفن.

فتأمل وقل سبحان الله.




نكمل معكم في وقت قريب وتقبلوا تحياتي

[محروم من الأخت]

طبيعة الضوء





أ – طبيعة الضوء The nature of light

1 – نظرية نيوتن الجسيمية لطبيعة الضوء :

قبل بداية القرن الثامن عشر كان الاعتقاد سائد بان الضوء عبارة عن جسيمات تصدر من المصدر الضوئي وتستحث حاسية النظر من خلال دخولها إلى العين وكان المنزعم لهذه النظرية هو اسحاق نيوتن والذي استطاع بهذه النظرية تفسير بعض الظواهر العملية المتعلقة بطبيعة الضوء منها التحقق من صحة قوانين انعكاس الضوء . وقد لاقن النظرية الجسيمية لطبيعة الضوء القبول من الكثير من العلماء في ذلك الوقت ولم تستطع أن تعطي التفسير الجيد لبعض الظواهر الضوئية مثل انكسار الضوء وتداخل الضوء .

2 – نظرية هيجينز Huggens :

خلال تلك الفترة (نيوتن مازال حياً ) فقد افترض هيجنز نظرية اخرى لطبيعة الضوءوهي أن الضوء عبارة عن نوع من أنواع الامواج وكان ذلك في عام 1678 م واستطاع أن يفسر ويحقق قوانين الانعكاس والانكسار باستخدام هذه النظرية . ولم تلقى هذه النظرية ترحاب علمي في بداياتها لعدة اسباب منها : أن جميع الامواج المعروفة قي ذلك الوقت (صوت ، ماء ، ... الخ) تنتقل خلال وسط مادي بينما الضوء يستطيع ان ينتقل إلينا من الشمس خلال الفراغ ، ومن ناحية اخرى إذا كان الضوء عبارة عن امواج فإن الكوجة يمكنها أن تنعطف حول العقبات ولذلك يمكن ان نرى حوالين الزوايا . ومعلوم الان بان الضوء له القدرة على الانعطاف حول الحواف وتعرف هذه الظاهرة بالحيود diffraction مع انه ليس من السهولة ملاحظة ذلك لان الضوء له طول موجي قصير . وكما ذكرنا سابقاً فلن هذه النظرية لاقت الفض من قبل الكثير من العلماء وخصوصاً بسبب سمعة نيوتن في ذلك الوقت وشهرته .

وأول تفسير يبين الطبيعة الموجية للضوء تم في عام 1801 م على يد العالم يونج Young الذي بين عملياً بأنه تحت شروط معينة فإن الضوء يتبع ظاهرة التداخل والذي هو عبارة عن اتحاد موجتين لهما نفس الطول الموجي ونابعين من نفس المصدر ليكونا مناطق مضيئة عند حدوث التداخل البناء ومناطق مظلمة عند حدوث التداخل الهدام .

هذا السلوك من التداخل لم تستطع النظرية الجسيمية تفسيره في ذلك الوقت لانه أن يتحد جسيمين ويلغي بعضهما البعض غير منطقي ، وخلال تلك الفترة استطاع عالم آخر هو فوكلت Foucalt أن يبين بأن سرعة الضوء في الزجاج والسوائل المفروض أن تكون أسرع منها في الهواء كما أن هناك تطور آخر في القرن التاسع عشر قاد إلى القبول العام بالمظرية الموجية للضوء .

3 – نظرية ماكسويل :

أهم تطور يتعلق بالنظرية الموجية للضوء كان العمل الذي قام به ماكسويل Maxwell سنة 1873م والذي بين بأن الضوء شكل من اشكال الامواج الكهرومغناطيسية ذات الترددات العالية ، نظريته تنبأت بأن هذه الامواج لابد أن يكون لها سرعة تساوي 3×10^8 م/ث والتي هي عبارة عن سرعة الضوء . واستطاع هيرتز أن يثبت ذلك عملياً سنة 1887 م وذلك بانتاج وإلتقاط أمواج كهرومغناطيسية كما بين بأن تلك الامواج الكهرومغناطيسية تسلك نفس سلوك الضوء من انعكاس وانكسار وكل خواص الامواج .

بالرغم من أن النظرية الكهرومغناطيسية استطاعت تفسير الكثير من خواص الضوء إلا أن هناك بعض الظواهر لم تستطع أن تعطيها التفسير المقبول إذا اعتبرنا أن الضوء عبارة عن أمواج ، من أهمها الظاهرة الكهروضوئية والتي هي عبارة عن تحرر إلكترون من المعدن عند تعرضه سطحه لشعاع ضوئي .وقد بينت التجارب بأن الطاقة الحركية للإلكترون المتحرر لا تعتمد على شدة الضوء المسلط وهذا بحد ذاته تناقض للنظرية الموجية التي تقول بأنه كلما زادت شدة الشعاع المسلط كلما زادت الطاقة المضافة للإلكترون المتحرر .

4 – نظرية آنيشتاين :

لقد تم تفسير هذه الظاهرة بواسطة نظرية آينشتاين سنة 1905 م والتي بنيت على مفهوم ماكس بلانك Max Planck الذي افترضه سنة 1900 م والذي يقول بأن طاقة الموجة الضوئية تكون متجمعة في حزم طاقية تسمة فوتونات ، ولذلك يقال بأن الطاقة مكممة quantized وبناءاً على نظرية آينشتاين فإن طاقة الفوتون تتناسب مع تردد الموجة الكهرومغناطيسية

E = h f

h = 6.626*10^-34 j.s

ومن المهم أن نلاحظ بأن هذه النظرية احتفظت بكلا النظريتين الضوئيتين (النظرية الموجية والنظرية الجسيمية) وتفسير الظاهرة الكهروضوئية هو نتيجة لانتقال الطاقة من الفوتون المفرد الى الكترون في المعدن ، أي انه حصل تجاذب بين الالكترون والفوتون الضوئي وكأن هذا الالكترون اصطدم بجسيم وتبادل معه الطاقة ، وهذا الفوتون يسلك سلوك موجي لان طاقته تتحقق بالتردد .

بالنظر الى كل ما سبق فلابد أن نعرف بأن الضوء له ازدواجية طبيعية ، أي انه في بعض الحالات يعمل كموجة وفي بعض الاحيان يعمل كجسيم , فنظرية الامواج الكهرومغناطيسية تعطي التفسير الجيد لانتقال الضوء وتفسير ظاهرة التداخل . بينما الظاهرة الكهروضوئية والتجارب الاخرى المشتملة على تجاذب الضوء مع المادة أفضل تفسير على أن الضوء عبارة عن جسيمات . فالان هل الضوء موجات ام جسيمات ؟ الجواب على ذلك هو انه في بعض الاحيان يعمل كامواج وفي بعض الاحيان كجسيمات .



قصة الأشعة السينية x-ray


[عزيزي الزائر يتوجب عليك التسجيل بالمنتدى لمشاهدة الرابط]


لعدة أيام متتالية من بداية شهر يناير لعام 1896م كانت "المانشتات" العريضة على الصفحات الأولى في صحف العالم الغربي تتحدث عن ما وصفته "باكتشاف علمي مثير" وأشارت تلك الصحف إلى أن صاحب ذلك الاكتشاف هو الفيزيائي الألماني ويلهلم رونتجن وأفاد بأن هذا الاكتشاف هو عبارة عن نوع جديد من "الضوء" قادر على اختراق الخشب واللحم والأنسجة اللينة ومعظم الأجسام المعتمة الأخرى .وذكرت الصحف أن البروفيسور رونتجن قد استطاع – باستخدام هذه الأشعة – تصوير عظام اليد البشرية كما قام بتصوير قطع من المعادن محفوظة داخل صندوق خشبي مغلق وراحت إحدى الصحف تعلّق :] إن هذه الصحيفة تؤكد لقرائها أن هذا الأمر ليس دعابة أو خدعة ولكنه في الواقع اكتشاف جاد لبروفيسور ألماني جاد [

لقد كان اكتشاف الأشعة السينية إحدى الصدف في التاريخ العلمي التي يسخرها الخالق عز وجل لعباده - بين الفينة والأخرى - ليكتشفوا أبعادا جديدة في دائرة معرفتهم بسنن الله في كونه الرحيب وتتسع تجربتهم البشرية علمياً وإدراكا فلقد كان رونتجن مهتماً بدراسة ما يطلق عليه اسم (أشعة المهبط) وهي عبارة عن الكترونات تنطلق من قطب كهربائي سالب الى قطب موجب تحت تأثير جهد كهربائي مرتفع ويتم ذلك داخل انبوب زجاجي مفرغ من الهواء وفي اليوم الخامس من نوفمبر لعام 1895 م وأثناء قيام رونتجن بتجاربه تلك عمد إلى جعل الغرفة مظلمة وغطّى الأنبوب بورق سميك اسود وسرعان ما خيّل إليه إن هناك ضوءاً صادراً من خارج الأنبوب ولما رفع رأسه ليتحقق من ذلك وجد صفيحة من الورق -المدهون بمادة كيماوية - في حالة توهج ، وكانت هذه الصفيحة قد وضعت صدفة على مسافة بعيدة من الأنبوب وفي الحال قام رونتجن بإيقاف الجهاز فاختفى توهج الصفيحة ، ولما أعاد تشغيله عادت الصفيحة من جديد إلى توهجها . ولم يكن هذا التوهج ليثير استغراب رونتجن لو إن الصفيحة كانت موضوعة في طريق (أشعة المهبط ) ولكن انبوب التفريغ كان محاطاً تماماً بالورق الأسود السميك ولذا فإن الامر كان خارجاً عن الأمور المألوفة والحالات المعهودة . وتوجه اهتمام رونتجن في الحال إلى هذه الظاهرة (الغريبة) ، فأخذ الصفيحة إلى غرفة مجاورة وأغلق الباب وأسدل الستائر ليجد ان الصفيحة تبقى متوهجة طالما كان أنبوب أشعة المهبط عاملاً .

لقد كان رونتجن -عند اكتشافه لهذه الظاهرة - في الخمسين من عمره وكان له في ذلك الوقت إسهاماته وبحوثه العلمية المنشورة كما كان له في الساحة العلمية حضور ملموس ولذا فإنه سرعان ما أدرك أهمية هذه الظاهرة التي وقع عليها صدفة ، وبدأ عملاً حثيثاً لدراسة هذه الظاهرة ومعرفة طبيعتها وخصائصها . واستغرقت هذه الدراسة فترة سبعة أسابيع قبل ان يتقدم رونتجن في الثامن والعشرين من ديسمبر عان 1895 م ببحثه المعنون (حول نوع جديد من الأشعة ) . لقد كانت فترة السبعة أسابيع السابقة لنشره للبحث فترة حافلة بالجهد المضني والمثابرة المتواصلة ووصفت إحدى صديقات زوجة رونتجن تلك الفترة الحاسمة بقولها [ لقد قالت السيدة رونتجن بأنها مرت بأيام عصيبة فقد كان زوجها يأتي إلى العشاء متأخراً وعادة ما يكون في مزاج عصبي وكان يأكل قليلاً ولا يتحدث ابداً وسرعان ما يغادر المنزل -مرة أخرى- إلى معمله [.
لقد بين رونتجن إن لهذه الأشعة الجديدة قدرة على اختراق الكتب والحواجز السميكة من الخشب وكتب يقول [ ومن اجل الإيجاز فإنني سوف استخدم تعبير الأشعة ، ولكي ابرز هذه الأشعة عن غيرها فسوف أطلق عليها اسم أشعة اكس ] . ومن المعروف إن الحرف( X ) في اللغة اللاتينية هو الرمز الرياضي المستخدم للكمية المجهولة في علم الجبر ، وبالرغم من إن هذه الأشعة لم تعد الآن غامضة ، واتضحت طبيعتها وخصائصها إلا أنها احتفظت بالاسم الذي منحها إياه مكتشفها البروفيسور رونتجن .

وأوضح رونتجن بتجاربه أن هذه الأشعة الجديدة تختلف عن أشعة المهبط اختلافا جذرياً ، فالأشعة السينية تصدر من الأنبوب نتيجة لاصطدام أشعة المهبط (الالكترونات) بالمادة الصلبة الموجودة عن القطب الموجب للأنبوب كما هو موضح في الشكل.



توليد الأشعة السينية :

إننا نعرف الآن أن سبب انبعاث الأشعة السينية يعود إلى أن الطاقة التي تفقدها الالكترونات عند اصطدامها بذرات المادة الموجودة عند القطب الموجب تهيج ذرات هذه المادة فتنبعث منها أشعة ذات طاقة عالية قادرة على اختراق المواد مثل الورق والخشب وغيرهما .

ولاحظ رونتجن أن هذه الأشعة تخترق العضلات البشرية ولكن العظام توقفها كما لاحظ أن هذه الأشعة تؤثر في الألواح الفتوغرافية ولذا فإنه في اليوم الثالث والعشرين من يناير لعام 1896م ألقى رونتجن محاضرة عن اكتشافه المثير وقام باخذ صورة بالأشعة السينية لعظام يد عالم الأحياء الألماني رودلف فون كوليكر الذي تبرع بيده لهذه المهمة وأبرزت الصورة عظام اليد بشكل واضح وبعد أربعة أيام من وصول أخبار هذا الاكتشاف إلى أمريكا تم –باستخدام هذه الأشعة- تحديد مكان رصاصة في فخذ أحد المرضى . وهكذا دخلت الأشعة مجال الطب كوسيلة فعالة لاكتشاف الأجزاء الداخلية من الجسم ، وأحدثت ثورة في مجال تشخيص الإمراض ومشاهدة حالة الأسنان والعظام ومعالجة الكسور ، وذلك لأن الأشعة السينية تخترق بسهولة الأنسجة اللينة ، أما الأجسام الصلبة مثل العظام فإنها تمتص هذه الأشعة وتوقف قدراً كبيراً منها .ولذا فإن اللوح الفوتوغرافي –الموضوع خلف الجسم- يبرز العظام بلون أبيض سحابي وتبدو مناطق الأنسجة التي تنفذ عبرها الأشعة بشدة عالية سوداء . وأما الأجسام المعدنية الصلبة مثل الرصاص فإنها –إن وجدت في الجسم- تظهر ناصعة البياض لكونها قد امتصت الأشعة السينية تماماً وتمكنت من إيقافها قبل أن تصل إلى اللوح الفوتوغرافي .

لق استقطبت تجارب رونتجن اهتمام العلماء والفيزيائيين وتمخضت عن نشاط بحثي وتطبيقي كبير ، وفتحت آفاقاً جديدة في دنيا التطبيقات الحياتية للفيزياء ولذا فإنه عندما بدأت مؤسسة نوبل بمنح جائزتها في علم الفيزياء في عام 1901م كان رونتجن هو أول فيزيائي يتسلّم هذه الجائزة .

إننا نعرف ألان أن للأشعة السينية خصائص الضوء نفسها فهي عبارة عن موجات كهرومغناطيسية تخضع لخصائص الحيود والتداخل وتنتقل بسرعة الضوء والفارق الوحيد أن أطوال موجاتها أقصر من أطوال موجات الأشعة فوق البنفسجية ، وهكذا احتلّت الأشعة السينية مكانها المرموق في شجرة "العائلة الكهرومغناطيسية" .

ومن المهم أن نذكر هنا أنه إضافة إلى مزايا الأشعة السينية في الكشف عن الأسنان والعظام وكسورها وتحديد مواقع الأجسام الصلبة مثل الشظايا أو الرصاص في الجسم ، فإنها تستخدم أيضاً في علاج الأورام الخبيثة والقضاء عليها ، كما أن لها تطبيقات صناعية واسعة مثل قياس سمك المواد والكشف عن عيوبها ومراقبة الجودة والنوعية في صناعة السبائك المعدنية والقطع المستخدمة في السيارات والطائرات وغيرها . وتستخدم الأشعة السينية أيضاً في مراقبة حقائب المسافرين في المطارات بحثاً عن أسلحة أو قنابل ، ولها تطبيقات عدّة في مجالات الأبحاث المختلفة كمعرفة التركيب الذري للعناصر . وقد كان للأشعة السينية الدور الرائد في إرساء دعائم علم فيزياء الجوامد إذ انه باستخدام الأشعة السينية أتضح وجود تناظر معين في بعض أنواع الجوامد (البلورات) وكانت تلك بداية انطلاقة جبارة في دراسة خصائص الجوامد والركيب البلوري .

وفي الواقع أن الأشعة السينية تسهم اسهاماً فعالاً في كثير من المجالات التطبيقية والبحثية وحتى مجال الرسم الفني اقتحمته هذه الأشعة فاستخدمت للتعرف على أساليب الرسامين والتمييز بين اللوحات الحقيقية واللوحات المزيفة ، وكم من قضية استطاع القضاء أن يجد لها حلاً باستخدام الأشعة السينية ، وذلك لأن الألوان المستعملة في اللوحات القديمة تحتوي على كثير من المركبات المعدنية التي تمتص الأشعة السينية ، وأما الألوان المستعملة في اللوحات الحديثة فهي مركبات عضوية تمتص الأشعة السينية بكميات أقل . ويوجد حاليا في أكثر المتاحف العالمية أجهزة أشعة سينية مصممة لتصوير اللوحات والتحف الفنية لغرض دراستها والتحقق منها .




أساسيات ذرية :



يوجد في الطبيعة التي خلقها الله سبحانه وتعالى حوالي 100 نوع من الذرات المختلفة عن بعضها البعض . وكل ما نراه حولنا من الأشياء مكون من تلك الأنواع المائة من الذرات على شكل عدد غير محدود من المركبات . ومعرفتنا لكيفية ترتيب وارتباط الذرات مع بعضها البعض يحدد لنا حالة وهيئة الذرات المكونة لكأس الماء أو لقطعة معدنية أو الفوران الصادر من علبة المياه الغازية .

والذرات تكون دائماً في حالة حركة مستمرة . فهي تهتز وتنتقل وتدور . إذاً فالذرات المكونة للكرسي الذي نجلس عليه تكون في حالة حركه!!!.

الذرات يمكن أن تكون في حالات مختلفة من الإثارة !!! ، بمعنى أنه يمكن لها أن تأخذ طاقات مختلفة . فإذا أعطينا الذرة كمية من الطاقة فإنها تنتقل من مستوى طاقة الحالة الأرضية إلى المستوى الإثاري . علماً أن الوصول للمستوى الإثاري يعتمد على قيمة الطاقة المعطاه للذرة بواسطة الحرارة أو الضوء أو الكهرباء .



الشكل السابق يبين أن الذرات تتكون من نواة ( تحتوي على بروتونات ونيوترونات ) وسحابة إلكترونية . ويمكن تصور الإلكترونات في هذه السحابة تدور حول النواة في مدارات مختلفة . والكثير من العروض الحديثة للذرة لا ترسم المدارات المنفصلة للإلكترون ، بل من المفيد تصورها كمستويات طاقة مختلفة للذرة . فمثلاً إذا أعطينا الذرة بعض الحرارة فإن الإلكترونات في المستويات الطاقة المنخفضة سوف تنتقل إلى مستويات طاقة عالية بعيداً إلى حد ما عن النواة . وهذا العرض يعتبر أفضل عرض تبسيطي ، ولكن بالتأكيد أنه يحمل قلب أو جوهر كيفية عمل الذرات في حدود الليزر .



لاحظ في الشكل السابق أحد الإلكترونات ينتقل إلى مدار طاقة عال ، وهذا الإلكترون لا يلبث وأن يعود إلى مداره الأرضي . وعندما يعود الإلكترون يحرر طاقته على شكل فوتون ( جسيم ضوئي ) . طبعاً أنت سوف ترى الذرات تحرر الطاقة على شكل فوتونات طوال الوقت . فمثلاً المادة المسخنة والتي تشع ضوء أحمر ، فإن ذراتها هي السبب في ظهور اللون الأحمر حيث حدث لها إثارة بالحرارة ثم حررت فوتونات حمراء . وأيضاً الصورة التي تظهر على شاشة التلفاز ، فما تشاهده هو عبارة عن انبعاث ألوان مختلفة من الضوء بسبب ذرات الفوسفور عندما تصطدم بها الإلكترونات السريعة جداً . وبشكل عام كل الأشياء التي تنتج أو تصدر ضوء ، تقوم بعملها ذلك عندما تغير إلكتروناتها من مداراتها فتتحرر الفوتونات الضوئية

[محروم من الأخت]

انتقالات الإلكترون بين المستويات :



يمكن تصنيف إنتقالات الإلكترون بين المستويات للذرة والتي تتضمن أشعاعات كهرومغناطيسية إلى ثلاثة أصناف أو أنواع كالتالي :

1 - الامتصاص المستحث Induced absorption

عندما يكون الإلكترون في الذرة موجود في مستوى أرضي من الطاقة ط1 E1 فإنه يمكن له الانتقال لمستوى أعلى ط2 E2 وذلك بامتصاص فوتون له طاقة قدرها

ط2 - ط1 .........................E2 -E1

وتسمى هذه العملية بالامتصاص المستحث.


[عزيزي الزائر يتوجب عليك التسجيل بالمنتدى لمشاهدة الرابط]


- الإنبعاث التلقائي Spontaneous emission

عندما يكون الإلكترون في مستوى عال فإنه يمكن له أن يعود إلى مستوى أوطأ ط1 ( E1 ) وذلك باشعاع فوتون له طاقة قدرها

ط2 - ط1 ............... ( E2 - E1 )

وتسمى هذه العملية بالإنبعاث التلقائي

[عزيزي الزائر يتوجب عليك التسجيل بالمنتدى لمشاهدة الرابط]
3 - الانبعاث المستحث Induced emission

عندما يسقط فوتون طاقته ط2 - ط1 ( E2 - E1 ) على ذرة ( مثارة ) إلكتروناتها موجودة في مستوى عال ط2 ( E2 ) فإن هذا الفوتون سوف يستحث الإلكترونات على الإنتقال إلى مستوى أوطأ ط1(E1 ) مسبباً إنبعاث فوتونات متفقة مع الفوتون الساقط في التردد والطور والإتجاه . وتسمى هذه العملية بالإنبعاث المستحث .

[عزيزي الزائر يتوجب عليك التسجيل بالمنتدى لمشاهدة الرابط]

[محروم من الأخت]

ميكانيكا الكم Quantum Mechanics



يمكن استخدام الميكانيكا الكلاسيكية لدراسة حركة الأنظمة العيانية التي نقابلها في حياتنا اليومية بدقة . وتستخدم هذه القوانين لحساب بعض خصائص النظام العياني مثل طاقته أو كمية حركته أو موضعه وغير ذلك . وكما بين أن هذه القوانين لا تتعرض للتفاصيل الدقيقة للنظام وإنما تبحث في حركته بصورة عامة فهذه القوانين لا تتعرض لحركة الالكترونات أو الذرات أو حتى الجزيئات المكونة للجسم وإنما تبحث متوسط حركة كل هذه المكونات كوحدة واحدة . وتعتبر بالتالي هذه القوانين قوانين تقريبية ومع ذلك فهي دقيقة بصورة كبيرة عند استخدامها في الحياة اليومية وكما نعلم أنه لا يمكن استخدام القوانين الكلاسيكية لدراسة الأنظمة المجهرية مثل الذرات والجزيئات لان استخدامها في هذه الحالة يؤدي للتناقض بينها وبين الدراسات التجريبية . ولقد بذلت محاولات كثيرة في بداية هذا القرن لوضع نظرية جديدة يمكن من خلالها تفسير الظواهر الذرية وعلى الخصوص الأطياف الذرية التي تمكن الباحثون من جمع معلومات وافرة ودقيقة عنها في مع بداية هذا القرن . ولقد عولجت الأفكار الجديدة التي كان ماكس بلانك أول من افترضها في بداية هذا القرن لتفسير طيف الجسم الأسود وتأكدت فيما بعد في أعمال آينشتاين وكمبتون ودي بروي وغيرهم من الرواد . ولقد قام نيلز بور بخطوة أساسية نحو فهم الظواهر الذرية بوضعه نموذجه الجديد الذي مزج فيه بين الفيزياء الكلاسيكية والفيزياء الكمية . ولقد فسر نموذج بور – ولو بصورة جزئية – طيف ذرة الهيدروجين والذرات الهيدروجينية . ثم طور سمرفيلد وولسون نموذج بور وأدخلا مبدأ التكميم الذي يمكن تطبيقه على الأنظمة الفيزيائية في الزمن . ويطلق الآن على هذه الأفكار اسم نظرية الكم القديمة . رغم نجاح هذه النظرية في حساب متسلسلات الخطوط الطيفية لذرة الهيدروجين والذرات الهيدروجينية إلا أنها لم تتعرض لاختلاف شدة الخطوط الطيفية . فمن الملاحظ أن شدة الخطوط ليست متساوية مما يدل على أن معدل الانتقالات بين الحالات المختلفة ليست متساوية . ولقد فشل نموذج بور كذلك في تفسير أطياف الذرات التي يحوي مدارها الأخير على أكثر من إلكترون . فالنموذج لا يستطيع مثلاً تفسير طيف ذرة الهيليوم رغم بساطتها النسبية لأن مدارها يحتوي على زوج من الالكترونات الذرية . ( لاحظ أننا استخدمنا نموذج بور لحساب طيف أيون الهيليوم وهو ذرة هيدروجينية يحتوي مدارها الأخير على إلكترون واحد ) .

ولقد بينت نظرية الكم القديمة بصورة جلية أنه لا يمكن فهم الظواهر الذرية من خلال تعديل القوانين الكلاسيكية وإنما تحتاج هذه الظواهر لمعالجة جديدة مختلفة . ولقد سارعت نظرية دي بروي غي الأمواج المادية في تطوير نظرية جديدة تعرف الآن بميكانيكا الكم ويمكن استخدامها لتفسير الظواهر الذرية . فلقد استطاع شرودينجر وضع نظرية جديدة عام 1925 تعرف الآن باسم الميكانيكا الموجية ( أو ميكانيكا الأمواج Wave Mechanics ) حيث عالج الظواهر الذرية معتمداً على الأمواج المادية .

ولقد طور هايزنبيرغ وفي نفس الوقت تقريباً نظرية مشابهة ( ولكنها أكثر صعوبة ) استخدم خلالها المصفوفات ويطلق عليها ميكانيكا المصفوفات Matrix mechanics ولقد برهن شرودينجر فيما بعد أن النظريتين متماثلتان رياضياً . ولقد نشر ديراك P.A.M.Dirac نظرية جديدة مجردة حوت كلا النظريتين ويطلق عادة على هذه النظريات وبصورة عامة اسم ميكانيكا الكم ( أو نظرية الكم ) .

ولقد ابتكر فاينمان طريقة جديدة لاستخدام نظرية الكم وبين أنه يمكن صياغة هذه النظرية من خلال ما يعرف بتكامل المسار فلا يمكن – حسب مبدأ اللايقين – تحديد مسار معين للجسم ولكن يوجد عدد كبير جداً من المسارات ولكن باحتمالات مختلفة يمكن حسابها . ونتيجة للسلوك الموجي للجسام فإن الاحتمالات المختلفة تتداخل مما يؤدي لتقوية بعض المسارات وتلاشي البعض الآخر . ولقد برهن فاينمان أن المساران التي تتبقى بعد التداخل هي تلك المسارات القريبة من المسار الكلاسيكي . وتعطي هذه الطريقة نفس النتائج التي يمكن الحصول عليها من الطريقة العادية ولكن طريقة فاينمان معقدة وقد طبقت على حالات بسيطة وخاصة فقط . وسوف نذكر لاحقاً أهم نتائج نظرية الكم التي سوف نحتاجها في دروس متقدمة مستخدمين ميكانيكا الأمواج لشرودينجر .

وتعتبر نظرية الكم من أهم الإنجازات العلمية في هذا القرن وهي نظرية عامة ويمكن استخدامها من ناحية المبدأ على الأقل – لدراسة الأنظمة العيانية أيضا . وتعتبر النظرية الكلاسيكية بالتالي حالة خاصة بالنسبة لنظرية الكم الشاملة . وتكمن المشكلة الأساسية في نظرية الكم في صعوبة المعالجة واستخدامها لطرق رياضية متقدمة وسوف نرى لاحقاً أن المعالجة – وحتى في ابسط الحالات وهي ذرة الهيدروجين – ليست سهلة . وتزداد المعالجة تعقيداً عند معالجة الذرات الأخرى والجزيئات .

أنتظرونا في العدد القادم

[**{{robin}}**]

محروم من الاخت فعلا لقد تعبت في كتابه هذا كله وابدعت ونحن نقدر لك ذلك محروم ودووووووم دائما اخوك المخلص روبــــــــــــــــــــن

[محروم من الأخت]

[عزيزي الزائر يتوجب عليك التسجيل بالمنتدى لمشاهدة الرابط]




كتب في الفيزياء



كتاب جديد باسلوب علمي واضح يعتمد على اللغتين العربية والإنجليزية يشرح المفاهيم الفيزيائية بلغة علمية واضحة. الكتاب مناسب لكافة طلبة المستوى الأول لمقرر الفيزياء العامة 1. العديد من الأمثلة المحلولة في نهاية كل درس يتبعها بعدد من التمارين والمسائل.

يغطي الكتاب المواضيع الاساسية في الفيزياء العامة ويركز على علم الميكانيكا وتطبيقاتها من مفاهيم الحركة وقوانينها والقوة والشغل والطاقة والجاذبية الأرضية وحركة الموائع
[عزيزي الزائر يتوجب عليك التسجيل بالمنتدى لمشاهدة الرابط]


يأتي هذا الكتاب مكملاً للكتاب الأول ويغطي مقرر الفيزياء العامة 2 لطلبة المستوى الأول الدارسين في الكليات العلمية، يركز الكتاب على مفاهيم الكهربية الساكنة مثل القوة الكهربية والمجال الكهربي والجهد الكهربي وكذلك تطبيقات على الكهربية الساكنة مثل المكثف الكهربي وتحليل دوائر التيار المستمر باستخدام قانون كيرشوف. العديد من الأمثلة المحلولة في نهاية كل درس يتبعها بعدد من التمارين



[عزيزي الزائر يتوجب عليك التسجيل بالمنتدى لمشاهدة الرابط]





[عزيزي الزائر يتوجب عليك التسجيل بالمنتدى لمشاهدة الرابط]

التعليم عن بعد يعتمد على توفير المادة العلمية على شبكة الإنترنت لتكون في متناول جميع الطلبة للدراسة والإطلاع والتعلم، ومن خلال هذه الصفحة يمكنك الاستفادة من المحاضرات التعليمية في العديد من مقررات الفيزياء.

وان شاء الله سوف يصدر العدد القادم ارجو منكم المتابعة

والسلام عليكم ورحمة الله وبركاته

[ســـيف الغـــربي]

السلام عليكم ورحمة الله وبركاته

شكرأ على هذا الموضوع الرائع

مع فائقِ تقديري

ســـيـــ بغداد ــــف