به سایت ما خوش آمدید

به نام خدا

به سایت ما خوش آمدید.با عرض سلام و خسته نباشید به شما بینندگان و خوانندگان سایت ما!
در سایت ما می توانید مطالب دلخواه و لازم خود را پیدا کنید و اگر مطلبی نیاز دارید کافی است که در قسمت نظر بدهید بنویسید.ما خواهش مدنیم که از نظر های تبلیغاتی ننویسید و نظر هایی برای   بهبودی و کامل تر شدن وبسایت بفرمایید تا و قرار است مسابقاتی در سایت طراحی شود به تکمیل سایت کمک کنید و نظر های پیشنهادی و انتقادی خود را برای ما ارسال کنید .
می توانید تبادل لینک کنید (توجه لطفا اول سایت ما را لینک کرده و در قسمت نظر بدهید بنویسید که سایت شما را لینک کردیم تا در صورت مشاهده سایت شما را هم لینک کنیم).
با تشکر(سید شهاب الدین وکیلی)
می توانید قوانین سایت را در ادامه مطلب بخوانید.
و حتما در نظر سنجی وبلاگ شرکت کنید.
لطفا نظرات خود را به پست الکترونی [e-mail] ارسال کنید.

ادامه نوشته

علوم دوم - بخش چهارم

گرما چیست ؟
گرما:
 صورتي از انرژي است كه در اثر اختلاف دما از جسم گرم به جسم سرد منتفل مي شود.
واحدا اندازه گيري گرما ژول (J) است ولي از واحدهاي ديگر چون كالري (Cal) و كيلوكالري(Kcal) نيز استفاده مي شود.
تعريف كالري:
 مقداري گرمايي است كه به يك گرم از جسم داده مي شود تا دماي آن 10C افزايش يابد.


نكته: هر كيلو كالري برابر 1000 كالري است. 1kcal=1000cal
نكته: هر كالري معادل 18/4 ژول مي باشد.
 


 

انرژي دروني:

 به مجموعه ي انرژي هاي ذرات سازنده ي هر ماده انرژي دروني آن ماده مي گويند.
 

 

عوامل موثر بر انرژي دروني:
1- تعداد ذرات سازنده ي هر ماده.
 

2-   
 

نكته1: هر چه ذرات سازنده ي يك ماده بيش تر و انرژي هر ذره ي آن زيادتر باشد، انرژي دروني آن ماده بيش تر است.


نكته2: انرژي پتانسيل هر يك از ذرات سازنده ي هر ماده در اثر نيرويي است كه از طرف ذرات اطراف به آن وارد مي شود، به وجود مي آيد.

اثرات گرما:


1- تغيير ماده:

 گرما مي تواند دماي اجسام را تغيير دهد يعني باعث افزايش دماي اجسام مي گردد.
 

2- انبساط و انقباض(تغيير طول، سطح و حجم):

 گرما(غير از موارد استثنايي) باعث حجم اجسام مي شود. يعني باعث مي شود حجم جسم بيش تر شود.
 

3- تغيير حالت:

 گرما مي تواند سبب تغيير حالت اجسام شود.


هريك از تغيير حالت هاي زير بر اثر وجود يا عدم وجود گرما در اجسام رخ مي دهد:


الف) ذوب: تبديل جامد به مايع در اثر گرفتن گرما


ب) انجماد: تبديل مايع به جامد بر اثر از دست دادن گرما


ج) تبخير: تبديل مايع به بخار (گاز) در اثر گرفتن گرما


د) ميعان: تبديل گاز به مايع در اثر از دست دادن گرما


ه) تصعيد(فرازش): فرازش تبديل جامد به بخار در اثر گرفتن گرما


و) چگالش (تبريد): تبديل بخار (گاز) به جامد در اثر از دست دادن گرما
 

 

 

4- گرما باعث افزايش سرعت واكنش هاي شيميايي مي شود.


5- گرما باعث مي شود چگالي(جرم حجمي) فلزات تغيير كند.
 

6- گرما را مستقيما مي توان به انرژي الكتريكي تبديل كرد.
 

 


نكته: در انتقال گرما ازجسم گرم به جسم سرد، انرژي دروني جسم گرم كاهش يافته و انرژي دروني جسم سرد افزايش مي يابد.
 

انرژي دروني يك جسم مي تواند از راههاي زير افزايش يابد:


1- انجام كار
2- انتقال انرژي گرمايي
3- به هر دو طريق

دما: دما يك كميت نسبي و مقايسه اي است كه ميزان گرمي و سردي اجسام را نشان مي دهد.


نكته: دما را با دستگاهي به نام دماسنج يا ترمومتر اندازه گيري مي كنند.
دماسنج ها انواع متفاوتي دارند ولي متداول ترين آن ها دماسنج هاي جيوه اي و الكلي است كه بر اساس انبساط مايعات (تغيير حجم مايعات) عمل مي كند.
 

 

مقياس هاي اندازه گيري دما:


1- دماسنج سلسيوس(سانتي گراد):

 

 در اين دماسنج نقطه ذوب يخ خالص صفر و نقطه ي جوش آب خالص صد انتخاب شده است و فاصله ي بين صفر تا صد به صد قسمت مساوي تقسيم شده است.
نكته:دما بر حسب درجه سانتي گراد را نماد Ө (تتا) نشان مي دهند.
 

2- دماي مطلق (كلوين) Tk :

 

در اين دماسنج نقطه ذوب يخ 273 ونقطه جوش آب 373 وفاصله بين اين دو عدد به 100 قسمت مساوي تقسيم شده است.
 

3- فارنهايت (F) :

 

در اين دماسنج نقطه ذوب يخ 32 و نقطه جوش آب 212 انتخاب شده و فاصله ي بين اين دو عدد به 180 درجه تقسيم شده است.
 

4- رئومور (R):

 

در اين دماسنج نقطه ذوب يخ صفر و نقطه جوش آب 80 انتخاب شده و فاصله بين اين دو عدد به 80 قسمت تقسيم شده است.
 

 

رابطه بين دما در دماسنج هاي متفاوت:


براي تبديل هر يك از مقياس هاي اندازه گيري دما به يكديگر مي توان از رابطه ي مقابل استفاده كرد:
 


 

مثال: دماسنج سانتي گراد دماي جسمي را 20 درجه سانتي گراد نشان مي دهد. دماسنج فارنهايت دماي همين جسم را چند درجه نشان مي دهد؟
 

 


براي تبديل دما برحسب درجه سانتي گراد به مقياس هاي ديگر از روابط زير نيز مي توان استفاده كرد:
 

دماي مطلق T = Ө + ۲۷۳

 فارنهايت F = ۱.۸c + ۳۲

رئومور R = ۰.۸c


گرماي نهان:
هنگام تغيير حالت دماي ماده تغيير نمي كند. در اين حالت گرمايي كه جسم مي گيرد صرف تغيير حالت آن شده و در جسم ذخيره مي شود اين گرما را گرماي نهان مي نامند. يكاي اندازه گيري گرماي نهان ژول بر كيلوگرماست.
 

گرماي نهان ذوب :

 گرمايي كه يك جسم جامد در نقطه ذوب مي گيرد تا درهمان دما از حالت جامد به مايع تبديل شود.
 

گرماي نهان انجماد:

 مقدار گرمايي كه مايع در نقطه انجماد از دست مي دهد تا در همان دما از مايع به جامد تبديل شود.
 

گرماي نهان تبخير :

 مقدار گرمايي كه يك مايع در نقطه جوش خود مي گيرد تا در همان دما به بخار تبديل شود.
 

گرماي نهان ميعان :

 مقدار گرمايي كه بخار در دماي ميعان از دست مي دهد تا در همان دما به مايع تبديل شود.
 

 

راههاي انتقال گرما:

معمولا گرما از جاي گرمتر به جاي سردتر منتقل مي شود. اين گرما به سه روش شارش مي يابد:


1- رسانش (رسانايي)


2- همرفت (كنوكسيون)


3- تابش

1- رسانش(رسانايي)
اگر سر يك ميله فلزي را در كنار يك جسم گرم قرار دهيم، طرف ديگر ميله گرم مي شود، علت گرم شدن ميله آن است كه مولكولهاي مجاور چشمه ي گرم، گرم شده و با دامنه ي بيش تري ارتعاش مي يابند، در نتيجه هر مولكول به مولكول مجاور خود ضربه زده و دامنه ارتعاش آن را بيش تر مي كند، به اين ترتيب گرما در داخل جسم منتشر مي شود.
 

 

 


نكته: مولكولهاي گرم منتقل نمي شوند بلكه انرژي خود را به صورت انرژي جنبشي به مولكولهاي سرد مجاور انتقال مي دهند به عبارت ديگر در روش رسانايي ماده ثابت است و گرما از مولكولي به مولكول ديگر منتقل مي شود.


-انتقال گرما به وسيله مولكولها، اتم ها و الكترون هاي آزاد يك جسم به مولكولها و اتم هاي ديگر آن جسم را رسانش گرما مي گويند.


نكته: اين روش در هر سه حالت جامد،مايع و گاز صورت مي گيرد، اما انتقال گرما در جامدات بيش تر صورت مي گيرد زيرا هر چه مولكول ها به هم نزديك تر باشند، گرما با سرعت بيش تري در ماده منتقل مي شود.
 

 


قابليت رسانش جامدات به جنس آن ها بستگي دارد. به طوريكه در فلزات رسانش بسيار قوي و سريع است به همين دليل آن ها را رساناي گرما مي نامند ولي موادي مانند شيشه، چوب، پلاستيك گرما را بسيار آهسته منتقل مي كنند به همين دليل آن ها را نارسانا(عايق) مي نامند.
در بين فلزات رسانايي نقره، مس، طلا، آلومينيوم بيش تر از بقيه است.
مايعات به خصوص آب معمولا رساناي ضعيف گرما هستند.(جيوه فلز مايع و فلزات مذاب رسانا هستند.)
گازها و از جمله هوا نيز رساناي ضعيف گرما هستند.
 

 


توجه: فلزات رساناي خوبي هستند، زيرا در پديده رسانش وجود الكترون هاي آزاد بسيار موثر است. فلزات داراي الكترون هاي آزاد بسياز زيادي هستند. هنگامي كه به نقطه اي از فلز گرما بدهيم الكترون هاي آزاد انرژي جنبشي بيش تري به دست مي آورند و سريع تر حركت مي كنند، الكترون هاي سريع حامل انرژي، از قسمت هاي گرم فلز به قسمت هاي سرد آن پخش مي شوند و در برخورد با مولكولهاي فلز، انرژي جنبشي خود را به آن منتقل مي كنند، با اين فرايند انرژي گرمايي به سرعت از قسمت هاي گرم به قسمت هاي سرد منتقل مي شود.
 

 

2- همرفت(كنوكسيون)
مي خواهيم ظرف آبي را به وسيله چراغي گرم كنيم، اگر شعله به يك قسمت از ظرف آب نزديك باشد، پس از مدتي مشاهده خواهيم كرد تمام آب به جوش مي آيد. علت اين پديده آن است كه آب در مكاني كه گرما مي گيرد منبسط و سبك مي شود و به طرف بالا حركت مي كند و آب سرد كه سنگين تر است جاي آن را مي گيرد. اين عمل آن قدر ادامه مي يابد تا آنكه همه ي آب گرم شده و سرانجام به جوش مي آيد.
عملي كه در آن انتقال گرما از راه انتقال مولكول ها صورت مي گيرد، همرفتي يا جابه جايي ناميده مي شود.
نكته: در مايعات و گازها(سيالات) كه مولكول ها به آساني مي توانند جابه جا شوند، گرما از راه همرفتي منتقل مي شود.
وجود جريان هاي گرم و سرد دريايي و انواع بادها در اثر جريان همرفتي به وجود مي آيد.
دستگاه آب گرم كن (شوفاژ)، دودكش كارخانه ها، لامپ هاي گازي بر اساس همين پديده عمل مي كنند.
 

 


توجه: در روش انتقال گرما به روش همرفت، خود ماده با جابه جا شدن گرما را منتقل مي كند.
نكته: در جريان همرفتي شارش مايع يا گاز بر اثر تغيير چگالي است.

چگالي: چگالي يك ماده جرم يك سانتي متر مكعب از آن ماده است.
 

چگالي به دو عامل بستگي دارد:


1- جرم جسم(m) چگالي با جرم رابطه مستقيم دارد. يكاي اندازه گيري جرم Kg (كيلوگرم) يا گرم (g) است.
2- حجم جسم (V) چگالي با حجم جسم رابطه عكس دارد. يكاي اندازه گيري حجم متر مكعب  () يا سانتي متر مكعب  است.
چگالي ρ از رابطه زير بدست مي آيد.
 


 

يكاي اندازه گيري چگالي :

الف) اگر جرم بر حسب Kg و حجم بر حسب  باشد واحد چگالي  (كيلو گرم بر متر مكعب )است.

ب) اگر جرم برحسب گرم(g) و حجم بر حسب سانتي مترمكعب باشد واحد چگالي است.
براي تبديل  به   مقدار چگالي را بر 1000 تقسيم مي كنيم.
براي تبديل  به مقدار چگالي را در 1000 ضرب مي كنيم.


 

با توجه به مفهوم چگالي، علت جريان همرفتي را توضيح مي دهيم،
وقتي ماده اي گرم مي شود، منبسط مي شود يعني فاصله ي بين مولكولهاي آن بيش تر شده در نتيجه چگالي آن كاهش مي يابد در آن قسمت به طرف بالا حركت مي كند. در اين هنگام مايعات اطراف جاي آن را مي گيرند و به تدريج تمام مايع گرم مي شود.
 

شرايط لازم براي ايجاد جريان همرفتي :


1- ماده مايع يا گاز باشد.
2- بين دو نقطه اختلاف دما وجود داشته باشد يعني قسمتي از آن گرم و قسمتي سرد باشد.
3- قسمت گرم بايد پايين تر از قسمت سرد باشد.

تابش: در انتقال گرما به روش تابش، نيازي به وجود ماده نيست، در اين طريق گرما به صورت نور يا امواج الكترومغناطيسي از چشمه هاي داغ و ملتهب به اطراف گسيل مي شود.
يك دسته از امواج الكترومغناطيسي، پرتوهاي فرو سرخ هستند اين پرتوها وقتي به جسمي بتابند گرماي زيادي توليد مي كنند.
در تابش ماده منتقل نمي شود لذا نيازي به محيط مادي يا مولكولهايي كه انرژي گرمايي را منتقل كنند نيست، يعني مي توانند در خلا نيز انجام گيرد.
 

چند نكته مهم:
1- ميزان تابش گرمايي يك جسم بستگي به دماي مطلق جسم و سطح خارجي آن دارد.
2- اجسامي كه پرتوهاي گرما را خوب تابش كنند، اين پرتوها را به خوبي جذب مي كنند.
3- اجسامي كه سطح آن ها به رنگ تيره است يك تابش كننده بسيار خوب و همچنين جذب كننده بسيار خوبي نيز هستند.
4- اجسامي كه سطح آن ها بسيار صيقلي است يك تابش كننده و جذب كننده بسيار ضعيف هستند، اين اجسام بازتابنده خوب تابش هاي گرمايي هستند.

- تابش گرمايي از سطح همه اجسام و در هر دمايي صورت مي گيرد و باعث كاهش دماي آن ها مي شود.
- تابش گرمايي در سطح همه اشيا جذب شده و باعث افزايش دماي آن ها مي شود.
 

نكته: انتقال گرما به طريق تابش بسيار سريع (با سرعت نور) صورت مي گيرد اما در روش هاي رسانايي و همرفتي بسيار كند است.
سرعت انتقال گرما ازطريق همرفتي < سرعت انتقال گرما ازطريق رسانايي < انتقال سرعت گرما ازطريق تابش


گرم سازي: گرم سازي نياز به منبع گرما دارد.
 

منابع گرما در اتاق:


1- بخاري نفتي، گازي، برقي

 اين اجسام از دو طريق اتاق را گرم مي كنند:
      الف- ايجاد جريان همرفتي در هواي اتاق
      ب- انتقال گرما از طريق تابش

2- شوفاژ

 

 در شوفاژ دو جريان همرفتي به وجود مي آيد:
      الف- جريان همرفتي در آب درون لوله هاي شوفاژ
      ب- جريان همرفتي در هواي اتاق.

 

 


منابع انرژي:


1- منابع انرژي تجديد پذير(تمام نشدني):

 اين انرژي ها تا مدت ها در اختيار ما خواهند بود و اين انرژي به زودي تمام نمي شود.
مانند انرژي خورشيدي، انرژي باد، آب هاي جاري ، انرژي گرمايي درون زمين، انرژي امواج جزر و مد
 

2- منابع انرژي تجديد ناپذير (تمام شدني):

اين انرژي ها تنها يك بار قابليت مصرف دارند و منابع آن ها محدود است و پس از مدتي از بين مي روند.
سوخت فسيلي(نفت، گاز، زغال سنگ) و سوخت هاي هسته اي از اين دسته منابع هستند.

با توجه به افزايش روز به روز جمعيت و كاهش روز افزون منابع انرژي و سوخت بايد در مصرف انرژي صرفه جويي كنيم.
 

يكي راههاي صرفه جويي، جلوگيري از اتلاف گرما در خانه، مدرسه و اداره هاست.

 


1- پوشاندن درزهاي در و پنجره

 

 


2- دو لايه كردن شيشه هاي پنجره

 


3- قراردادن لايه هاي عايق گرما در ديوارها وسقف و ...

 


سرد سازي:

 

 سردسازي معمولا با استفاده از تبخير مايعات انجام مي گيرد، زيرا هر گاه مايعي بخواهد تبخير شود، براي تبخير شدن، مقداري گرما از محيط اطراف خود جذب مي كند و اين سبب مي شود كه دماي محيط اطراف كاهش يابد.
در يخچال ها، سرد خانه ها، كولرهاي گازي و آبي نيز تبخير يك مايع سبب سرد شدن محيط داخل آن مي شود.
در يخچال مايعي به نام فريون در داخل لوله هايي كه در قسمت يخ ساز قرار دارد وارد مي شود، اين مايع گرما را از آن محيط مي گيرد و بخار مي شود، در نتيجه مواد داخل يخچال سرد مي شوند.
بخار فريون از داخل لوله به محيط خارج از يخچال منتقل مي شود، در اين موقع به وسيله ي موتور الكتريكي يخچال فشرده مي شود و گرماي خود را از دست مي دهد و دوبار به مايع تبديل مي شود و به درون يخ ساز فرستاده مي شود، اين عمل آن قدر ادامه مي يابد تا داخل يخچال كاملا سرد شود.

 


كولر گازي نيز مانند يخچال عمل مي كنند، قسمت سرد كولر داخل اتاق و قسمت گرم آن ها در هواي بيرون اتاق است. هنگامي كه كولر كار مي كند از هواي درون اتاق گرما گرفته و به هواي بيرون اتاق داده مي شود بنابر اين هواي اتاق چشمه سرد و هواي بيرون چشمه گرم است.
 

كاروگرما:
يكي از موارد مهم استفاده از گرما، استفاده از آن در صنعت و به حركت در آوردن انواع ماشين هاست. اين كار از طريق تبديل انرژي گرمايي به انرژي مكانيكي انجام مي شود.
دستگاهي كه انرژي گرمايي را به انرژي مكانيكي تبديل مي كند، ماشين گرمايي نام دارد.

انواع ماشين هاي گرمايي:


1- درون سوز
   الف) توربيني
    ب) پيستوني
        - بنزيني: گاز داغ را بر اثر انفجار توليد مي كنند. اين گاز خارج نمي شود بلكه يك پيستون را به حركت در مي آورد.
       - ديزلي: شبيه موتورهاي بنزيني است، در موتورهاي ديزلي ابتدا به جاي مخلوط سوخت و هوا، تنها هوا وارد سيلندر مي شود، در اين حالت هوا كاملا متراكم شده و دماي آن بالا مي رود. سپس سوخت به داخل آن پاشيده مي شود، چون دماي هوا بسيار بالا است براي آتش زدن سوخت نياز به شمع جرقه زن نيست، در اين موتورها، بخشي از گرماي حاصل از انرژي سوخت، همراه دودهاي خارجي به محيط داده مي شود بنابر اين نمي توان در موتورهاي ديزلي همه گرماي حاصل از سوخت را به كار تبديل كرد.


2- برون سوز:

 در اين ماشين ها، چون گرما توسط كوره(يعني بيرون دستگاه) به آب داده مي شود اين نوع ماشين ها را برون سوز مي نامند. ماشين هاي بخار از اين دسته هستند.
ماشين بخار براي اولين بار توسط دانشمندي به نام جيمز وات اختراع شد، در اين ماشين، آب در يك مخزن در بسته (شبيه ديگ زودپز) به جوش مي آيد و مقداري بخار با فشار زياد توليد مي كنند. اين بخار از طريق يك لوله به يك استوانه(سيلندر) منتقل مي شود و پيستون را به حركت در مي آورد وقتي پيستون تا انتهاي استوانه به عقب رفت، جهت ورود بخار به استوانه عوض مي شود و در جهت مخالف به پيستون فشار مي آورد تا به طرف جلو حركت كند.

 

 


نكته: موتور همه اتومبيل ها، هواپيماهاي ملخ دار، كشتي ها، قطارها و نيروگاههاي كوچك درون سوز است.
در موتورهاي درون سوز بخشي از انرژي حاصل از سوخت، سبب حركت پيستون مي شود، اين حركت از طريق دسته و ميل لنگ به حركت دوراني تبديل مي شود، با انتقال اين حركت دوراني به چرخ هاي اتومبيل حركت مي كند. بخش ديگر انرژي از طريق رادياتور، موتور را سرد مي كند و لوله خروجي (اگزوز) مستقيما به هوا داده مي شود.

مراحل مختلف كار ماشين هاي گرمايي(موتور اتومبيل):


1- مرحله ي مكش: ابتدا مخلوطي از سوخت و هوا از طريق دريچه ي ورودي وارد يك محفظه ي استوانه اي شكل به نام سيلندر مي شود. وقتي پيستون به پايين وضعيت خود رسيد، اين دريچه بسته مي شود و مخلوط بنزين و هوا در داخل استوانه حبس مي شود.

 


2- مرحله ي تراكم: پيستون بالا مي آيد، مخلوط را متراكم مي كند و به حجم اوليه مي رساند. در اين وضعيت، دماي مخلوط بسيار بالا مي رود.

 


3- مرحله آتش گرفتن: هنگامي كه پيستون به بالاترين وضعيت خود رسيد شمع اتومبيل جرقه مي زند و مخلوط آتش مي گيرد دما و فشار آن تا مقدار زيادي بالا مي رود، در اين مرحله در اثر فشار زياد، دستگاه منبسط مي شود و پيستون را به طرف پايين مي راند.

 


4- مرحله خروج دود: در اين مرحله بخشي از دود حاصل از سوخت مخلوط بنزين و هوا از طريق دريچه ي خروج دود كه در اين مرحله باز مي شود، خارج مي گردد و سپس پيستون بالا آمده و بقيه ي دود حاصل از سوختن مخلوط را به بيرون مي راند، به اين ترتيب مقدار زيادي گرما به هواي بيرون داده مي شود.

 


موتور جت:
موتورهاي جت توان فوق العاده زيادي دارند و در هواپيما به كار مي روند.
موتور جت پيستون ندارد، اين موتورها هوا را مي مكند، آن را متراكم مي كنند سپس هوا با سوخت مخلوط مي گردد.
مخلوط سوخت و هوا در محفظه ي احتراق مشتعل شده و مي سوزد و مقدار زيادي گاز (گازهاي داغ) با فشار زياد توليد مي كنند.
اين گاز از عقب موتور جت خارج مي شود و در مسير خود، چرخ پرده دار بزرگي به نام توربين را كه در سر راه قرار دارد به حركت در مي آورد.

 


موتور موشك:

 موتورهاي موشك نوعي موتور جت است.
 

 


به بادكنك مقابل توجه كنيد:

 اگر شما بادكنك را باد وسپس رها كنيد بادكنك در اثر خروج باد از دهانه آن حركت مي كند.
هوا در يك جهت از بادكنك خارج مي شود و باعث مي شود بادكنك در جهت مخالف رانده شود.
موتورهاي موشكي و جت نيز به همين ترتيب كار مي كنند.
در اين موتورها سوخت با اكسيژن مخلوط مي شود و در محفظه ي احتراق مي سوزد در نتيجه مقدار زيادي گاز داغ با سرعت زياد از انتهاي موشك خارج مي شود و باعث حركت موشك در جهت مخالف گازهاي داغ به طرف جلو مي شود.
 

 


موشك ها مي توانند اكسيژن مورد نيازشان رابا خود حمل كنند، بنابر اين در خارج از جو زمين و در مسافرت هاي فضايي مورد استفاده قرار مي گيرند.
 

 

 

فيزيك فصل 3 - موج

فيزيك فصل 3 - موج

آونگ درحال نوسان
به حركت هاي رفت و برگشتي، مثل حركت آونگ، حركت نوساني مي گويند.
جسم در حال نوسان را نوسانگر مي گويند.

دوره يا زمان يك نوسان: در حركت نوساني به مدت زماني كه طول مي كشد تا نوسانگر يك نوسان كامل انجام مي دهد، دوره مي گوييم.

دوره را با نماد T نشان داده مي شود.

يكاي اندازه گيري دوره: ثانيه (S).
نكته: هر چه نوسانگر تندتر نوسان كند، زمان هر نوسان آن كوتاه تر مي شود.
بسامد: به تعداد نوسان هايي كه يك نوسانگر در مدت يك ثانيه انجام مي دهد، بسامد يا فركانس مي گويند.
بسامد را با نماد f نشان مي دهند.

يكاي اندازه گيري: هرتز (Hz)
نكته: هر چه نوسانگري تندتر نوسان كند، زمان هر نوسان كم تر و بسامد آن بيش تر مي شود.
رابطه ي بين دوره و بسامد: دوره و بسامد در حركت نوسان ساده، وارون يكديگرند.

نكته 1: دوره ي نوسان آونگ ساده: زمان يك نوسان كامل در آونگ ساده بستگي به طول آونگ و شتاب جاذبه در محل دارد.

نكته 2: دوره نوسان دستگاه وزنه – فنر
دوره نوسان وزنه متصل به فنر به جرم وزنه وجنس فنر و ساختمان آن بستگي دارد.

 

m= جرم وزنه
k= ثابت فنر- ( به جنس فنر بستگي دارد )

توليد موج: اگر سنگ كوچكي را در آب آرام استخر يا بركه اي بياندازد، در محل برخورد سنگ با آب، دايره اي تشكيل مي شود كه شعاع آن به تدريج افزايش يابد، به عبارت ديگر در سطح آب «تك موجي» تشكيل مي شود كه به صورت دايره به هم ي جهت ها منتشر مي شود.

اقسام موج: امواج را علاوه بر دو حالت كلي مكانيكي و الكترو مغناطيسي به دو نوع طولي و عرضي نيز طبقه بندي مي شوند.

1) امواج طولي: «موجي است كه راستاي نوسان ذره هاي محيط، موازي با راستاي انتشار موج، باشد.»
اگر چند حلقه از فنري را متراكم كنيم و يكبار آن را رها سازيم، مشاهده خواهيم كرد كه اين حالت تراكم در طول فنر منتشر مي شود حلقه هاي متراكم فنر پس از آزاد شدن، در اثر نيروي برگرداننده اي كه ايجاد شده منبسط مي شوند و انبساط آن ها سبب متراكم شدن تعدادي از حلقه هاي بعدي مي شود. و اين تراكم و انبساط در طول فنر منتشر مي شود.
راه تشخيص موج طولي: وقتي موج طولي در فنر منتشر مي شود، حلقه هاي فنر متناوبا به يكديگر نزديك و يا از يكديگر دور مي شوند وقتي به يكديگر نزديك مي شوند، حلقه هاي متراكم شده و وقتي از يكديگر دور مي شوند حلقه ها انبساط پيدا مي كنندو
«موج ها ي طولي در فنر با همين تراكم و انبساط ها قابل تشخيص است.»

2) امواج عرضي: «موجي است كه در آن امتداد ارتعاش و امتداد انتشار عمود باشد.»
يك طرف ريسمان يا فنر بلندي را به ديوار مي بنديم و طرف ديگر آن را به دست مي گيريم، به طوريكه ريسمان افقي قرار گيرد اگر انتهاي ريسمان را با يك تكان سريع كمي به بالا و پايين وضع تعادل به حركت در آوريم، يك تك موج در طول ريسمان منتشر مي شود، به طوريكه هر نقطه از ريسمان پس از دريافت موج به بالا و پايين حركت مي كند.
راه تشخيص موج عرضي: موج عرضي در طناب يا فنر با قله ها و دره هاي ايجاد شده قابل تشخيص است.

توجه: امواج عرضي نمي توانند در گازها و مايعات منتشر شوند.

چشمه ي موج: به جسمي كه در يك محيط موج ايجاد مي كند، يك چشمه ي موج مي گويند(مانند ديايازون)
جابه جايي موج در يك محيط را انتشار موج مي گويند. وقتي موج در يك محيط مثلا سطح آب يا در طول فنر منتشر مي شود،به هر ذره از محيط كه مي رسد آن ذره را وادار به حركت نوساني مي كند، بدون آن كه ذره همراه موج از جايي به جاي ديگر منتقل شود.

ويژگي هاي موج:

 هر موج داراي چهار ويژگي است:

  1- سرعت انتشار: موج در هر محيط با سرعت معيني منتشر مي شود. سرعت انتشار در يك محيط به جنس و حالت محيط و شرايط فيزيكي آن بستگي دارد.

نكته: در محيطي كه شرايط فيزيكي در تمام جهات آن يكسان باشد(محيط همگن)، سرعت انتشار موج مقداري ثابت است.
نماد سرعت انتشار:V
يكاي اندازه گيري: متر بر ثانيه

  2- بسامد (فركانس): تعداد نوسانهايي كه نوسانگر در مدت يك ثانيه انجام مي دهد.
نماد فركانس:f
يكاي اندازه گيري:هرتز Hz

  3- طول موج: فاصله ي هر دو برجستگي(قله ي موج) پياپي، يا فاصله ي هر دو فرورفتگي(قعر موج) پياپي را طول موج مي نامند.
طول موج را با λ نشان مي دهند.

يكاي اندازه گيري: متر(m)

  4- دامنه موج: حداكثر فاصله اي كه مولكول ها از وضع تعادل خود مي گيرند، دامنه ي موج ناميده مي شود و معمولا با حروف A يا a نشان مي دهند.

 

امواج مكانيكي غيراز امواج طولي و عرضي، انواع ديگري از موج نيز دارند كه عبارتند از:
1- موج پيچشي:

 در موج طولي و عرضي مسير هر ذره نوساني يك خط مستقيم است. در موج پيچشي مسير هر ذره قوسي از يك دايره است. براي ايجاد يك موج پيچشي در يك فنر بايد سر فنر را به نقطه اي ثابت بسته و سر ديگر آن را در جهت عقربه هاي ساعت و خلاف آن با يك حركت نوساني منظم به چرخش در آوريم. در اين صورت همه نقاط فنر حول محور آن داراي حركت تناوبي خواهند شد و موج پيچشي در فنر منتشر مي شود. در اين حالت راستاي انتشار و ارتعاش دقيقا مشخص نيست.

2- امواج ايستاده:

 اگر سيمي را به دو نقطه A و B محكم ببنديم و به آن ضربه اي بزنيم موجي ايجاد شده و پس از برخورد به مانع در خلاف جهت اول بر مي گردد و در طول سيم تعدادي گره و شكم ايجاد مي شود كه به آن موج ايستاده يا ساكن مي گوييم.
مثال: امواج صوتي در تارهاي مرتعش و لوله هاي صوتي

3- امواج مسطح و كروي:
امواج را مي توان، بسته به محيط انتشار آن ها، به امواج يك بعدي، دو بعدي و سه بعدي طبقه بندي كرد.
در طناب و فنر، موج در بعد طولي، و بر سطح آب، موج در بعدهاي طول و عرضي و در فضا موج در سه امتداد متفاوت، انرژي منتشر مي كنند.
اگر موج در فضا منتشر شود، نقاط مختلف فضا تحت تاثير انرژي امواج قرار مي گيرند. اگر شعاع هاي موج موازي باشند و موج در يك محيط همگن منتشر شود، موج مسطح خواهد بود و چنانچه موج در يك نقطه توليد شود و در محيط سه بعدي همگن انتشار يابد، شعاع هاي موج، شعاع هاي واگرا خواهند بود و موج كروي خواهيم داشت.

4- موج پلاريزه:

 اگر ارتعاشات در يك راستاي ثابت صورت گيرد، به طوري كه راستاي انتشار و راستاي ارتعاش در يك صفحه ثابت قرار داشته باشد، موج را پلاريزه مي گويند.
معادله ي موج: در مثلث موج انگشت خود را روي كميتي كه مي خواهيد حساب كنيد قرار دهيد و عمل رياضي باقيمانده را انجام دهيد.

 

مثال: يك خواننده نتي را با فركانس 256هرتز مي خواند. اگر سرعت صوت در هوا 340 متر بر ثانيه باشد، طول موج اين نت را محاسبه كنيد.

پاسخ: ابتدا انگشت خود را بر روي  λ  قرار دهيد، سپس عمل رياضي باقي مانده (تقسيم) را انجام دهيد.

موج و انرژي :

 موج ها با خود انرژي حمل مي كنند يعني با حركت خود، انرژي را از ذره اي به ذره ي ديگر انتقال مي دهند.
به عبارت ديگر، ذره هاي محيط با حركت نوساني خود، انرژي را ذره به ذره در محيط پيش مي برند.

آب لرزه (سونامي):
گاهي در اثر وقوع زمين لرزه در بستر اقيانوسها يا آتش فشان ها و لغزش هاي بزرگ زير دريا، امواج بسيار پر قدرتي به وجود مي آيند كه به آن آب لرزه يا سونامي (Tsunami) مي گويند. اين امواج در اثر حركت ناگهاني مقدار زيادي آب در امتداد قائم به وجود مي آيند و با سرعتي بسيار زيادتر از موج هاي سطح آب، منتشر مي شوند.

موج هاي صوتي:
هر صوتي داراي انرژي است و به صورت موج از چشمه هاي صوت انتشار مي يابد. موج هاي صوتي از نوع امواج طولي هستند.
موج صوتي را بايد توسط يك جسم مرتعش توليد كرد. به هرجسمي كه صوت توليد مي كند، چشمه صوت مي گويند.
حنجره انسان يك چشمه ي صوت است. با عبور دادن هوا از حنجره، تارهاي صوتي آن را به ارتعاش در مي آورد. وارتعاش تارهاي صوتي صوت را به وجود مي آورد. در واقع ارتعاش تارهاي صوتي به مولكولهاي هوا انرژي منتقل مي كند و موج صوتي توليد مي شود.

نكته: سرعت صوت در جامدها بيش تر از مايعات و در مايعات بيش تر از گازهاست، هر چه ماده متراكم تر باشد، سرعت صوت در آن بيش تر است. در مواد جامد مولكول ها نسبت به گازها به يكديگر نزديك ترند و در نتيجه سرعت صوت در آن ها بيش تر است.

موج هاي صوتي را برحسب بسامد آن ها به سه گروه تقسيم مي كنند.

1- صوت:

 به موج هاي صوتي كه بسامد آن ها در حدود 20 تا 20000 نوسان در ثانيه باشد، صوت مي گويند.
براي آنكه صوتي روي گوش انسان اثر بگذارد و شنيده شود، بايد بسامد آن در اين محدوده باشد، به اين محدوده، محدوده ي شنوايي انسان گفته مي شود.

2- فرو صوت:

صوت هايي كه بسامد آن ها كم تر از 20 هرتز باشد، فروصوت گفته مي شود.

3- فرا صوت:

 صوت هايي كه بسامد آن ها از 20000هرتز بيش تر باشد، فراصوت گفته مي شود.

كاربردهاي فراصوت:
1- امروزه فرا صوت و استفاده آن در صنعت پزشكي اهميت بسيار دارد. به عنوان مثال در پزشكي از فراصوت براي بررسي جنين در بدن مادر و اطلاع از وضعيت و اطمينان از سلامتي آن استفاده مي شود.
2- از فراصوت در جستجوي تومورها و ديگر عوامل غير طبيعي حفره شكمي و بررسي قلب استفاده       مي شود.
3- امواج فرا صوت مي توانند دستگاههاي پزشكي و دندانپزشكي را تميز كنند.
4- از يك باريكه ي پر انرژي فراصوت براي بريدن بافتهاي بدن استفاده مي شود.

 

در صنعت:

يك باريكه ي فراصوت مي تواند شكاف هاي ظريف (باريك) فلزات، آسفالت جاده ها يا لاستيك را آشكار سازد.

زمين شناسان باريكه اي از امواج فراصوت را به درون زمين مي فرستند و با بررسي پژواك ها، مي توانند به نوع سنگ ها و مواد كاني زير زميني پي ببرند. همچنين مي توانند با مطالعه پژواك هاي فراصوت، در مورد احتمال وجود نفت در لايه هاي زير زمين نظر بدهند.

امواج الكترو مغناطيسي:
نوعي از امواج كه مي توانند در خلا منتشر شوند و نياز به محيط مادي ندارند را موج الكترو مغناطيسي    مي نامند.
موج هاي الكترو مغناطيسي از بسامد هاي بسيار بالا(طول موج بسيار كوتاه كه پرتوهاي گاما نام دارند) تا بسامدهاي بسياركم (طول موج هاي بسيار بلند كه امواج راديويي نام دارند) را شامل مي شوند.

تفاوت موج هاي الكترو مغناطيسي و موج هاي صوتي:
1- سرعت موج هاي صوتي در هوا در دماي معمولي حدود 340 متر برثانيه است در حالي كه سرعت انتشار موج هاي الكترومغناطيسي در هوا حدود 000/000/300 متر بر ثانيه است.
2- امواج صوتي براي انتشار نياز به محيط مادي دارند در حاليكه امواج الكترو مغناطيسي از خلا نيز         مي گذرند.
3- امواج صوتي از نوع امواج طولي و امواج الكترومغناطيسي از نوع عرضي هستند.

 

شباهت موج هاي الكترومغناطيسي و موج هاي صوتي:

هر دو با خود انرژي حمل مي كنند.

 

نكته: موج هاي الكترومغناطيسي را بر حسب بسامد و كاربرد آن ها نامگذاري مي كنند.
جدول زير انواع موج هاي الكترومغناطيس را از موج هاي بسيار كوتاه تا موج متوسط نشان مي دهد. به اين گستره، طيف الكترو مغناطيسي مي گويند.

 

نكته: موج هاي الكترو مغناطيس در اين طيف برحسب طول موج مرتب شده اند.

فيزيك فصل 3 - موج

فيزيك فصل 3 - موج
 

آونگ درحال نوسان به حركت هاي رفت و برگشتي، مثل حركت آونگ، حركت نوساني مي گويند.
جسم در حال نوسان را نوسانگر مي گويند.
 

دوره يا زمان يك نوسان: در حركت نوساني به مدت زماني كه طول مي كشد تا نوسانگر يك نوسان كامل انجام مي دهد، دوره مي گوييم.

 

دوره را با نماد T نشان داده مي شود.
 

يكاي اندازه گيري دوره: ثانيه (S).
نكته: هر چه نوسانگر تندتر نوسان كند، زمان هر نوسان آن كوتاه تر مي شود.
بسامد: به تعداد نوسان هايي كه يك نوسانگر در مدت يك ثانيه انجام مي دهد، بسامد يا فركانس مي گويند.
بسامد را با نماد f نشان مي دهند.
 

يكاي اندازه گيري: هرتز (Hz)
نكته: هر چه نوسانگري تندتر نوسان كند، زمان هر نوسان كم تر و بسامد آن بيش تر مي شود.
رابطه ي بين دوره و بسامد: دوره و بسامد در حركت نوسان ساده، وارون يكديگرند.

 

نكته 1: دوره نوسان آونگ ساده: زمان يك نوسان كامل در آونگ ساده بستگي به طول آونگ و شتاب جاذبه در محل دارد.

 

نكته 2: دوره نوسان دستگاه وزنه – فنر
دوره نوسان وزنه متصل به فنر به جرم وزنه وجنس فنر و ساختمان آن بستگي دارد.

 

 

m= جرم وزنه
k= ثابت فنر- ( به جنس فنر بستگي دارد )

توليد موج: اگر سنگ كوچكي را در آب آرام استخر يا بركه اي بياندازد، در محل برخورد سنگ با آب، دايره اي تشكيل مي شود كه شعاع آن به تدريج افزايش يابد، به عبارت ديگر در سطح آب «تك موجي» تشكيل مي شود كه به صورت دايره به هم ي جهت ها منتشر مي شود.

 

اقسام موج: امواج را علاوه بر دو حالت كلي مكانيكي و الكترو مغناطيسي به دو نوع طولي و عرضي نيز طبقه بندي مي شوند.
 

1) امواج طولي: «موجي است كه راستاي نوسان ذره هاي محيط، موازي با راستاي انتشار موج، باشد.»
اگر چند حلقه از فنري را متراكم كنيم و يكبار آن را رها سازيم، مشاهده خواهيم كرد كه اين حالت تراكم در طول فنر منتشر مي شود حلقه هاي متراكم فنر پس از آزاد شدن، در اثر نيروي برگرداننده اي كه ايجاد شده منبسط مي شوند و انبساط آن ها سبب متراكم شدن تعدادي از حلقه هاي بعدي مي شود. و اين تراكم و انبساط در طول فنر منتشر مي شود.
راه تشخيص موج طولي: وقتي موج طولي در فنر منتشر مي شود، حلقه هاي فنر متناوبا به يكديگر نزديك و يا از يكديگر دور مي شوند وقتي به يكديگر نزديك مي شوند، حلقه هاي متراكم شده و وقتي از يكديگر دور مي شوند حلقه ها انبساط پيدا مي كنندو
«موج ها ي طولي در فنر با همين تراكم و انبساط ها قابل تشخيص است.»

 

2) امواج عرضي: «موجي است كه در آن امتداد ارتعاش و امتداد انتشار عمود باشد.»
يك طرف ريسمان يا فنر بلندي را به ديوار مي بنديم و طرف ديگر آن را به دست مي گيريم، به طوريكه ريسمان افقي قرار گيرد اگر انتهاي ريسمان را با يك تكان سريع كمي به بالا و پايين وضع تعادل به حركت در آوريم، يك تك موج در طول ريسمان منتشر مي شود، به طوريكه هر نقطه از ريسمان پس از دريافت موج به بالا و پايين حركت مي كند.
راه تشخيص موج عرضي: موج عرضي در طناب يا فنر با قله ها و دره هاي ايجاد شده قابل تشخيص است.

توجه: امواج عرضي نمي توانند در گازها و مايعات منتشر شوند.

چشمه ي موج: به جسمي كه در يك محيط موج ايجاد مي كند، يك چشمه ي موج مي گويند(مانند ديايازون)
جابه جايي موج در يك محيط را انتشار موج مي گويند. وقتي موج در يك محيط مثلا سطح آب يا در طول فنر منتشر مي شود،به هر ذره از محيط كه مي رسد آن ذره را وادار به حركت نوساني مي كند، بدون آن كه ذره همراه موج از جايي به جاي ديگر منتقل شود.

ويژگي هاي موج:

 هر موج داراي چهار ويژگي است:

  1- سرعت انتشار: موج در هر محيط با سرعت معيني منتشر مي شود. سرعت انتشار در يك محيط به جنس و حالت محيط و شرايط فيزيكي آن بستگي دارد.

نكته: در محيطي كه شرايط فيزيكي در تمام جهات آن يكسان باشد(محيط همگن)، سرعت انتشار موج مقداري ثابت است.
نماد سرعت انتشار:V
يكاي اندازه گيري: متر بر ثانيه
 

  2- بسامد (فركانس): تعداد نوسانهايي كه نوسانگر در مدت يك ثانيه انجام مي دهد.
نماد فركانس:f
يكاي اندازه گيري:هرتز Hz
 

  3- طول موج: فاصله ي هر دو برجستگي(قله ي موج) پياپي، يا فاصله ي هر دو فرورفتگي(قعر موج) پياپي را طول موج مي نامند.
طول موج را با λ نشان مي دهند.
 

يكاي اندازه گيري: متر(m)

  4- دامنه موج: حداكثر فاصله اي كه مولكول ها از وضع تعادل خود مي گيرند، دامنه ي موج ناميده مي شود و معمولا با حروف A يا a نشان مي دهند.
 

 

امواج مكانيكي غيراز امواج طولي و عرضي، انواع ديگري از موج نيز دارند كه عبارتند از:1- موج پيچشي:

 در موج طولي و عرضي مسير هر ذره نوساني يك خط مستقيم است. در موج پيچشي مسير هر ذره قوسي از يك دايره است. براي ايجاد يك موج پيچشي در يك فنر بايد سر فنر را به نقطه اي ثابت بسته و سر ديگر آن را در جهت عقربه هاي ساعت و خلاف آن با يك حركت نوساني منظم به چرخش در آوريم. در اين صورت همه نقاط فنر حول محور آن داراي حركت تناوبي خواهند شد و موج پيچشي در فنر منتشر مي شود. در اين حالت راستاي انتشار و ارتعاش دقيقا مشخص نيست.
 

2- امواج ايستاده:

 اگر سيمي را به دو نقطه A و B محكم ببنديم و به آن ضربه اي بزنيم موجي ايجاد شده و پس از برخورد به مانع در خلاف جهت اول بر مي گردد و در طول سيم تعدادي گره و شكم ايجاد مي شود كه به آن موج ايستاده يا ساكن مي گوييم.
مثال: امواج صوتي در تارهاي مرتعش و لوله هاي صوتي

3- امواج مسطح و كروي:
امواج را مي توان، بسته به محيط انتشار آن ها، به امواج يك بعدي، دو بعدي و سه بعدي طبقه بندي كرد.
در طناب و فنر، موج در بعد طولي، و بر سطح آب، موج در بعدهاي طول و عرضي و در فضا موج در سه امتداد متفاوت، انرژي منتشر مي كنند.
اگر موج در فضا منتشر شود، نقاط مختلف فضا تحت تاثير انرژي امواج قرار مي گيرند. اگر شعاع هاي موج موازي باشند و موج در يك محيط همگن منتشر شود، موج مسطح خواهد بود و چنانچه موج در يك نقطه توليد شود و در محيط سه بعدي همگن انتشار يابد، شعاع هاي موج، شعاع هاي واگرا خواهند بود و موج كروي خواهيم داشت.

4- موج پلاريزه:

 اگر ارتعاشات در يك راستاي ثابت صورت گيرد، به طوري كه راستاي انتشار و راستاي ارتعاش در يك صفحه ثابت قرار داشته باشد، موج را پلاريزه مي گويند.
معادله ي موج: در مثلث موج انگشت خود را روي كميتي كه مي خواهيد حساب كنيد قرار دهيد و عمل رياضي باقيمانده را انجام دهيد.

 

مثال: يك خواننده نتي را با فركانس 256هرتز مي خواند. اگر سرعت صوت در هوا 340 متر بر ثانيه باشد، طول موج اين نت را محاسبه كنيد.

پاسخ: ابتدا انگشت خود را بر روي  λ  قرار دهيد، سپس عمل رياضي باقي مانده (تقسيم) را انجام دهيد.
 

موج و انرژي :

 موج ها با خود انرژي حمل مي كنند يعني با حركت خود، انرژي را از ذره اي به ذره ي ديگر انتقال مي دهند.
به عبارت ديگر، ذره هاي محيط با حركت نوساني خود، انرژي را ذره به ذره در محيط پيش مي برند.
 

آب لرزه (سونامي):گاهي در اثر وقوع زمين لرزه در بستر اقيانوسها يا آتش فشان ها و لغزش هاي بزرگ زير دريا، امواج بسيار پر قدرتي به وجود مي آيند كه به آن آب لرزه يا سونامي (Tsunami) مي گويند. اين امواج در اثر حركت ناگهاني مقدار زيادي آب در امتداد قائم به وجود مي آيند و با سرعتي بسيار زيادتر از موج هاي سطح آب، منتشر مي شوند.

 

موج هاي صوتي:هر صوتي داراي انرژي است و به صورت موج از چشمه هاي صوت انتشار مي يابد. موج هاي صوتي از نوع امواج طولي هستند.
موج صوتي را بايد توسط يك جسم مرتعش توليد كرد. به هرجسمي كه صوت توليد مي كند، چشمه صوت مي گويند.
حنجره انسان يك چشمه ي صوت است. با عبور دادن هوا از حنجره، تارهاي صوتي آن را به ارتعاش در مي آورد. وارتعاش تارهاي صوتي صوت را به وجود مي آورد. در واقع ارتعاش تارهاي صوتي به مولكولهاي هوا انرژي منتقل مي كند و موج صوتي توليد مي شود.

 

نكته: سرعت صوت در جامدها بيش تر از مايعات و در مايعات بيش تر از گازهاست، هر چه ماده متراكم تر باشد، سرعت صوت در آن بيش تر است. در مواد جامد مولكول ها نسبت به گازها به يكديگر نزديك ترند و در نتيجه سرعت صوت در آن ها بيش تر است.
 

موج هاي صوتي را برحسب بسامد آن ها به سه گروه تقسيم مي كنند.

1- صوت:

 به موج هاي صوتي كه بسامد آن ها در حدود 20 تا 20000 نوسان در ثانيه باشد، صوت مي گويند.
براي آنكه صوتي روي گوش انسان اثر بگذارد و شنيده شود، بايد بسامد آن در اين محدوده باشد، به اين محدوده، محدوده ي شنوايي انسان گفته مي شود.
 

2- فرو صوت:

صوت هايي كه بسامد آن ها كم تر از 20 هرتز باشد، فروصوت گفته مي شود.
 

3- فرا صوت:

 صوت هايي كه بسامد آن ها از 20000هرتز بيش تر باشد، فراصوت گفته مي شود.

كاربردهاي فراصوت:1- امروزه فرا صوت و استفاده آن در صنعت پزشكي اهميت بسيار دارد. به عنوان مثال در پزشكي از فراصوت براي بررسي جنين در بدن مادر و اطلاع از وضعيت و اطمينان از سلامتي آن استفاده مي شود.
2- از فراصوت در جستجوي تومورها و ديگر عوامل غير طبيعي حفره شكمي و بررسي قلب استفاده       مي شود.
3- امواج فرا صوت مي توانند دستگاههاي پزشكي و دندانپزشكي را تميز كنند.
4- از يك باريكه ي پر انرژي فراصوت براي بريدن بافتهاي بدن استفاده مي شود.
 

 

در صنعت:

يك باريكه ي فراصوت مي تواند شكاف هاي ظريف (باريك) فلزات، آسفالت جاده ها يا لاستيك را آشكار سازد.

زمين شناسان باريكه اي از امواج فراصوت را به درون زمين مي فرستند و با بررسي پژواك ها، مي توانند به نوع سنگ ها و مواد كاني زير زميني پي ببرند. همچنين مي توانند با مطالعه پژواك هاي فراصوت، در مورد احتمال وجود نفت در لايه هاي زير زمين نظر بدهند.
 

امواج الكترو مغناطيسي:نوعي از امواج كه مي توانند در خلا منتشر شوند و نياز به محيط مادي ندارند را موج الكترو مغناطيسي    مي نامند.
موج هاي الكترو مغناطيسي از بسامد هاي بسيار بالا(طول موج بسيار كوتاه كه پرتوهاي گاما نام دارند) تا بسامدهاي بسياركم (طول موج هاي بسيار بلند كه امواج راديويي نام دارند) را شامل مي شوند.
 

تفاوت موج هاي الكترو مغناطيسي و موج هاي صوتي:1- سرعت موج هاي صوتي در هوا در دماي معمولي حدود 340 متر برثانيه است در حالي كه سرعت انتشار موج هاي الكترومغناطيسي در هوا حدود 000/000/300 متر بر ثانيه است.
2- امواج صوتي براي انتشار نياز به محيط مادي دارند در حاليكه امواج الكترو مغناطيسي از خلا نيز         مي گذرند.
3- امواج صوتي از نوع امواج طولي و امواج الكترومغناطيسي از نوع عرضي هستند.
 

 

شباهت موج هاي الكترومغناطيسي و موج هاي صوتي:

هر دو با خود انرژي حمل مي كنند.

 

نكته: موج هاي الكترومغناطيسي را بر حسب بسامد و كاربرد آن ها نامگذاري مي كنند.
جدول زير انواع موج هاي الكترومغناطيس را از موج هاي بسيار كوتاه تا موج متوسط نشان مي دهد. به اين گستره، طيف الكترو مغناطيسي مي گويند.

 

نكته: موج هاي الكترو مغناطيس در اين طيف برحسب طول موج مرتب شده اند.

فيزيك فصل دو - نور

فيزيك فصل دو - نور

 

نور صورتي از انرژي تابشي است كه با سرعت 300000 كيلومتر بر ثانيه درفضا سير مي كند.

فرايند نور:
1- موجب ديدن اجسام مي شود.
2- موجب عمل غذاسازي گياهان مي شود.
3- باعث كاركردن كليه وسايل نوري مي شود.

4- موجب تغيير رنگ لباس و پارچه مي شود.
براي آنكه جسمي ديده شود، بايد از آن جسم نور به چشم برسد، بنابر اين جسم يا بايد از خودش نور تابش كند و يا نورهايي را كه برآن تابيده شده است، به طرف چشم بيننده بازتاب دهد.
به همين دليل اجسام به دو دسته تقسيم مي شوند.
1- اجسام منير يا چشمه ي نور: اجسامي كه از خود نور توليد مي كنند. مانند خورشيد، لامپ روشن، شمع روشن، چوب در حال سوختن
2- اجسام غير منير: اين اجسام از خود نوري تابش نمي كنند، بلكه نوري را كه از چشمه هاي نور به آن ها تابيده است به طرف چشم، باز مي گردانند، در نتيجه ما مي توانيم آن ها را ببينيم.

انواع چشمه ي نور:
1- چشمه ي گسترده نور: يك شي نوراني نظير خورشيد، چراغ روشن، شعله ي شمع را چشمه ي نور گسترده مي ناميم.

 

2- چشمه نور نقطه اي: اگر صفحه اي از مقوا را كه روي آن روزنه ي كوچكي ايجاد شده است، درمقابل چراغ روشني قراردهيم، نور چراغ پس از گذشتن از روزنه منتشر مي شود و روزنه مانند يك چشمه نور كوچك عمل مي كند كه به آن چشمه ي نقطه اي نور مي گويند.

تقسيم بندي اجسام غير منير از نظر عبور نور از آنها:1- اجسام شفاف : اجسامي كه نور از آن ها عبور مي كند مانند شيشه ? هوا ? آب

2- اجسام نيمه شفاف : اجسامي كه نور از آن ها عبور مي كند ولي از پشت آن ها اجسام ديگر به طور واضح ديده نمي شوند. مانند شيشه هاي مات ? كاغذ كالك
3- اجسام كدر اجسامي كه نور از آن ها عبور نمي كند.مانند آجر-مقوا-چوب و ....

نور به خط راست منتشر مي شود.
چند دليل مهم براي اثبات اين موضوع:1- عبور نور از لابه لاي شاخ و برگ درختان

2- تشكيل سايه

 

 

3- خورشيد گرفتگي
4- ماه گرفتگي
سايه چگونه تشكيل مي شود؟ اگر جسم كدري در مقابل منبع نوري قرار گيرد در پشت جسم محوطه ي تاريكي بوجود مي آيد كه به آن سايه مي گويند.

 

راههاي تشكيل سايه :

1- تشكيل سايه به وسيله چشمه ي نقطه اي نور: در اين حالت فقط سايه كامل ايجاد مي شود و مرز مشخصي بين تاريكي و روشنايي وجود دارد.
نكته: قطر سايه به فاصله ي چشمه ي نور تا جسم كدر و پرده بستگي دارد.
نكته: هر گاه چشمه ي نور به جسم كدر نزديك شود قطر سايه بزرگتر مي شود و هرگاه چشمه ي نور را از جسم كدر دور كنيم قطر سايه كوچك تر مي شود.

هر گاه سايه به وسيله ي چشمه ي نقطه اي تشكيل شود بين قطر سايه و قطر جسم كدر رابطه ي زير وجود دارد.

مثال : جسمي به طول 10CM در فاصله ي 5CM از يك منبع نقطه اي نور قراردارد. اگر فاصله ي پرده تا منبع

نور 60CM باشد، در اين صورت طول سايه چقدر است؟

AB=10CM
OH=5CM

OH'=60CM

?=A'B'

 

2- تشكيل سايه به وسيله چشمه ي گسترده نور: در اين حالت علاوه بر سايه كامل، نيم سايه نيز ديده مي شود.

     - خورشيد گرفتگي (كسوف): هر گاه در چرخش ماه به دور زمين و هر دو به دور خورشيد، مركز آن سه (ماه،زمين،خورشيد) روي يك خط راست واقع شود به طوري كه ماه در وسط باشد، ماه جلوي نور خورشيد را مي گيرد و سايه آن روي زمين مي افتد در نتيجه كساني كه در سايه ي ماه قرار دارند خورشيد را تاريك مي بينند. در اين صورت مي گوييم، خورشيد گرفتگي رخ داده است.

    - ماه گرفتگي: اگر زمين بين ماه و خورشيد قرار گيرد، زمين جلوي نور خورشيد را مي گيرد و سايه آن روي ماه مي افتد و آن را تاريك مي كند. در اين صورت مي گوييم ماه گرفتگي رخ داده است.

   بازتاب نور :  برگشت نور از سطح يك جسم را بازتاب مي گويند.

انواع بازتاب نور:1- بازتاب منظم: اين بازتابش در سطوح بسيار صاف صورت مي گيرد. در اين صورت پرتوهاي نور به طور موازي به سطح تابيده و به طور موازي در يك جهت بازتاب مي شوند. در اين نوع بازتاب همواره تصويري واضح و روشن ايجاد مي شود. مانند آينه

 

 

2- بازتاب نامنظم: هرگاه يك دسته پرتو موازي نور به سطح ناهمواري برخورد كند به صورت پرتوهاي غير موازي و در جهات متفاوت بازتاب مي شوند. دراين نوع بازتابش تصوير اشياء مبهم و نامشخص است.

 

 

اصل انعكاس: در بازتاب نور از سطح يك جسم، همواره زاويه تابش و بازتاب برابرند.

نكته 1: پرتو تابش: پرتو نوري كه به سطح مي تابد.(I)
نكته2: پرتو بازتابش: پرتو بازگشته از سطح را مي گويند.(R)
نكته3: زاويه تابش: زاويه بين پرتو تابش و خط عمود را مي گويند.(i)
نكته4: زاويه بازتابش: زاويه بين پرتو بازتاب و خط عمود را گويند.(r)
نكته5: زاويه آلفا α : زاويه بين پرتو تابش و سطح آينه را گويند.
نكته6: زاويه بتا α : زوايه بين پرتو بازتاب و سطح آينه را گويند.
نكته7: زاويه تابش متمم زاويه α است. يعني
نكته8: زاويه باز تابش متمم زاويه  β  است. يعني

انواع دسته اشعه (پرتو) نوراني:
1- دسته پرتو موازي: اين پرتوها همانطور كه از اسمشان پيدا است با هم موازي هستند.

2- دسته پرتو همگرا: پرتوهايي هستند كه در آن شعاع هاي نور در جهت انتشار به هم نزديك مي شوند و در يك نقطه به هم مي رسند.

3- دسته پرتو واگرا: پرتوهايي كه در آن شعاع هاي نور در جهت انتشار از هم دور مي شوند.

پرتوهاي حقيقي:

پرتوهاي تابش و بازتابش كه به چشم مي رسند را پرتوهاي حقيقي مي گويند.

پرتوهاي مجازي:

امتداد پرتوهاي واگرايي كه از سطح آينه بازتاب مي شوند(در پشت آينه) پرتوهاي مجازي گفته مي شود.

تصوير حقيقي:

 زماني تشكيل مي شود كه پرتوهاي تابش شده از يك نقطه شي پس از برخورد به آينه يا عدسي در نقطه اي ديگر به هم برسند. تصوير حقيقي بر روي پرده تشكيل مي شود.

تصوير مجازي:

 تصويري كه پرتوهاي مجازي در پشت آينه به وجود مي آورند را مي گويند.تصوير مجازي بر روي پرده تشكيل نمي شود.

آينه:

قطعات شيشه اي كه پشت آنها نقره اندود يا جيوه اندود شده است و مي توانند نور را بازتاب دهند بازتاب از سطح آينه منظم است.

ويژگي هاي تصوير در آينه تخت
1- تصوير مجازي
2- تصوير مستقيم
3- تصوير برگردان(وارون جانبي)
4- طول تصوير با طول جسم برابر است.
5- فاصله تصوير تا آينه با فاصله ي جسم تا آينه برابر است.

 

كاربرد آينه ي تخت:
1- استفاده از تصوير مستقيم آن در خانه و وسايل نقليه
2- استفاده از آينه براي ارسال علايم مخابراتي به فاصله دور
3- استفاده از آينه ي تخت براي اندازه گيري سرعت نور و وسايل نور بازتابي (تلسكوپ بازتابي)
4- پريسكوپ: اين دستگاه از لوله اي تشكيل شده كه در دو طرف آن دو آينه ي تخت موازي نصب شده كه هر يك از اين آينه ها با محور آينه زوايه 45 درجه مي سازد. هر تصويري كه در يكي از اين آينه ها ديده مي شود در ديگري نيز مشاهده مي شود.

انتقال آينه ي تخت:

 هرگاه جسمي در برابر آينه ي تختي قرار گيرد، تصوير مجازي آن در آينه ديده مي شود. چنانچه آينه به اندازه d جابه جا شود. تصوير به اندازه 2d نسبت به جسم جابه جا مي شود.

اگر آينه ثابت باشد و جسم به اندازه d نسبت به آينه جا به جا شود تصوير نسبت به جسم به اندازه d جا به جا مي شود.

سرعت انتقال تصوير:

 سرعت انتقال تصوير در آينه ي تخت در حالتي كه آينه ثابت باشد و جسم با سرعت V در راستاي عمود بر سطح آينه حركت كند، نسبت به مكان اوليه اش برابر V است.
در حالي كه جسم ساكن باشد و آينه در راستاي عمود بر سطح آينه با سرعت V حركت كند، سرعت انتقال تصوير در آينه نسبت به مكان اوليه اش برابر 2V خواهد بود.
در حالي كه جسم و آينه هر يك با سرعت V به طرف هم حركت كنند، سرعت انتقال تصوير در آينه نسبت به مكان اوليه اش برابر 3Vخواهد بود.

تصوير در آينه هاي متقاطع:

 هر گاه جسم روشني در فضاي بين دو آينه ي متقاطع قرار گيرد پرتوهايي از جسم به هر يك از دو آينه مي تابد و دو تصوير مجازي به وجود مي آورد. اگر پرتوها پس از باز تابش هاي متوالي به آينه برخورد كنند تصويرهاي ديگري نمايان مي شود. هر چه زاويه بين دوآينه α كوچكتر باشد تعداد اين تصويرها بيش تر است. تعداد تصويرها (n) از رابطه ي زير به دست مي آيد.

نكته: در حالتي كه دو آينه موازي باشند 0=α تعداد تصاوير بي نهايت زياد است.

 

آينه هاي كروي:

الف) آينه مقعر(كاو): اگر سطح داخلي آينه بازتاب كننده باشد، به آن آينه كاو مي گويند.
نكته 1: اگر يك دسته پرتو نور موازي به آينه كاو بتابد پرتوهاي بازتابيده در يك نقطه به نام كانون حقيقي به هم مي رسند.
كانون با حرف F نمايش داده مي شود.
به فاصله كانون تا آينه، فاصله كانوني مي گويند و با حرف f نمايش مي دهند.

نكته2: آينه هاي كاو مي توانند از يك جسم هم تصوير مجازي و هم تصوير حقيقي ايجاد كنند.
تشكيل تصوير حقيقي يا مجازي، بستگي به فاصله جسم از آينه هاي كاو دارد. هر چه جسم به آينه نزديك تر باشد، تصوير در فاصله اي دورتر ايجاد مي شود و هرچه جسم را از آينه دور كنيم تصوير به آينه نزديك تر مي شود.

ب) آينه ي كوژ: اگر سطح خارجي آينه بازتاب كننده باشد، آن را آينه ي كوژ مي گويند.
نكته1: هرگاه پرتوهاي نور موازي محور اصلي به آينه محدب بتابد، طوري باز مي تابد كه امتداد پرتوهاي بازتاب از يك نقطه روي محور اصلي مي گذرند. اين نقطه را كانون اصلي آينه ي محدب مي نامند. كانون آينه محدب مجازي است.

نكته 2: تصوير در آينه ي محدب همواره مجازي، كوچك تر از جسم و مستقيم خواهد بود.

شكست نور:
وقتي نور به جسمي مي تابد، مقداري از آن نور بازتاب مي شود، مقداري نيز از جسم عبور مي كند،
اما جسم هاي شفاف مانند هوا، آب، شيشه، طلق هاي پلاستيكي شفاف نور را به خوبي از خود عبور مي دهند.

 

نور در يك محيط معين در مسير مستقيم حركت مي كند.
اگر در مسير نور يك قطعه جسم شفاف عمود در مسير نور قرار گيرد، مسير نور در هنگام عبور از جسم هم چنان مستقيم خواهد بود.

اما اگر نور در مسير خود، با زوايه اي ديگر به يك جسم شفاف (مثلا شيشه) برخورد كند، هنگام ورود به شيشه مسير حركتش مقداري كج مي شود. به اين پديده شكست نور مي گويند.

نور در يك محيط معين، به صورت مستقيم و با سرعت ثابت حركت مي كند، هرگاه محيط تغيير كند، سرعت نور نيز تغيير كرده و نور منحرف مي شود و در مسير جديد به خط راست حركت مي كند.
تغيير مسير پرتو نور به هنگام عبور از يك محيط شفاف به محيط شفاف ديگر را شكست نور مي گويند.

زاويه تابش: زاويه اي بين پرتو تابش و خط عمود (i)
زاويه شكست: زاويه اي بين پرتو شكست و خط عمود (r)

رابطه ي زاويه تابش و زاويه ي شكست:1- اگر پرتو تابش عمود بر سطح مشترك بين دو محيط باشد،(يعني زاويه آن با خط عمود برابر صفر باشد) در اين صورت نور بدون شكست وارد محيط دوم شده و منحرف نمي شود.

2- اگر پرتو تابش از محيط رقيق وارد محيط غليظ شود در اين حالت پرتو شكست به خط عمود نزديك مي شود يعني زاويه شكست از زاويه ي تابش كوچك تر مي شود.

3- اگر پرتو تابش از محيط غليظ وارد محيط رقيق شود، در اين حالت پرتو شكست از خط عمود دورتر مي شود و زاويه ي شكست از زاويه ي تابش بزرگ تر مي شود.

علت شكست نور:علت شكست نور، متفاوت بودن سرعت نور در محيط هاي مختلف است. سرعت نور در خلا يا هوا در حدود است اما وقتيكه وارد آب مي شود، سرعت آن به حدود كيلومتر بر ثانيه مي رسد. سرعت نور در شيشه(كه غليظ تر از آب است) كم تر و در حدود  است. اين تفاوت سرعت نور سبب مي شود كه راستاي پرتوهاي نور هنگام عبور از يك محيط به محيط ديگر، شكسته شود و پديده شكست نور اتفاق بيفتد.

عمق ظاهري، عمق واقعي:
هنگامي كه از هوا به جسمي در داخل آب نگاه كنيم آن جسم به سطح آب نزديكتر و وقتي از داخل آب به جسمي در هوا نگاه كنيم، دورتر به نظر مي رسد. وقتي نور به طور مايل از يك محيط شفاف وارد محيط شفاف ديگر مي شود، در مرز مشترك دو محيط، تغيير مي دهد(شكسته مي شود) همين عامل سبب بالاتر ديده شدن جسم نسبت به سطح واقعي گردد.

منشور:قطعه اي مثلثي شكل است كه از يك ماده شفاف مثل شيشه يا پلاستيك هاي بي رنگ ساخته مي شود. وقتي پرتوهاي نور به يكي از ديواره هاي منشور برخورد مي كند و به آن وارد مي شود، در اثر پديده ي شكست مسيرش تغيير مي كند. اين پرتو هنگام خروج از ديواره ي ديگر منشور نيز، دچار تغيير مي شود.

آزمايش نيوتن:هرگاه شعاع نور سفيدي بر يك وجه منشور شيشه اي كه قاعده ي آن به شكل مثلث است بتابانيم، نور سفيد تجزيه شده و پرتوهاي خروجي از منشور بر روي پرده طيف رنگيني از هفت رنگ قرمز، نارنجي، زرد، سبز، آبي، نيلي و بنفش را تشكيل مي دهد. علت اين پديده آن است كه ميزان شكست نورهاي رنگي مختلف، با هم يكسان نيست.  هرگاه نور سفيد وارد منشور شود،  تغيير مسير رنگ هاي  تشكيل  دهنده ي نور سفيد از قرمز تا بنفش بيش تر شده و به هنگام خروج از منشور رنگ هاي مختلف نور سفيد از يكديگر جدا مي شوند.
جداسازي رنگ هاي نور سفيد به وسيله ي منشور را پاشيدگي نور (پاشيده شدن) مي گويند.

 

به مجموعه نورهاي رنگي كه از پاشيده شدن نور در منشور به وجود مي آيد طيف نور گفته مي شود.
عدسي ها:

اگر دو منشور را مطابق شكل هاي مقابل به هم بچسبانيم و سطح آن ها را به صورت خميده تراش دهيم، عدسي به وجود مي آيد.

عدسي ها مانند منشور مي تواند جهت پرتوهاي نور را تغيير دهد، همين امر سبب مي شود اجسام از پشت عدسي به صورتهاي مختلف ديده شوند.

انواع عدسي:
1- عدسي همگرا(محدب يا كوژ) ضخامت وسط اين عدسي بيش تر از ضخامت كناره هاي آن است.
اين نوع عدسي پرتوهاي نور موازي را شكسته و در يك نقطه متمركز مي كند يا به عبارت ديگر پرتوهاي نور را به يكديگر نزديك مي كند.
2- عدسي واگرا (مقعر يا كاو) ضخامت وسط اين عدسي كم تر از ضخامت كناره هاي آن است.
اين نوع عدسي پرتوهاي نور موازي را شكسته و آنها را واگرا مي نمايد به عبارت ديگر پرتوهاي نور را از يكديگر دور مي كند.

عدسي همگرا:

 

اين نقطه كانون عدسي(ذره بين)است. اگر فاصله ي بين عدسي تا صفحه ي كاغذ را اندازه بگيريد، اين فاصله را فاصله كانوني عدسي گويند.
هرگاه يك دسته پرتو نور موازي با محور اصلي به عدسي همگرا بتابد پس از عبور از عدسي شكسته شده و پرتوها در يك نقطه يكديگر را قطع مي كنند. اين نقطه كانون اصلي عدسي بوده و با F نمايش داده مي شود.

فاصله ي بين كانون و مركز نوري عدسي را فاصله ي كانوني عدسي مي گويند و با علامت (f) نمايش مي دهند.
نكته: عدسي هاي همگرا هم تصوير حقيقي و هم تصوير مجازي ايجاد مي كنند.
ويژگي هاي تصوير در عدسي همگرا بستگي به فاصله شي از عدسي و فاصله ي كانوني دارد.

عدسي واگرا:

 هر گاه پرتوهايي موازي محور اصلي به عدسي واگرا بتابد پس از شكست و عبور از عدسي طوري از هم دور مي شوند كه امتداد آن ها از يك نقطه روي محور اصلي بگذرند. اين نقطه را كانون عدسي واگرا مي نامند.
نكته: عدسي ها واگرا همواره تصويري مجازي، مستقيم، كوچك تر از جسم و نزديك تر(در همان طرف شي) ايجاد مي كند.