فیزیک - علم و فلسفه

سعید

نظر بنده در مورد مفهوم زمان:
این موضوع وجود داره که تمام کیهان با تمام جزییاتش در هیچ زمانی و هرگز ثابت نیست و بصورت دائم در حال تغییره.
حتی زمانی که حس می کنی و یا فکر می کنی یک موضوع بدون تغییر رو پیدا کردی باید به نرخ مستمر زوال اون توجه داشته باشی.
در نتیجه ثابت نبودن کیهان ما این موضوع رو درک می کنیم که هرگز لحظه حاضر به لحظه حاضر یکسان نیست و این لحظه با اون لحظه بدون شک فرق می کنه، و این موضوع همین طور ادامه داره تا بی نهایت.
زمان می تونه به معنای همین نرخ تغییر باشه... به این معنی که اگه تو بتونی کاری بکنی که صحنه ی مورد مشاهده تو کاملا راکد و بدون تغییر بشه در این صورت تو تونستی زمان رو ثابت بکنی (همون اتفاقی که وقتی با سرعت نور حرکت می کنیم اتفاق می افته. زیرا در این سرعت فرد می تونه مکان بیشتری رو در نرخ تغییرات کمتر طی کنه و این مشاهده به نظر بیاد که با هرچه بیشتر شدن سرعت زمان به سمت کندتر شدن و توقف کامل یرسه و همه چیز راکد بشه.).

اما موضوع دیگری که وجود داره چگونگی ثبت زمان و مشاهده ی زمان توسط انسانه:
له نظر من انسان زمان رو با مشاهده توالی رویدادها و اتفاقات و قرار دادن پشت سرهم اونها در ذهنش درک می کنه.
خب مشاهده چطور صورت می گیره؟ جواب این سوال ساده است باید نوری از یک منبع نور به رویداد مورد نظر برسه و از اون رویداد بازتاب کنه و پرتو نور بازتابی به چشم ما برسه تا فرآیند مشاهده کامل بشه.(بتوانیم اتفاق را ببینیم)
حالا این رو حساب کنید که دو نفر در دو مکان متفاوت(یکی نزدیکتر به مکان واقعه و دیگری دورتر) نسبت به یک اتفاق قرار دارند.
خب وقتی فرآیند اتفاق صورت می گیره نور بازتابی اون اتفاق( مثلا ترکیدن بادکنک) اول به شخص(ناظر) نزدیکتر میرسه و بعد شخص(ناظر) دورتر. در نتیجه ناظر نزدیکتر زمان اون اتفاق رو متفاوت از ناظر دوم ثبت می کنه. و این بخاطر اثر اختلاف مسافت با مکان اتفاق است.
به عبارت دیگه زمان کاملا نسبی میشه نسبت به مکان هر شجص در فضا(همون نسبیت خاص) و کاملا وابسته به نور و سرعت آن.

خواهشمندم دوستان نظرات خودشونو بگن.

94/3/7::: 11:23 ع

اولین دیدگاه را شما بگذارید

فیزیک ،

چیستی زمان (قسمت اول)

سعید

چیستی زمان؟! (قسمت اول)

اول یه تقسیم بندی در مورد انواع مختلف زمان بکنم تا مشخص بشه درباره چه نوع زمانی حرف میزنیم:
1- زمان فیزیکی: که همون ساعته که قدمتی بیش از 4000 ساله داره.
در مصر باستان از ستون سنگی به عنوان ساعت استفاده می کردند و همین طور آبی و خورشیدی.
در سال 1800 پیش از میلاد بابلیان روز رو به ساعت تقسیم کردن و هر ساعت رو به شصت دقیقه و هر دقیقه رو به شصت ثانیه.
و جالب اینکه یک ستاره شناس باستانی قادر بوده بدون ابزار و فقط با نگاه کردن به ستارگان ساعت رو با اختلاف 15 دقیقه بگه.
2- ساعت بیولوژیکی: هر کسی درون خودش ساعتی بیولوژیکی داره. به عنوان مثال قلب انسان به طور متوسط در هر دقیقه 70 بار می تپد. حالات روحی ما. هوشیاریمان و اشتهایمان بنا به ساعات مختلف روز چرخه ماه یا فصل ها الگوی مشخصی رو دنبال می کنه.
ظاهرا ساعت بیولوژیکی ما با گروهی از سلول های هیپوتالاموس در مغزمان در ارتباط نزدیک است.
این سلول ها به شبکیه چشم متصل اند و ظاهرا چرخه ترشح هورمون و حرارت پوست و وقت بیداری و استراحت را تنظیم می کنند.
این طور تصور می شود که هورمون ملاتونین نقش مهمی در کنترل آهنگ روزانه بازی می کند.
ساعت بیولوژیکی منحصر به ما نیست و همه موجودات در طبیعت اون رو دارن.
3- زمان روانی: ما می توانیم گذشته را خاطر آوریم و می توانیم گذشت زمان رو حس کنیم. ما در انتظار آینده هستیم و استمرار زمان را در اندازه های مختلف تجربه می کنیم و به طور شخصی و با ذهن خود به گذشت زمان آگاهیم.
همه می توانند کمابیش فاصله زمانی میان دو واقعه رو حدس بزنند.
برخی با دقت بسیار بالا این کار رو انجام میدن انگار تو سرشون ساعت درونی کوچکی جود داره که به نحوی با ساعت بیولوژیکی در ارتباطه.
آنچه درباره این ساعت ها جاابه اینه که ساعت درونی هر فرد نسبت به فرد دیگر به نظر سریع تر یا کندتر میشه.
به عنوان مثال یک دور بازی بسکتبال برای بچه ای که در حال بازی است شاید خیلی سریع بگذرد ولی برای والدین او که در عرض یک ماه برای بیستمین بار بازی او را تماشا می کنند می تواند جانفرسا باشد.

94/3/7::: 11:21 ع

اولین دیدگاه را شما بگذارید

فیزیک ،

دور فرستی کوانتومی (Quantum Teleportation)

سعید

دور فرستی کوانتومی (Quantum Teleportation )

اروین شرودینگر تنها فیزیکدانی نبود که پذیرقتن جنبه های نامعمول مکانیک کوانتومی برایش مشکل بود. آلبرت اینشتین، که شاید بزرگترین فیزیکدان قرن بیستم باشد، نشان داد که مکانیک کوانتومی از بعضی لحاظ نظریه ای نامطلوبی است. او همراه با دو همکارش، بوریس پودولسکی و ناتان روزن، آزمایشی تخیلی را مطرح کرد که فکر می کرد عیب این نظریه را نشان می دهد. ولی مانند آزمایش تخیلی شرودینگر، تمام کاری که اینشتین انجام داد برجسته کردن شگفتی این نظریه بود و مبنای ممکنی برای دورفرستی فراهم آورد، که به باریکه های به کار رفنه برای انتقال افراد و اشیا در فضا در مجموعه داستان علمی-تخیلی استار ترک شبیه بود.

این آزمایش تخیلی مستلزم مفهومی بود به نام درهم تنیدگی. در مکانیک کوانتومی، درهم تنیدگی به وضعیتی اطلاق می شود که درآن حالت های دو یا چند ذره، با آنکه ذرات ممکن است لز هم دور باشند، به شدت به یکدیگر مربوط اند. این وضعیت ها رخ می دهند چون حالت های نامعین ممکن است بیش از یک ذره را در بر گیرند، به گونه ای که بین حالت ها یا مسیرهای تک تک آن ها پیوند برقرار کند.

مثلا، هر الکترون یک جفت ممکن است از شکاف های متفاوت آزمایش دو-شکاف توصیف شده ی قبلی عبور کند. اگرچه مکانیک کوانتومی نمی تواند پیشاپیش بگوید که کدام الکترون، E1 یا E2 از کدام شکاف می گذرد، اگر اندازه گیری نشان دهد E1 از شکاف A می گذرد، آنگاه E2 باید از شکاف B بگذرد.

آنچه اینشتین را نگران می کرد این است که درهم تنیدگی درهر فاصله ای عمل می کند. حتی اگر ذرات مایل ها از هم فاصله داشته باشند، یا حتی اگر آن ها را در کهکشان های متفاوتی باشند، وقتی که اندازه گیری در مورد یکی انجام شود حالت های دیگری خود به خود تعیین می شود.

فرض کنید یک واکنش شیمیایی یا هسته ای دو الکترون ایجاد می کند که از یکدیگر دور می شوند، و ماهیت واکنش تولید الکترون های با اسپین های مخالف است، یک الکترون اسپین بالا و الکترون دیگر اسپین پایین دارد. مکانیک کوانتومی آزمایش را به صورت تصلدفی توصیف می کند.

دو الکترون و حالت هایشان مشخث اند، ولی پیشاپیش نمی توان تعیین کرد که کام الکترون اسپین بالا و کدام الکترون اسپین پایین دارد. اگر فیزیکدانی آزمایشی را روی یک الکترون اجرا و اسپین بالا را تعیین کند، آنگاه حالت نامعین سیستم، متشکل از دو الکترون، به یک حالت اسپین معین تبدیل می شود. یعنی حالت اسپین الکترون دیگر، که قبلا نامعین بود، اکنون با آنکه ممکن است خیلی دور باشد معین است.

این مطلب اینشتین را گیچ و سردرگم کرده بود زیرا افکار و نظریه های او نشان داد که هیچ اطلاعاتی نمی تواند سریع تر از سرعت نور حرکت کند، ولی دانشمندی می توانست حالت اسپین یکی از الکترون ها را با اندازه گیری تعیین کند که ممکن بود در سیاره ی دیگر یا حتی در کهکشان دوری انجام شده باشد.

با وجود بدگمانی های اینشتین، آزمایش های مشابه داستان جفت الکترون پیشگفته ثابت می کنند که این حادثه رخ می دهد. ولی نتایج نظریه های اینشتین را نقض نمی کنند زیرا این پدیده اطلاعات را منتقل نمی کند. اندازه گیری الکترون اول حالت دومی را تعیین می کند، اما راهی وجود ندارد که ناظر الکترون دوم بتواند از اندازه گیری رخ داده آگاه شود مگر اینکه از شخصی که آزمایش را انجام داده پیامی را که با وسیله ی متداولی مانند رادیو منتقل شده باشد، دریافت کند. حالت الکترون برای ناظر دوم هنوز نامعلوم است تا اینکه اندازه گیری انجام گیرد یا پیامی از ناظر اول دریافت شود.

اینکه درهم تنیدگی هیچ قانونی را نقض نمی کند، باز هم یکی از نتایج عجیب تر مکانیک کوانتومی به شمار می آید. اگر حالت اسپین الکترون دوم، همان طور که نظریه می طلبد، تا وقتی که مشاهده شود نامعین است. آنگاه به طریقی که بعد از آنکه کسی حالت الکترون اول را تعیین کرد حالت اسپین مناسب را اتخاذ کند. این اساس استدلال اینشتین بود، که مطلب شرودینگر درباره ی گربه را شبیه سازی می کند. اگر حالت الکترون دوم آمیزه ای از اسپین بالا و پایین باشد که تا زمان مشاهده معین نیست، آنگاه اندازه گیری ناظر اول به طریقی بر حالت الکترون دوم تاثیر می گذارد. اینشتین برای این مطلب توضیحی نداشت.

هیچ کس دیگر هم درگیری را به وسیله ی فیزیک کلاسیک توضیح نداد. با وجود این، فرآیند می تواند مفید باشد. اگرچه اطلاعات نمی تواند منتقل شود، از آن می توان نسخه برداری، و آن را با روشی به نام دورفرستی، از طریق فضا منتقل کرد.

نویسندگان داستان های علمی-تخیلی اصطلاح دورفرستی را قبلا ساخته بودند، البته تا قبل از مکانیک کوانتومی سازوکار عملی برای آن نداشتند. ایده ی آن روبش (اسکن) کردن یک جسم یا شخص در یک مکان و ایجاد یک نسخه ی کامل در مکان دیگری است. نسخه ی اصلی معمولا طی فرآیند از میان می رود، تنها چیزی که منتقل می شود ساختار، غیرقابل تشخیص از اصل گنجانده شده در نسخه ی تکثیر شده است. همان طور که در شکل نشان داده شده، دورفرست (teleporter) شبیه دستگاه دورنگار است، با این تفاوت که فرآیند روبش نسخه ی اصلی را از میان می برد.

درهم تنیدگی به دلیل کنش از دور که اینشتین را حیرت زده کرد، نقشی بازی می کند. آزمایشی متشکل از یک واکنش یا حادثه ای دیگر از ذرات درگیر را ایجاد می کند. با انجام دادن یک دسته آزمایش دقیق، ناظران در یک مکان حالت یک زیرمجموعه لز ذرات تعیین می کنند.

اندازه گیری ها به طریقی انجام می شوند که از حالت یکی از ذرات نسخه برداری می کنند. اندازه گیری، این حالت ذره را به دلیل اصل عدم قطعیت هایزنبرگ برهم می زند، ولی ذرات درگیر اکنون در همان حالت اند. نسخه ی اصلی نابود می شود ولی نسخه ی بدل در مکان دیگری وجود دارد.

آزمایش های مربوط به فوتون ها تایید می کنند که دورفرستی کوانتومی می تواند رخ دهد. دانشمندان در دانشگاه واینا در اتریش فوتون را در 2004 در عرض رودخانه ای دانوب دورفرستی کردند. اگرچه در آزمایش های پیش تر در طول فاصله های کوتاه دورفرستی شده بودند، این نخستین بار بود که فرآیند در خارج از آزمایشگاه انجام می شد. یک کابل تار فیبرنوری در کف رودخانه حالت های بیت مانند (کیوبیت های) فوتون ها را به طرف دیگر منتقل می کرد.

آزمایش مهم دیگری در سال 2004 فرآیند را به اتم ها تعمیم داد. دانیل اف جیمز فیزیکدان از آزمایشگاه ملی لوس آلاموس با گروهی از پژوهشگران در دانشگاه اینسبروک در اتریش، که به وسیله ی پروفسور دنیر بلات هدایت می شد، همکاری کرد. این دانشمندان به کمک یون های کلسیم، حالت های کوانتومی را در فقط تقریبا یک هزارم یک اینچ دورفرستی کردند، ولی این آزمایش قابل ملاحظه بود زیرا اتم ها از فوتون ها بسیار پیچیده ترند. بذای کنترل شرایط، پژوهشگران اتم ها را تا دماهای بسیار پایین سرد کرده، به کمک لیزرها حالت های آن ها را دستکاری کردند. هماندهی دقت تکثیر همیشه کامل نبود، ولی آزمایش نشان داد که هم ماده و هم نور را می توان دورفرستی کرد.

توانایی فعلی دورفرستی کوانتومی راه درازی را تا استار ترک پیش رو دارد، و فرستادن انسان به سیاره های دور در زمانی به این نزدیکی ها دور از ذهن است. انسان مجموعه ای به شدت پیچیده از اتم هاست و هماندهی کم تر از 100 درصد فاجعه به بار خواهد آورد. ولی مسئله یک مسئله ی مهندسی است. به برکت وجود مکانیک کوانتومی، قانونی در فیزیک وجود ندارد که از پیشرفت این فناوری در آینده جلوگیری کند.

فیزیک، در یک حرکت جسورانه، حجم زیادی از داستان های علمی-تخیلی را ناگهان به نظر عملی، یا حتی محتمل، ساخته است. اما شاید مهم تزین نتیجه ی مکانیک کوانتومی محدودیت های آن است. لاپلاس از جهان هستی رویایی داشت که با هر جزئیاتی قابل حدس بود، با دانستن اطلاعات کافی، هر رویدادی را می شد پیش بینی کرد.

مکانیک کوانتومی جهان هستی متفاوتی را آشکار می ساخت، که در آن احتمال نقش بازی می کرد. در زمان لاپلاس، بخت آزمایی فقط به نظر می رسید تصادفی باشد، مردم عقیده داشتند که نتیجه به دلیل کمبود اطلاعات قابل پیش بینی نبود.

امروز، مکانیک کوانتومی نشان می دهد که تصادفی بودن نه به دلیل کمبود اطلاعات بلکه جزئی از طبیعت است. خواه در بخت آزمایی از گوی های پینگ پنگ استفاده شود. خواه از الکترون ها، درجه ای از عدم قطعیت همیشه وجود دارد تا اینکه کسی اندازه گیری انجام دهد.

94/3/7::: 9:27 ع

اولین دیدگاه را شما بگذارید

فیزیک ،

ژیروسکوپ

سعید

ژیروسکوپ چیست؟

چکیده:
ژیروسکوپ (جایرو)،عضو اصلی سامانه های هدایت اینرسی است که برای اندازه گیری مقدار و سرعت دوران و ایجاد محور های مختصات مرجع در وسایل نقلیه هوایی،فضایی و دریایی (مانند هواپیما،موشک،ماهواره،فضاپ یما،کشتی و زیردریایی)استفاده می شود.با استفاده از این وسیله میتوان جهت یا محورهای ثابتی را برای وسیله نقلیه تعریف کرد که هرگونه حرکت زاویه ای وسیله نقلیه نسبت به محورهای آن سنجیده شود.در این مقاله،ضمن معرفی ژیروسکوپ،انواع آن مورد بررسی قرار گرفته و به اختصار درباره هر یک توضیحاتی ارایه میشود.

1-مقدمه
از دوران کودکی به خاطر داریم که وقتی فرفره ی کوچکی را با کمک نیروی انگشتان خود می چرخانیم فرفره حول محورش و روی نوک تیز خود شروع به چرخش میکرد.بدون چرخش فرفره،امکان ایستادن فرفره روی نوکش وجود نداشت.در واقع چرخش فرفره حول محورش موجب پایداری و حفظ جهت فرفره میشد.این توضیح ساده مبنای کارکرد ژیروسکوپ های مکانیکی میباشد و از ان منظر،زمین نیز یک ژیروسکوپ است که به علت دوران ،محور خود را در فضا ثابت نگه میدارد.
طبق اصل بقای اندازه حرکت زاویه ای،هر جسم متقارن در حال چرخش سعی دارد جهت خود را همواره در فضا حفظ کند.از این رو اگر یک جسم متقارن را با دور بالا بچرخانیم و اطراف آنرا با یاتاقان و بلبرینگ آزاد بگذاریم که نیروهای خارجی بر آن اعمال نشود،یا چرخش قابی که جسم درون آن دوران میکند،جهت چرخش جسم دوار تغییر نمی کند،بنابراین میتوانیم با کمک این وسیله در اجسام متحرک جهت چرخش جسم دوار تغییر نمیکند،بنابراین میتوانیم با کمک این وسیله در اجسام متحرک جهت ثابتی داشته باشیم که وضعیت فعلی خود را درهر لحظه با آن مقایسه نماییم و لذا موقعیت زاویه ای و محاسبه سرعت تغییر سرعت زاویه ای را بدست آوریم.
عضو اصلی ژیروسکوپ های مکانیکی،یک دستگاه دوار یا روتور است که معمولا با سرعت زیاذ حول محور تقارن خود دوران میکند این سرعت از 3000تا 300000 دور در دقیقه می باشد لذا در اثر اینرسی جرم دوار،اندازه حرکت(ممنتوم)نشبتا بزرگی ایجاد میشود.اگر یاتاقان بندی محور چرخش را در طوقه ای معلق تعبیه کنیم به نحوی که گشتاور خارجی به آن وارد نشود،با وجود تمام حرکت های قاب،محور چرخش روتور همواره به جهت ثابتی اشاره میکند و موقعیت خود را در فضا حفظ میکند.با این روش میتوان جهت و یا محورهای ثابتی را برای وسیله نقلیه تعریف کرد که هرگونه حرکت زاویه ای نسبت به این محورها سنجیده شود.

2-تاریخچه
کلمه ژیروسکوپ واژه ی یونانی است که از دو بخش جایرو به معنای دوران و اسکوپ به معنای نشان دادن است.به این ترتیب معنای تحت اللفظی آن دوران نما است که بیان گر وظیفه آن نیز میباشد.نخستین پدیده ی ژیروسکوپی ،125 سال قبل از میلاد حضرت مسیح توسط ایرخوس کشف شد.تا زمان نیوتن یعنی اواخر قرن 17 میلادی،تنوع چندانی در این خصوص صورت نگرفت.اما در قرن 18،برخی محققین مانند اولر،تحقیقات قابل ملاحظه ای در دینامیکی اجسام دوار صورت دادند.در همین قرن،در انگلستان درباره ایجاد یک افق مصنوعی برای کشتی ها،بررسی هایی عمل آمد.به این منظور از یک قرقره دوار استفاده شد که یک آینه مسطح مصنوعی برای کشتی ها،بررسی هایی عمل آمد. به این منظور از یک قرقره دوار استفاده شد که یک آینه مسطح عمود بر امتداد محور چرخش آن قرار داشت.
در اواسط قرن 19،فوکو،دانشمند فرانسوی برای نشان دادن دوران زمین از یک ژیروسکوپ استفاده کرد که این ار بعلت نداشتن یک موتور الکتریکی مناسب ،به شکل دقیقی انجام نگرفت.همین دانشمند بود که برای نخستین بار در سال 1852 میلادی نام ژیروسکوپ را برای آن برگزید و در سال 1900 شخصی آلمانی به نام آنشوش کامف تصمیم به ساختن زیر دریایی برای کاوش در قطب شمال گرفت.اما وسایل هدایت و راهیابی دقیق برای این کار وجود نداشت.به ویژه قطب نماهای مغناطیسی در محدوده قطب شمال به دلیل وجود میدان های مغناطیسی قوی،از دقت و عملکرد صحیح می افتادند.از این رو تلاش کرد تا قطب نمای دیگری که مستقل از خواص مغناطیسی عمل کند ?بسازد . تلاش وی منجر به به ساخت قطب نمایی شد که بر اساس خواص ژیروسکوپی کار میکرد و آنرا قطب نما قطب نمای ژیروسکوپی نام نهادند.این قطب نما،در واقع نخستین وسیله دقیق هدایت و راه یابی است که بر اساس اصول اینرسی کار میکرد. پیشرفت صنعت و پدیدار شدن وسایل نقلیه فضایی،لزوم ابداع و هدایت و کنترل دقیق را بیش از پیش آشکار ساخت.به ویژه وقوع جنگ جهانی اول و دوم و تولید نسل های جدید انواع هواپیما و موشک ها،دانشمندان و محقیقین را به نحو بارزی بر آن داشت تا در زمینه ابداع وسایل دقیق تر و با کیفیت بالاتر تلاش بیشتری صورت دهند.قدم اساسی دراین زمینه طی جنگ جهانی دوم در دانشگاه ام آی تی آمریکا برداشته شد که تحت سرپرستی شخصی به نام چارلز دراپر،ژیروسکوپ هایی دقیق و کوچک برای نصب روی هواپیما ساخته شد که بخاطر مین تلاشهایش او را آقای جایرو لقب نهادند.پس از جنگ جهانی دوم،روش هدایت و ناوبری اینرسی به عنوان روشی دقیق و قابل اعتماد برای هدایت وسایل فضایی ساخته شد.نخستین سامانه هدایت که بطور کامل بر مبنای اصول اینرسی توسط ژیروسکوپ ها و شتاب سنج ها عمل می کرد و در آن از یاتاقان های گازی برای تعلیق طوقه ها استفاده شده بود،در سال 1950مورد آژمایش پروازی قرار گرفت.امروزه نیز سامانه هدایت اینرسی ،بعنوان یکی از مهم ترین روشها برای هدایت و کنترل در امر هوانوردی و فضانوردی و همچنین هدایت هدایت موشک ها،کشتی ها و زیردریای ها بطور گسترده مورد استفاده قرار دارد و به تبع این امر،انواع مختلفی ازژیروسکوپ ها و شتاب سنج ها اختراع ششده اند که درین مقاله به آنها پرداخته خواهد شد.
3-ساختمان اساسی انواع ژیروسکوپ
ژیروسکوپ از نظرساختمان به دو دسته یک درجه آژادی و دو درجه آزادی تقسیم میشود که درین تقسیم بندی ها،توانایی حرکت روتور نسبت به چارچوب یا بدنه ژیروسکوپ مورد نظر است.اگر روتور علاوه بر حرکت دورانی خود حول محور چرخش،بتواند حول یک محور دیگر دوران کند،به آن ژیروسکوپ یک درجه آزادی میکویند و چنان چه بتواند حول دو محور دیگر د.ران کند،به آن ژیروسکوپ دو درجه ای اطلاق میشود. درینجا به اختصار به معرفی هر یک ازین ژیروسکوپ ها می پردازیم.
3-1-ژیروسکوپ دو درجه آزادی
این ژیروسکوپ نخستین نوع ژیروسکوپ است و بیش تر در سامانه های کنترل آتش،وسایل کنترل موقعیت و قطب نماهای ژیروسکوپی از آن استفاده میشود.این نوع ژیروسکوپ را( ژیروسکوپ دو محوره)یا (ژیروسکوپ سه بدنه ای )نیز مینامند.این نوع ژیروسکوپ ،افزون بر محور چرخش روتور دارای دو محور دوران دیگر نیز میباشد که توسط دو عدد طوقه معلق درونی و بیرونی فراهم شده است و در حالت عادی محور چرخش و این دو نسبت به هم متعامد هستند.مجموعه طوقه داخل(که در واقع تکیه گاه چرخش را فراهم میکند)،محور چرخش و روتور را مجموعه دوار میگویند.تکیه گاه های طوقه داخلی در طوقه خارجی قرار دارد که میتواند در ان دوران کند.طوقه خارجی نیز به نوبه خود،درون تکیه گاه هایی قرار دارد که در بدنه ژیروسکوپ تعبیه شده و میتواند داخل آنها حرکت دورانی داشته باشد.برای اندازهگیری حرکت های محور چرخش حول دو محور طوقه داخلی و خارجی از نوع حس کننده-که در امتداد این محور ها سوار شدخ است-استفاده میشود.همچنین برای ایجاد حرکت های عمدی و مشخص و اندازه گیری شده محور رخش حول این دو محور،از وسایل محرکه مختلفی مانند مولد گشتاور استفاده میشود.
3-2-ژِیروسکوپ یک درجه آزادی
ژیروسکوپ یک درجه آزادی،نوع تکمیل شده ژِیروسکوپ دو درجه آزادی بوده و پس از آن به وجود آمده است.درین نوع ژیروسکوپ،سه محور متعامد مشخص وجود دارد که عبارتند از محور ورودی(که بدنه حول آن دوران میکند)محورخروجی(که محور دوران طوقه نسبت به بدنه است)و محور چرخش در ابتدا این سه محور کاملا بر هم عمودند.روتور این نوع ژیروسکوپ،به جز حرکت حول چرخش،تنها میتواند حول یک امتداد دیگر یعنی امتداد محور طوقه داخلی،دوران نماید(نسبت به بدنه جایرو)ژیروسکوپ سک درجه آزادی را میتوان در حالت کلی به سه دسته تقسیم کرد:
ژیروسکوپ های سرعتی:درین نوع،عامل بازگرداندن طوقه مجموعه دوار به وضعیت اولیه،سک نصر الاستیک مانند فنر است و برای تعیین سرعت زاویه ای وسیله نقلیه ای-که ژیروسکوپ روی آن سوار شده-بکار مسرود و در چنین حالتی،محور ورودی عمود بر دو محور چرخش و طوقه است.
ژیروسکوپ های انتگرالی: درین نوع،عامل اصلی مقاومت در برابر دوران طوقه مجموعه دوار حول محور خودش نسبت به بدنه ژیروسکوپ،گشتاور ناشی از دمپینگ سیالی با لزجت بالا است و برای اندازه گیری جابجایی دورانی بکار میرود.درین ژیروسکوپ،چون مجموعه دوار در یک سیال شناور است،اصطکاک تکیه گاه های محور خروجی کاهش میابد و در نتیجه خطای ژیروسکوپ کم میشود.
ژیروسکوپ های مقید: چنانه در زیروسکوپ انتگرالی از سیال با لزجت کم و یا گاز استفاده میشود،درین صورت واکنش قابل توجهی به عنوان گشتاور ناشی از دمپینگ سیال نداریم و تنها عاملی که سعی میکند از خارج شدن طوقه از وضعیت اولیه جلوگیری کند،واکنش اینرسی مجموعه دوار است.به چنین ژیروسکوپ هایی،ژیروسکوپ مقید میگویند.
4-تقسیم بندی ژیروسکوپ ها
علاوه بر تقسیم بندی بر حسب تعداد درجات آزادی،ژیروسکوپ ها را میتوان بر حسب نوع کاربرد نیز تقسیم بندی نمود.براین مبنا،ژیروسکوپ ها به چهار رده تقسیم میشوند.
4-1-ژیروسکوپ هایی که در بخش هدایت و ناوبری کاربرد دارند:
وظیفه اصلی این ژیروسکوپ ها،ایجاد امتداد هایی معین در فضای اینرسی است.این نوع ژیروسکوپ ها،بسیار دقیق بوده و توانایی حس کنندگی بالایی دارند.خطای آنها کم بوده و بیشتر در هواپیما ها،بالگردها،فضا پیماهاو موشک های دوربرد به کار میرود.
4-2-ژیروسکوپ هایی که در بخش پایداری و کنترل بکار میرود:
وظیفه این نوع ژیروسکوپ ها،حس کردن و کنترل حرکات زاویه ای است.این ژیروسکوپ ها نیاز به دقت های بکار رفته در ژیروسکوپ های نوع4-1 را ندارد.این نوع ژیروسکوپ ها در هواپیماها و موشک ها بکار میرود که البته وظیفه آنها نسبت به ژیروسکوپ های هدایت و ناوبری متفاوت است.
4-3-ژیروسکوپ هایی که در درگیری،هدف یابی و در پاییداری و کنترل آنتن وسائل فضایی بکار میروند:
این نوع ژیروسکوپ،در موشک هایی که صفحه رادار آنها روی هدف قفل میشود و به این ترتیب،موشک را تا رسیدن به هدف هدایت میکند،کاربرد دارد.
4-4-ژیروسکوپ هایی که برای تجزیه تحلیل اطلاعات پروازی(در حین پرواز یا پس از آن)بکار میرود.
5-انواع ژیروسکوپ
5-1-ژیروسکوپ های DTG:
این ژیروسکوپ که بر اساس اندازه حرکت زاویه ای عمل میکند،تقریبا در سال 1960 ابداع شد.درین ژیروسکوپ،عامل اصلی دوران،یک موتور الکتریکی است که محور دوار آن توسط زوج میله دیگری با خاصیت فنر پیچشی دارند-به طوقه متصل شده است.خود طوقه نیز توسط زوج میله دیگری با خاصیت فنرپیچشی به روتور-که بر خلاف انواع پیشین در قسمت بیرونی طوقه قرار دارد-متصل است.خاصیت این دو زوج میله های فنری این است که در یک سرعت خاص از دوران-که به آن حالت تشدید میگویند-عملکرد آنها به گونه ای است که دستگاه مانند یک ژیروسکوپ روتور آزاد عمل میکند.این ژیروسکوپ ها از نظر ابعاد بسیار کوچک و سبک هستند.
5-2-ژیروسکوپ های لیزری:
این ژِروسکوپ،بر خلاف ژیروسکوپ های قبلی دارای هیچ جسم تحرکی که ایجاد اندازه حرکت خطی یا زاویه ای کند نیست.لکن از آنجا که کاربرد آن شبیه ژیروسکوپ های معمولی برای اندازه گیری دوران است،آن را در زمره ژیروسکوپ های رده بندی میکنند.درین ژیروسکوپ از دو پرتو نورلیزر در یک مسیر بسته و در دو جهت مخالف استفاده میشود.نخستین نمونه تجاری آن در هواپیماهای بوئینگ 757-756و ایرباس310 بکار رفته است.مزیت آن،درقابلیت اطمینان بیشتر،دامنه دینامیکی وسیع ترو مقاومت خوب در مقابل شتاب های زیاد است.
5-3-ژیروسکوپ های فیبر نوری:
این ژیروسکوپ ، تحقق آخرین اندیشه های بشردر ساخت ژیروسکوپ است.چرا که در نوع خود کوچک بوده و بطور آنی روشن میشود،عمر طولانی دارد،احتیاجی به خدمات نگهداری نداشته و ارزان است.همچنین احتیاج به سامانه تعلیق طوقه ای ندارند.مبنای عملکرد این ژیروسکوپ،شبیه ژیروسکوپ لیزری است،با این تفاوت که در آن به جای لیزر از یک نور پولاریزه استفاده میشود.این فناوری در اواسط دهه ی 1970 در دانشگاه یوتای آمریکا ابداع شد.
5-4-ژیروسکوپ دیاپازونی:
نوع دیگری از ژیروسکوپ ها ? که بر اساس اندازه حرکت خطی عمل میکند-از سامانه حفظ تعادل برخی حشرات الهام گرفته شده است.این حشرات با استفاده از دو عضو غضروفی مرتعش کوچک ?که در طرفین بدنشان قرار دارد-تعادل خود را حفظ میکنند.ژیروسکوپی که براین مبنا ساخته شده است،به آن ژیروسکوپ دیاپازونی یا ژیروسکوپ ارتعاشی میگویند.روی پایه اصلی این ژیروسکوپ،دو شاخک فلزی (شبیه دیاپازون) قرار دارد که توسط آهنربای الکتریکی به نوسان در می آید.این نوسانات در جهت عکس یکدیگر است یعنی یا از هم دور میشود یا بهم نزدیک میشوند.در اثر این دو حرکت،هر ذره مادی از شاخک ها،دارای مولفه شتاب کوریولیس خواهد شد که راستای این شتاب در امتداد محور xاست.
در زیریک مطلب مشابه هم میزارم

مبانی علمی و فنی:

طبق اصل بقای اندازه حرکت زاویه ای هر جسم در حال چرخش متقارن
سعی دارد جهت خود را همواره در فضا حفظ کند. لذا اگر یک جسم با وزن زیاد متقارن را
با دور بالا بچرخانیم و اطراف آنرا با یاتاقان و بلبرینگ آزاد بگذاریم که نیروهای
خارجی بر آن اعمال نشود. با چرخش قاب سیستم جهت چرخش جسم دوار تغییر نمی‌کند، لذا
می توانیم بدین وسیله در اجسام متحرک جهت ثابتی داشته باشیم که وضعیت فعلی خود را
در هر لحظه با آن مقایسه نماییم و لذا موقعیت زاویه ای و با محاسبه سرعت تغییر سرعت
زاویه ای را به دست آوریم.

عضو اصلی ژیروسکوپ های مکانیکی، یک دستگاه دوار یا روتور است که
معمولاَ با سرعت زیاد حول محور تقارن خود دوران می‌کند این سرعت از 3000 تا 300000 دور در
دقیقه می باشد لذا در اثر اینرسی جرم دوار، اندازه حرکت ( ممنتوم ) نسبتا بزرگی
ایجاد می گردد.

اگر یاتاقان بندی محور چرخش را در طوقه ای معلق تعبیه کنیم به
نحوی که گشتاور خارجی به آن وارد نگردد لذا علیرغم تمام حرکتهای قاب، محور چرخش
روتور همواره به جهت ثابتی استفاده می‌کند و موقعیت خود را در فضا حفظ می‌کند.

با این روش می توان جهت و یا محورهای ثابتی را برای وسیله نقلیه
تعریف کرد که هر گونه حرکت زاویه ای نسبت به این محورها سنجیده شود.

1-2) خواص ژیروسکوپ

1-1-2) خاصیت صلبیت ژیروسکوپ:

ژیروسکوپ همانگونه که اشاره شد از خاصیت صلبیت
استفاده می کند، طبق قانون دوم نیوتن که می گوید، مجموعه گشتاورهای خارجی وارد بر
سیستم دوار حول یک نقطه مانند 0 برابر است با تغییرات زمانی اندازه حرکت زاویه ای سیستم
حول همان نقطه، لذا چون اندازه حرکت زاویه ای سیستم برابر صفر است، مقدار و جهت
بردار اندازه حرکت زاویه ای ژیروسکوپ در فضای اینرسی ثابت می ماند.

2-1-2) حرکت تقدیی:

چنانچه گشتاوری مانند M
در راستایی غیر از راستای بردار ممنتوم زاویه ای به روتور اعمال شود، محور چرخش در
راستای برداری عمود بر صفحه بردار گشتاور خارجی و ممنتوم زوایه ای دوران خواهد کرد.
جهت دوران به این صورت است که بردار ممنتوم زوایه ای همواره با طی زاویه کوچکتر به
طرف بردار گشتاور خارجی بچرخد، لذا وقتی چرخ دوچرخه را به صورت عمود همانطور که در
فیلم مشخص است می چرخانیم نیروی وارد شده به آن طرف زمین موج چرخش دوچرخه دور خود
می شود.

فیلم نمایشی در باره ژیروسکوپ

2-2) انواع حرکتهای متحرک در فضا:

هر متحرک در فضا
6 درجه آزادی دارد که 3 حرکت خطی و 3 حرکت دورانی است برای مشخص نمودن حرکت دورانی
متحرک در فضا از 3 محور عمود بر هم استفاده می شود که عبارتند از: محور رول یا
محور طول، محور پیچ یا محور عرضی و محور یاو.

1-2-2) محور رول:

محور
طولی یا محور جلو –
عقب را محور رول می نامند و حرکت رول یعنی دوران متحرک حول محور طولی خودش.

2-2-2) محور پیچ:

محور عرضی یا
جنبی را محور پیچ گویند. و حرکت پیچ دوران متحرک حول محور عرضی خودش است که محوری
افقی است و عمود بر محور طولی می باشد.

3-2-2) محور یاو:

محور عمود بر
دو محور یاو و پیچ است و دوران متحرک حول این محور قائم را دوران یاو گویند.

XYصفحه ZX صفحه YZصفحه حرکت it yaws it pitches it rolls زاویه the heading the pitch attitude the bank attitude
3-2) سیستم ناوبری اینرسی

این
سیستم مجموعه ی است از 3 ژیروسکوپ یک درجه آزادی و یا 2 ژیروسکوپ دو درجه آزادی و 3
شتاب سنج که جهت یجاد محور مختصات ینرسی و بدست آوردن سرعت و شتاب زاویه ی استفاده
می شود. نمی کلی و بلوک دیاگرام آن در شکل هی پیین موجود است:

سیستم خلبان خودکار ساده و
بصورت پنومانیک به شرح زیر است

4-2) انواع محرکهای روتور ژیروسکوپ

1-4-2) موتور الکتریکی:
در ژیروسکوپ ها معمولا از موتور الکتریکی استفاده می شود چرا که نیاز به سرعت بسیار بالا در ابعاد کوچک است، معمولا در این موتور برای ایجاد ممنتوم بیشتر، روتور خارج استاتور قرار می گیرد.
2-4-2) محرک نخی یا تسمه ای:
در موشکها و مواردی که در مدت زمان کوتاهی نیاز است استفاده می شود با کشیدن نخ یا تسمه روتور شروع به چرخش می نماید، این محرک در موشکهای برد کوتاه کاربرد دارد. از محرک نخی در موشک کبری و از محرک تسمه ای در موشک مالیوتکا استفاده می شود.
3-4-2) گاز تحت فشار
با دمیدن گاز
در پرده های روتور، روتور با سرعت زیادی به چرخش در می آید، در موشک تاو استفاده شده است.
4-4-2) فنر
از فنر نیز جهت حرکت محرک استفاده می شود، در بعضی از موارد برای رسیدن به سرعت بسیار بالا در زمان کم از ترکیب فنر و موتور الکتریکی استفاده می شود.
5-4-2) چاشنیهای انفجاری
از چاشنیهای انفجاری نیز در داخل روتور استفاده می شود.
5-2) انواع ژیروسکوپ
به دلیل دقت و حساسیت کار معمولا از ژیروسکوپ با 3 درجه آزادی
استفاده نمی شود از 3 ژیروسکوپ با یک درجه ازادی یا 2 ژیروسکوپ 2 درجه ازادی
استفاده می شود.
1-5-2) ژیروسکوپ یک درجه آزادی
در این
ژیروسکوپ روتور بجز حرکت حول محور چرخش تنها حول یک محور دیگر می تواند چرخش کند.
در امتداد یک محور که طوقه داخلی باشد این حرکت امکان پذیر است، این ژیروسکوپ چرخش
تنها در یک محور را حس می کند.
1-1-5-2) ژیروسکوپ سرعتی
در این
ژیروسکوپ عامل برگشت طوقه مجموعه دوار به وضعیت اولیه یک عنصر الاستیک مانند فنر
است

1-1-5-2) ژیروسکوپ انتگرالی

در این ژیروسکوپ عامل برگشت طوقه مجموعه دوار به وضعیت اولیه دمپینگ سیال با لزجت بالا است

2-5-2) ژیروسکوپ دو درجه آزادی
این ژیروسکوپ
علاوه بر محور چرخش روتور دارای دو محور دوران دیگر نیز می باشد که توسط دو طوقه
معلق درونی و بیرونی فراهم شده است. و حالت عادی محور چرخش و این دو محور بر هم
عمودند. تکیه گاه طوقه داخلی در طوقه خارجی قراردارد. و طوقه خارجی نیز تکیه گاهی
در بدنه ژیروسکوپ دارد و می تواند داخل آن حرکت دورانی انجام دهد.

6-2) انواع ژیروسکوپ
از نظر اتصال
1-6-2)
ژیروسکوپ متصل به بدنه
در این نوع ژیروسکوپ به بدنه متصل می
گردد و با بدنه حرکت می کند
2-6-2) ژیروسکوپ
با پیه ثابت
در این نوع ژیروسکوپ به بدنه متصل نمی
گردد و بر روی یک صفحه که حرکتهی بدنه را معکوس شبیه سازی می کند نصب می گردد و لذا
همیشه موقعیت ثابت دارد. بسیار گران قیمت و دقیق است .

منبع:
www.njavan.com

94/3/7::: 8:56 ع

اولین دیدگاه را شما بگذارید

فیزیک ،

جهانی در اتاق خواب شما (نظر هاوکینگ درباره ی زمان)

سعید

فضای مایسنر( جهانی در اتاق خواب شما ):
مقدمه:
در سال 1992 استیون هاوکینگ تلاش کرد تا یکبار و برای همیشه به مساله سفر در زمان پاسخ دهد. او ذاتا با ایده سفر در زمان مخالف بود اگر سفر در زمان به راحتی پیک نیک آخر هفته بود باید امروز شاهد توریست هایی از آینده می بودیم که به ما خیره شوند و از ما عکس بگیرند.
اما فیزیکدانان اغلب از رمان حماسی تی اچ وایت پادشاه اول و آخر اقتباس می کنند.در این رمان جامعه ای از مورچگان عقیده دارند:
( هر چیزی که ممنوع نیست الزامی است. ) به بیان دیگر اگر اصلی اساسی در فیزیک وجود ندارد که سفر در زمان را ممنوع کند بنابراین سفر در زمان ضرورتا از نظر فیزیکی امکان پذیر خواهد بود. ( دلیل این مساله اصل عدم قطعیت است. چیزی اتفاق نمی افتد که وقوعش ممنوع باشد وگرنه اگر به اندازه کافی صبر کنیم تحولات و افت و خیزهای کوانتومی به تدریج آن را عملی می کند. )
در پاسخ به این مساله استیون هاوکینگ فرضیه حفاظت از گاهشماری را مطرح کرد که با جلوگیری از سفر در زمان از تاریخ محافظت می کند. بر طبق این فرضیه سفر در زمان به این دلیل که اصول فیزیکی خاصی را بر هم می زند امکان پذیر نیست.
از آنجا که کار با کرمچاله ها بسیار دشوار بود هاوکینگ استدلال خود را با بررسی یک جهان ساده شده آغاز کرد جهانی که بوسیله چارلز مایسنر از دانشگاه مریلند برای اولین بار کشف بود و تمام ملزومات سفر در زمان را در خود داشت.
فضای مایسنر:
فضای مایسنر یک فضای آرمانی است که در آن به عنوان مثال اتاق خواب شما به کل جهان تبدیل می شود. هر نقطه بر روی دیوار سمت چپ اتاق خواب شما دقیقا با نقطه متناظر آن بر روی دیوار سمت راست یکسان است.
به این معنی که اگر شما به سمت دیوار سمت چپ حرکت کنید با دیوار برخود نخواهید کرد بلکه در عوض به درون دیوار رفته و از دیوار سمت راست مجددا بیرون می آیید. به بیان دیگر دیوارهای سمت چپ و راست به یکدیگر متصلند به نوعی همانند یک استوانه.
همچنین نقاط روی دیوار رو به رو و پشت سر نیز به همین ترتیب با هم یکسانند همان طور که نقاط روی سقف و کف اتاق. بنابراین در هر جهتی که حرکت کنید از دیوار اتاق خواب عبور کرده و مجددا به درون آن باز می گردید. راه فراری نیست. به بیان دیگر اتاق خواب شما تمام جهان را شامل می شود.
مساله عجیب این است که اگر به دقت به دیوار سمت چپ بنگرید خواهید دید که در حقیقت شفاف است و نسخه دیگری از اتاق خواب شما در طرف دیکر دیوار وجود دارد. در واقع همزاد دقیقی از شما در اتاق خواب دیگری قرار دارد. اگرچه شما فقط می توانید پشت سر خود را ببینید و هرگز روی خود را نخواهید دید. اگر به بالا و پایین بنگرید در این حالت نیز نسخه دیگری را از خود خواهید دید. در حقیقت دنباله نامحدودی از خود را در مقابل – پشت سر – زیر و بالا خواهید دید.
برقراری ارتباط با خودتان بسیار دشوار است. شما هرگز روی او را نمی بینید .اما اگر اتاق به اندازه کافی کوچک باشد ممکن است بتوانید دست خود را داخل دیوار برده شانه همزاد خود را بگیرید.
در این حالت متوجه می شوید که همزاد شما از پشت شانه شما را گرفته است. همچنین می توانید دست چپ و راست خود را از اطراف به درون دیوارها برده و با گرفتن دست همزادان خود دنباله نامحدودی از خود را که دستان یکدیگر را گرفته اید ایجاد کنید.
سفر در زمان در فضای مایسنر:
در فضای مایسنر فرض کنید که دیوارها بسمت شما حرکت می کنند. در این حالت اتفاق جالبی می افتد. فرض کنید اتاق خواب در حال فشرده شدن است طوریکه دیوار سمت راست به آهستگی با سرعت سه کیلومتر بر ساعت به شما نزدیک می شود.
اگر در این حالت به سمت دیوار سمت چپ برویداز دیوار متحرک سمت راست بیرون خواهید آمد با این تفاوت که سه کیلومتر در ساعت به سرعت شما افزوده شده است. در واقع هر بار که درون دیوارسمت چپ می روید سرعتی برابر سه کیلومتر بر ساعت از طریق دیوار متحرک سمت راست به شما اقزوده می شود. پس تکرار این سفر به دور جهان سرعتی افزاینده خواهید داشت تا اینکه به تدریج به سرعت نور نزدیک می شوید.
در نقطه بحرانی مشخصی سرعت حرکت شما چنان زیاد می شود که در زمان به عقب خواهید رفت.
در واقع می توانید نقاط پیشین را در فضا – زمان ملاقات کنید. هاوکینگ فضای مایسنر را به دقت مورد بررسی قرار داد. او دریافت که دیوارهای چپ و راست از نظر ریاضی درست با دو دهانه یک کرمچاله برابرند. به بیان دیگر اتاق خواب شما درست شبیه یک کرمچاله است دیوارهای چپ و راست یکی هستند درست مشابه دو دهانه یک کرمچاله که آنها نیز یکی هستند.
سپس او تاکید کرد که فضای مایسنر هم از نظر کلاسیک و هم از نظر مکانیک کوانتوم ناپایدار است.
به عنوان مثال اگر چراقی را روی دیوار سمت چپ روشن کنید پرتو نور هر بار که از دیوار سمت راست بیرون می آید انرژی دریافت می کند. پرتو نور دچار انتقال به آبی خواهد شد به این معنی که انرژی می گیرد تا جایی که دارای انرژی بی نهایت شود که این غیر ممکن است.
یا اینکه پرتو نور چنان پرانرژی می شود که میدان گرانشی عظیمی ایجااد کرده منجر به فروپاشی اتاق خواب یا همان کرمچاله خواهد شد. بنابراین اگر بخواهید به درون کرمچاله بروید از هم خواهید پاشید.
همچنین می توان نشان داد به دلیل اینکه تابش می تواند به دفعات نامتناهی از درون دو دیوار عبور کند چیزی به نام تانسور انرژی – اندازه حرکت که محتویات ماده و انرژی فضا را مشخص می کند نامحدود می شود.
این امر از نظرر هاوکینگ برای مساله سفر در زمان به منزله کشتن از روی ترحم بود. تقویت اثرات کوانتومی تابش و نزدیک شدن آن به بی نهایت یک واگرایی ایجاد می کند و منجر به مرگ مسافران زمان و بسته شدن کرمچاله می شود.
امیدوارم مورد توجه واقع شده باشه.

94/3/6::: 8:55 ع

اولین دیدگاه را شما بگذارید

فیزیک ،