شخصي كه طول او 180سانتي متراست در فاصله ي 2متري ازپاي يك چراغ روشنايي ايستاده است اگرارتفاع چراغ از سطح زمين برابر 3متر باشد طول سايه ي شخص روي سطح زمين چقدر است؟

يك باتري 80درصد بار الكتريكي خود را به هنگام تخليه پس مي دهد با شدت جريان6 /0آمپردرمدت200ساعت تخليه مي شود معلوم كنيداين باتري به هنگام پر شدن با شجريان5آمپردرچه مدت است؟

سوالات فصل 4 قسمت سوم از فيزيک سال اول.

10- با رسم شکل نشان دهيد اگر در آينه مقعر (کاو) جسم در فاصله کانوني قرار بگيرد تصوير کجا و چگونه تشکيل ميشود؟ ويژگيهاي تصوير را بنويسيد؟

تصوير بزرگتر- مستقيم- مجازي- در پشت آينه تشکيل ميشود.

11- با رسم شکل نشان دهيد اگر در آينه مقعر جسم در کانون f قرار بگيرد تصوير کجا و چگونه تشکيل ميشود؟

تصوير در بينهايت تشکيل ميشود زيرا پرتوهاي بازتاب هيچگاه همديگر را قطع نميکنند و با هم موازيند.

12- با رسم شکل نشان دهيد اگر در آينه مقعر جسم بين کانون و مرکز قرار بگيرد تصوير کجا و چگونه تشکيل ميشود؟

تصوير وارونه – حقيقي – بزرگتر- و دورتر از مرکز c تشکيل ميشود.

13- با رسم شکل نشان دهيد اگر در آينه مقعر جسم روي مرکز قرار بگيرد تصوير کجا و چگونه تشکيل ميشود؟

تصوير وارونه- حقيقي- هم اندازه و روي مرکزc تشکيل ميشود.

14- با رسم شکل نشان دهيد اگر جسم دور تراز نقطه مرکزc قرار بگيرد تصوير کجا و چگونه تشکيل ميشود؟

تصوير کوچکتر – وارونه-حقيقي و بين مرکز و کانون تشکيل ميشود.

15- اگر جسم را آنقدر دور ببريم که بگوييم در بينهايت است با رسم شکل نشان دهيد تصوير کجا و چگونه تشکيل ميشود؟

تصوير وارونه – حقيقي- کوچکتر و روي کانون تشکيل ميشود.

16- وقتي جسم در آينه مقعر از بي نهايت تا مرکز جابجا ميشود محل تصوير آن چگونه تغيير ميکند؟

تصوير از کانون تا مرکز جابجا ميشود و اندازه آن به مرور کوچکتر ميگردد.

17- - وقتي جسم در آينه مقعر از مرکز تا کانون جابجا ميشود محل تصوير آن چگونه تغيير ميکند؟

تصوير از مرکز تا بينهايت دور جابجا ميشود و اندازه تصوير به مرور بزرگتر ميگردد.

18-- وقتي جسم در آينه مقعر از کانون تا آينه جابجا ميشود محل تصوير آن چگونه تغيير ميکند؟

تصوير از بينهايت دور به پشت آينه منتقل ميشود.

19- در آينه مقعر اگر جسم را با فاصله هاي مساوي جابجا کنيم آيا تصوير نيز با فاصله هاي مساوي جابجا ميشود؟

خير- جابجايي تصوير با توجه به شکل متفاوت خواهد بود :

20- منظور از واگرايي پرتوها چيست؟

اگر پرتوها در جهت حرکتشان دائما از يکديگر دور شوند اصطلاحا ميگوييم پرتوها واگرا هستند.

21- منظور از همگرايي پرتوها چيست؟

 اگر پرتوها در جهت حرکتشان دائمابه يکديگر نزديک شوند اصطلاحا ميگوييم پرتوها همگرا هستند.

22-پرتوهاي ساطع شده از سطح خورشير واگرا هستند يا موازي؟

اين پرتوها واگرا هستند اما در فاصله هاي بسيار دور نسبت به خورشي به صورت خطوط تقريبا موازي در خواهند آمد :

23- آيا انتهاي تصوير هاي حقيقي و مجازي روي يک خط راست قرار دارند؟

بله - روي خط راست قرار دارند زيرا پرتوهايي که از انتهاي بالايي همه جسمها به صورت موازي با محور اصلي به آينه ميرسند در يک نقطه مشترک Q به آينه برخورد ميکنند .

اگر اين نقطه را با خطي به کانون وصل کنيم و ادامه دهيم اين خط راست انتهاي همه تصاوير را قطع ميکند به شکل توجه کنيد.

24- اگر جسم را که در فاصله کانوني قرار دارد به آينه نزديک کنيم تصوير چه تغييري ميکند؟

تصوير به آينه نزديک ميشود و بزرگنمايي اين تصاوير مجازي کاهش ميابد. 

اندازه جسم / اندازه تصوير= بزرگنمايي                                        m = q / p

25- اگر جسم داراي ضخامت باشد (0 داراي طول و عرض) آيا تصوير آن مشابه جسم ميشود؟

 خير - با توجه به شکل تصوير يک جسم ضخيم مشابه خود جسم نيست

:

 

آينه محدب

 

26-  در آينه محدب اگر پرتو تابش موازي محور اصلي به آينه بتابد بازتاب آن چگونه خواهد بود؟ با رسم شکل آنرا نشان دهيد:؟

پرتو باز تاب حتما به شکلي برميگردد که امتدادآن در پشت آينه به  کانون آينه (F) برسد انگار پرتو از کانون آمده است.

27- در آينه محدب اگرامتداد پرتو تابش در پشت آينه از  مرکز آينه عبور کند پرتو بازتاب چگونه خواهد بود؟با رسم شکل آنرا نشان دهيد؟

 پرتو بازتاب روي پرتو تابش بازميگردد زيرا هر خطي که ازآينه به مرکز آينه برسد بر آينه عمود است و روي خودش بازتاب ميابد

28- در آينه محدب اگر امتداد  پرتو تابش در پشت آينه به  کانون آينه برسد پرتو بازتاب چگونه خواهد بود؟ بارسم شکل آنرا نشان دهد؟

پرتو بازتاب حتما موازي محور اصلي بازميگردد

29- با رسم شکل تصوير در آينه محدب را نشان دهيد و ويژگيهاي آنرا بنويسيد؟

تصوير در آينه محدب هميشه:

مجازي- کوچکتر- مستقيم- و در فاصله کانوني پشت آينه تشکيل ميشود .

 

فیزیک وآزمایشگاه (1) - (سال اول دبیرستان)

ساعت ٥:۱۸ ‎ب.ظ روز ٢٦ اردیبهشت ۱۳۸۸

فیزیک ۱ـ فصل ۴(چهارم)ـ نور-بازتاب نور

فصل 4 – نور و بازتاب نور :

4-1- انتشار نور :نور صورتی از انرژی است که می تواند به انرژی های دیگر تبدیل شود، مانند تبدیل انرژی نورانی به گرمایی و یا در عمل فتوسنتز که انرژی نورانی به انرژی شیمیایی تبدیل می شود و یا در پیل خورشیدی که انرژی نورانی به انرژی الکتریکی تبدیل می شود.
بیشترین اطلاعاتی که از محیط اطراف به ما می رسد، از طریق حس بینایی است . نوری که وارد چشم می شود تصویری بر روی لکه ی زرد تشکیل می دهد و سلول های بینایی تأثیر نور را به صورت یک جریان عصبی به مرکز بینایی می برد.
نور در خلاء با سرعت ⁸ 10 * 3  متر بر ثانیه حرکت می کند و می تواند فاصله های بسیار زیاد را در فضا آزادانه سیر کند، مانند نور خورشید که از فاصله ¹¹ 10 * 5/ 1متری تقریباً در مدت 8 دقیقه به زمین می رسد و یا نور ستارگان که از فاصله های بسیار دورتر از خورشید به زمین می رسند.

اجسام شفاف، نیمه شفاف و کدر :1 – اجسامی که نور را به راحتی از خود عبور می دهند اجسام شفاف نامیده می شوند، مانند شیشه یا هوا که نور به سادگی از آنها عبور می کند.
2 – اجسامی که نور از آنها به راحتی عبور نمی کند و پس از عبور پرتوهای نوردر مسیرهای مختلف منحرف می شوند را اجسام نیمه شفاف گویند، مانند شیشه ی مات .
3 – اجسامی که نور از آنها نمی تواند عبور کند را اجسام کدر گویند، مانند ورق آهن و یا تخته.

 

انواع چشمه ی نور :
چشمه ی نور گسترده و نقطه ای :
چشمه نقطه ای نور:اگر صفحه ای از مقوا را که روی آن وزنه ی کوچکی ایجاد شده است در مقابل چراغ روشنی قرار دهیم، نور چراغ پس از گذشتن از روزنه منتشر می شود و روزنه مانند یک چشمه ی نور کوچک عمل می کند که آن را چشمه ی نور نقطه ای می نامیم.

چشمه نور گسترده : یک شیء نورانی نظیر خورشید، چراغ روشن، شعله ی شمع و ... را چشمه ی نور گسترده می نامیم.

پرتو نور : نور با پهنای کم را پرتو نور می گویند که بی نهایت نازک است.

باریکه ی نور : مجموعه ای از پرتوهای نور که باریک می باشند را بازیکه نور گویند. هر گاه در فاصله ی مناسب از یک چشمه ی نقطه ای صفحه کدری با روزنه کوچگ قرار دهیم، پرتو نوری که از روزنه خارج می شود باریکه ی نور گویند.
هر باریکه نور دسته ای از پرتوهای نور است. با مشاهده ی باریکه ی نور می توانیم مسیر انتشار نور را تشخیص دهیم.

4-3 – انتشار نور به خط راست :همانطور که آموخته اید ، نور در یک محیط شفاف به خط است منتشر می شود. انتشار نور بر خط راست است ، شکل سایه ی اجسام در یک روز آفتابی شبیه خون آن هاست . هر پرتو نور را با یک خط راست و پیکانی بر روی آن که جهت انتشار نور را مشخص می کند نشان می دهند.
در یک آزمایش می توان با قراردادن جسم که در مقابل چشمه ی نقطه ای سایه جسم را بر روی پرداه مشاهده کرد. مشخصات سایه نشان می دهد که شکل سایه شبیه جسم است و نور را بر خط راست منتشر می شود.

 

انواع دسته پرتوها :
1 – دسته پرتوهای موازی : پرتوهایی که تمام شعاع های نور با همه موازی هستند را دسته پرتوهای موازی می گویند و هر گاه تحت زاویه تابش معین به سطح آینه تخت برخورد کنند، تحت همان زاویه به طور موازی بازتاب می کنند.

2 – دسته پرتوهای همگرا : پرتوهایی هستند که در آن شعاع های نور در جهت انتشار به همه نزدیک می شوند و در نقطه ای به یکدیگر می رسند . در شکل زیر پرتوهای نور پس از عبور از عدسی محدب به صورت همگرا باشند و در کانون عدسی به یکدیگر می رسند.

 

3 – دسته پرتوهای واگرا : پرتوهایی هستند که در آن شعاع های نور در دو جهت انتشار از هم دور می شوند. در شکل زیر پرتوهای نور پس از عبور از عدسی مقعر به صورت واگرا از یکدیگر دور می شوند.

سایه و نیم سایه :سایه : هر گاه جسم کدری مقابل یک چشمه ی نقطه ای نور قرار گیرد، بر روی پرده پشت جسم سایه ایجاد می گردد. این نوع سایه که به وسیله چشمه ی نقطه ای نور ایجاد شده کامل و یکنواخت است‌، به طوری که مرز سایه با قسمت روشن مشخص می باشد و نشان می دهد که نور بر خط راست منتشر می شود.

نیم سایه : هر گاه جسم کدری مقابل یک چشمه نور گسترده قرار گیرد، بر روی پرده پشت جسم سایه و نیم سایه ایجاد می گردد، به طوری در قسمت مرکزی سایه ی کامل با تاریکی یکنواخت و اطراف آن نیم سایه تشکیل می گردد و هر چه از سایه ی کامل دور می شویم، مقدار روشنایی در نیم سایه بیشتر می شود. شکل (4-4) چگونگی تشکیل سایه و نیم سایه را به وسیله یک چشمه ی نور گسترده نشان می دهد.

 

خورشید گرفتگی (کسوف):در گردش ماه به دور زمین و گردش انتقالی زمین به دور خورشید گاه اتفاق می افتد کره ماه بین زمین و خورشید در یک راستا قرار گیرد و در اثر سایه ی ماه به روی زمین قسمت کوچکی از سطح زمین در سایه ی کامل قرار می گیرد، و اطراف آن نیم سایه تشکیل می شود این پدیده را گرفتگی خورشید یا کسوف می گویند.
هر گاه شخص ناظر بر خورشید گرفتگی بر روی زمین باشد، ممکن است این پدیده را به سه حالت : 
خورشید گرفتگی کامل، خورشید گرفتگی جزئی، خورشید گرفتگی حلقه ای .
 

 

    بازتاب نور:

4-4 – بازتاب نور :دیده شدن اشیای درون اتاق، هنگامی که چراغ روشن می شود، به سبب انتشار نور در اتاق و بازگشت نور از سطح اشیا و رسیدن آن به چشم است. در شکل (4-7) بازگشت نور از روی اشیا نشان داده شده است. روشن دیده شدن ماه نیز مانند روشن دیده شدن اشیای درون اتاق زیر نور چراغ است. تابش نور خورشید بر سطح ماه و بازگشت نور از سطح آن سبب دیده شدن ماه می شود.

به طور کلی بازگشت نور از سطح اجسام را بازتاب نور گویند.پرتو نوری که به سطح جسم می تابد پرتو تابش و پرتو بازگشته از سطح را پرتو بازتاب می نامند. نقطه ای را که نور به آن می تابد نقطه ی تابش ، زاویه ی بین پرتو تابش و خط عمود را زاویه تابش (i) و زاویه ی بین خط عمود و پرتو بازتاب را زاویه بازتاب را زاویه ی بازتاب (r) می نامیم. در شکل (4-6) پرتوهای تابش و بازتاب ، خط عمود بر سطح و زاویه های تابش و بازتاب نشان داده شده است. توجه کنید که زاویه ی تابش متمم زاویه ی بین پرتو تابش و سطح آینه است و با توجه شکل داریم :

i + a = 90°

قانون های بازتاب :الف- پرتو تابش‌، پرتو بازتاب و خط عمود بر سطح آینه در نقطه تابش، هر سه در یک صفحه اند
ب – زاویه تابش و زاویه بازتاب با هم برابرند

i = r

 

 

 

در تابش و بازتاب پرتو از سطح آینه باید توجه داشت هر گاه زاویه تابش (i) برابر صفر باشد: پرتو نور منطبق بر خط عمود بر نقطه ی تابش است و بازتاب نور بر خودش خواهد بود.

 

4- 5 – تصویر درآینه های تخت :آینه هایی معمولی را که سطح آن ها سطح است آینه ی تخت می نامند. مشاهده ی منظره اطراف در سطح آب یک استخر ، دیده شدن اشیای مقابل آینه در آن به سبب بازتاب نور از سطح آینه و رسیدن پرتوهای بازتاب به چشم است. آنچه در آینه دیده می شود و تصویر شیء مقابل آینه است. شکل (4-10)چگونگی دیده شدن تصویر یک شی ء را در آینه تخت نشان می دهد.

 

ویژگیهای تصویر در آینه ی تخت :در آینه های تخت تصویر را روی ویژه گیهای زیر می باشد :
1 – فاصله شی تا آینه برابر فاصله تصویر تا اینه است
2 – طول شی برابر طول تصویر در اینه است
3 – تصویر پشت در آینه، مجازی و مستقیم است
4 – تصویر نسبت به شی وارونی جانبی دارد ( قسمت راست و چپ قرار می گیرد)

تصویر حقیقی :

 پرتوهای تابش و بازتابش از سطح آینه که به چشم می رسند را پرتوهای حقیقی می گویند و تصویر حاصل از این پرتوها بر روی پرده تصویر حقیقی می باشد. مانند پرتوهایی که پس از برخورد به آینه و بازتابش در نقطه ای به هم می رسند 
( تلسکوپ بازتاب)
تصویر مجازی : از امتداد پرتوهای واگرایی که از سطح آینه بازتابش می شود ( پرتوهای مجازی) تصویری مجازی در پشت آینه تشکیل می گردد که نمی توان آن را روی پرده تشکیل داد .مانند تصویر مجازی در پشت آینه.

 

آینه ها ی کروی :سطح آینه های کروی بخشی از سطح یک کوه است ، یعنی تمام نقاط آن از یک نقطه به نام مرکز آینه ( مرکز کره ای که آینه بخشی از آن است) به یک فاصله اند. قسمت کوچکی از سطح یک کره ی تو خالی که یک سطح آن نقره اندود شده باشد را آینه کروی گویند. آینه های کروی دو دسته اند، 
الف) آینه محدب یا کوژ

 ب ) آینه ی مقعر یا کاو

الف) اگر سطح برآمده های کوه صیقلی باشد، آن را آینه ی کوژ یا محدب می نامند.
ب) اگر سطح درونی کره صیقلی باشد، آن را آینه ی کاو یا مقعر می نامند
در آینه ی مقعر سطح بیرونی نقره اندود شده و سطح گودبازتاب کننده می باشد، در آینه ی محدب یا کوژ، سطح گود نقره اندود شده و سطح بیرونی بازتاب کننده می باشد.

مرکز آینه (محور اصلی ) :
مرکزکره ای را که آینه قسمتی از آن است. مرکز آینه (نقطه C) می نامند. خطی که از مرکز آینه و وسط آینه (نقطه ی S) می گذرد، محور اصلی آینه نامیده می شود، قانون های بازتاب نور در مورد آینه های کروی هم بکار می رود. مرکز آینه در آینه های مقعر در جلوی آینه و در آینه های محدب در پشت آینه واقع می شود.

رأس آینه : (P) نقطه ای میانی آینه که مرکز سطح بازتابنده ی آینه می باشد.

محور آینه : هر خطی که از مرکز آینه به آینه وصل شود، محور آینه، نامیده می شود(محورفرعی)

محور اصلی : خط راستی است که مرکز آینه را به رأس ، آینه متصل می کند.

شعاع انحنای آینه (R) فاصله ی مرکز تا رأس آینه است که همان شعاع آینه می باشد.

 

کانون آینه (F) : هر گاه دسته پرتوی موازی محور اصلی برسطح آینه ی کروی بتابد، بازتابش پرتوها در آینه مقعر و امتداد بازتابش پرتوها در آینه محدب در نقطه ای بر روی محور اصلی به هم می رسند که به آن کانون آینه می گویند در اینه مقعر کانون حقیقی و در آینه ی محدب کانون مجازی می باشد.

فاصله کانون تا آینه را فاصله کانونی آینه می نامیم. در آینه های مقعر، کانون آینه ی حقیقی است . با اندازه گیری فاصله کانونی معلوم شده است که این فاصله نصف فاصله ی مرکز تا آینه است. یعنی فاصله های کانونی نصف شعاع آینه است. اگر فاصله ی کانونی f و شعاع آینه r باشد داریم :

f = r/2

هر گاه در آینه ی محدب نگاه کنیم، تصویر جسم کوچک تر و مستقیم دیده می شود.
هر گاه در آینه مقعر نگاه کنیم تصویر جسم بزرگتر و مستقیم دیده می شود.

 

رسم پرتوهای بازتاب در آینه های مقعر :الف : هر پرتوی که از مرکز آینه ی مقعر گذشته و به آینه بتابد یا طوری به آینه بتابد که امتداد آن از مرکز آینه بگذرد، روی خودش باز می تابد. زیرا این پرتو آینه عمود است. i=r=0 ( هر خطی که از مرکز کره بگذرد بر کره عمود است) در شکل (4-14) الف و ب اینگونه پرتوها در آینه ی مقعر نشان داده شده است (نقطه c مرکز آینه است).

ب : هر گاه دسته پرتوهای موازی محور اصلی به آینه مقعر بتابدف پرتوهای بازتاب آنها از یک نقطه روی محور اصلی به نام کانون اصلی آینه خواهند گذشت (شکل 4-15) دسته پرتوهای بازتابش و بازتاب آنها را در آینه مقعر نشان می دهد. به این ترتیب هر پرتوی که موازی محور اصلی به آینه ی مقعر بتابد پرتو بازتاب آن از کانون آینه می گذرد.
در شکل (4-16) پرتو تابش موازی محور اصلی و پرتو بازتاب آن نشان داده شده است . در این آینه ها هم ، قانون های بازتاب همان است که قبلاً بیان شد. هر گاه در نقطه ی تابش I خط عمودی بر سطح آینه (IC) رسم شود، زاویه ی تابش و زاویه بازتاب با هم برابرند.

پ : اگر پرتو تابش از کانون گذشته و به آینه بتابد و یا طوری بتابد که امتداد آن از کانون بگذرد، پرتو بازتاب آن موازی محور اصلی خواهد بود. در شکل (4-17) این پرتوها نشان داده شده اند.
 

 

 

تشکیل تصویر در آینه های مقعر :یک شیء مثلاً شمع روشن را در فاصله ای دورتر از مرکز، در مقابل آینه یک کاو عمود بر محور اصلی آن مطابق شکل (4-19) در نظر بگیرید.

از هر نقطه ی شمع، مانند نقطه A، پرتوهای زیادی به آینه می تابند، بازتاب دو پرتو تابش AI (موازی محور اصلی ) و' AI (پرتو تابشی که از کانون گذشته) را به روشی که گفته شد رسم می کنیم، پرتوهای بازتاب یکدیگر را در نقطه' A قطع می کنند. اگر پرتوهای دیگری هم از نقطه ی A به آینه بتابد، بازتاب آنها از نقطه' A می گذرد. بنابراین برای بدست آوردن نقطه' Aرسم دو پرتو کافی است.' A تصویر نقطه ای A ‌است. اگر برای سایر نقطه های شمع هم به همین روش عمل می کنیم. تصویر کامل شمع بدست می آید.
عملاً بازتاب پرتوهای تابش از همه نقطه های شمع را رسم نمی کنیم زیرا آزمایش نشان می دهد که اگر شیء بر محور اصلی عمود باشد، تصویر هم بر محور اصلی عمود است. بعد از بدست آوردن نقطه A' (تصویر نقطه A) می توان تصویر شیء را عمود بر محور اصلی رسم کرد. تصویری را که به این ترتیب حاصل شده است تصویر حقیقی می نامیم. اگر یک صفحه ی کاغذ را در مقابل آینه جابه جا کنیم با قرارگرفتن کاغذ در محل تصویر، مطابق شکل (4-20) تصویر حقیقی بر روی کاغذ تشکیل و مشاهده می شود.

هر گاه مطابق شکل (4-19) چشم ناظر بعد از تصویر شمع ، در راستای پرتوهای بازتاب، قرا ر گیرد تصویر را می بیند، زیرا اگر به جای A' نقطه روشنی وجود داشت، همین پرتوها از آن نقطه ی روشن به چشم می رسیدند. می توان نتیجه گرفت که اگر پرتوهای بازتاب خودشان یکدیگر را قطع کنند تصویر حقیقی است.

روش رسم تصویر در آینه های کاو (مقعر):1 – شیء در فاصله ای دورتر از مرکز آینه : تصویر حقیقی ، کوچکتر از جسم ، وارونه و تصویر بین مرکز و کانون است.

2 – شیء بین مرکز و کانون ، تصویر دورتر از مرکز، حقیقی، بزرگ تر از شی و وارونه است.

3 – شی روی کانون، پرتوهای بازتاب با هم موازیند و در فاصله ای خیلی دور(بی نهایت) یکدیگر را قطع می کنند. در این صورت می گوئیم تصویر در بی نهایت است.

 

4 – شیء بین کانون در آینه : همان طور که در شکل دیده می شود پرتوهای بازتاب در جلوی آینه از هم دور می شوند. امتداد آن ها در پشت آینه یکدیگر را قطع می کنند. تصویر مجازی ، بزرگتر از شیء و مستقیم است.

رسم تصویر یک شیء که در فاصله ی خیلی دور از آینه کاو قرار دارد:همان طور که در مورد کانون آینه های کاو گفته شد، تصویر خورشید و کانون آینه تشکیل می شود. از طرفی ، پرتوهایی که از یک نقطه ای خیلی دور (بی نهایت) نامیده می شوند، با هم موازیند، بر اساس روش ترسمی که قبلاً توضیح داده شد ، از بین پرتوهای زیادی که از نقطه ی خیلی دور به اینه تابیده اند، در پرتو تابش که یکی از کانون و یکی از مرکز آینه می گذرند، برای رسم تصویر کافی است . چگونگی رسم تصویر در این حالت در شکل (4-22) نشان داده شده است. این تصویر حقیقی، کوچک تر ، وارونه و روی کانون است.

     کانون آینه های مقعر و محدب

4-10 – کانون آینه ی محدب (کوژ) : هر گاه پرتوهایی موازی محور اصلی آینه محدب به آن بتابند، طوری باز می تابند که امتداد پرتوهای بازتاب از یک نقطه روی محور اصلی می گذرند. این نقطه کانون اصلی آینه ی محدب نام دارد. کانون آینه ی محدب مجازی است. فاصله ی کانون تا آینه را «فاصله کانونی» آینه می نامند. در آینه های محدب نیز فاصله کانونی آینه نصف فاصله ی مرکز تا اینه یعنی نصف شعاع آینه است . شکل ( 4-23) پرتوهای تابش، موازی محور اصلی آینه ی محدب و چگونگی تابش آنها را نشان می دهد.

 

4 – 11 – رسم پرتوهای بازتاب در آینه محدب :الف : هر پرتو تابش که امتداد آن از مرکز آینه محدب (در پشت آینه) بگذرد روی خودش باز می تابد.
شکل (4-24)

 

ب : هر پرتوی که موازی محور اصلی به آینه ی محدب می تابد. طوری باز می تابد که امتداد پرتو بازتاب از کانون اصلی آینه محدب (در پشت آینه ) بگذرد.

 

پ : هر گاه امتداد پرتو تابش از کانون بگذرد، پرتو بازتاب مربوط به آن، موازی محور اصلی خواهد بود.

رسم تصویر در آینه های محدب :تصویر در آینه های محدب مجازی است و در فاصله ی کانونی آینه تشکیل می گردد. اگر شیء در بی نهایت قرار داشته باشد، تصویر آن بر روی کانون تکشیل می گردد و هر چه شیء به جسم نزدیک شود، تصویر در فاصله ی کانونی به آینه نزدیک می شود. 
تصویر شیء در آینه ی محدب ، مجازی ، کوچکتر و مستقیم است.
شکل ( 4-27)

جدول زیر را کامل کنید:

نوع آینه	پرتو بازتاب	همگرا	واگرا	موازی
	پدتو تابش
آینه تحت	همگرا	×
	واگرا		×
	موازی			×
آینه مقعر	از نقطه نورانی در فاصله دور(واگرا)	×
	از نقطه نورانی واقع در کانون			×
	از نقطه ای نورانی بین کانون و آینه		×
آینه محدب	پرتو همگرا نسبت به مرکز		×
	پرتو همگرا نسبت به کانون			×
	پرتو همگرا به سمت نقطه ای بین کانون و آینه	×

 

محاسبه فاصله ی تصویر تا آینه مقعر :در آینه های مقعر، فاصله تصویر تا آینه بستگی به فاصله ی شیء تا آینه دارد. در موردهایی فاصله ی تصویر تا آینه بیشتر از فاصله ی جسم تا آینه و در موردهایی کمتر از آن است. در مواردی تصویر حقیقی و در یک مورد هم تصویر مجازی است.
هر گاه فاصله ی شیء تا آینه را با P و فاصله ی تصویر تا اینه را با q و فاصله کانونی آینه را با f نشان دهیم، ثابت می شود که بین p,q و f رابطه زیر برقرار است:

1/p + 1/q = 1 / f   (3-4)

 

هر گاه فاصله ی تصویر تا آینه معلوم نباشد، در رابطه (4-3) به جای p‌و f عدد مربوط را قرار می دهیم و q‌ را محاسبه می کنیم. پس از محاسبه اگر عدد بدست آمده مربوط به q مثبت باشد، تصویر حقیقی است و در صورتی که عدد بدست آمده منفی باشد معلوم می شود تصویر مجازی است. در صورتی که فاصله ی تصویر تا آینه معلوم و تصویر مجازی باشد این فاصله را با علامت منفی به جای q قرار میدهیم.

مثال 1 :یک شیء در فاصله ی 20 سانتی متری یک آینه ی مقعر قرارداده شده است. اگر شعاع آینه 30 سانتی متر باشد. فاصله ی تصویر تا آینه و نوع تصویر را تعیین کنید.
حل :

 

 

 

 

فاصله تصویر تا آینه چون q مثبت است. q = 60cm ‌ تصویر حقیقی است.
 

مثال : 2یک شیء در فاصله ی 12 سانتی متری از یک آینه ی مقعر که فاصله ی کانونی آن 24 سانتی متر است قرار دارد. فاصله ی تصویر تا آینه نوع تصویر و فاصله شیء تا تصویر را تعیین کنید.

حل:

p=12 cm , f = 24 cm , q =?

 

 

 

فاصله تصویر تا آینه ، چون q منفی است، تصویر مجازی است. q=-24 cm

محاسبه فاصله ی تصویر تا آینه ی محدب :اگر فاصله ی جسم تا آینه و فاصله ی تصویر تا آینه و فاصله کانونی در این آینه ها هم به ترتیبت برابر P,q,f باشد ، ثابت می شود که در آینه ی محدب هم میان آنها رابطه (4-3) برقرار است. کانون آینه ی محدب مجازی است. بنابراین در محاسبه های باید فاصله ی کانونی را با علامت منفی در رابطه (4-3) قرار دهیم. هر گاه فاصله ی تصویر تا آینه معلوم نباشد، در رابطه 4-3) به جای p و f عددهای مربوط را قرار می دهیم و q را محاسبه می کنیم. در صورتی که فاصله ی تصویر تا آینه یعنی q معلوم نباشد، چون تصویر در آینه ی محدب مجازی است، این فاصله را با علامت منفی در رابطه ی( 4-3) قرار می دهیم.

 

مثال 1:یک شیء در فاصله ی 20 سانتی متر آینه ی محدبی که شعاع آن 10 سانتی متر است قرار دارد، تصویر آن در چه فاصله ای از آینه دیده می شود؟

فاصله تصویر تا آینه علامت منفی نشان می دهد تصویر مجازی است.   Q=-4cm

 

 

بزرگ نمایی خطی آینه ها :نسبت طول تصویر (A'B') به طور شی (AB) را بزرگ نمایی خطی می نامیم و آن را با m‌ نمایش می دهیم.

m =A'B' / AB                             (4-4)

بزرگ نمایی نشان می دهد که طول تصویر چند برابر طول شیء است. ثابت می شود که در هر دو نوع آینه کروی می توان نوشت :

 m =A'B' /AB = q/p                        (5-4)

یعنی نسبت طول تصویر به طول شیء برابر نسبت فاصله تصویر تا آینه به فاصله ی شیء تا آینه است. در رابطه ی (4-5) مقدارهای p,q را بدون علامت قرار می دهیم.

 

مثال 1 :یک شیء به طول 15 سانتی متر را در 15 سانتی متری آینه ی محدبی قرار می دهیم. تصویر مجازی در 6 سانتی متری آینه دیده می شود. فاصله ی کانونی آینه و طول تصویر را محاسبه کنید:

P=15cm ,q=-6cm, AB=5cm, f= ? , A'B'=?

 

مثال 2:
یک شیء در 12 سانتی متری یک آینه کروی قرار دارد. اگر بزرگ نمایی در این حالت برابر و تصویر پشت اینه باشد نوع تصویر، نوع اینه و فاصله ی کانونی آنرا مشخص کنید.

چون تصویر پشت آینه مجازی است. بزرگ نمایی کوچک تر از یک است. یعنی طول تصویر مجازی کوچکتر از طول جسم است. در نتیجه آینه محدب است (طول تصویر مجازی در آینه ی مقعر از طول جسم بزرگ تر است)

P=12cm, m=1/3, q=? , f=?

چون تصویر مجازی است، q=-4cm باید در رابطه قرار داد.

منفی شدن f نشان می دهد که آینه محدب است.

   کوره آفتابی و فورمول ها و واژه های کلیدی

کوره ی آفتابی :کوره ی آفتابی وسیله ای است که با آن می توان انرژی تابشی خورشید را در یک نقطه متمرکز و آن را تبدیل به انرژی گرمایی کرد. این وسیله از یک آینه ی مقعر و یک پایه گردان تشکیل شده است.

حرکت آینه توسط یک موتور طوری تنظیم می شود که دهانه آینه همراه متوجه خورشید باشد. پرتوهای خورشید به طور موازی به آینه برخورد کرده و در کانون آن متمرکز می شوند و دمای این منطقه در صورتی که حجمی را آنجا قرار دهیم بیش از6000  درجه سانتی گراد می رسد. این تمرکز انرژی که به صورت انرژی گرمایی ظاهر می شود. در صفت کاربردهای مختلفی دارد.

فرمول ها و واژه های کلیدی :1 – نور صورتی از انرژی است و می تواند به انرژیهای دیگر تبدیل شود.

2 – نور در خلاء با سرعت ثابت  ⁸ 10 * 3  حرکت می کند.

3 – انتشار بر خط راست باشد.

4 – هر گاه جسم کدر مقابل چشمه ی نقطه ای قرار گیرد. بر روی پرده سایه تشکیل می گردد.

5 – هر گاه جسم کدر مقابل چشمه ی گسترده قرار گیرد، برروی پرده سایه و نیم سایه تشکیل می گردد.

6 – بازگشت نور از سطح اجسام را بازتاب نور می گویند.

7 – قوانین بازتابش نور
الف) پرتو تابش، پرتو بازتاب و خط عمود بر آینه در نقطه تابش هر سه دو یک صفحه قرار دارند.
ب) زاویه ی تابش و زاویه بازتاب همواره با هم برابر می باشند.

8 – تصویر در اینه ی تخت برابر، مستقیم در مجازی در پشت آینه به فاصله ی جسم تا آینه تشکیل می گردد.

9 – وقتی جسم در فاصله ی کانونی آینه ی مقعر قرار گیرد و تصویر آن بزرگ تر، مستقیم و مجازی در پشت آینه تشکیل می شود.

10 – وقتی جسم خارج از فاصله ی کانونی آینه مقعر قرار گیرد، تصویر آن معکوس و حقیقی می باشد.

11 – وقتی جسم مقابل آینه ی محدب قرار گیرد، تصویر آن کوچک تر، مستقیم و مجازی در فاصله ی کانونی تشکیل می گردد.

12 – نسبت فاصله ی تصویر تا آینه به فاصله ی جسم تا اینه را بزرگ نمایی آینه می گویند که برابر نسبت طول تصویر به طول جسم است.

فیزیک وآزمایشگاه (1) - (سال اول دبیرستان)

ساعت ٥:۱۸ ‎ب.ظ روز ٢٦ اردیبهشت ۱۳۸۸

فیزیک ۱ـ فصل ۴(چهارم)ـ نور-بازتاب نور

فصل 4 – نور و بازتاب نور :

4-1- انتشار نور :نور صورتی از انرژی است که می تواند به انرژی های دیگر تبدیل شود، مانند تبدیل انرژی نورانی به گرمایی و یا در عمل فتوسنتز که انرژی نورانی به انرژی شیمیایی تبدیل می شود و یا در پیل خورشیدی که انرژی نورانی به انرژی الکتریکی تبدیل می شود.
بیشترین اطلاعاتی که از محیط اطراف به ما می رسد، از طریق حس بینایی است . نوری که وارد چشم می شود تصویری بر روی لکه ی زرد تشکیل می دهد و سلول های بینایی تأثیر نور را به صورت یک جریان عصبی به مرکز بینایی می برد.
نور در خلاء با سرعت ⁸ 10 * 3  متر بر ثانیه حرکت می کند و می تواند فاصله های بسیار زیاد را در فضا آزادانه سیر کند، مانند نور خورشید که از فاصله ¹¹ 10 * 5/ 1متری تقریباً در مدت 8 دقیقه به زمین می رسد و یا نور ستارگان که از فاصله های بسیار دورتر از خورشید به زمین می رسند.

اجسام شفاف، نیمه شفاف و کدر :1 – اجسامی که نور را به راحتی از خود عبور می دهند اجسام شفاف نامیده می شوند، مانند شیشه یا هوا که نور به سادگی از آنها عبور می کند.
2 – اجسامی که نور از آنها به راحتی عبور نمی کند و پس از عبور پرتوهای نوردر مسیرهای مختلف منحرف می شوند را اجسام نیمه شفاف گویند، مانند شیشه ی مات .
3 – اجسامی که نور از آنها نمی تواند عبور کند را اجسام کدر گویند، مانند ورق آهن و یا تخته.

 

انواع چشمه ی نور :
چشمه ی نور گسترده و نقطه ای :
چشمه نقطه ای نور:اگر صفحه ای از مقوا را که روی آن وزنه ی کوچکی ایجاد شده است در مقابل چراغ روشنی قرار دهیم، نور چراغ پس از گذشتن از روزنه منتشر می شود و روزنه مانند یک چشمه ی نور کوچک عمل می کند که آن را چشمه ی نور نقطه ای می نامیم.

چشمه نور گسترده : یک شیء نورانی نظیر خورشید، چراغ روشن، شعله ی شمع و ... را چشمه ی نور گسترده می نامیم.

پرتو نور : نور با پهنای کم را پرتو نور می گویند که بی نهایت نازک است.

باریکه ی نور : مجموعه ای از پرتوهای نور که باریک می باشند را بازیکه نور گویند. هر گاه در فاصله ی مناسب از یک چشمه ی نقطه ای صفحه کدری با روزنه کوچگ قرار دهیم، پرتو نوری که از روزنه خارج می شود باریکه ی نور گویند.
هر باریکه نور دسته ای از پرتوهای نور است. با مشاهده ی باریکه ی نور می توانیم مسیر انتشار نور را تشخیص دهیم.

4-3 – انتشار نور به خط راست :همانطور که آموخته اید ، نور در یک محیط شفاف به خط است منتشر می شود. انتشار نور بر خط راست است ، شکل سایه ی اجسام در یک روز آفتابی شبیه خون آن هاست . هر پرتو نور را با یک خط راست و پیکانی بر روی آن که جهت انتشار نور را مشخص می کند نشان می دهند.
در یک آزمایش می توان با قراردادن جسم که در مقابل چشمه ی نقطه ای سایه جسم را بر روی پرداه مشاهده کرد. مشخصات سایه نشان می دهد که شکل سایه شبیه جسم است و نور را بر خط راست منتشر می شود.

 

انواع دسته پرتوها :
1 – دسته پرتوهای موازی : پرتوهایی که تمام شعاع های نور با همه موازی هستند را دسته پرتوهای موازی می گویند و هر گاه تحت زاویه تابش معین به سطح آینه تخت برخورد کنند، تحت همان زاویه به طور موازی بازتاب می کنند.

2 – دسته پرتوهای همگرا : پرتوهایی هستند که در آن شعاع های نور در جهت انتشار به همه نزدیک می شوند و در نقطه ای به یکدیگر می رسند . در شکل زیر پرتوهای نور پس از عبور از عدسی محدب به صورت همگرا باشند و در کانون عدسی به یکدیگر می رسند.

 

3 – دسته پرتوهای واگرا : پرتوهایی هستند که در آن شعاع های نور در دو جهت انتشار از هم دور می شوند. در شکل زیر پرتوهای نور پس از عبور از عدسی مقعر به صورت واگرا از یکدیگر دور می شوند.

سایه و نیم سایه :سایه : هر گاه جسم کدری مقابل یک چشمه ی نقطه ای نور قرار گیرد، بر روی پرده پشت جسم سایه ایجاد می گردد. این نوع سایه که به وسیله چشمه ی نقطه ای نور ایجاد شده کامل و یکنواخت است‌، به طوری که مرز سایه با قسمت روشن مشخص می باشد و نشان می دهد که نور بر خط راست منتشر می شود.

نیم سایه : هر گاه جسم کدری مقابل یک چشمه نور گسترده قرار گیرد، بر روی پرده پشت جسم سایه و نیم سایه ایجاد می گردد، به طوری در قسمت مرکزی سایه ی کامل با تاریکی یکنواخت و اطراف آن نیم سایه تشکیل می گردد و هر چه از سایه ی کامل دور می شویم، مقدار روشنایی در نیم سایه بیشتر می شود. شکل (4-4) چگونگی تشکیل سایه و نیم سایه را به وسیله یک چشمه ی نور گسترده نشان می دهد.

 

خورشید گرفتگی (کسوف):در گردش ماه به دور زمین و گردش انتقالی زمین به دور خورشید گاه اتفاق می افتد کره ماه بین زمین و خورشید در یک راستا قرار گیرد و در اثر سایه ی ماه به روی زمین قسمت کوچکی از سطح زمین در سایه ی کامل قرار می گیرد، و اطراف آن نیم سایه تشکیل می شود این پدیده را گرفتگی خورشید یا کسوف می گویند.
هر گاه شخص ناظر بر خورشید گرفتگی بر روی زمین باشد، ممکن است این پدیده را به سه حالت : 
خورشید گرفتگی کامل، خورشید گرفتگی جزئی، خورشید گرفتگی حلقه ای .
 

 

    بازتاب نور:

4-4 – بازتاب نور :دیده شدن اشیای درون اتاق، هنگامی که چراغ روشن می شود، به سبب انتشار نور در اتاق و بازگشت نور از سطح اشیا و رسیدن آن به چشم است. در شکل (4-7) بازگشت نور از روی اشیا نشان داده شده است. روشن دیده شدن ماه نیز مانند روشن دیده شدن اشیای درون اتاق زیر نور چراغ است. تابش نور خورشید بر سطح ماه و بازگشت نور از سطح آن سبب دیده شدن ماه می شود.

به طور کلی بازگشت نور از سطح اجسام را بازتاب نور گویند.پرتو نوری که به سطح جسم می تابد پرتو تابش و پرتو بازگشته از سطح را پرتو بازتاب می نامند. نقطه ای را که نور به آن می تابد نقطه ی تابش ، زاویه ی بین پرتو تابش و خط عمود را زاویه تابش (i) و زاویه ی بین خط عمود و پرتو بازتاب را زاویه بازتاب را زاویه ی بازتاب (r) می نامیم. در شکل (4-6) پرتوهای تابش و بازتاب ، خط عمود بر سطح و زاویه های تابش و بازتاب نشان داده شده است. توجه کنید که زاویه ی تابش متمم زاویه ی بین پرتو تابش و سطح آینه است و با توجه شکل داریم :

i + a = 90°

قانون های بازتاب :الف- پرتو تابش‌، پرتو بازتاب و خط عمود بر سطح آینه در نقطه تابش، هر سه در یک صفحه اند
ب – زاویه تابش و زاویه بازتاب با هم برابرند

i = r

 

 

 

در تابش و بازتاب پرتو از سطح آینه باید توجه داشت هر گاه زاویه تابش (i) برابر صفر باشد: پرتو نور منطبق بر خط عمود بر نقطه ی تابش است و بازتاب نور بر خودش خواهد بود.

 

4- 5 – تصویر درآینه های تخت :آینه هایی معمولی را که سطح آن ها سطح است آینه ی تخت می نامند. مشاهده ی منظره اطراف در سطح آب یک استخر ، دیده شدن اشیای مقابل آینه در آن به سبب بازتاب نور از سطح آینه و رسیدن پرتوهای بازتاب به چشم است. آنچه در آینه دیده می شود و تصویر شیء مقابل آینه است. شکل (4-10)چگونگی دیده شدن تصویر یک شی ء را در آینه تخت نشان می دهد.

 

ویژگیهای تصویر در آینه ی تخت :در آینه های تخت تصویر را روی ویژه گیهای زیر می باشد :
1 – فاصله شی تا آینه برابر فاصله تصویر تا اینه است
2 – طول شی برابر طول تصویر در اینه است
3 – تصویر پشت در آینه، مجازی و مستقیم است
4 – تصویر نسبت به شی وارونی جانبی دارد ( قسمت راست و چپ قرار می گیرد)

تصویر حقیقی :

 پرتوهای تابش و بازتابش از سطح آینه که به چشم می رسند را پرتوهای حقیقی می گویند و تصویر حاصل از این پرتوها بر روی پرده تصویر حقیقی می باشد. مانند پرتوهایی که پس از برخورد به آینه و بازتابش در نقطه ای به هم می رسند 
( تلسکوپ بازتاب)
تصویر مجازی : از امتداد پرتوهای واگرایی که از سطح آینه بازتابش می شود ( پرتوهای مجازی) تصویری مجازی در پشت آینه تشکیل می گردد که نمی توان آن را روی پرده تشکیل داد .مانند تصویر مجازی در پشت آینه.

 

آینه ها ی کروی :سطح آینه های کروی بخشی از سطح یک کوه است ، یعنی تمام نقاط آن از یک نقطه به نام مرکز آینه ( مرکز کره ای که آینه بخشی از آن است) به یک فاصله اند. قسمت کوچکی از سطح یک کره ی تو خالی که یک سطح آن نقره اندود شده باشد را آینه کروی گویند. آینه های کروی دو دسته اند، 
الف) آینه محدب یا کوژ

 ب ) آینه ی مقعر یا کاو

الف) اگر سطح برآمده های کوه صیقلی باشد، آن را آینه ی کوژ یا محدب می نامند.
ب) اگر سطح درونی کره صیقلی باشد، آن را آینه ی کاو یا مقعر می نامند
در آینه ی مقعر سطح بیرونی نقره اندود شده و سطح گودبازتاب کننده می باشد، در آینه ی محدب یا کوژ، سطح گود نقره اندود شده و سطح بیرونی بازتاب کننده می باشد.

مرکز آینه (محور اصلی ) :
مرکزکره ای را که آینه قسمتی از آن است. مرکز آینه (نقطه C) می نامند. خطی که از مرکز آینه و وسط آینه (نقطه ی S) می گذرد، محور اصلی آینه نامیده می شود، قانون های بازتاب نور در مورد آینه های کروی هم بکار می رود. مرکز آینه در آینه های مقعر در جلوی آینه و در آینه های محدب در پشت آینه واقع می شود.

رأس آینه : (P) نقطه ای میانی آینه که مرکز سطح بازتابنده ی آینه می باشد.

محور آینه : هر خطی که از مرکز آینه به آینه وصل شود، محور آینه، نامیده می شود(محورفرعی)

محور اصلی : خط راستی است که مرکز آینه را به رأس ، آینه متصل می کند.

شعاع انحنای آینه (R) فاصله ی مرکز تا رأس آینه است که همان شعاع آینه می باشد.

 

کانون آینه (F) : هر گاه دسته پرتوی موازی محور اصلی برسطح آینه ی کروی بتابد، بازتابش پرتوها در آینه مقعر و امتداد بازتابش پرتوها در آینه محدب در نقطه ای بر روی محور اصلی به هم می رسند که به آن کانون آینه می گویند در اینه مقعر کانون حقیقی و در آینه ی محدب کانون مجازی می باشد.

فاصله کانون تا آینه را فاصله کانونی آینه می نامیم. در آینه های مقعر، کانون آینه ی حقیقی است . با اندازه گیری فاصله کانونی معلوم شده است که این فاصله نصف فاصله ی مرکز تا آینه است. یعنی فاصله های کانونی نصف شعاع آینه است. اگر فاصله ی کانونی f و شعاع آینه r باشد داریم :

f = r/2

هر گاه در آینه ی محدب نگاه کنیم، تصویر جسم کوچک تر و مستقیم دیده می شود.
هر گاه در آینه مقعر نگاه کنیم تصویر جسم بزرگتر و مستقیم دیده می شود.

 

رسم پرتوهای بازتاب در آینه های مقعر :الف : هر پرتوی که از مرکز آینه ی مقعر گذشته و به آینه بتابد یا طوری به آینه بتابد که امتداد آن از مرکز آینه بگذرد، روی خودش باز می تابد. زیرا این پرتو آینه عمود است. i=r=0 ( هر خطی که از مرکز کره بگذرد بر کره عمود است) در شکل (4-14) الف و ب اینگونه پرتوها در آینه ی مقعر نشان داده شده است (نقطه c مرکز آینه است).

ب : هر گاه دسته پرتوهای موازی محور اصلی به آینه مقعر بتابدف پرتوهای بازتاب آنها از یک نقطه روی محور اصلی به نام کانون اصلی آینه خواهند گذشت (شکل 4-15) دسته پرتوهای بازتابش و بازتاب آنها را در آینه مقعر نشان می دهد. به این ترتیب هر پرتوی که موازی محور اصلی به آینه ی مقعر بتابد پرتو بازتاب آن از کانون آینه می گذرد.
در شکل (4-16) پرتو تابش موازی محور اصلی و پرتو بازتاب آن نشان داده شده است . در این آینه ها هم ، قانون های بازتاب همان است که قبلاً بیان شد. هر گاه در نقطه ی تابش I خط عمودی بر سطح آینه (IC) رسم شود، زاویه ی تابش و زاویه بازتاب با هم برابرند.

پ : اگر پرتو تابش از کانون گذشته و به آینه بتابد و یا طوری بتابد که امتداد آن از کانون بگذرد، پرتو بازتاب آن موازی محور اصلی خواهد بود. در شکل (4-17) این پرتوها نشان داده شده اند.
 

 

 

تشکیل تصویر در آینه های مقعر :یک شیء مثلاً شمع روشن را در فاصله ای دورتر از مرکز، در مقابل آینه یک کاو عمود بر محور اصلی آن مطابق شکل (4-19) در نظر بگیرید.

از هر نقطه ی شمع، مانند نقطه A، پرتوهای زیادی به آینه می تابند، بازتاب دو پرتو تابش AI (موازی محور اصلی ) و' AI (پرتو تابشی که از کانون گذشته) را به روشی که گفته شد رسم می کنیم، پرتوهای بازتاب یکدیگر را در نقطه' A قطع می کنند. اگر پرتوهای دیگری هم از نقطه ی A به آینه بتابد، بازتاب آنها از نقطه' A می گذرد. بنابراین برای بدست آوردن نقطه' Aرسم دو پرتو کافی است.' A تصویر نقطه ای A ‌است. اگر برای سایر نقطه های شمع هم به همین روش عمل می کنیم. تصویر کامل شمع بدست می آید.
عملاً بازتاب پرتوهای تابش از همه نقطه های شمع را رسم نمی کنیم زیرا آزمایش نشان می دهد که اگر شیء بر محور اصلی عمود باشد، تصویر هم بر محور اصلی عمود است. بعد از بدست آوردن نقطه A' (تصویر نقطه A) می توان تصویر شیء را عمود بر محور اصلی رسم کرد. تصویری را که به این ترتیب حاصل شده است تصویر حقیقی می نامیم. اگر یک صفحه ی کاغذ را در مقابل آینه جابه جا کنیم با قرارگرفتن کاغذ در محل تصویر، مطابق شکل (4-20) تصویر حقیقی بر روی کاغذ تشکیل و مشاهده می شود.

هر گاه مطابق شکل (4-19) چشم ناظر بعد از تصویر شمع ، در راستای پرتوهای بازتاب، قرا ر گیرد تصویر را می بیند، زیرا اگر به جای A' نقطه روشنی وجود داشت، همین پرتوها از آن نقطه ی روشن به چشم می رسیدند. می توان نتیجه گرفت که اگر پرتوهای بازتاب خودشان یکدیگر را قطع کنند تصویر حقیقی است.

روش رسم تصویر در آینه های کاو (مقعر):1 – شیء در فاصله ای دورتر از مرکز آینه : تصویر حقیقی ، کوچکتر از جسم ، وارونه و تصویر بین مرکز و کانون است.

2 – شیء بین مرکز و کانون ، تصویر دورتر از مرکز، حقیقی، بزرگ تر از شی و وارونه است.

3 – شی روی کانون، پرتوهای بازتاب با هم موازیند و در فاصله ای خیلی دور(بی نهایت) یکدیگر را قطع می کنند. در این صورت می گوئیم تصویر در بی نهایت است.

 

4 – شیء بین کانون در آینه : همان طور که در شکل دیده می شود پرتوهای بازتاب در جلوی آینه از هم دور می شوند. امتداد آن ها در پشت آینه یکدیگر را قطع می کنند. تصویر مجازی ، بزرگتر از شیء و مستقیم است.

رسم تصویر یک شیء که در فاصله ی خیلی دور از آینه کاو قرار دارد:همان طور که در مورد کانون آینه های کاو گفته شد، تصویر خورشید و کانون آینه تشکیل می شود. از طرفی ، پرتوهایی که از یک نقطه ای خیلی دور (بی نهایت) نامیده می شوند، با هم موازیند، بر اساس روش ترسمی که قبلاً توضیح داده شد ، از بین پرتوهای زیادی که از نقطه ی خیلی دور به اینه تابیده اند، در پرتو تابش که یکی از کانون و یکی از مرکز آینه می گذرند، برای رسم تصویر کافی است . چگونگی رسم تصویر در این حالت در شکل (4-22) نشان داده شده است. این تصویر حقیقی، کوچک تر ، وارونه و روی کانون است.

     کانون آینه های مقعر و محدب

4-10 – کانون آینه ی محدب (کوژ) : هر گاه پرتوهایی موازی محور اصلی آینه محدب به آن بتابند، طوری باز می تابند که امتداد پرتوهای بازتاب از یک نقطه روی محور اصلی می گذرند. این نقطه کانون اصلی آینه ی محدب نام دارد. کانون آینه ی محدب مجازی است. فاصله ی کانون تا آینه را «فاصله کانونی» آینه می نامند. در آینه های محدب نیز فاصله کانونی آینه نصف فاصله ی مرکز تا اینه یعنی نصف شعاع آینه است . شکل ( 4-23) پرتوهای تابش، موازی محور اصلی آینه ی محدب و چگونگی تابش آنها را نشان می دهد.

 

4 – 11 – رسم پرتوهای بازتاب در آینه محدب :الف : هر پرتو تابش که امتداد آن از مرکز آینه محدب (در پشت آینه) بگذرد روی خودش باز می تابد.
شکل (4-24)

 

ب : هر پرتوی که موازی محور اصلی به آینه ی محدب می تابد. طوری باز می تابد که امتداد پرتو بازتاب از کانون اصلی آینه محدب (در پشت آینه ) بگذرد.

 

پ : هر گاه امتداد پرتو تابش از کانون بگذرد، پرتو بازتاب مربوط به آن، موازی محور اصلی خواهد بود.

رسم تصویر در آینه های محدب :تصویر در آینه های محدب مجازی است و در فاصله ی کانونی آینه تشکیل می گردد. اگر شیء در بی نهایت قرار داشته باشد، تصویر آن بر روی کانون تکشیل می گردد و هر چه شیء به جسم نزدیک شود، تصویر در فاصله ی کانونی به آینه نزدیک می شود. 
تصویر شیء در آینه ی محدب ، مجازی ، کوچکتر و مستقیم است.
شکل ( 4-27)

جدول زیر را کامل کنید:

نوع آینه	پرتو بازتاب	همگرا	واگرا	موازی
	پدتو تابش
آینه تحت	همگرا	×
	واگرا		×
	موازی			×
آینه مقعر	از نقطه نورانی در فاصله دور(واگرا)	×
	از نقطه نورانی واقع در کانون			×
	از نقطه ای نورانی بین کانون و آینه		×
آینه محدب	پرتو همگرا نسبت به مرکز		×
	پرتو همگرا نسبت به کانون			×
	پرتو همگرا به سمت نقطه ای بین کانون و آینه	×

 

محاسبه فاصله ی تصویر تا آینه مقعر :در آینه های مقعر، فاصله تصویر تا آینه بستگی به فاصله ی شیء تا آینه دارد. در موردهایی فاصله ی تصویر تا آینه بیشتر از فاصله ی جسم تا آینه و در موردهایی کمتر از آن است. در مواردی تصویر حقیقی و در یک مورد هم تصویر مجازی است.
هر گاه فاصله ی شیء تا آینه را با P و فاصله ی تصویر تا اینه را با q و فاصله کانونی آینه را با f نشان دهیم، ثابت می شود که بین p,q و f رابطه زیر برقرار است:

1/p + 1/q = 1 / f   (3-4)

 

هر گاه فاصله ی تصویر تا آینه معلوم نباشد، در رابطه (4-3) به جای p‌و f عدد مربوط را قرار می دهیم و q‌ را محاسبه می کنیم. پس از محاسبه اگر عدد بدست آمده مربوط به q مثبت باشد، تصویر حقیقی است و در صورتی که عدد بدست آمده منفی باشد معلوم می شود تصویر مجازی است. در صورتی که فاصله ی تصویر تا آینه معلوم و تصویر مجازی باشد این فاصله را با علامت منفی به جای q قرار میدهیم.

مثال 1 :یک شیء در فاصله ی 20 سانتی متری یک آینه ی مقعر قرارداده شده است. اگر شعاع آینه 30 سانتی متر باشد. فاصله ی تصویر تا آینه و نوع تصویر را تعیین کنید.
حل :

 

 

 

 

فاصله تصویر تا آینه چون q مثبت است. q = 60cm ‌ تصویر حقیقی است.
 

مثال : 2یک شیء در فاصله ی 12 سانتی متری از یک آینه ی مقعر که فاصله ی کانونی آن 24 سانتی متر است قرار دارد. فاصله ی تصویر تا آینه نوع تصویر و فاصله شیء تا تصویر را تعیین کنید.

حل:

p=12 cm , f = 24 cm , q =?

 

 

 

فاصله تصویر تا آینه ، چون q منفی است، تصویر مجازی است. q=-24 cm

محاسبه فاصله ی تصویر تا آینه ی محدب :اگر فاصله ی جسم تا آینه و فاصله ی تصویر تا آینه و فاصله کانونی در این آینه ها هم به ترتیبت برابر P,q,f باشد ، ثابت می شود که در آینه ی محدب هم میان آنها رابطه (4-3) برقرار است. کانون آینه ی محدب مجازی است. بنابراین در محاسبه های باید فاصله ی کانونی را با علامت منفی در رابطه (4-3) قرار دهیم. هر گاه فاصله ی تصویر تا آینه معلوم نباشد، در رابطه 4-3) به جای p و f عددهای مربوط را قرار می دهیم و q را محاسبه می کنیم. در صورتی که فاصله ی تصویر تا آینه یعنی q معلوم نباشد، چون تصویر در آینه ی محدب مجازی است، این فاصله را با علامت منفی در رابطه ی( 4-3) قرار می دهیم.

 

مثال 1:یک شیء در فاصله ی 20 سانتی متر آینه ی محدبی که شعاع آن 10 سانتی متر است قرار دارد، تصویر آن در چه فاصله ای از آینه دیده می شود؟

فاصله تصویر تا آینه علامت منفی نشان می دهد تصویر مجازی است.   Q=-4cm

 

 

بزرگ نمایی خطی آینه ها :نسبت طول تصویر (A'B') به طور شی (AB) را بزرگ نمایی خطی می نامیم و آن را با m‌ نمایش می دهیم.

m =A'B' / AB                             (4-4)

بزرگ نمایی نشان می دهد که طول تصویر چند برابر طول شیء است. ثابت می شود که در هر دو نوع آینه کروی می توان نوشت :

 m =A'B' /AB = q/p                        (5-4)

یعنی نسبت طول تصویر به طول شیء برابر نسبت فاصله تصویر تا آینه به فاصله ی شیء تا آینه است. در رابطه ی (4-5) مقدارهای p,q را بدون علامت قرار می دهیم.

 

مثال 1 :یک شیء به طول 15 سانتی متر را در 15 سانتی متری آینه ی محدبی قرار می دهیم. تصویر مجازی در 6 سانتی متری آینه دیده می شود. فاصله ی کانونی آینه و طول تصویر را محاسبه کنید:

P=15cm ,q=-6cm, AB=5cm, f= ? , A'B'=?

 

مثال 2:
یک شیء در 12 سانتی متری یک آینه کروی قرار دارد. اگر بزرگ نمایی در این حالت برابر و تصویر پشت اینه باشد نوع تصویر، نوع اینه و فاصله ی کانونی آنرا مشخص کنید.

چون تصویر پشت آینه مجازی است. بزرگ نمایی کوچک تر از یک است. یعنی طول تصویر مجازی کوچکتر از طول جسم است. در نتیجه آینه محدب است (طول تصویر مجازی در آینه ی مقعر از طول جسم بزرگ تر است)

P=12cm, m=1/3, q=? , f=?

چون تصویر مجازی است، q=-4cm باید در رابطه قرار داد.

منفی شدن f نشان می دهد که آینه محدب است.

   کوره آفتابی و فورمول ها و واژه های کلیدی

کوره ی آفتابی :کوره ی آفتابی وسیله ای است که با آن می توان انرژی تابشی خورشید را در یک نقطه متمرکز و آن را تبدیل به انرژی گرمایی کرد. این وسیله از یک آینه ی مقعر و یک پایه گردان تشکیل شده است.

حرکت آینه توسط یک موتور طوری تنظیم می شود که دهانه آینه همراه متوجه خورشید باشد. پرتوهای خورشید به طور موازی به آینه برخورد کرده و در کانون آن متمرکز می شوند و دمای این منطقه در صورتی که حجمی را آنجا قرار دهیم بیش از6000  درجه سانتی گراد می رسد. این تمرکز انرژی که به صورت انرژی گرمایی ظاهر می شود. در صفت کاربردهای مختلفی دارد.

فرمول ها و واژه های کلیدی :1 – نور صورتی از انرژی است و می تواند به انرژیهای دیگر تبدیل شود.

2 – نور در خلاء با سرعت ثابت  ⁸ 10 * 3  حرکت می کند.

3 – انتشار بر خط راست باشد.

4 – هر گاه جسم کدر مقابل چشمه ی نقطه ای قرار گیرد. بر روی پرده سایه تشکیل می گردد.

5 – هر گاه جسم کدر مقابل چشمه ی گسترده قرار گیرد، برروی پرده سایه و نیم سایه تشکیل می گردد.

6 – بازگشت نور از سطح اجسام را بازتاب نور می گویند.

7 – قوانین بازتابش نور
الف) پرتو تابش، پرتو بازتاب و خط عمود بر آینه در نقطه تابش هر سه دو یک صفحه قرار دارند.
ب) زاویه ی تابش و زاویه بازتاب همواره با هم برابر می باشند.

8 – تصویر در اینه ی تخت برابر، مستقیم در مجازی در پشت آینه به فاصله ی جسم تا آینه تشکیل می گردد.

9 – وقتی جسم در فاصله ی کانونی آینه ی مقعر قرار گیرد و تصویر آن بزرگ تر، مستقیم و مجازی در پشت آینه تشکیل می شود.

10 – وقتی جسم خارج از فاصله ی کانونی آینه مقعر قرار گیرد، تصویر آن معکوس و حقیقی می باشد.

11 – وقتی جسم مقابل آینه ی محدب قرار گیرد، تصویر آن کوچک تر، مستقیم و مجازی در فاصله ی کانونی تشکیل می گردد.

12 – نسبت فاصله ی تصویر تا آینه به فاصله ی جسم تا اینه را بزرگ نمایی آینه می گویند که برابر نسبت طول تصویر به طول جسم است.

 

 

 

 

 

سرن

بزرگترين آزمايش علمي جهان به دنبال ذرات بنيادي

روز چهارشنبه بعد از ‪۱۴‬سال تلاش هزاران دانشمند از دهها كشور جهان و صرف ده ميليارد دلار هزينه ، نخستين پروتونها به دستگاه پيچيده‌اي در اعماق زمين در مرز ميان سوييس و فرانسه تزريق مي‌شود تا نظريه‌اي در مورد ذرات بنيادي آزمايش شود.

بيش از ده هزار دانشمند از ‪۸۵‬كشور از جمله ايران كه حدود يك سوم آنان درجه دكتري فيزيك دارند در اجراي اين پروژه همكاري كرده اند.

در اين آزمايش در دستگاهي متشكل از يك حلقه حاوي مغناطيس‌هاي بسيار سرد با پيراموني برابر ‪ ۲۷‬كيلومتر در عمق يكصد متري زمين در دو سوي مرز سوييس و فرانسه
دو پروتون با سرعت ‪۱۱‬هزار دور در ثانيه در جهت‌هاي مخالف به دور اين حلقه عظيم مي‌چرخند تا از برخورد آنها ذرات ناشناخته پديد آيد.

هنگامي كه پرقدرت‌ترين آزمايشگاه برخورددهنده ذرات ( ‪ ) LHC‬فعاليت خود را آغاز مي‌كند، برخي از عجيب‌ترين كشفيات نظير ماده نامريي يا ابعاد اضافي در فضا در معرض آزمايش قرار مي‌گيرد.

استفن هاوكينگز اخترفيزيكدان نامدار انگليسي معتقد است كه در اين آزمايش ، ذره بنيادي به نام ذرات هيگز به دست نخواهد آمد. او در اين مورد حاضر شده است ‪۱۰۰‬دلار شرط بندي كند.

اما برخي دانشمندان ديگر، خوشبين تر هستند. هوبرت ريوز اخترفيزيكدان فرانسوي به نشريه فرانسوي لومتن گفت آزمايش در شتاب‌دهنده هادرون در سازمان تحقيقات هسته‌اي اروپا (سرن) مي‌تواند نتايج غيرمنتظره‌اي به بار آورد كه دنياي فيزيك ذرات را براي هميشه تغيير دهد.

هاوكينگز مي‌گويد ازمايش بزرگ سرن مي‌تواند به يافتن ذراتي غير از ذرات هيگز شود. اثبات وجود ذراتي قرينه ذراتي كه اكنون شناخته شده هستند، مي تواند تئوري رشته را تاييد كند و به اين ترتيب ماهيت ماده تاريك مرموز كه كهكشانها را در كنار هم نگاه مي‌دارد، روشن شود.

از ديرباز براي فيزيكدانان اين معما مطرح بوده است كه ذرات چگونه جرم پيدا مي‌كنند. در سال ‪ ۱۹۶۴‬يك فيزيكدان انگليسي به نام پيتر هيگز اين عقيده را مطرح كرد كه بايد چيزي در پس زمينه وجود داشته باشد با خاصيت ويژه‌اي كه بتواند مثل يك چيز چسبناك عمل كند.

برخي منتقدان بيم آن دارند كه تحقيقات آزمايشگاه ابرتصادم گر هادرون از بدترين فرضياتي كه فيزيكدانان مطرح كرده‌اند نتايج ويرانگرتري داشته باشد براي آنان اين سوال مطرح است كه آيا اين برخورددهنده سياهچاله‌اي بوجود خواهد آورد كه زمين را مي‌بلعد يا ذراتي در فضا مي‌پراكند كه زمين را به يك توده داغ مرده تبديل مي‌كند؟
اما دانشمندان سازمان تحقيقات هسته‌اي اروپا يا همان سرن ‪CERN‬كه برخي از آنها يك نسل است روي اين برخورددهنده ‪۸/۵‬ميليارد دلاري كار مي‌كنند اين فرضيات را احمقانه مي‌دانند.

لين ايوانس سرپرست اين طرح مي‌گويد واضح است كه با راه اندازي اين شتاب دهنده دنيا به آخر نخواهد رسيد.

اين برخورددهنده از يك حلقه مغناطيس‌هاي بسيار سرد با پيراموني برابر ‪۲۷‬ كيلومتر تشكيل شده كه به يك ردياب عظيم به شكل بشكه متصل است. اين حلقه كه در مرز ميان سوييس و فرانسه قرار دارد در عمق ‪۱۰۰‬متري زير زمين مدفون است.

قرار است دانشمندان در اين تحقيقات، به جستجوي علايم ماده تاريك نامريي و انرژي تاريك بپردازند كه ‪۹۶‬درصد كيهان را تشكيل داده است و اميدوارند به پديده پيچيده ‪Higgs boson‬نگاهي بيندازند.گمان مي‌رود جرم ماده به خاطر وجود اين ذره باشد كه تاكنون كشف نشده است.

اين برخورددهنده مي‌تواند شواهدي از ابعاد اضافي فراهم كند كه براي فرضيه ابررشته ( ‪ ) superstring theory‬يك موهبت محسوب مي‌شود. اين فرضيه مي گويد كوارك‌ها كه ذرات تشكيل‌دهنده اتم‌ها هستند، رشته‌هاي لرزان كوچكي هستند.

اين فرضيه مي‌تواند بسياري از سوالات پاسخ داده نشده فيزيك را حل كند، اما حل آن نيازمند ‪۱۰‬بعد است كه بسيار بيشتر از سه بعد فضايي است كه حواس ما مي‌تواند احساس كند.

ايمني اين برخورددهنده كه هفت برابر قويترين رقيب آن در فرمي لاب واقع در نزديكي شيكاگو انرژي توليد مي‌كند، سالها مورد بحث بوده است. طبق برآورد فيزيكداني به نام مارتين ريس احتمال اينكه يك شتاب‌دهنده يك فاجعه جهاني ايجاد كند يك در ‪ ۵۰‬ميليون است.

هر چند اين احتمال بسيار كمي است، اما مشابه شانس برنده شدن در برخي بخت آزمايي است.

يك گروه سرن اخيرا با انتشار گزارشي به اين نتيجه رسيدند كه خطر وقوع يك حادثه فاجعه بار وجود ندارد. اين گزارش يافته‌هاي گزارش ايمني سرن در سال ‪۲۰۰۳‬را تاييد كرد و يك گروه پنج نفره از دانشمندان برجسته غيروابسته به سرن از جمله يك برنده جايزه نوبل بر اين نتايج صحه گذاشتند.

منتقدان اين تصادم گر در ماه مارس دادخواستي را در دادگاه هاوايي تنظيم كردند تا شروع فعاليت اين مجموعه را متوقف كنند. آنها مدعي هستند كه فعاليت برخورددهنده پيامدهاي ناخواسته‌اي دربردارد كه مي‌تواند در نهايت به تخريب سياره ما بينجامد.

دانشمندان سرن مي‌گويند از ‪۵/۴‬ميليارد سال پيش تاكنون كه منظومه شمسي تشكيل شد، پرتوهاي كيهاني زمين را بمباران كرده‌اند و تصادمهايي نظير آنچه كه براي اين برخورددهنده برنامه ريزي شده است ايجاد كرده‌اند و لي زمين تا به امروز زنده مانده است.

جان اليس فيزيكدان نظري در سرن مي‌گويد برخورددهنده فقط آنچه را كه هر ثانيه در طبيعت اتفاق مي‌افتد، آنچه كه ميلياردها سال است انجام مي‌شود بازآفريني مي‌كند .

منتقداني نظير واگنر مي‌گويند تصادماتي كه شتاب‌دهنده ها انجام مي‌دهند مي تواند بسيار خطرناكتر از پرتوهاي كيهاني باشد.

هر دو پديده ، ميكروسياهچاله‌هايي ايجاد مي‌كنند كه انواع زيراتمي سياهچاله‌هاي كيهاني است، سياهچاله‌ها ستارگان فروپاشيده‌اي هستند كه ميدان جاذبه آنها به حدي قوي است كه مي‌تواند سيارات و ساير ستارگان را ببلعد.

اما ميكروسياهچاله‌ها كه در اثر تصادم پرتوهاي كيهاني ايجاد مي‌شوند احتمالا با چنان سرعتي سير مي‌كنند كه بدون هيچ خطري از زمين مي‌گذرند.

اما منتقدان مي‌گويند سياهچاله‌هاي توليد شده از يك تصادم گر حركت بسيار كندتري دارند و داخل ميدان جاذبه زمين به دام مي‌افتند و در نهايت اين كره را تهديد مي‌كنند.

منتقدان مي‌گويند اين برخورددهنده ابتدا سياهچاله‌هاي كوچكي ايجاد مي‌كند كه اليس اين احتمال را رد مي‌كند. آنها مي‌گويند حتي اگر اين سياهچاله ظاهر هم شوند همانگونه كه استفان هاوكينگ فيزيكدان انگليسي پيش بيني كرده است بلافاصله از بين مي‌روند.

سرن در مورد ذرات خطرناك ‪strangelets‬خاطر نشان مي‌كند كه وجود آنها هيچ گاه به اثبات نرسيده است. حتي اگر اين ذرات داخل برخورددهنده تشكيل شوند به سرعت تجزيه مي‌شوند.

هنگامي كه برخورددهنده با نيروي كامل فعاليت كند دو پرتو پروتون با سرعت ‪۱۱‬هزاردور در ثانيه در جهت‌هاي مخالف به دور اين حلقه عظيم مي‌چرخند.

اين پرتوها در دو لوله به ضخامت شيلنگ آتش نشاني حركت مي‌كنند و داخل يك خلا كه سردتر و تهي تر از فضاي ماوراي جو است با سرعت حركت مي‌كنند.

مسير حركت اين پرتوها توسط مغناطيس‌هاي بسيار سرد خنك مي‌شود تا پرتوهاي اطراف اين حلقه‌ها را هدايت كند و مانع از عبور بسته‌هاي پروتون از درون مغناطيس‌هاي پيراموني شود.

مسير اين پرتوها در چندين ردياب استوانه‌اي كه در طول حلقه قرار دارند با يكديگر تلاقي مي‌كنند و تعداد معدودي از پروتون‌ها ي داخل آنها با يكديگر برخورد مي‌كنند. دو ردياب كه بزرگترين اين ردياب‌ها محسوب مي‌شوند ، درواقع دوربين‌هاي ديجيتالي عظيمي هستند كه هر كدام هزاران تن وزن دارند و قادرند هر ثانيه ميليونها عكس بگيرند.

اين ردياب‌ها ساليانه ‪۱۵‬پتابايت اطلاعات توليد خواهندكرد كه معادل كوهي از سي دي به ارتفاع ‪۱۲‬مايل است. تجزيه و تحليل اين اطلاعات نيازمند يك شبكه جهاني رايانه‌هاي پرسرعت است.

روز چهارشنبه در ساعت ‪۷‬و.‪ ۳۰‬دقيقه به وقت گرينويچ دستگاه شتاب‌دهنده براي آزمايش فعال شد اما آزمايش اصلي ‪۴۰‬روز بعد انجام مي‌گيرد و پردازش انبوه اطلاعات ناشي از آن ميتواند سالها بطول انجامد.

شماري از دانشمندان پژوهشگاه دانشهاي بنيادي (مركز تحقيقات فيزيك نظري و رياضيات ) ايران با سرن همكاري دارند.

نمايي از مكان سرن

و اما سرن چيست؟ كجاست؟
سرن(CERN) بزرگترين مجموعه آزمايشگاهي دنيا در زمينه فيزيك ذرات بنيادي و فيزيك هسته اي است.اين مجموعه عظيم و منحصر بفرد در حاشيه شهر ژنو سوئيس در شهر ميرين و در مرز مشترك فرانسه و سوئيس واقع شده است.سرن در 29 سپتامبر سال 1954 ميلادي توسط سازمان اروپائي تحقيقات هسته اي شكل گرفته و در طي اين مدت نزديك53 سال توانسته نقش بسيار موثري در رشد و توسعه علم فيزيك داشته باشد.تحقيقات و آزمايشها و پژوهشهاي انجام شده در اين مركز و كسب جوايز متعدد توسط دانشمندان و پژوهشگران فعال اين مركز معتبر علمي دنيا(از جمله6 جايزه نوبل) خود نشان از اهميت سرن در عرصه تبادلات علمي دنيا دارد.

دولت سوئيس بعنوان پايه گذار اصلي سرن (به همراه 11 كشور اروپائي ديگر)در پنجاهمين سال تاسيس سرن و بعنوان هديه، مركزى به نام «جهان علم و نوآورى» را كه يك مركز شبكه اى جديد و نيز مكانى براى بازديد علاقه مندان است، به اين سازمان اهدا كرد.
در اين مركز تحقيقات فيزيك هسته اي و ذرات بنيادي كه مهمترين هدف آن "كشف رازهاى مبداء جهان"تعريف شده است هم اينك بيش از 3000 فيزيكدان و مهندس بعنوان كاركنان مقيم در زمينه هاي مختلف نظري و آزمايشگاهي مشغول بكار هستند.در سرن همچنين بيش از 6500 دانشمند از 500دانشگاه از 80كشور دنيا بصورت بازديدهاي كوتاه مدت به سرن مي آيند كه خود نشان از همكاري بزرگ و بي نظير علمي دانشمندان و پژوهشگران عرصه علمي جهان دارد. به گفته «چارلز كلايبر» وزير علوم و پژوهش هاى سوئيس، در50 سال گذشته سازمان اروپايى تحقيقات هسته اى كانون همايش و ملاقات دانشمندان مختلف جهان با ريشه هايى از تمامى ملت ها، فرهنگ ها، مذاهب و اقوام بوده است. كلايبر در مراسم جشن پنجاهمين سالگرد تاسيس «سرن» گفت: "در اين مركز مناقشات و دشمنى هاى سياسى به هيچ وجه راه ندارد و حكمفرمايى همين روحيه باعث شده است اين سازمان بتواند در چگونگى شكل گيرى تفكر انسان نسبت به طبيعت و آغاز جهان كمك هاى قابل ملاحظه اى داشته باشد".به جز سوئيس 11كشور اروپائي ديگر كه در تاسيس پروژه سرن همكاري داشتند عبارت بودند از:بلژيك،دانمارك،آلمان،فرانسه،يونان،بريتانياي كبير،ايتاليا،يوگسلاوي،هلند،نروژ و سوئد.
و البته بعدها نيزكشورهاي اطريش (۱۹۵۹)، اسپانيا (۱۹۶۱-۱۹۶۸ و بعد ۱۹۸۳)، پرتغال (۱۹۸۶)، فنلاند (۱۹۹۱)، لهستان (۱۹۹۱)، مجارستان (۱۹۹۲)، جمهوري چك (۱۹۹۳)، اسلوواكي (۱۹۹۳) و سرانجام بلغارستان (۱۹۹۹) به عضويت آن درآمدند.
اين كشورها اعضاي اصلي اداره كننده سرن هستند و از لحاظ اداري-مالي تامين كننده عمده هزينه هاي مالي سرن هستند.اين كشورها ساليانه حداقل مبلغي بالغ بر 5ميليون يورو پرداخت ميكنند كه صد البته بسياري از اين كشورها علاوه بر مبلغ حداقل فوق جهت هزينه هاي بسياري از پروژه هاي سرن بصورت مستقيم و غير مستقيم مبالغ ديگري در نظر ميگيرند مثل آلمان و ايتاليا تاكنون فقط براي يكي از پروژه هاي سرن به اسم (LHC) تاكنون بيش از300ميليون يورو هزينه كرده اند.
محض اطلاع:
بزرگترين برنامه كنوني سرن،علاوه بر تحقيقات گوناگون در زمينه فيزيك هسته اي و ذرات بنيادي،اجراي پروزه بزرگ LHC (Large Hadron Collider) يا همان" ابرتصادم گر هادرونى"است كه بعنوان بزرگترين پروژه تحقيقاتي جهان شناخته ميشود. ابرتصادم گر هادرون يك شتاب دهنده  ذرات با انرژى و پيچيدگى بى نظير و بى سابقه است كه نتيجه آن همكارى و مشاركت جهانى براى آشكارسازى بخش جديد پنهانى از حقيقت است.

دسته دوم از كشورهاي مشاركت كننده در سرن،شش كشور آمريكا،روسيه،ژاپن،تركيه،هند و اسرائيل هستند كه بعنوان ناظر در سازمان تحقيقات هسته اي سرن حضور دارند.اين كشورها هم سهم و مشاركت فعالي در انجام پروژه هاي تحقيقاتي سرن و همچنين در تامين هزينه هاي مالي و تجهيزات سرن دارند.براي مثال تاكنون ايالات متحده رقمي بالغ بر يك ميليارد دلار براي پروژه LHC هزينه كرده است.
و اما دسته سوم از كشورهاي مشاركت كننده در سرن،كشورهاي غير عضو سازمان اروپائي تحقيقات هسته اي هستند كه در برنامه هاي مختلف تحقيقاتي سرن مشاركت دارند.اين دسته كه شامل 26كشور است عبارتند از:
الجزاير،آرژانتين،ارمنستان،آذربايجان،بلاروس،برزيل،چين،كانادا،كرواسي،قبرس،استوني، گرجستان، ايسلند،
ايرلند،مكزيك،مراكش ،پاكستان، پرو، روماني، صربستان ،اسلوني،آفريقاي جنوبي،كره جنوبي،تايوان،اوكراين و ايران.
اين كشورها بسته به توانائي هاي علمي و تحقيقاتي خود مي توانند در پروژه هاي آزمايشگاهي و نظري سرن شركت مي كنند.در حقيقت،عمده ترين بهره اين كشورها از همكاري با سرن،تماس نزديك و خارج از محدوديت هاي متداول (سياسي) با تكنولوژي نوين و كسب مستقيم و بي واسطه دانش علمي و فني است.
 
بعد از عضويت رسمي ايران در سرن در سال2001 ميلادي و همكاري با سرن در زمينه پروژه بزرگ LHC و ساخت و تامين قطعاتي از اين پروژه هم اينك هفت پژوهشگر و سه دانشجو دوره دكترا در زمينه فيزيك ذرات بنيادي در سرن مشغول پژوهش و تحقيقات هستند و همچنين قرار است دو دانشجوي ديگردوره دكترا به اين جمع اضافه شود.لازم به ذكر است كه مشاركت انفرادي فيزيكدانان ايراني در سرن به قبل از سال2000 بر مي گردد.
                                                                                       

پيش از اين درباره شتابدهنده خوشه هاي پروتوني LHC با محيطي بالغ بر 27 كيلومتر به مختصر گفته شد كه بزرگترين پروژه تحقيقاتي جهان به شمار ميرود.هدف از پروژه LHC ساخت دو پر انرژي پروتوني با انرژي بيش از Tev 7 است كه با برخورد دادن اين دو پرتو و آشكارسازي ذرات حاصل از اين برهمكنش آنها ساختار دروني مواد و ذرات بنيادي سازنده آنها شناخته شود.پروژه LHC با بودجه اي بالغ بر شش ميليارد دلار از سال1995 شروع شده و راه اندازي آن و شروع آزمايشهاي مربوطه براي انتهاي سال 2007 پيش بيني شده است. بد نيست بدانيد كه هزينه ساختماني كه اين شتابدهنده در آن نصب مي شود بالغ بر 500 ميليون فرانك سوئيس است و پيش بيني مي شود كه هزينه نهائي آن بعد از انجام تمام مقدمات و آزمايشات در نهايت بالغ بر 10ميليارد يورو شود.جزئيات بيشتر از ساختار و نحوه كار LHC موضوعي نيست كه ما بدنبال آن باشيم بلكه ميخواهيم نقش و فعاليت ايران را در ساخت اين پروژه عظيم تحقيقاتي جهان مورد بررسي قرار دهيم.
(دوستان علاقمند به LHC در صورت تمايل ميتوانند با ارسال ايميل اطلاعات تكميلي را دريافت كنند)

قبل از هر چيزي لازم است بدانيد كه براي پروژه LHC،چهار آزمايش بزرگ با آشكارسازهاي بسيار زياد طراحي شده است كه در چهار محل تلاقي دو پرتو پروتوني قرارگرفته اند.اين آزمايشها عبارتند از:
LHCB-ALICE-CMS-ATLAS
هر كدام از اين آزمايش هاي چهارگانه شامل مجموعه عظيمي از آشكارسازهاست كه كار ساخت آنها توسط مراكز تحقيقاتي مختلف و دانشگاهها و شركت هاي بزرگ صنعتي در سراسر جهان در حال اجراست.
آزمايش CMS (Compact Muon Solenoid) يكي از چهار آزمايش بزرگ پروژه LHC است.همكاري ايران در اين آزمايش در اولين قدم با ساخت قسمتي مكانيكي از آزمايش CMS با عنوان"ميز نگهدارنده اين آشكار ساز HF و محفظه استوانه اي پوشاننده آن"و با نظارت مهندسان سرن و با انتقال دانش فني مربوطه به شركت هپكو اراك بعنوان مجري اين آزمايش به انجام رسيد. اين ميز بايد بتواند قطعاتي به وزن حدود 200 تا 300 تن را تحمل كند كه اجزاي آن با فاصله ميليمتري از يكديگر باز و بسته مي شوند. اين ميز در حقيقت يك دستگاه مكانيكي با تولرانس بسيار بالا به شمار مي رود كه هزينه ساخت آن نيز برعهده ايران است.(مبلغي بالغ بر 600 ميليون تومان) دكتر محمد محمدي، متخصص فيزيك ذرات بنيادي و سرپرست گروه سازنده شتاب دهنده سرن در ژنو، كه از طرف دانشگاه فلوريدا اين مأموريت را عهده دار شده است در اين زمينه مي گويد:«براي ايران، موضوع اصلي فعاليت هاي پژوهشي از اين قبيل، دستيابي به منافع اقتصادي آني نيست، بلكه منفعت اصلي، دستاوردهاي علمي است كه از طريق مشاركت در يك پروژه علمي بين المللي، آن هم در بالاترين سطح پژوهش در حوزه فيزيك ذرات بنيادي نصيب كشورمان مي شود.»
همچنين براي آزمايش CMS چهار لايه مختلف از آشكارسازهاي RPC در دو قسمت انتهائي استوانه آن در نظر گرفته شده است كه بايد سه لايه آن براي سال2007 ميلادي و لايه چهارم براي آزمايش سال2010 آماده باشند.در ساخت PRC هايCMS چهار كشور ايتاليا،كره جنوبي،چين و پاكستان همكاري ميكنند.در مورد ساخت لايه چهارم PRC هايCMS هم اكنون كشورهاي هند،ايران،كره و پاكستان مشغول بررسي براي قبول مسئوليت هستند و در نهايت با همكاري كشور ايتاليا انجام خواهد شد.در صورت موفقيت ايران در كسب مسئوليت ساخت RPCهاي لايه چهارمCMS در داخل كشور،اين پروژه اولين مشاركت آزمايشگاهي ايران در يك آزمايشگاه بزرگ بين المللي خواهد بود. در انتها لازم به يادآوري است كه بدنبال مشاركت موفقيت آميز ابتدائي ايران در CMS پروژه تور(grid) را نيز به موارد همكاري ايران و سرن نيز ميتوان اضافه كرد.در باب معرفي مختصري از پروژه تور(grid) بايد گفت كه همانطور كه وب براي به اشتراك گذاردن اطلاعات در اينترنت است،تور يك سرويس نرم افزاري براي به اشتراك گذاردن توان محاسباتي و فضاي ذخيره داده ها بين كامپيوترهاي متصل به اينترنت است و هدف نهائي از آن ايجاد يك شبكه وسيع جهاني محاسباتي و اطلاعاتي است.

نمونه سوال فصل 4

سوالات آینه های کروی

سوالات آینه های کروی

بقیه در ادامه مطلب مشاهده  شود

 

سوالات آینه های کروی

1- آینه مقعر را تعریف کنید؟ آینه مقعر بخشی از یک کره بزرگ است که سطح داخلی آن صیقلی است و نور را بازتاب میکند به این آینه کاو هم میگویند مرکز و کانون در جلوی آن قرار دارد به جز یک مورد خاص تصاویر در آن حقیقی هستند یعنی در جلوی آینه تشکیل میشون

برای مشاهده بقیه آموزش روی ادامه متن کلیک کنید

2- آینه محدب را تعریف کنید؟ آینه محدب نیز نوعی آینه کروی است که بر خلاف آینه مقعر سطح خارجی آن صیقلی شده و نور را بازتاب میکند به این آینه کوژ هم میگویند مرکز و کانون در پشت آینه قرار گرفته اند و تمامی تصاویر آن مجازی میباشد یعنی پشت آینه تشکیل میشود

 

3- مرکز آینه های کروی چه نقطه ای است؟

چون آینه ههای کروی بخشی از یک کره بزرگ هستند نقطه مرکز آن کره را مرکز آینه مینامیم و آن را با c نشان میدهیم هر خطی که مرکز را به آینه متصل میکند مانند شعاع میباشد و بر آینه عمود خواهد بود

4- منظور از محور اصلی در آینه های کروی چیست؟

خطی فرضی است که مرکز آینه ( نقطه C) را به وسط آینه ( نقطهS) متصل میکند محور اصلی نامیده میشود این محور همواره بر آینه عمود است.

5- کانون را در آینه های کروی تعریف کنید؟ اگر فاصله میان نقطه C (مرکز) و نقطه S( وسط آینه) را نصف کنیم و نقطه ای را قرار دهیم این نقطه را کانون آینه میگوییم و آنرا با نماد F نشان میدهیم پس فاصله نقطهF از آینه نصف شعاع است یعنی  F = R / 2 

6- منظور از فاصله کانونی چیست؟ فاصله میان کانون (F) و وسط آینه ( S) را فاصله کانونی میگویند و اندازه آنرا از فرمول زیر بدست می آورند 

F = R/2    2/ شعاع = کانون

سوالات آینه مقعر :

7- در آینه مقعر اگر پرتو تابش موازی محور اصلی به آینه بتابد بازتاب آن چگونه خواهد بود؟ با رسم شکل آنرا نشان دهید:؟

پرتو باز تاب حتما از کانون آینه (F) میگذرد

8- در آینه مقعر اگر پرتو تابش از مرکز آینه عبور کرده و به آینه بتابد پرتو بازتاب چگونه خواهد بود؟با رسم شکل آنرا نشان دهید؟

 پرتو بازتاب روی پرتو تابش بازمیگردد زیرا هر خطی که از مرکز آینه به آینه برسد بر آینه عمود است و روی خودش بازتاب میابد

9- در آینه مقعر اگر پرتو تابش از کانون آینه عبور کرده و به آینه بتابد پرتو بازتاب چگونه خواهد بود؟ بارسم شکل آنرا نشان دهد؟

پرتو بازتاب حتما موازی محور اصلی بازمیگردد