با فیزیک و کاربردهای آن در زندگی آشنا شوید!
فیزیک علم مطالعهٔ خواص طبیعت است. این علم را عموماً علم ماده (Matter) و حرکت و رفتار آن در فضا و زمان می‌دانند. این ماده می‌تواند از ذرات زیراتمی تا کهکشان‌ها و اجرام بسیار بزرگ آسمانی باشد. فیزیک از مفاهیمی مانند انرژی، نیرو، جرم، بار الکتریکی، جریان الکتریکی، میدان الکتریکی، الکترومغناطیس، فضا، زمان، اتم و نورشناسی استفاده میکند. اگر بطور وسیع‌تر سخن بگوییم، هدف اصلی علم فیزیک بررسی و تحلیل طبیعت است و همواره این علم در پی آن است که رفتار طبیعت را در شرایط گوناگون درک و پیش بینی کند.
فیزیک یکی از قدیمی‌ترین رشته‌های دانشگاهی است و شاید قدیمی‌ترین مبحث آن را بتوان نجوم و اخترشناسی نامید. مدارکی وجود دارد که نشان می‌دهد هزاران سال پیش از میلاد مسیح، اقوامی همچون سومری‌ها و همچنین اقوامی در مصر باستان و اطراف سند، تحقیقات و درک پیشگویانه‌ای (گمانه‌زنی‌هایی) از حرکت خورشید، ماه و ستارگان داشته‌اند.
تاريخچه علم فيزيک
از روزگاران باستان مردم سعي مي كردند رفتار ماده را بفهمند. و بدانند كه:چرا مواد مختلف خواص متفاوت دارند؟ چرا برخي مواد سنگينترند؟ و… همچنين جهان ، تشكيل زمين و رفتار اجرام آسماني مانند ماه و خورشيد براي همه معما بود.
قبل از ارسطو تحقيقاتي كه مربوط به فيزيك مي شد ، بيشتر در زمينه نجوم صورت مي گرفت. علت آن در اين بود كه لااقل بعضي از مسائل نجوم معين و محدود بود و به آساني امكان داشت كه آنها را از مسائل فيزيک جدا كنند. در برابر سوالاتي كه پيش مي آمد گاه خرافاتي درست مي كردند، گاه تئوريهايي پيشنهاد مي شد كه بيشتر آنها نادرست بود.
اين تئوري ها اغلب برگرفته ازعبارتهاي فلسفي بودند و هرگز بوسيله تجربه و آزمايش تحقيق نمي شدند. و بعضي مواقع نيز جوابهايي داده مي شد كه لااقل بصورت اجمالي و با تقريب كافي بنظر مي رسيد.
جهان به دو قسمت تقسيم مي شد: جهان تحت فلك قمر و مابقي جهان.مسائل فيزيكي اغلب مربوط به جهان زير ماه بود و مسائل نجومي مربوط به ماه و آن طرف ماه نيز« فيزيك ارسطو» يا بطور صحيحتر« فيزيك مشائي» بود كه در چند كتاب مانند« فيزيك»،« آسمان»،« آثار جوي»،« مكانيک» و حتي« مابعدالطبيعه» ديده مي شد.
تا اينكه در قرن ۱۷ ، گاليله براي اولين باربه منظور قانوني كردن تئوريهاي فيزيك ، از آزمايش استفاده كرد. او تئوريها را فرمولبندي كرد و چندين نتيجه از ديناميك و اينرسي را با موفقيت آزمايش كرد. پس از گاليله ، اسحاق نيوتن ،قوانين معروف خود «قوانين حركت نيوتن) را ارائه كرد كه به خوبي با تجربه سازگار بودند.
بدين ترتيب فيزيك جايگاه علمي و عملي خود را يافت و روزبه روز پيشرفت كرد، مباحث آن گسترده تر شد، تا آنجا كه قوانين آن از ريزترين ابعاد اتمي تا وسيعترين ابعاد نجومي را شامل مي شود. اكنون فيزيك مانند زنجيري محكم با بقيه علوم مرتبط است و هنوز هم به سرعت در حال گسترش و پيشرفت مي باشد.
نقش فیزیک در آسایش انسان
تصور کنید که بعد از یک روز کار سخت و طاقت فرسا ، در یک زمستان سرد به منزل خود مراجعت کرده‌اید. بخاری گازی را روشن کرده و در کنار خانواده خود به تماشای تلویزیون مشغول هستید. اگر اندکی دقت کنید ملاحظه می‌نمائید که سیما و تلویزیون مشاهده می کنید ، امواج الکترومغناطیسی هستند که بوسیله گیرنده تلویزیونی شما دریافت می‌گردند و لحظات شادی را برای شما ایجاد می‌کنند . کنترل تلویزیونی که بوسیله آن کانالهای مختلف تلویزیون را جستجو می‌کنید ، بر اساس امواج الکترومغناطیسی ساخته شده است که با فشار دادن یک دکمه حسگر تلویزیون فرستاده شده و کانالهای آن را تغییر می‌دهد. گازی که در بخاری خود مصرف می‌کنید و خود و خانواده خود را از سرمای سوزان زمستان حفظ می‌کنید بر اساس قوانین فیزیکی به منزل شما انتقال پیدا میکند.
نقش فیزیک در تشخیص بیماری ها
پزشکان برای تشخیص بیماری ها از انواع وسایل ساده مانند دماسنج و فشارسنج، گوشی طبی (استتوسکوپ) تا دستگاه های بسیار پیچیده مانند میکروسکوپ الکترونی، لیزر و هولوگراف که همه براساس قانون های فیزیک طراحی و ساخته شده استفاده می کنند. در این قسمت به ساختمان و طرز کار برخی از آنها می پردازیم.
رادیوگرافی عکسبرداری از بدن با پرتوهای ایکس و رادیوسکوپی مشاهده مستقیم بدن با آن پرتوها است. در عکاسی معمولی از نوری که از چیزها بازتابش می شود و بر فیلم عکاسی اثر می کند استفاده می شوند در صورتی که در رادیوگرافی پرتوهایی را که از بدن می گذرند به کار می برند.
پرتوهای ایکس را نخستین بار در سال ۱۸۹۵ میلادی، ویلهلم کنراد رنتیگن استاد فیزیک دانشگاه ورتسبورگ آلمان کشف کرد. این کشف بسیار شگفت انگیز بود و خبر آن با سرعت در روزنامه های جهان منتشر شد. جالب است که رنتیگن بر روی پرتوهای کاتدی کار می کرد و به طور اتفاقی متوجه شد که وقتی این پرتوها، که همان الکترون های سریع هستند به مواد سخت و فلزات سنگین برخورد می کنند پرتوهای ناشناخته ای تولید می شود او این پرتوها را پرتو ایکس به معنی مجهول نامید.
پرتوهای ایکس قدرت نفوذ و عبور بسیار زیاد دارند. به آسانی از کاغذ، مقوا، چوب، گوشت و حتی فلزهای سبک مانند آلومینیوم می گذرند، لیکن فلزهای سنگین مانند سرب مانع عبور آنها می شود. اشعه ایکس از استخوان های بدن که از مواد سنگین تشکیل شده اند عبور نمی کنند در صورتی که از گوشت بدن به آسانی می گذرند. همین خاصیت سبب شده که آن را برای عکسبرداری از استخوان های بدن به کار برند و محل شکستگی استخوان ها را مشخص کنند. برای عکسبرداری از روده و معده هم از پرتوهای ایکس استفاده می شود لیکن برای این کار ابتدا به شخص مایعاتی مانند سولفات باریم می خورانند تا پوشش کدری اطراف روده و معده را بپوشاند و سپس رادیوگرافی صورت می دهند.
کشف پرتوهای ایکس که به وسیله رنتیگن عملی شد سرآغاز فعالیت های دانشمندانی مانند تامسون، بور، رادرفورد، ماری کوری، پیرکوری، بارکلا و بسیاری دیگر شد به طوری که نه فقط چگونگی تولید، تابش و اثرهای پرتو ایکس و گاما و نور شناخته شد بلکه خود اشعه ایکس یکی از ابزارهای شناخت درون ماده شد و انسان را با جهان بی نهایت کوچک ها آشنا کرد و انرژی عظیم اتمی را در اختیار بشر قرار داد.
پرتوهای ایکس در پزشکی و بهداشت برای پیشگیری، تشخیص و درمان به کار می رود به طوری که در فناوری های مربوطه یکی از ابزارهای اساسی است.
سونوگرافی عکسبرداری با امواج فراصوت است. فراصوت امواج مکانیکی مانند صوت ۲ است که بسامد آن بیش از ۲۰ هزار هرتز است. این امواج را می توان با استفاده از نوسانگر پتروالکتریک یا نوسانگر مغناطیسی تولید کرد.
کاربرد فیزیک در ورزش
فوتبالیستی را در نظر بگیرید که هنگام ضربه زدن به توپ فقط از عضلات دو قلوی پای خود استفاده می کند. این فوتبالیست هنگام ضربه زدن به توپ از دو عضله استفاده میکند و اگر قدرت وارد کردن انرژی این دو عضله را ۱۰۰نیوتن در نظر بگریم توپ او با سرعت مثلا۴۰ کیلومتر در ساعت حرکت خواهد کرد.حالافوتبالیست دیگری را در نظر بگیرید که هنگام ضربه زده علاوه بر استفاده از عضلات ساق پای خود،از عضلات ران نیز استفاده می کند.
این شخص علاوه براینکه عضلات بیشتری استفاده می کند نیروی بیشتری را برروی توپ وارد می کند (۲۰۰نیوتن)در نتیجه سرعت توپ او با ۶۰یا ۸۰کیلومتر در ساعت حرکت خواهد کرد .ودر نهیت شوت او برای دروازبان حریف مشکل ساز خواهد بود
می بینید که استفاده بسیار ساده وپیش پا افتاده ای از علم فیزیک در مثال بالا یک فوتبالیست را از نظر قدرت شلیک توپ به حد بالایی می رساند .پس می توان نتیجه گرفت که علم در ورزش بی تاثیر نیست.برای توجه بیشت مثال زیر را در نظر بگیرید:اسکی بازی را در نظر بگیرید که در حدود۶۰کیلو گرم وزن داشته و در مسابقه اسکی مارپیچ المپیک شرکت کرده است ،قانون نیروی ثقل و وزن که در فیزیک به صورت تئوری در کتاب ها مطرح شده است این شخص را بر اثر نیروی کشش زمین ونیروی گرانش وطبق فرمول زیر نیروی خاصی را بر او وارد می کند.واو را از کوه به سمت پایین می کشد ونیرویی که هر دو جرم را به سمت یکیذیگر می کشاند نیروی گرانش نام دارد ونیز ربایش زمین را بر یک جسم ،وزن ان جسم یا نیروی گرانش می گویند و می دانیم وزن با جرم فرق می کند نتیجتا وزن این اسکی باز طبق قانون زیر برابر است با ۶۰کیلو گرم ونیروی واردشده بر اوبرابراست با:
W=۶۰(kg)*۱۰(n/kg)=۶۰۰N
ورزشکار دیگری را در نظر بگیرید که وزن او اصطلاحا ۱۰۰کیلو گرم باشد و نیروی وارد شده بر او برابر است با
W=۱۰۰(kg)*۱۰(n/kg)=۱۰۰۰N
نیرویی که شخص دوم را به پایین می کشد، حدودا۴۰۰نیوتن از نیروی شخص اول بیشتر است .در نتیجه سر عت نفر دوم نیز به مراتب بیشتر خواهد شد.بنابراین شانس موفقیت نفر دوم در صورتی که دارای فاکتور های مشترک دیگر مثل داشتناسکی هایی با کیفیت یکسان وغیره ،برای پیروزی در مسابقه بیشتر است.اکنون که تا حدی به نقش علم فیزیک و تاثیر موثر بر ور زش اشنا شدید وقت ان است که شاخه های مختلف ان را برسی کرده و نقش هر کدام را در ورزش روشن کنیم.
فیزیک در خدمت نابودی انسان
شاید بر ما ایراد بگیرید که در تمام مواد فیزیک در جهت آسایش و رفاه انسان نیست و بر این نکته اصرار داشته باشند که انواع بمبهای اتمی و هسته‌ای ، موشکهای پیشرفته هسته‌ای که برای نابودی انسان ساخته شده‌اند، بیشر با استفاده از علم فیزیک بوجود آمده‌اند. در پاسخ باید بگوئیم که درست که تمام این موارد در سایه علم فیزیک ایجاد شده‌اند، ولی اگر کمی به عقب برگردیم، ملاحظه می‌کنیم که در پیدایش و کشف قوانینی که اساس ساخت این وسائل مرگبار شده‌اند، هدف اصلی این افراد تامین آسایش بشر بوده است.
به عنوان مثال اگر از انرژی هسته‌ای در جهت تامین برق مورد نیاز انسان و از لیزر و اشعه ایکس در جهت تسریع اعمال جراحی و …استفاده شود، نه تنها این موارد ناپسند و نا خوش آمیز نخواهند بود، بلکه بسیار زیبا و شایسته خواهند بود. اما همواره در طول تاریخی افرادی بودند که از علم و امکانات علمی در جهات منفی و نادرست بهره برده‌اند، و علم فیزیک نیز از این قاعده کلی مستثنا نبوده است. بنا بر این نباید خصلت نادرست بعضی از افراد بشر را به حساب فیزیک بنویسیم و بخواهیم از ابهت و زیبایی علم فیزیک بکاهیم.
