تداخل امواج

اطلاعات اولیه

دو سیم کوچک را به تیغه مرتعش طوری محکم می‌‌کنیم که وقتی در فاصله‌ای از سطح آب به تیغه فشار می‌‌آوریم، هر دو بطور هم زمان به سطح آب بخورند. در این صورت دو موج دایره‌ای با طول موج یکسان بدست می‌‌آید که از دو مرکز منتشر می‌‌شوند و در تشتک آب باهم ترکیب می‌‌شوند. ناحیه‌هایی در روی سطح آب بوجود می‌‌آید که در آن ارتعاشها قوی هستند و در نواحی دیگر ارتعاشها از بین می‌‌روند. چنین نواحی متناوب را نقش تداخلی گفته و پدیده برهمنهی امواج را که منجر به چنین نقشی می‌‌شود، تداخل می‌‌گویند.

تشریح تداخل با استفاده از روابط ریاضی

دو موج با دامنه و فرکانس یکسان در نظر بگیرید که هر دو با سرعت یکسان در جهت مثبت محور xها حرکت می‌‌کنند و بین آنها اختلاف فازی به اندازه Ф وجود دارد. معادلات این دو موج را می‌‌توان بصورت زیر نوشت:

(y₁ = y_m Sin (kx - ωt

(y₂ = y_m Sin (kx - ωt - Ф

در روابط فوق k عدد موج ، ω فرکانس زاویه‌ای ، y_m دامنه و Ф اختلاف فاز بین دو موج است. حال اگر این دو موج باهم ترکیب شوند، موج برآیند با فرض برقرار بودن اصل برهمنهش به صورت زیر خواهد بود:

{y = y₁ + y₂ = y_m{sin (kx - ωt - Ф) + sin (kx - ωt

این موج برآیند ، موج جدیدی است که همان فرکانس دو موج اولیه را دارد، ولی دامنه‌اش برابر:

y_m cos Ф/2

است.

تداخل سازنده و ویرانگر

اگر Ф یعنی اختلاف فاز بین دو موج اولیه ، صفر باشد، در این صورت دو موج در همه جا همفاز هستند، یعنی بالاترین و پائین‌ترین نقاط دو موج بر هم منطبق هستند. در این حالت اصطلاحا گفته می‌‌شود که امواج بطور سازنده باهم تداخل کرده‌اند. در این حالت دامنه موج برآیند بیشترین مقدار ، یعنی دو برابر دامنه هر یک از امواج اولیه به تنهایی است. از طرف دیگر ، اگر Ф = 0 باشد، در این صورت دامنه موج برآیند صفر خواهد بود. در این حالت بالاترین نقطه یک موج دقیقا بر پائین‌ترین نقطه موج دیگر منطبق می‌‌شود و اصطلاحا گفته می‌‌شود که تداخل ویرانگر اتفاق افتاده است.

شرط ایجاد تداخل پایدار

اگر بطور اختیاری فاز یکی از چشمه‌ها را تغییر دهیم، در این صورت در هر نقطه دو ارتعاش به تناوب یکسان و متفاوت می‌‌شوند و محل ماکزیممها (نقاط تداخل سازنده) ثابت نمی‌‌ماند. همچنین اگر دوره تناوب دو موج مختلف باشد، در هر نقطه سطح تقویت ارتعاشها به تضعیف تبدیل و سپس ارتعاشها دوباره تقویت می‌‌شوند و همین طور تا آخر ادامه پیدا می‌‌کند. هر قدر اختلاف دوره تناوب بیشتر و یا آهنگ تغییر فاز یکی از ارتعاشها زیادتر باشد، ماکزیممها محلشان را سریعتر تغییر می‌‌دهند.

وقتی از نقش تداخلی صحبت می‌‌کنیم، منظور نقشی یک در میان از ماکزیممها و مینیممهای پایدار و مستقل از زمان است. این نقش پایدار فقط وقتی ظاهر می‌‌شود که امواج بر هم نهاده شده ، دارای دوره تناوب یکسان بوده و در هر نقطه ثابت اختلاف ثابت باشد. این قبیل امواج را امواج همدوس می‌‌گویند. در نتیجه تداخل پایدار فقط به شرطی مشاهده می‌‌شود که امواج همدوس باشند.

شرایط عملی تداخل

در عمل اثرهای تداخلی از قطار موجهایی حاصل می‌‌شوند که از یک چشمه (یا از چشمه‌هایی که بین فازهای آنها رابطه ثابتی وجود دارد) بیرون می‌‌آیند، ولی تا نقطه تداخل ، مسیرهای متفاوتی را می‌‌پیمایند. اختلاف فاز Ф بین امواجی را که به یک نقطه می‌‌رسند، می‌‌توان با تعیین اختلاف مسیرهایی که این موجها از چشمه تا نقطه تداخل می‌‌پیمایند، محاسبه کرد. هرگاه اختلاف مسیر مضرب درستی از طول موج (به صورت nλ که n عدد طبیعی است) باشد، دو موج بطور سازنده باهم تداخل می‌‌کنند، ولی اگر اختلاف مسیر مضرب کسری از طول موج λ باشد (مثل {λ/2 ، λ/3 و غیره)، در این صورت امواج بطور ویرانگر با هم تداخل می‌‌کنند.

به بیان دیگر ، می‌‌توان گفت که ماکزیممهای نقش تداخلی ایجاد شده توسط دو چشمه‌ای که بطور همفاز ارتعاش می‌‌کنند، در نقاطی مشاهده می‌‌شوند که اختلاف راه برابر با مقدار صحیحی از طول موج (یا به عبارت دیگر مقدار زوجی از نصف طول موج) باشد و مینیممها در نقاطی قرار می‌‌گیرند که در آنها اختلاف راه برابر مقدار فردی از نصف طول موج باشد. اگر دو موج ناهمدوس بر هم‌ نهاده شوند، شدت‌ها فقط به هم افزوده می‌‌شوند، بطوری که افزوده شدن موج دوم در هر نقطه منجر به افزایش شدت موج به مقداری برابر با شدت موج دوم می‌‌شود. بنابراین ماکزیمم یا مینیممی مشاهده نمی‌‌شود.

تداخل امواج صوتی

پدیده تداخل نیز ، مانند پراش ، در هر پدیده موجی ، بدون توجه به طبیعت امواج ، مشاهده می‌‌شود. قواعد مربوط به امواج صوتی نیز به همان صورتی است که قبلا اشاره شد. فرض کنید دو دیاپازون یکسان که صدای آنها همنوا است، روی یک تخته که بتواند حول یک محوری بچرخد، محکم شده است. اگر دیاپازونها به ارتعاش در آیند (مثلا با آرشه ویولن) و تخته به آرامی گردانده شود، نواحی صدای تقویت شده و تضعیف شده نسبت به ناظر حرکت خواهند کرد و ناظر متناوبا صدای بلند و صدای بسیار ضعیف خواهند شنید.

البته این مسئله را در زندگی روزمره خود بارها مشاهده می‌‌کنیم. به عنوان مثال ، اگر ظهر بلندگوهای یک مسجد در حال پخش اذان باشند و ما در طول یک مسیر پیاده راه برویم، ملاحظه می‌‌کنیم که در بعضی از نقاط صدا را به وضوح می‌‌شنویم، ولی در بعضی از نقاط ، صدای ضعیفی شنیده می‌‌شود.

تداخل امواج نوری

آزمایشهای بسیاری برای نشان دادن تداخل در مورد امواج نوری انجام شده است که از جمله می‌‌توان به آزمایش دو شکاف یانگ اشاره کرد. به عنوان مثال ، فرض کنید که از یک چشمه نوری ، امواج نورانی بر روی صفحه‌ای که دو سوراخ سیاه بسیار کوچک روی آن قرار دارد که اندازه آنها قابل مقایسه با طول موج چشمه نور است، می‌تابد. در این صورت پرتوهای نوری بعد از خروج از دو شکاف با هم تداخل می‌‌کنند. اگر در فاصله معینی از صفحه ، یک پرده قرار دهیم، نقشهای تداخلی به صورت نقاط تاریک و روشن در روی پرده ظاهر می‌‌شوند. نقاط روشن ، نشان دهنده تداخل سازنده هستند و نقاط تاریک ، تداخل ویرانگر را نشان می‌‌دهند.

نیروی محرکه الکتریکی

اطلاعات اولیه

اگر در سلول دانیل ، محلولهای 1M از ZnSO₄ و 1M از CuSO₄ بکار رفته باشد، آن سلول را با نماد گذاری زیر نشان می‌دهیم:

(Zn(s)|Zn²⁺(1M)|Cu²⁺(1M)|Cu(s

که در ان ، خطوط کوتاه عمودی ، حدود فازها را نشان می‌دهند. بنابر قرارداد ، ماده تشکیل دهنده آند را اول و ماده تشکیل دهنده کاتد را در آخر می‌نویسیم و مواد دیگر را به ترتیبی که از طرف آند به کاتد با آنها برخورد می‌کنیم، میان آنها قرار می‌دهیم.

جریان الکتریکی تولید شده در یک سلول ولتایی ، نتیجه نیروی محرکه الکتریکی (emf) سلول است که بر حسب ولت اندازه گیری می‌شود. هرچه تمایل وقوع واکنش سلول بیشتر باشد، نیروی محرکه الکتریکی آن بیشتر خواهد بود. اما emf یک سلول معین ، به دما و غلظت موادی که در آن بکار رفته است، نیز بستگی دارد.

emf استاندارد

ْε یا emf استاندارد ، مربوط به نیروی محرکه سلولی است. که در آن ، تمام واکنش‌دهنده‌ها و محصولات واکنش ، در حالت استاندارد خود باشند. مقادیر ْε معمولا برای اندازه گیری‌هایی که در آن 25 درجه سانتی‌گراد به عمل آمده، معین شده است. البته حالت استاندارد یک جامد یا یک مایع ، خود آن جامد خالص یا مایع خالص است. حالت استاندارد یک گاز یا یک ماده خالص در یک محلول ، حالتی است که دارای فعالیت واحد ایده‌آل باشد. اما این حالت ایده‌آل ، به‌علت جاذبه‌های بین مولکولی و بین یونی ، عملا قابل حصول نیست. به همین علت ، تصحیحات لازم برای انحراف از حالت ایده آل بایستی به عمل آید.

در این بحث فرض می‌کنیم که بتوانیم فعالیت یونها را با غلظت مولی آنها و فعالیت گازها را با فشار آنها برحسب اتمسفر نشان دهیم. از این رو ، با درنظر گرفتن این تقریب ، یک سلول استاندارد شامل یونهای با غلظت 1M و گازهایی ( اگر وجود داشته باشند ) با فشار 1atm خواهد بود.

 

اندازه‌گیری emf

هرگاه بخواهیم emf یک سلول را به‌عنوان میزان قابل اطمینانی برای تمایل وقوع واکنش آن سلول بکار بگیریم، ولتاژ سلول باید بیشترین مقداری باشد که بتوان از آن سلول بدست آورد. اگر به هنگام اندازه‌گیری ، مقدار محسوسی از الکتریسیته جریان پیدا کند، ولتاژ اندازه گیری شده ، ε ، به‌علت مقاومت درون سلول کاهش خواهد یافت. علاوه بر این ، وقتی که سلول جریان تولید می‌کند، واکنشهای الکترودی موجب تغییر غلظت و در نتیجه کاهش ولتاژ می‌شود.

بنابراین ، emf یک سلول باید به طریقی اندازه‌گیری شود که الکتریسیته محسوسی در سلول جاری نشود. این کار با استفاده از پتانسیل‌سنج صورت می‌گیرد. مدار پتانسیل سنج شامل منبع جریانی با ولتاژ تغییر پذیر و وسیله ای برای اندازه‌گیری این ولتاژ است. سلول مورد مطالعه به نحوی که به مدار پتانسیل سنج متصل می‌شود که emf آن با emf منبع جریان پتانسیل سنج مقابله کند.

emf برگشت پذیر

اگر emf سلول ، بیشتر از emf پتانسیل سنج باشد، الکترونها در جهت عادی ، یعنی در جهت عادی ، یعنی در جهت تخلیه خودبخودی این نوع سلول ، جریان پیدا می‌کنند. از طرف دیگر ، اگر emf منبع جریان پتانسیل سنج بیش از emf سلول باشد، الکترونها در جهت مخالف جریان پیدا می‌کنند و این موجب می‌شود که واکنش سلول در جهت عکس صورت گیرد. هرگاه این دو نیروی محرکه الکتریکی ، دقیقا با یکدیگر برابر باشند، الکترونها جریان پیدا نمی‌کنند. این ولتاژ ، emf برگشت پذیر سلول می‌باشد. emf یک سلول دانیل استاندارد برابر با 1,10 V است.

محاسبه emf

قوانین فارادی درباره واکنشهای سلولهای ولتایی و همچنین سلولهای الکترولیتی بکار می‌آید. اما باید به این نکته توجه داشت که الکتریسیته بوسیله نیم واکنشهای اکسایش و کاهش که همزمان در کاتد و آند صورت می‌گیرند، تولید می‌شود و سلول در صورتی جریان تولید می‌کند که هر دو نیم واکنش صورت گیرند.

بنابراین ، از اکسایش 1mol فلز روی ، هنگامی دو فارادی الکتریسیته تولید می‌شود که همراه با آن ، 1mol یون ²⁺Cu در کاتد کاهش یابد. معادلات جزئی:

آند Zn → Zn²⁺ + 2e

 

کاتد 2e + Cu²⁺ → Cu

 

وقتی که برحسب مول بیان می‌شوند، نمایانگر به جریان افتادن 2N الکترون (N عدد آووگادرو است) یا تولید 2F الکتریسیته است. در یک سلول ، مقدار انرژی الکتریکی تولید شده ، برحسب ژول برابر با حاصلضرب مقدار الکتریسیته حاصل ، برحسب کولن ، در emf سلول ، برحسب ولت است. بنابراین انرژی الکتریکی تولید شده از واکنش 1mol یونهای مس II را می‌توان به‌صورت زیر حساب کرد:

96500C *2 (1,10V)=212000J = 212 KJ

یک ولت کولن یک ژول است.
Emf بکار رفته در این محاسبه ، emf برگشت پذیر ( ْε ) سلول دانیل استاندارد و از این رو ، ماکسیمم ولتاژ این سلول است. پس ، مقدار انرژی محاسبه شده (212KJ) ماکسیمم کاری است که از عملکرد این نوع سلول بدست می‌آید. بیشترین کار خالصی که می‌توان از یک واکنش شیمیایی که در فشار و دمای ثابت انجام می‌گیرد، بدست آورد، میزانی از کاهش انرژی آزاد گیبس این سیستم است. برای سلول دانیل استاندارد ، G∆ برابر -212KJ است. از این رو:

G=-nFε∆

که در آن ، n تعداد مولهای الکترون منتقل شده در واکنش (یا تعداد فارادیهای تولید شده) ، F مقدار فارادی برحسب واحدهای مناسب و ε نیروی محرکه الکتریکی برحسب ولت است. اگر F را به صورت 96485C بیان کنیم، G∆ برحسب ژول بدست می‌آید. تغییر انرژی آزادی که از emf استاندارد ، ْε حاصل می‌شود، با نماد ْG∆ مشخص می‌شود. تغییر انرژی آزاد یک واکنش ، میزان تمایل وقوع آن واکنش را نشان می‌دهد.

اگر برای ایجاد تغییبری در یک سیستم لازم باشد که بر سیستم انجام شود، آن تغییر خود بخود نخواهد بود. یک تغییر خودبخود ، در فشار و دمای ثابت ، آن گونه تغییری است که بتوانیم از آن ، کار خالص بدست آوریم. پس برای هر واکنش خودبخود ، انرژی سیستم کاهش می‌یابد، یعنی G∆ منفی است. چون G=-nFε∆ است، فقط وقتی که ε مثبت باشد، واکنش سلول خودبخود خواهد بود و سلول می‌تواند به عنوان منبع انرژی الکتریکی بکار آید.

شار مغناطیسی

مقدمه

واژه شار به معنی جریان یا سیال می‌‌باشد و هرگاه در مقابل جریان یک کمیت سطحی قرار داده شود، مقدار جریان گذرنده از سطح را شار آن کمیت یا جریان می‌‌گویند. مثلا در مورد میدان الکتریکی خطوط میدان که از سطح عمود بر مسیر خطوط عبور می‌‌کنند را شار الکتریکی و در مورد جریان آب ، مقدار آبی را که از داخل سطح عبور می‌‌کند، شار آب می‌‌گویند و به همین صورت در مورد هر ماده سیال و جاری شونده‌ای می‌‌توان شار مربوطه به آن را تعریف کرد.

میدان مغناطیسی نیز از این قاعده مستثنی نمی‌‌باشد. چون میدان مغناطیسی را به وسیله خطوط میدان نشان می‌‌دهیم، بطوری که چگالی خطوط بیانگر مقیاسی از قدرت میدان است، لذا می‌‌توان در مورد میدان مغناطیسی نیز سطحی در محل میدان در نظر گرفت و خطوط میدان گذرنده از آن را به عنوان شار مغناطیسی تعریف کرد.

محاسبه شار مغناطیسی

سطح تختی به مساحت A را در نظر بگیرید که به وسیله یک حلقه رسانا احاطه شده است. حال اگر با نزدیک کردن یک آهنربا (یا هر وسیله دیگری که یک میدان مغناطیسی ایجاد می‌‌کند)، به این حلقه می‌‌توان در این حلقه نیروی محرکه القایی و جریان القایی ایجاد نمود. ایجاد جریان القایی یا نیروی محرکه القایی با استفاده از قانون القای فاراده قابل توجیه است، یعنی با نزدیک کردن یا دور کردن آهنربا به حلقه تعداد خطوط میدان مغناطیسی که از سطح حلقه می‌‌گذرند، تغییر می‌‌کند.

اگر چنانچه میدان مغناطیسی را با B و سطح حلقه را با A نشان دهیم، در این صورت مقدار شار مغناطیسی از رابطه محاسبه شده و بر اساس قانون القای فاراده چون نیروی محرکه القایی از تغییر شار مغناطیسی حاصل می‌‌شود، لذا اگر ε بیانگر نیروی محرکه القایی باشد، در این صورت خواهد بود.

کوانتش شار مغناطیسی

همانگونه که بار الکتریکی یک کمیت کوانتیده است و به صورت مضربهای درستی از بار الکترون () وجود دارد، شار مغناطیسی گذرنده از یک حلقه ابر رسانا نیز چنین است. خاصیت ابر رسانایی ، حالتی است که در آن مقاومت الکتریکی ماده به صفر تنزل پیدا می‌‌کند. کوانتوم شار مغناطیسی h/2e (که h ثابت پلانک است) و برابر است. این مقدار بسیار کم شار و حتی کسرهای کوچکتر از آن را می‌‌توان به وسیله اثر جوزفسون آشکار کرد.

البته کوانتومی ‌بودن شار مغناطیسی در ابر رسانا قابل اثبات است و در مکانیک کوانتومی ‌با استفاده از محاسبات ریاضی عالی محاسبه می‌‌شود که در اینجا به خاطر جلوگیری از پیچیدگی مطلب از آوردن آن خودداری می‌‌کنیم.

یکای شار مغناطیسی

شار مغناطیسی را به صورت حاصلضرب مساحت سطح عمود بر مسیر میدان مغناطیسی در میدان مغناطیسی B تعریف کردیم. از طرف دیگر ، چون یکای میدان مغناطیسی ، تسلا می‌‌باشد، بنابراین یکای شار مغناطیسی برابر تسلا در مترمربع خواهد بود که مترمربع یکای مساحت می‌‌باشد. به صورت نمادی یکای شار مغناطیسی به صورت بیان می‌‌شود.

قانون لنز

مقدمه

طبق قوانین القای الکترومغناطیسی اگر شارمغناطیسی گذرا از مدار تغییر کند، نیرو محرکه الکتریکی در مدار جاری می شود. با برقراری نیرو محرکه القایی در مدار، جریان الکتریکی القایی در آن جاری می شود. طبق قانون لنز جهت جریان القایی در مدار در جهتی است که میدان مغناطیسی حاصل از آن با تغییرات شار مغناطیسی گذرا از مدار مخالفت می کند. اگر چکشی را از بالای نردبانی رها کنیم، هیچ نیازی به قاعده‌ای که بگوید چکش به طرف مرکز زمین یا در جهت مخالف آن حرکت می‌کند، نداریم. اگر در این موقع کسی از ما بپرسد که از کجا می‌دانید که چکش سقوط خواهد کرد، بهترین پاسخی که می‌توانیم بدهیم این است که بگوییم، همیشه به این صورت بوده است و اگر بخواهیم جوابمان علمی‌تر باشد، می‌توانیم بگوییم که زمانی که چکش سقوط می‌کند، انرژی پتانسیل گرانشی آن کاهش می‌یابد و برعکس انرژی جنبشی آن افزایش پیدا می‌کند.

اما اگر چکش به جای سقوط ، به طرف بالا برود، در این صورت انرژی جنبشی و انرژی پتانسیل آن هر دو افزایش پیدا می‌کنند و این موضوع پایستگی یا بقای انرژی را نقض می‌کند. استدلال مشابه را می‌توان در مورد تعیین جهت نیروی محرکه الکتریکی که با تغییر شار مغناطیسی در یک مدار القا می‌شود، بکار برد، یعنی در این مورد اخیر نیروی محرکه القایی باید در جهتی باشد که با اصل پایستگی سازگار باشد و این با استفاده از قانون لنز توضیح داده می‌شود.

تاریخچه

در سال 1834 ، یعنی سه سال بعد از این که فاراده قانون القا خود را ارائه داد (قانون القا فاراده)، هاینریش فریدریش لنز (Heinrich Friedrich Lenz) قاعده معروف خود را که به قانون لنز معروف است، برای تعیین جهت جریان القایی در یک حلقه رسانای بسته ارائه داد. این قانون به صورت یک علامت منفی در قانون القای فاراده ظاهر می‌گردد. به این معنی که در رابطه نیروی محرکه القایی یک علامت منفی قرار داده و اعلام کنند که این علامت بیانگر قانون لنز است.

تشریح قانون لنز

حلقه رسانایی را در نظر بگیرید که به یک گالوانومتر حساس متصل است. حال آهنربایی را در دست گرفته و به آرامی به این حلقه ، نزدیک کنید. ملاحظه می‌گردد که با نزدیک شدن آهنربا به حلقه عقربه گالوانومتر منحرف شده و وجود جریانی را در مدار نشان می‌دهد. این جریان را جریان القایی می‌گویند. حلقه جریان ، مانند آهنربای میله‌ای ، دارای قطب‌های شمال و جنوب است.

حال اگر آهنربا را از حلقه دور کنیم، باز هم گالوانومتر منحرف می‌شود، اما این بار انحراف در جهت مخالف است و این امر نشان دهنده این مطلب است که جریان در جهت مخالف در حلقه جاری شده است. اگر میله آهنربا را سر و ته کنیم و آزمایش را تکرار کنیم، باز همان نتایج حاصل خواهد شد، جز این که جهت انحراف‌های عقربه گالوانومتر عوض خواهند شد. برای تشریح این آزمایش با استفاده از قانون لنز به صورت زیر عمل می‌کنیم:

زمانی که آهنربا را به آرامی به حلقه نزدیک می‌کنیم، تعداد خطوط شار مغناطیسی که از حلقه می‌گذرد، تغییر می‌کند و همین امر سبب ایجاد یا القا جریان در حلقه می‌شود و چون در ابتدا هیچ جریانی وجود نداشت، این جریان باید در جهتی باشد که با هل دادن آهنربا به سمت حلقه مخالفت کند. برعکس ، اگر بخواهیم آهنربا را از حلقه دور کنیم، باز جهت جریان در حلقه عوض شده و از دور کردن آن جلوگیری می‌کند. یعنی در حالت اول اگر قطب N آهنربای میله‌ای در طرف حلقه باشد، جریان القایی در حلقه به گونه‌ای خواهد بود که در برابر آن یک قطب N ایجاد کند تا مانع نزدیک شدن آهنربا شود.

حال زمانی که آهنربا را از حلقه دور می‌کنیم، حلقه جهت جریان خود را عوض نموده و با ایجاد قطب S ، آهنربا را جذب کرده و مانع از دور کردن آن می‌شود.

قانون لنز و پایستگی انرژی

اگر توضیحات فوق بر اساس قانون لنز نبوده و عکس آن چیزی که گفته شد، اتفاق بیفتد، یعنی اگر جریان القایی به تغییری که باعث بوجود آمدن آن شده است، کمک کند، قانون بقای انرژی نقض می‌شود، یعنی اگر هنگام نزدیک کردن قطب آهنربا به حلقه در برابر آن قطب مخالف S ایجاد شده و آهنربا را جذب کند، در این صورت آهنربا باید به طرف حلقه شتاب پیدا کند و رفته رفته انرژی جنبشی آن افزایش پیدا کند و در همین هنگام انرژی گرمایی نیز ظاهر می‌شود. یعنی در واقع از هیچ ، انرژی بوجود می‌آید. بدیهی است که چنین عملی هرگز نمی‌تواند درست باشد.

بنابراین می‌توان گفت که قانون لنز چیزی جز بیان اصل بقای انرژی نیست که بطور مناسب در مورد مدارهای حامل جریان القایی بکار می‌رود.

ویژگی قانون لنز

قانون لنز مربوط به جریانهای القایی است و در مورد نیروی محرکه القایی صادق نیست، یعنی این قانون فقط در مورد حلقه‌های رسانا بکار می‌رود. اگر مدار باز باشد، معمولا می‌توان تصور کرد که اگر بسته بود چه اتفاقی می‌افتاد و بدین وسیله جهت نیروی محرکه القایی را معین نمود. مثلا اگر شار مغناطیسی گذرا از مدار به صورت درون سو باشد و کاهش پیدا کند، جریان الکتریکی در مدار القا می شود، که جهت این جریان القایی به صورت ساعتگرد خواهد بود تا میدان مغناطیسی حاصل از آن باعث تقویت میدان مغناطیسی شار گذرا از مدار باشد.

و اگر این شار افزایش یابد، جهت جریان القایی در جهتی خواهد بود که میدان مغناطیسی حاصل از آن بر خلاف جهت میدان شار باشد. پس جهت جریان پاد ساعتگرد است. بنابراین برای تشخیص جهت جریان القایی کافیست، با توجه به میدان شار گذرا از مدار، جریان را در جهتی اختیار کنیم که میدان مغناطیسی حاصل از آن با برخلاف تغییرات میدان مغناطیسی شار باشد.

جریان مستقیم

 

در واقع جریان مستقیم ابتدا برای انتقال توان الکتریکی پس از کشف تولید الکتریسیته در اواخر قرن 19 توسط توماس ادیسون بکار رفت. امروزه استفاده از جریان مستقیم برای این منظور غالباً کنار گذاشته شده است، چرا که جریان متناوب (که توسط نیکلا تسلا کشف و توسعه داده شده) برای انتقال در طول خطوط بلند بسیار مناسبتر است (جنگ جریانها را مشاهده کنید). هنوز هم انتقال توان DC برای اتصال شبکه‌های توان AC با فرکانسهای مختلف به هم ، بکار می‌رود.

>C عموماً در بسیاری از کاربردهای کم ولتاژ استفاده می‌شود، خصوصاً در جایی که انرژی از طریق باتریها تأمین می‌شود که تنها می‌توانند ولتاژ DC تولید کنند. اکثر سیستمهای خودکار از DC استفاده می‌کنند. اگر چه ژنراتور یک وسیله AC است که از یک یکسو کننده برای تولید DC استفاده می‌کند، اغلب مدارات الکترونیکی نیاز به یک منبع تغذیه DC دارند. با وجود اینکه DC مخفف جریان مستقیم است، اما کلاً به ولتاژهای با پلاریته ثابت ، DC گفته می‌شود. برخی از انواع DC دارای تغییرات ولتاژ زیادی هستند، مانند خروجی دست نخورده یک یکسو ساز. با عبور این خروجی از یک فیلتر RC پایین گذر ، ولتاژ پایدارتری حاصل می‌شود.

معمولاً به دلیل ولتاژهای بسیار پایین بکار رفته در سیستمهای جریان مستقیم، نصب آنها نیازمند پریزها ، |کلیدها و لوازم ثابت متفاوتی از آنچه که برای جریان متناوب بکار می‌رود است. در یک وسیله جریان مستقیم این نکته بسیار مهم است که پلاریته آنرا معکوس وصل نکنیم، مگر اینکه وسیله داری یک پل دیودی برای اصلاح این امر باشد (که اکثر دستگاههای عمل کننده با باتری این امکان را ندارند). امروزه گرایشاتی در جهت سیستمهای انتقال جریان مستقیم ولتاژ بالا (HVDC) ایجاد شده است. همچنین DC در سیستمهای برق خورشیدی که توسط باتریهای خورشیدی تغذیه می‌شوند، بکار می‌رود.

جریان مستقیم در صنعت

اگر چه در صنعت بیشتر جریانهای متناوب بکار می‌روند، گاهی جریان مستقیم نیز مورد نیاز است. چنین جریانی را یا توسط تبدیل جریان متناوب شبکه اصلی به کمک یکسو کننده‌ها و یا با استفاده از مولدهای dc خاصی بدست می‌آورند. اغلب روش دوم در کل راحت‌تر است.

 

مولدهای جریان مستقیم

مولدهای dc همان مولدهای القایی مرسوم هستند که با وسیله خاصی (به نام جابجاگر) مجهز هستند که در قطب‌ها (زغالها) تبدیل ولتاژ متناوب به ولتاژ مستقیم را امکان پذیر می‌سازند. یک مولد ساده جریان مستقیم از چهار قسمت اصلی زیر تشکیل شده است:

1. قطبهای مغناطیسی: که وظیفه ایجاد میدان مغناطیسی مولد را به عهده دارد و می‌تواند بصورت آهنربای دائم و یا آهنربای الکتریکی باشد.
   
   
2. هادیها: برای ایجاد ولتاژ القایی بکار گرفته می‌شود.
   
   
3. کموتاتور: در ساده‌ترین حالت از دو نیم استوانه مسی که توسط میکا نسبت به یکدیگر عایق شده‌اند تشکیل می‌گردد، وظیفه یک طرفه کردن ولتاژ و جریان القایی را در خارج از مولد به عهده دارد.
   
   
4. جاروبک: جهت انتقال جریان الکتریکی از هادیها به مصرف کننده استفاده می‌شود.

طرز کار مولد ساده جریان مستقیم

با حرکت هادیها در فضای ما بین قطبها باعث می‌شود میدان مغناطیسی توسط هادیها قطع شود. بدین ترتیب مطابق پدیده القاء در هادیها ولتاژ القاء می‌شود. ابتدا و انتهای هر کلاف به یک نیم استوانه مسی یا یک تیغه کوموتاتور وصل می‌شود، روی تیغه‌های کوموتاتور دو عدد جاروبک بطور ثابت قرار داشته و با حرکت هادیها تیغه‌های کموتاتور زیر جاروبک می‌لغزند، بدین ترتیب در ژنراتورهای جریان مستقیم از طریق کوموتاتور ولتاژ القاء شده طوری به جاروبکها منتقل می‌شود که همیشه یکی از جاروبکها دارای پلاریته مثبت و دیگری دارای پلاریته منفی است.

ماشینهای الکتریکی جریان مستقیم

وسایل تبدیل انرژی الکترومکانیکی گردان را ماشینهای الکتریکی می‌گویند. ماشینهای الکتریکی به دو طریق دسته بندی می‌شوند:

• از نظر نوع جریان الکتریکی
  • ماشینهای الکتریکی جریان مستقیم
  • ماشینهای الکتریکی جریان متناوب
    
    
• از نظر نوع تبدیل انرژی
• مولدهای الکتریکی که انرژی مکانیکی را به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کنند.
• موتورهای الکتریکی که انرژی الکتریکی را به انرژی مکانیکی تبدیل می‌کنند.
  
  بطور کلی ماشینهای الکتریکی جزء وسایل تبدیل انرژی غیر خطی هستند، یعنی هر تغییر در ورودی همیشه به یک نسبت در خروجی ظاهر نمی شود.

جریان متناوب

تاریخچه

توان الکتریکی با جریان متناوب ، نوعی از انرژی الکتریکی است که برای تغذیه تجاری الکتریسیته به عنوان توان الکتریکی ، از جریان متناوب استفاده می‌کند. ویلیام استنلی جی آر کسی است که یکی از اولین سیم پیچهای عملی را برای تولید جریان متناوب طراحی کرد. طراحی وی یک صورت ابتدایی ترانسفورماتور مدرن بود که یک سیم پیچ القایی نامیده می‌شد. از سال 1881م تا 1889م سیستمی که امروزه استفاده می‌شود، توسط نیکلا تسلا ، جرج وستینگهاوس ، لوییسین گاولارد ، جان گیبس و الیور شالنجر طراحی شد.

سیستمی که توماس ادیسون برای اولین بار برای توزیع تجاری الکتریسیته بکار برد، به دلیل استفاده از جریان مستقیم محدودیتهایی داشت که در این سیستم برطرف شد. اولین انتقال جریان متناوب در طول فواصل بلند در سال 1891م نزدیک تلورید کلورادو اتفاق افتاد که چند ماه بعد در آلمان ادامه پیدا کرد. توماس ادیسون به علت اینکه حقوق انحصاری اختراعات متعددی را در فن آوری جریان مستقیم «DC» داشت، استفاده از جریان مستقیم را به شدت حمایت می‌کرد، اما در نهایت جریان متناوب به عرصه استفاده عمومی آمد. چارلز پروتیوس استینمتز از جنرال الکتریک بسیاری از مشکلات مرتبط با تولید الکتریسیته و انتقال آن را با استفاده از جریان متناوب حل کرد.

توزیع برق و تغذیه خانگی

بر خلاف جریان DC ، جریان AC را می‌توان توسط یک ترانسفورماتور به سطوح مختلف ولتاژی انتقال داد. هر چه میزان ولتاژ افزایش یابد، انتقال توان هم موثرتر صورت خواهد گرفت. افزایش میزان قابلیت انتقال توان به علت قانون اهم است، تلفات انرژی الکتریکی وابسته به عبور جریان از یک هادی است. تلفات توان به علت جریان توسط رابطه P = Ri²t محاسبه می‌شود، بنابراین اگر جریان دو برابر شود، تلفات چهار برابر خواهد شد.

با استفاده از ترانسفورماتور ، ولتاژ را می‌توانیم به یک ولتاژ بالا افزایش دهیم تا بتوانیم توان را در طول فواصل بلند در سطح جریان پایین انتقال داده و در نتیجه تلفات کاهش یابد. سپس می‌توانیم ولتاژ را دوباره به سطحی که برای تغذیه خانگی بی خطر باشد، کاهش دهیم.

تولید الکتریکی سه فاز بسیار عمومی است و استفاده‌ای موثرتر از ژنراتورهای تجاری را برای ما ممکن می‌سازد. انرژی الکتریکی توسط چرخش یک سیم پیچ داخل یک میدان مغناطیسی در ژنراتورهای بزرگ و با هزینه بالا ایجاد می‌شود. اما به هر حال جای دادن سه سیم پیچ جدا روی یک محور (بجای یک سیم پیچ) ، هم نسبتا آسان و هم مقرون به صرفه است. این سیم پیچها روی محور ژنراتورها نصب شده‌اند اما از نظر فیزیکی جدا هستند و دارای یک اختلاف زاویه 120 درجه‌ای نسبت به هم هستند. سه شکل موج جریان تولید می‌شود که دارای اختلاف فاز 120 درجه‌ای نسبت به هم ، اما اندازه‌های یکسان هستند.

توزیع الکتریسیته سه فاز بطور وسیعی در ساختمانهای صنعتی و توزیع الکتریسیته تک فاز در محیطهای خانگی بکار می‌رود. نوعا یک ترانسفورماتور سه فاز ممکن است مسیرهای مختلفی را با یک فاز متفاوت برای بخشهای مختلف هر مسیر تغذیه کند. سیستمهای سه فاز به گونه‌ای طراحی شده‌اند که در محل بار متعادل باشند، اگر باری بطور صحیح متعادل شده باشد، جریانی از نقطه خنثی عبور نخواهد کرد. این بدین مفهوم است که می‌توان جریان را تنها با سه کابل بجای شش کابل که در غیر این صورت مورد نیاز است، انتقال داد. گفتنی است که برق سه فاز در واقع نوعی از سیستم چند فازه است.
در بسیاری از موارد تنها یک برق تک فاز برای تغذیه روشنایی خیابانها یا مصرف کننده‌های خانگی مورد نیاز است. وقتی که یک سیستم توان الکتریکی سه فاز داریم، یک کابل چهارمی که خنثی است را در توزیع خیابانی قرار می‌دهیم تا برای هر خانه یک مدار کامل را فراهم کنیم، «یعنی هر خانه می‌تواند از یکی از کابلهای فاز و کابل خنثی برای مصرف استفاده کند». خانه‌های مختلف در خیابان از فازهای مختلف استفاده می‌کنند یا وقتی که مصرف کننده‌های زیادی به سیستم متصلند، آنها را به صورت مساوی در طول برق سه فاز پخش می‌کنند تا بار روی سیستم متعادل شود. بنابراین کابل تغذیه هر خانه معمولا تنها شامل یک هادی فاز و نول و احتمالا با یک پوشش آهنی زمین شده ، است.

برای اطمینان یک سیم سومی هم اغلب بین هر یک از وسایل الکتریکی در خانه و صفحه سوییچ الکتریکی اصلی یا جعبه فیوز وصل می‌شود. این سیم سوم در انگلستان و اکثر کشورهای انگلیسی زبان سیم earth و در آمریکا سیم ground خوانده می‌شود. در صفحه سوییچ اصلی سیم earth را به سیم نول و نیز به یک تیرک متصل به زمین یا هر نقطه earth در دسترس (برای آمریکاییها نقطه ground) نظیر لوله آب ، متصل می‌کنند.

در صورت وقوع خطا ، سیم زمین می‌تواند جریان کافی را برای راه اندازی یک فیوز و جدا کردن مدار دارای خطا ، از خود عبور دهد. همچنین اتصال زمین به این مفهوم است که ساختمان مجاور دارای ولتاژی برابر ولتاژ نقطه خنثی است. شایعترین نوع خطای الکتریکی (شوک) در صورتی رخ می‌دهد که شیئی (معمولاً یک نفر) بطور تصادفی بین یک هادی فاز و زمین مداری تشکیل دهد. در این صورت یک جریان خطا از فاز به زمین ایجاد می‌شود که به جریان پس ماند معروف است. یک مدار شکن جریان پس ماند طراحی شده است تا چنین مشکلی را شناسایی کند و مدار را قبل از اینکه شوک الکتریکی منجر به مرگ شود قطع کند.

در کاربردهای صنعتی (سه فاز) بسیاری از قسمتهای مجزای سیستم خنثی به زمین متصلند که این امر موجب می‌شود تا جریان های کوچک زمین ، که همواره بین یک ژنراتور و یک مصرف کننده (بار) در حال عبور هستند را متعادل کند. این سیستم زمین کردن این اطمینان را به ما می دهد که اگر خطایی رخ دهد، جریانی که از نقطه خنثی می گذرد به یک سطح قابل کنترل محدود شده باشد. این روش به سیستم خنثی زمین چندگانه معروف است.

فرکانسهای AC در کشورها

اکثر کشورهای جهان سیستمهای الکتریکی‌شان را روی یکی از دو فرکانس 60 و 50 هرتز استاندارد کرده‌اند. لیست کشورهای 60 هرتز که اغلبشان در دنیای جدید قرار دارند کوتاهتر است، اما نمی‌توان گفت که 60 هرتز کمتر معمول است.

• کشورهای 60 هرتز عبارتند از: ساموای امریکا ، آنتیگوا و باربودا ، آروبا ، باهاماس ، بلیز ، برمودا ، کانادا ، جزایر کیمان ، کلمبیا ، کاستاریکا ، کوبا ، جمهوری دمونیکن ، السالوادور ، پلینسیای فرانسه ، گوام ، گواتمالا ، گیانا ، هاییتی ، هندوراس ، کره جنوبی ، لیبریا ، جزایر مارشال ، مکزیک ، میکرونسیا ، مونت سرات ، نیکاراگویه ، جزایر ماریانای شمالی ، پالایو ، پاناما ، پرو ، فیلیپین ، پرتوریکو ، ساین کیتس و نویس ، سورینام ، تایوان ، ترینیداد توباگو ، جزایر ترکس و کیاکوس ، ایالات متحده ، ونزولا ، جزایر ویرجین ، جزیره ویک.
  
  
• این کشورها دارای سیستمهایی با فرکانس مختلط 60 و 50 هرتز‌اند: بحرین ، برزیل (اغلب فرکانس 60) ، ژاپن (فرکانس 60 هرتز در زمان حضور غربیها).
  
  اغلب کشورها به گونه‌ای استاندارد تلویزیون شان را انتخاب کرده اند که با فرکانس خطوط برقشان متناسب باشد. استاندارد NTSC برای کار با فرکانس خطوط برق 60 هرتز طراحی شده است، در حالیکه PAL و SECAM برای فرکانس خطوط 50 هرتز طراحی شده است، اما نسخه 60 هرتز PAL هم وجود دارد، برای مثال در برزیل PAL-M ارائه دهنده وضوح PAL و چشمک تصویر پایین NTSC است.
  
  عموماً این مطلب پذیرفته شده است که نیکلا تسلا فرکانس 60 هرتز را به عنوان کمترین فرکانسی که منجر به عدم بروز پدیده چشمک زنی قابل مشاهده در روشناییهای خیابانها می‌شد، انتخاب کرد. توان 25 هرتز بیش از آنی که در آبشار نیاگارا تولید شود، در اونتاریو و آمریکای شمالی استفاده می‌شده است.
  
  هنوز هم ممکن است برخی از ژنراتورهای 25 هرتز در آبشار نیاگارا مورد استفاده واقع شوند. فرکانس پایین طراحی موتورهای الکتریکی کم سرعت را ساده می‌سازد و می‌توان آنرا بصورت بهتر و موثرتری تولید کرده و انتقال داد، اما منجر به چشمک زنی قابل ملاحظه‌ای در روشناییها می‌شود. کاربردهای ساحلی و دریایی ممکن است گاها فرکانس 400 هرتز را به علت مزیتهای مختلف فنی مورد استفاده قرار دهند. برق 16.67 هرتزی هم هنوز در برخی از سیستمهای راه آهن اروپا مانند سوئد به چشم می‌خورد.

قطبهای مریخ

 پروفسور «اركاني حامد» استاد دانشگاه «مك‌گيل» و پژوهشگر ناسا کاشف قطبهای اولیه مریخ

پروفسور جعفر اركاني حامد، استاد مركز علوم زمين و سياره‌شناسي كانادا با بررسي موقعيت پنج بستر برخوردي عظيم بر سطح سياره مريخ موفق به شناسايي موقعيت قطب‌هاي اوليه سياره سرخ در ميلياردها سال قبل شد.

به گزارش خبرنگار «پژوهشي» خبرگزاري دانشجويان ايران (ايسنا)،‌ براساس نظريه اين استاد ايراني دانشگاه «مك گيل» كانادا محور دوران سياره مريخ طي چهار ميليارد سال گذشته حدود 60 تا 70 درجه تغيير كرده و به همين نسبت محل خط استواي اين سياره نيز دستخوش تغيير شده است.

يافته‌هاي دكتر اركاني حامد در صورت اثبات مي‌تواند مطالعات و تحقيقات دانشمندان در زمينه منابع آب زيرزميني مريخ را وارد مرحله‌اي تازه كند زيرا براساس تحقيقات وي منطقه‌اي كه امروز در نزديكي استواي مريخ است در دوران خوش اقليم مريخ در نزديكي قطب آن قرار داشته است.

توجه به تغيير محل منابع آب مريخ با تغيير تمايل محور دوران اين سياره تحول بسيار مهمي در مكان‌يابي ماموريت‌هاي اكتشافي آتي در سطح سياره سرخ در پي خواهد داشت.

دكتر جعفر اركاني حامد كه متولد سال 1318 است، تحصيلات خود را تا پايان مقطع متوسطه در زادگاهش شهر تبريز پشت سر گذاشت و پس از آن در رشته مهندسي معدن در دانشكده فني دانشگاه تهران ادامه تحصيل داد.

وي در سال 1341 با استفاده از بورس تحصيلي دانش آموختگان ممتاز براي ادامه تحصيل به دانشگاه MIT آمريكا رفت و پس از اخذ مدرك دكتري در رشته ژئوفيزيك در سال 1348 به كشور بازگشت.

به گزارش ايسنا، دكتر اركاني حامد پس از آن حدود 12 سال به عنوان استاد در دانشكده فيزيك دانشگاه صنعتي شريف به فعاليت‌هاي علمي آموزشي اشتغال داشت و مدتي نيز رياست اين دانشكده را بر عهده داشت و طي اين مدت بارها از جمله در هنگام پرتاب فضاپيماي «آپولو» به عنوان دانشمند مدعو به آمريكا رفت و در ماموريت‌هاي سازمان فضايي ناسا همكاري مستقيم داشت. از جمله طرح‌هاي فضايي ديگري كه دكتر اركاني حامد در آن مشاركت داشت، ماموريت فضاپيماي «ماژلان» بود كه در فاصله سالهاي 1989 تا اوايل دهه 90 بر گرد سياره زهره مي‌چرخيد.

دكتر اركاني حامد در فاصله سالهاي 1977 تا 1979 به عنوان استاد مدعو در دانشگاه MIT آمريكا فعاليت كرد و پس از پيروزي انقلاب به ايران بازگشت.

وي كه از اعضاي نخستين دوره فرهنگستان علوم ايران است از سال 1982 مجددا به كانادا عزيمت كرد و فعاليت‌هاي آموزشي و تحقيقاتي خود را به عنوان استاد دانشگاه «مك گيل» در «مونترال» كانادا از سر گرفت كه تاكنون ادامه دارد.

‌استاد اركاني حامد در طول اين سال‌ها همچنان ارتباط علمي خود را با سازمان فضايي ناسا حفظ كرده و در سالهاي اخير همگام با ماموريت‌هاي كاوش مريخ عمده تحقيقات خود را به مطالعه ساختار دروني و تحولات سياره سرخ معطوف كرده است.

تخصص اصلي استاد،‌ سياره شناسي با نگرش كلي است كه شامل بررسي ساختار دروني سيارات، ‌تحولات گرمايي، گرانش، ميدان مغناطيسي و حركت صفحات تكتونيك، بررسي «سنگ كره» (ليتوسفر) و گوشته سيارات و ارتباط آنها با هم است.

اين دانشمند ايراني علاوه بر فعاليت مستمر تحقيقاتي، مشاركت در ماموريت‌هاي مختلف فضايي و تربيت دانشجويان بسيار در دانشگاه‌هاي داخل و خارج كشور كه برخي از آنها در حال حاضر به عضو استاد و پژوهشگر در مراكز علمي ايران و جهان - از جمله دو نفر در مركز تحصيلات تكميلي در علوم پايه زنجان - فعاليت دارند، افزون بر 130 مقاله علمي در ژورنال‌هاي معتبر بين‌المللي ارائه كرده است.

دكتر اركاني حامد در گفت‌وگو با خبرنگار «پژوهشي» خبرگزاري دانشجويان ايران (ايسنا)‌ در تشريح يافته‌هاي تحقيقاتي اخير خود در محاسبه تغيرات محور دوران موقعيت قطب‌هاي اوليه مريخ كه بازتاب قابل توجهي در مجامع علمي نجومي داشت، اظهار كرد: ‌مريخ همانند ساير سيارات از زمان پيدايش يعني طي ميلياردها سال هرگز سياره‌اي كروي و متقارن نبوده و در اين مدت دستخوش تحولات بسياري بوده است؛ مثلا طي پيدايش فلات «تارسيس» - عارضه‌اي به ارتفاع 8 كيلومتر كه يك ششم سطح مريخ را پوشانده و چهار قله بلند را شامل مي‌شود - و همچنين در جريان فعاليت‌هاي شديد آتشفشاني، محور دوران اين سياره پيوسته در تغيير بوده است.

وي خاطرنشان كرد: در اين تحقيق با بررسي موقعيت پنج گودال برخوردي عظيم بر سطح سياره مريخ موسوم به «آرگيري»، «هلاس»، «اوتوپيا»، «تائوماسيا» و «ايسيديس» كه قطر برخي از آنها حدود سه هزار كيلومتر است مشاهد شد كه همه اين گودال‌ها روي قوس دايره فرضي بزرگي قرار دارند كه مي‌تواند منطبق بر خط استواي مريخ در آن زمان بوده باشد.

عضو انجمن سلطنتي نجوم انگلستان درباره منشاء ايجاد پنج گودال برخوردي ياد شده گفت: به نظر مي‌رسد همه اجسامي كه اين بسترهاي برخوردي را در حدود 4 تا 4 و 2 دهم ميليارد سال قبل شكل داده‌اند منشاء يكساني داشته و از يك سيارك كه در صفحه مداري مريخ به دور خورشيد در گردش بوده و زمان نزديك شدن به ميدان گرانش مريخ متلاشي شده جدا شده‌اند. پنج تكه بزرگ سيارك با باقي ماندن در همان صفحه مداري كه صفحه استواي مريخ در آن زمان بوده، به طور پياپي در امتداد خط استواي باستاني مريخ و در نقاط مختلف با سطح سياره برخورد كرده و اين پنج گودال عظيم را ايجاد كرده‌اند.

وي خاطرنشان كرد: از اين دهانه‌ها فقط سه مورد به وضوح مشخصند و موقعيت‌ دو دهانه ديگر با تجزيه و تحليل دقيق تغييرات ميدان گرانشي مريخ به سطح آن شناخته شده‌اند.

دكتر اركاني حامد درباره محل قرارگيري استواي باستاني سياره سرخ خاطرنشان كرد: قطب دايره فرضي ياد شده در سطح مريخ (قطب جنوبي گذشته مريخ) در 30 درجه جنوبي و 175 درجه شرقي قرار دارد. اگر نقشه مريخ را طوري بچرخانيم كه اين نقطه در قطب جنوب سياره قرار بگيرد، اين دايره دقيقا بر استواي مريخ قبل از برخورد منطبق خواهد بود و مركز آن قطب جنوب مريخ را در آن زمان نشان مي‌دهد.

وي در پاسخ به اين سوال كه آيا بررسي مشابهي درباره تغيير موقعيت قطب‌هاي زمين انجام شده است يا نه به ايسنا گفت: مسلما چنين دگرگوني‌هايي در زمين نيز رخ داده ولي با توجه به جوان بودن عوارض زمين و تغييرات زيادي كه طي ميليون‌ها سال اخير در سطح اين سياره رخ داده (حركت قاره‌ها، ايجاد كوه‌ها و ...) كه ناشي از شرايط اقليمي خاص زمين است، امكان انجام تحقيقاتي مشابه آنچه در مريخ انجام شده وجود ندارد زيرا سطح سياره سرخ برخلاف زمين طي ميلياردها سال اخير تغييرات چنداني نداشته و براساس تصاوير و اطلاعات دريافتي از فضاپيماها و سامانه‌هاي جمع‌آوري داده‌هاي نجومي قابل بررسي است.

استاد ايراني دانشگاه «مك گيل» در ادامه با تاكيد بر اينكه يافته‌هاي مطرح شده در حد يك نظريه علمي بوده و صحت آن كاملا اثبات نشده است، درباره تاثير اين نظريه در مطالعات سياره شناسي و ماموريت‌هاي فضايي گفت: اگر صحت اين يافته‌ها در تحقيقات بعدي ثابت شود تاثيرات قابل توجهي در طرح‌هاي مريخ خواهد داشت. منطقه‌اي كه امروز در نزديكي استواي مريخ است ميلياردها سال قبل (پيش از برخورد قطعات سيارك) در نزديكي قطب سياره سرخ بود و روي تغييرات صورت گرفته كلاهك‌هاي قطبي آب شده و به احتمال زياد به لايه‌هاي زيرسطحي نفوذ كرده‌اند؛ بنابراين در ماموريت‌هاي آتي مريخ براي دستيابي به منابع آب زيرزميني بايد اين نواحي را كه در نزديكي استواي كنوني مريخ واقعند مورد توجه قرار داد.

استاد مركز علوم زمين و سياره شناسي كانادا كه معتقد است به احتمال قوي انسانها در آينده براي سكونت راهي سياراتي نظير مريخ شده و همانند قاره‌اي جديد جوامعي را در آنجا تشكيل خواهند داد، در پايان درباره احتمال وجود حيات در ساير سيارات اظهار داشت: من مطالعه‌اي در زمينه حيات احتمالي در ساير سيارات نداشته‌ام ولي با توجه به شناسايي ده‌ها ستاره كه احتمال وجود سياراتي همانند زمين در آنها بسيار زياد است و وجود هزاران ميليارد ستاره ديگر كه احتمال وجود سيارات زمين گونه در آنها نيز هست، هيچ دليلي وجود ندارد كه حيات را منحصر به سياره زمين بدانيم.

راهپیمایی نخستین زن در فضا

راهپیمایی نخستین زن در فضا

25 ژوییه 1984 ( 26 تیر 1346)

اتحاد جماهیر شوروی

سوتلانا یوگنیونا ساویتسکایا  اولین زنی است که در فضا راهپیمایی کرد . وی با فضاپیمای سایوزتی 12 به ایستگاه فضایی سالوت -7  رفت و طی این ماموریت در خارج از ایستگاه راهپیمایی کرد .

ساویتسکایا در 8 اوت 1948 در مسکو به دنیا آمد . پدرش یکی از فرماندهان معروف نظامی اتحاد جماهیر شوروی بود . ساویتسکایا هوانورد ، در سال 1980 به عنوان فضانورد انتخاب شد . پس از این انتخاب ، وی برای نخستین بار در اوت 1982 پرواز به فضا را تجربه کرد . در این تجربه با فضاپیمای سایوز به فضا رفت و هشت روز را در فضا به سر برد . با انجام این ماموریت ، او پس از تروشکوا ، دومین زن از شوروی شد که به فضا رفته است . طی دومین پروازش به فضا ، 3 ساعت و 15 دقیقه در خارج از ایستگاه سالوت به راهپیمایی و انجام ماموریت پرداخت . وی با پرواز دوم خود به فضا ، همچنین ، اولین زنی شد که دو پرواز فضایی انجام داده است . در این ماموریت او به همراه دو فضانورد دیگر دوازده روز در ایستگاه فضایی سالوت -7 به سر برد . وی 18 رکورد جهانی بین المللی با هواپیمای سبک و و سه رکورد در زمینه ی پرش تیمی با چتر از خود به جای گذاشته است و دوبار مدال قهرمانی اتحاد جماهیر شوروی را دریافت کرده است . اولین زن آمریکایی که در فضا راه رفت ، کاترین سالویان است که در اکتبر 1984 ، چند ماه پس از ساویتسکایا ، در فضا راهپیمایی کرد . وی  این راهپیمایی را در ماموریت اس تی اس -41 شاتل چلنجر به انجام رساند . این ماموریت همچنین اولین ماموریتی بود که دو تن از خدمه ی آن زن بودند .

                                  

از کتاب : پنجاه سال در فضا  .... نویسنده  : لیلا خلج زاده

ماده تاریک

مقدمه

کیهان شناسان میزان موجود در عالم را با پارامتری به نام امگا مورد بحث قرار می‌دهند. در یک عالم بسته یعنی عالمی که جرم آن در حدی است که عاقبت در خود فرو می ریزد، امگا بیش از 1 تعریف می‌شود. در یک عالم باز یعنی عالمی که تا ابد اجزای آن در حال دور شدن از یکدیگر هستند امگا کمتر از 1 است و یک عالم مسطح بطور ایده‌آل امگایی برابر 1 خواهد داشت. میزان ماده قابل مشاهده موجود در عالم در حدود 0.05 = امگا است و به هیچ وجه بیش از آن نمی‌باشند. نظریه پردازان مایلند امگای عالم را چیزی در حدود 1 در نظر بگیرند به آن معنی که ماده تاریک 0.95 = امگا یا 95% عالم را تشکیل داده است.

اما در صورتی که واقع بینانه‌تر نگاه کنیم می‌بینیم که دانشمندان دلیلی برای بیشتر بودن اندازه امگا از 0.4 ندارند با این حساب میزان ماده تاریک 0.35 امگا خواهد بود که 88% جرم عالم است. می‌بینیم که 88% عالم ما کاملا ناشناخته است!

ماده تاریک را دیده‌اند!

90 درصد از کل عالم به شکل ماده تاریک است که اصلا دیده نمی‌شود، بنابراین اخترشناسان اوقات زیادی را به بررسی و نقشه برداری از این مواد صرف می‌کنند. نظریه پردازان در تلاشند تا از توزیع این ماده تاریک در عالم ، نقشه‌ای ترسیم کنند. برخی از اخترشناسان معتقدند ماده تاریک به شکل کروی پیرامون کهکشانها قرار دارد، در حالی که جمعی دیگر معتقدند که این ماده تاریک به شکل صفحه‌ای در عالم پراکنده است. معضل اصلی اخترشناسان این است که نمی‌توانند این ماده را ببینند، بنابراین اظهار نظر قطعی درباره هر یک از دو نظریه فوق برایشان کاری بسیار سخت است.

برخی از شبیه سازیهای رایانه‌ای نوین نشان می‌دهند صفحات غباری که اطراف برخی از کهکشانها وجود دارد، ممکن است کار یافتن مکان توزیع ماده تاریک را آسان کند. اکثر کهکشانها در صفحه استوایی خود صفحه‌ای از گاز و غبار دارند، اما آنچه اخترشناسان برای تعیین چگونگی توزیع ماده تاریک به آن نیاز دارند، صفحه‌ای غباری است که 9 کمی نسبت به استوای کهکشان کج باشد. چنین صفحه‌ای اخترشناسان را به رانش گرانشی ناشی از توده ماده تاریک راهنمایی می‌کند. یافتن چنین کهکشانی کار سختی است، اما اخیرا کهکشان عدسی مانندی به نام NGC4753 یافت شده است این خصوصیات را دارد.

این کهشکان از قدر 9.9 که در صورت فلکی صفحه گازی پیرامون NGC4753 با ماده تاریک اطراف آن سنبله واقع است و حدود 28 میلیون سال نوری از زمین فاصله دارد، مواد زیادی را از کهشکان دیگری ربوده است. این ربایش حدود 500 میلیون سال قبل یا حتی کمی دورتر از این روی داده است (زمان ربایش ماده از روی سرعت چرخش این کهکشان محاسبه می‌کنند).
صفحه گاز و غبار پیرامون این کهکشان حدود 15 درجه با صفحه چرخش آن زاویه دارد.

اگر این اختلاف زاویه وجود نداشت، کل صفحه در فضای اطراف کهکشان پخش می‌شد و کهکشان شکل مسطح‌تری می‌یافت، اما اکنون با این اختلاف زاویه سرعت و حرکت و حتی جهت حرکت تغییر می‌یابد، از همین تغییرات می‌توان به تمرکز مواد تاریک و توزیع آن در کهشکان پی برد. شبیه سازیهای رایانه‌ای که از داده‌های رصدی این کهکشان بدست آمده است، پیچ خوردگیهای فراوانی را در صفحه غباری پیرامون آن نشان می‌دهد.

نتایج شبیه سازیها

شبیه سازیهای خاصی که برای کهکشان NGC4753 انجام شده است نشان می‌دهد که بیشتر ماده تاریک این کهشکان به صورتی کروی پیرامون کهکشان قرار گرفته است و کمی هم پخ شدگی دارد (مثل یک همبرگر بزرگ). اهمیت چنین بررسیها و شبیه سازیهایی در این است که اگر اخترشناسان برای بررسی یک کهکشان فقط به شکل آن در محدوده ماده روشنش بپردازند، هیچگاه داده‌های دقیقی بدست نخواهند آورد. در حالی که با اتکا به ماده تاریک هر کهشکان تا حد زیادی شکل حقیقی آن کهکشان بدست می‌آید.

نسبیت عام

نسبيت خاص دارای يك محدوديت اساسي بود. اين محدوديت ناشي از آن بود كه رويدادهاي فيزیکی را در دستگاه های لخت مورد بررسي قرار مي داد، در حاليكه در جهان واقعي دستگاه ها شتاب دار هستند. هرچند مي توان در بر رسي برخي رويداد ها به دستگاه های لخت بسنده كرد، اما اين دستگاه ها برای بررسی تمام رويدادها ناتوان هستند.  اينشتين در سال 1915 نسبيت عام را ارائه کرد و نسبيت خاص به عنوان حالت خاصي از نسبيت عام در آمد. نسبيت عام بر اساس اصل هم ارزی تدوين شد.

نسبیت عام

انیشتین سالها قبل از ارائه ی نسبیت عام پیش بینی کرده بود که گرانش بر مسیر نور اثر می گذارد.

 

 

انیشتین در سال 1907 پیش بینی کرد گرانش مسیر نور را خمیده می کند

اما برای تدوین نسبیت عام سالها به کمک گروسمان به مطالعه ی هندسه های نااقلیدسی پرداخت. و سرانجام در سال 1915 نسبیت عام را با اصل هم ارزی مطرح کرد.

 

اصل هم ارزی:

قوانين فيزیک در یک ميدان جاذبه يكنواخت و در یک دستگاه كه با شتاب ثابت حركت مي کند، يكسان هستند.

به عنوان مثال: فرض کنيم یک دستگاه مقايسه ای با شتاب ثابت در حركت است. مشاهدات در اين دستگاه نظير مشاهدات در یک ميدان گرانشی يكنواخت است در صورتي كه شدت ميدان گرانشی برابر شتاب دستگاه باشد، يعني اگر

a=-g

باشد، در اين صورت مشاهدات يكسان خواهد بود.

 

 

از دید ناظری که  در میدان گرانشی است، نور طوری حرکت می کند که گویی ناظر با شتاب ثابت به طرف بالا حرکت می کند.

انحنای فضا

انیشتین در نسبیت خاص ثابت کرده بود که نور (انرژی) جرم دارد که طبق رابطه ی

m=E/c²

قابل محاسبه است. بنابراین رفتار نور در میدان گرانشی نظیر سیارات بدور خورشید یا شبیه پرتابه در سطح زمین است. اگر نور را یک بسته ی انرژی در نظر بگیریم که جرم دارد، می توان اثر گرانش را روی آن بررسی کرد. در شکل زیر یک پرتو نوری وارد میدان گرانشی خورشید شده است.

 

در یک میدان گرانشی، شدات میدان از رابطه زیر به دست می آید:        
 

 

که در آن g شدت گرانشی، M جرم، G ثابت جهانی گرانش و r فاصله بین مرکز جسم تا نقطه ی مورد نظر است. بنابراین اگر در رابطه ی بالا به جای جرم، جرم خورشید را قرار دهیم، شتاب گرانشی در میدان گرانشی خورشید برابر خواهد شد با:

 

فرض کنیم یک پرتو نوری از فضا وارد میدان گرانشی خورشید می شود. راستای حرکت نور با محور x موازی است. بنابراین در راستای محور y دارای شتاب است . بنابراین فوتون (شکل بالا) تحت تاثیر شتاب گرانشی قرار می گیرد که از رابطه ی زیر به دست می آید. 
 

 

شتاب سقوط فوتون برابر خواهد شد با:

 

یا

 

از طرف دیگر تغییرات سرعت روی محور y از رابطه ی زیر به دست می آید.

 

 

نور در راستای محور x با سرعت ثابت c حرکت می کند، پس می توان نوشت:

x=ct

 

بنابراین انتگرال تغییرات سرعت بصورت زیر قابل محاسبه است:

 

 

و پس از انتگرال گیری، رابطه ی نهایی فوتون و خورشید بصورت زیر خواهد شد.

 

در حالیکه اگر فوتون از میدان گرانشی عبور نمی کرد، این تغییرات برابر صفر بود.
 

مسیر نور هنگام عبور از میدان گرانشی خورشید، از دید ناظری زمینی

در شکل زیر خورشید بین زمین و یک ستاره قرار دارد، بنابراین برای ناظر زمینی قابل دیدن نیست. اما زمین در حال گردش به دور خورشید است، لذا با گردش زمین، خورشید از بین زمین و ستاره کنار می رود و می توان ستاره را مشاهده کرد.  مکان این ستاره را می توان نسبت به خورشید و سایر ستارگان رصد کرد. بنابراین موقعیت فضایی زمین، خورشید و ستاره ی مورد نظر مشخص است. حال اگر هنگام کسوف، خورشید بین ستاره و زمین باشد، ستاره قابل مشاهده نخواهد بود. اما اگر نور ستاره آن چنانکه که نسبیت پیش بینی کرده بود، توسط میدان گرانش خورشید منحرف شود، ستاره قابل مشاهده است. انتخاب زمان کسوف به این دلیل است که نور خورشید مانع مشاهده ی نور ستاره نباشد.

 

 

در سال 1919 انحنای فضا را هنگام کسوف کامل خورشید با نوری که از طرف ستاره ی مورد نظری به سوی زمین در حرکت بود و از کنار خورشید می گذشت مورد تحقیق قرار دادند که با پیشگویی نسبیت تطبیق می کرد.

مهمترين دستاورد نسبيت عام توجيه مدار عطارد بود. بررسي هاي نجومي نشان داده بود كه نقطه حضيض عطارد جابه جا مي شود. بيش ار يكصد سال بود كه فيزيكدانان متوجه ان شده بودند، اما نمي توانستند با قوانين نيوتن توجيه كنند. اما نسبيت عام توانست أن را توجيه كند.

 

 

نقطه ی حضیض عطارد جابجا می شود که با قانون گرانش نیوتن قابل توجیه نیست.

توجیه مدار عطارد توسط نسبیت، دست آورد برزگی بود که همراه با مشاهده ی انحراف نور ستارگان هنگام عبور از کنار خورشید، فیزیکدانان را شگفت زده کرد و نسبیت بسرعت مورد پذیرش قرار گرفت. این امر باعث شد که گرانش به عنوان اثر هندسی ماده بر فضا مطرح و مورد قبول قرار گیرد. بنابراین در نسبیت، گرانش یک نیروی اساسی نیست، بلکه اثز هنسی ماده بر فضا است که آن را فضا-زملن می نامند.

يعني جرم فضاي اطراف خود را خميده مي كند و مسير نور در اطراف آن خط مستقيم نيست، بلكه منحني است.

 

 

در این شکل تاثیر دستگاه بر مسیر نور (از دید ناظر)

از دید ناظری که  در میدان گرانشی است، مسیر نور طوری است که گویی ناظر با شتاب ثابت به طرف بالا حرکت می کند.

 

 

رفتار فضا - زمان مانند یک سطح لاستیکی است که وسط آن گلوله ای سنگین قرار داشته باشد.

 

 

طبق نسبیت عام، ساعتها در میدان گرانشی کند کار می کنند.

فضا-زمان خمیده است و هرچه خمیدگی بیشتر باشد، ساعت کندتر کار می کند. یعنی در میدان گرانشی قوی تر، ساعت کندتر است. همچنین نور هنگام فرار از میدان گرانشی، فسمتی از انرژی خود را از دست می دهد و بسمت سرخ جابجا می شود.

 

 

معادله ی میدان انیشتین

انیشتین تلاش کرد ساختار هندسی فضا را بصورت معادلات ریاضی بیان کند. بنابراین از هندسه های نااقلیدسی استفاده کرد. وی با استفاده از جبر تانسورها معادلات میدان را ارائه کرد. معادله میدان انیشتین در حالت کلی بصورت زیر نوشته می شود:

 

 

که در آن

   R_μν تانسور انحنای ریچی

   R اسکالر ریچی (انقباض تانسور ریچی).

 

 

   g_μν متریک تانسور (4x4 متقارن)

 

   Λ ثابت کیهان شناختی

   G ثابت گرانش نیوتنی

 

  c سرعت نور

 

   T_μν فشار انرژی-اندازه حرکت تانسور ماده

نظریه میدان انیشتین یک مجموعه ای از تانسورهای 4x4 متقارن می باشد. هر تانسور دارای 10 جزء مستقل است.

 چند نکته قابل توجه در معادلات میدان انیشتین قابل توجه است:

1 – معادلات میدان نظریه نسبیت به صراحت از اصل هم ارزی نتیجه نمی شود، بلکه ساده ترین معادلاتی است که با نسبیت توافق دارد.

2 – توضیح فیزیکی برای انحراف مسیر نور در میدان گرانشی ارائه نشده است. هرچند بحث دستگاه ها نیز یک روش فیزیکی برای توضیح پدیده ها است، اما اینکه میدان گرانشی چه تاثیر بر روی فوتون می گذارد که مسیر پرتو نوری خمیده می شود، مسئله ی دیگری است که نسبیت در مورد آن سکوت کرده است.

3- فضا-زمان در نسبیت کمیتی پیوسته است. در حالیکه تغییر انرژی و اصولاً تولید انرژی کوانتومی است. لذا با فضا-زمان پیوسته نمی توان تغییرات گسسته ی انرژی فوتون را توجیح کرد.

 

گرانش و هندسه فضا

در نسبیت عام، فضا-زمان جای قانون گرانش نیوتنی می نشیند و گرانش از لیست نیروهای اساسی خارج می شود.

حال بياييد فرآيندهاي مختلف اثر گرانش را بر امواج الكترومغناطيسي كه از كنار یک جسم بزرگ عبور مي كنند، بررسي كنيم. تجربه نشان داد كه مسير نور هنگام عبور از كنار يك جسم آسماني مانند ستاره يا كهشان خط مستقيم نيست، بلكه منحني است. شکل زیر. اين رفتار تنها شامل نور نيست، بلكه شامل تمام امواج الكترومغناطيسي مي شود. حال اين اثر گرانش را با عدسي مقايسه كنيد. عدسي نيز مسير نور را منحرف مي كند.

 

 

گرانش مانند عدسی رفتار می کند و دو پرتو نوری را که از یک جسم می آیند،

کانونی کرده و مکان ظاهری اجسام سماوی را جابجا می می کند.

 

حال ستاره اي را در نظر بگيريد كه بين زمين و يك جسم سماوي ديگر مانند ستاره قرار گرفته باشد و نور آن براي رسيدن به زمين از كنار آن  ستاره مي گذرد. اگر تنها به يك پرتو نوري توجه شود, تنها انحراف آن مشاهده خواهد شد ولي اگر به  دو پرتو نوري كه از آن متصاعد شدوه و از دو طرف ستاره عبور مي كنند, توجه كنيد, آنگاه اين دو پرتو توسط ستاره ي مياني نخست واگرا مي شوند و دوباره همگرا مي گردند و ستاره ي مياني  مانند يك عدسي رفتار مي كند شكل زیر.

اثر عدسي گونه ي گرانش را به سه قسمت مي توان تقسيم كرد. عدسي گونه ي قوي، عدسي گونه ي ضعيف و ميكروعدسي گونه ي. اين آثار به موقعيت جسم و ناظر و جسمي كه مانند عدسي رفتار مي كند   بستگی دارد.

عدسي گونه ي قوی

اين در حالتي است كه عدسي (جسم عدسي گونه ) بسيار پر جرم است و منبع به اندازه ي كافي به آن نزديك است (شكل  زیر)  كه در اين حالت بيشتر از يك تصوير مشاهده خواهد شد. تصاوير چندگانه نخستين بار در سال 1979 مشاهده شد كه منبع كوسار و عدسي يك كهكشان بود.

عدسي گونه ي ضعيف

در اين حالت عدسي چنان پر جرم نيست كه بتواند از جسم تصاوير مختلفي ارائه دهد. اما مي تواند چنان تصويري از منبع ارائه دهد كه آنرا از شكل طبيعي خود خارج كند. در برخی حالات عدسی از جسم تصویری روشنتر و گاهی بزرگتر از منبع می دهد.

 

 

طبق نسبیت عام، هندسه ی فضا-زمان تابع ماده ی موجود در فضا است. اما تا جاییکه تجربه نشان می دهد، هیچ جسمی حتی کهکشانها نیز در حرکت هستند. بنابراین با گذشت زمان و جابجایی اجسام در فضا، ساختار هندسی فضا نیز دائماً در حال تغییر است.

 

 

با حرکت اجسام در فضا، ساختار هندسی فضا نیز تغییر می کند.

اهميت نسبيت عام در زندگى روزمره

آيا نسبيت عام در زندگى روزمره ما اهميت دارد؟ بستگى دارد توقع مان از زندگى چه باشد. دو مثال زير موضوع را روشن مى كند.
امروز مردم توقع دارند كه بتوان زمين لرزه را پيش بينى كرد تا از فاجعه هايى كه پيشتر طبيعى يا آسمان ناميده مى شد جلوگيرى شود. اين كار نيازمند آن است كه شبكه اى از ايستگاه هاى لرزه نگارى در سطح زمين ايجاد شود. هر ايستگاه لرزه نگارى در واقع سه ابزار بسيار مهم دارد: يكى لرزه نگار كه وسيله اى است كه لرزش هاى زمين را ثبت مى كند، يك ساعت دقيق كه بايد زمان را ثبت كند و يك فرستنده كه بايد اطلاعات را به ايستگاه هاى مركزى بفرستد.

نقش ساعت در اينجا بسيار مهم است. وقتى در يك جاى زمين لرزه اى روى مى دهد موجى در سطح و عمق زمين راه مى افتد و به ايستگاه هاى مختلف مى رسد. هر ايستگاه موجى را كه به آن رسيده ثبت مى كند. براى آنكه كانون زمين لرزه و ساختار زمين شناختى مسير آن معلوم شود، بايد دانست كه دقيقاً موجى كى به كدام ايستگاه رسيده است. بدون چنين اطلاعى آنچه لرزه نگارها ثبت مى كنند بسيار كم ارزش است. بنابراين بايد ساعت هايى كه در ايستگاه هاى لرزه شناسى هست با دقت كار كنند و علاوه بر آن با دقت با هم همزمان شده باشند. اين كار بايد با دقت بسيار زيادى انجام شده باشد و در اينجا است كه نسبيت عام وارد مى شود. فيزيك پيشه ها سال ها است كه تصحيح هاى نسبيت عامى را در اين همزمان كردن و تنظيم كردن ساعت ها رعايت مى كنند.

اگر دوست داريم سيستم لرزه نگارى جهانى بتواند اطلاعات درستى از زمين لرزه ها ثبت كند تا زمين فيزيك پيشه ها به كمك آنها بتوانند شناخت كامل ترى از زمين لرزه پيدا كنند، تا بتوان زمين لرزه ها را پيش بينى كرد و از فاجعه ها جلوگيرى كرد، آن وقت مى بينيم در زندگى روزمره هم به نسبيت عام نيازمنديم. توقع ديگرى كه امروز مردم دارند اين است كه وسيله اى داشته باشند كه در هر جا كه هستند موقعيت شان را نشان بدهد. چنين فناورى اى اكنون هست. آمريكا ماهواره هايى مى سازد و آنها را در مدار هايى به دور زمين قرار مى دهد. اين ماهواره ها به همراه چند ايستگاه زمين سيستمى را مى سازند كه جى پى اس نام دارد.۸ هر يك از اين ماهواره ها در واقع يك ساعت اتمى بسيار دقيق و يك فرستنده است. فرستنده در هر لحظه اطلاعاتى را به زمين مى فرستد. يكى از مهم ترين اطلاعات زمانى است كه ساعت توى ماهواره نشان مى دهد. اين اطلاعات چنانند كه اگر در نقطه اى روى زمين بتوانيم همزمان اطلاعاتى را كه چهار ماهواره مى فرستند بگيريم، مى توانيم با محاسباتى مكان خود را تعيين كنيم. براى آنكه بتوانيم با دقت بهترى از چند صد متر مكان يابى كنيم، بايد تصحيح هاى نسبت عامى را هم وارد كنيم. پس اگر دوست داريم سيستم مكان يابى ما بتواند بين كوچه هاى مختلف يك خيابان فرق بگذارد، مى بينيم كه در زندگى روزمره هم به نسبيت عام نيازمنديم