مهندسی ساخت وتولید

 

 

 

 

جهان مكانيك
تاريخ:30/6/84
ازساعت 18:30 الي 19:00
مدت :30دقيقه
استاد : هنگامي كه دانشجو بودم مثل خيلي ها واحدي به نام تاريخ نوين گذراندم در يكي از جلسات استاد اين عبارت را گفت اين يعني پايان قرن نوزدهم من فوضول يواش دستم را بلند كردم و گفتم جناب استاد آخه اون زمان استاد ارج و منزلتي داشت گفتم استاد شما دو هفته تمام درباره جنگهاي قرن نوزدهم صحبت كرديد. اما از نظريه هاي جيمز كلاين مكسول هيچ صحبتي نكرديد به نظر شما جنگ هاي قرن نوزده چه نتيجه اي براي ما داشت.حال اينكه يافته هاي مكسول تمام زندگي ما را تحت تأثير قرار داده به نظر شما اينها وقايع مهم تاريخي نيستند. شايد براي اين است كه كسي ارزش قائل نمي‌شود. خوب استاد با شنيدن اين سوال و آشنائي كاملي كه با مكسول داشت باقي جلسه را به توضيح درباره شخصيت كسول گذراند.
نكته اين است كه تاريخ علم از نظر مورخان اهميت چنداني ندارد به اين دليل كه دركي ازش ندارند اينها مثل اون بنده خدائي هستندكه زير روشنائي تير چراغ برق دنبال كليدش مي گشت درحالي كه اون را جاي ديگر گم كرده بود. خوب حالا ميگم كه چه كاري مي خواهم بكنم من يك كلمه از جنگهاي قرن نوزده برايتان نمي گويم بلكه فقط به نظريه جالب جيمز كلاك مكسول مي پردازم.
نريتور:يكي از مشغله هاي جيمز كلاك مكسول نظريه هاي زيباي رياضي بود .وي كتابهاي ارزشمندي نوشت او اوقات فراغتش را درگلن لرميگذراند. جائي كه خانواده اش در آن ساكن بودند و دو روز با ادينبرگ فاصله داشت .صميمي ترين همكارش در ادينبرگ كاترين بود. مكسول در سال 1856 كه براي تدريس به مدرسه ماري شارل در اورلين رفته بود با كاترين آشنا شد. دو سال بعد جيمز نامه اي براي عمه اش فرستادوگفت كه قصد ازدواج دارد جيمز اين ازدواج را مانع پيشرفتهاي خود نمي ديد. اين پيش بيني مكسول مانند پيش بيني هاي ديگرش درست از آب درآمد .
مكسول اولين كسي نبودكه درمورد اسرار پيچيده نيروهاي طبيعي پيش بيني‌هاي دقيق مي‌كرد. دو قرن پيش از او اسحاق نيوتن كتابي در باره اين موضوع نوشته بود عنوان كتاب نيوتن تأثير نيرو از فاصله دور بود. اين نظريه اي بود كه در زمينه جاذبه حتي در الكتريسيته و مغناطيس هم كاربرد داشت. سالها گذشت وسرانجام در دهه 1830نوابغ ديگري مانند كلمپ آمپر و هانس كيريستين اورستد و مايكل فارادي از گرد راه رسيدند.
فارادي علاقه خاصي به الكتريسيته و مغناطيس داشت و مسير زندگيش در ماه آگوست سال 1831 كاملا مشخص شد. فارادي با ادامه راه اورستد كشف كرد كه يك جريان الكتريك مي‌تواندميدان مغناطيسي به وجود آورد. فارادي از اين هم فراتر رفت ونشان داد يك شار مغناطيسي متغيير مي تواند جريان الكتريكي توليد كند و ديگر اينكه جريان الكتريكي متغيير در يك مدار باعث القاي جريان در مدار ديگري مي شود. ژوزف هنري از جمله دانشمنداني بود كه بعدها صحت و درستي اصل القاي الكتريكي و ماهيت الكتريسيته و مغناطيس را به اثبات رساند . از نظر مكسول تحقيقات فارادي در زمينه الكتريسيته آزمايش بسيار دقيق و حساب شده اي بود.
مكسول با مطالعه آثار علمي فارادي به نتايج تازه اي رسيد. به عقيده استاد رياضي دانشگاه كمبريج مكسول دانشجوئي بود كه در مورد پديده‌هاي فيزيك هيچ اشتباهي نميكرد او با چاپ اولين مقاله اش در دوره كارشناسي ارشد ادعاي استادش را به اثبات رساند. نام مقاله‌ا‌‌‌‌‌‌‌ش مبحث خطوط نيروي فارادي بود. مكسول اين مقاله را به بهترين نحو ممكن تهيه كرد. فارادي در بهار سال 1846 مقاله اي را به نام نظريه هائي درباره ارتعاشات پرتو چاپ كرد. او در اين مقاله از نور نوعي ارتعاش در خطوط نيرو نام برد.
فارادي مي نويسدخطوط نيرو ذرات و همچنين اجرام ماده را به‌يكديگر متصل ‌مي‌كند. به گفته ديگر برابر تصور فارادي بارهاي الكتريكي با خطوط نيرو در فضاي تهي به يكديگر متصل شده‌اند كه نظريه اي ساده به نظر مي‌رسيد. ولي از طرفي پرسش علمي پيچيده اي رامطرح مي‌كرد. آيا يك بار در حال ارتعاش خطوط نيرو را به ارتعاش در مي آورد؟ تصور فارادي از خطوط نيرو خطوطي با رفتار شبيه به نوسناگرهاي مكانيكي بود .
به اين ترتيب فارادي انتشار كوچكترين جابه جائي يا اختشاش را به شكل امواج طولي يا امواج عرضي مي ديد. از ديدگاه مكسول آنچه كه بسيار اهميت داشت حقيقتي بودكه فارادي درباره ارتعاشات كشف كرده بود . مكسول با الهام گرفتن از انديشه هاي فارادي نظريه الكترو مغناطيس نور را داد. اما پيش از اينكه بخواهد او را به زبان رياضي بيان كند معمائي بودكه بايد آن را حل مي كرد. وي در هر دو زمينه اكتريسيته ومغناطيس به نكته بسيار مهمي پي برد . هر موجي سرعت معين و مشخصي دارد . مثلا در اعماق آب سرعت اواج به شتاب جاذبه و طول موج بستگي دارد . در هوا سرعت صوت به فشار هوا و همچنين چگالي محيط بستگي دارد .
سرعت نوسانگرهاي مكانيكي را ضريب ثابت فنر جرم و فاصله بين نوسانگر ها تعيين مي كند. وقت آن رسيده بود كه مكسول سرعت امواج در خطوط نيروي فارادي را تعيين كند .ازديدگاه مكسول خطوط نيرو فارادي معادله اي مانند معادله نيروي جاذبه نيروي الكتريسيته ونيروي مغناطيس داشت .هر يك از اين معادلات ضريب ثابت مشخصي دارد .تحقيقات وسيع مكسول به نقطه اي ختم شد كه گفت ازآنجا كه نيروهاي اصلي الكتريسته ومغناطيس مستقل نيستند ضريب ثابت الكتريكي Keو ضريب ثابت مغناطيسي Km بايد رابطه اي داشته باشند . اما مسئله اين است كه چگونه نسبت Ke تقسيم بر كي‌Km داراي واحد متر مربع بر مجذور ثانيه است .به گفته ديگر مربع سرعت اما چه سرعتي ؟ سرعتي كه مربعش نه ضربدر 10 مساوي با شانزده متر مربع بر مجذور ثانيه است از تقسيم ضرائب ثابت الكتريكي و مغناطيسي سرعت نور به دست مي آيد . اين كشف خارق العاده‌اي بود . جيمز كلاك مكسول سرانجام معماي 50 ساله نور را حل كرد و سرعتش را از نيروها الكتريكي و مغناطيسي به دست آورد تنها مشغله فكري مكسول نيروهاي طبيعي بنيادي نبود .
در سال 1857 جايزه اي براي توصيف ماهيت صلب حلقهاي ذحل و حركت پيوسته آنها به دور آن سياره تعيين شد. جواب مكسول پذيرفته شد. مكسول مي نويسد تنها ساختاري كه مي‌تواند چنين پايداري داشته باشد مجموعه اي از ذرات جدا از يكديگر است . مقاله مكسول برنده جايزه كمبريج و همچنين جايزه علمي دنيا شد . سرجورج اري اختر شناس بيريتانيائي آ ن را خارق العاده ترين نوع كاربرد رياضي ناميد. مكسول با پي بردن به‌ ماهيت ذرات حلقه ذحل در صدد كشف حقايق ديگري در دنيا ذرات برآمد . او با دادن نظريه جنبش گازها مولكولهاي گازرا به شكل ذارت كوچكي تصور كرد كه با سرعتهاي‌ مختلف در حركت هستندوبا يكديگر برخورد ميكنند . مكسول عقيده داشت كه تمام تحقيقات فيزيك بايد بر اصول محض مكانيك استوار باشد . همين عقيده به دادن نظريه گازها و دستاوردهاي بزرگي در زمينه الكتريسيته ومغناطيس منتهي شد. مكسول براي ادامه تحقيقاتش به موسسه كينزن لندن رفت وي 5 سال در اين موسسه به تحقيق در زمينه نظريه جنبش و الكتريسيته پرداخت .در موسسه رويال لندن سرانجام با فارادي ملاقات‌كرد. فارادي الكتريسيته را يك پديده مكانيكي مي دانست نه پديده اي كه آنچه نيوتون تاثير نيرود از فاصله دور مي ناميد. الكتريسيته را به شكل خطوط فيزيكي مي‌ديد. ساختار جامد و يكپارچه بود كه در فضا پخش مي‌شود.
مكسول تصور بي‌مانند فارادي از اين محيط فيزيكي را تحسين مي‌كرد . او معتقد بود كه فارادي تصور واضح و روشني از وقوع پديده ها از اين محيط داشته است . البته بعدها مشخص شد منظور از اين محيط ميدان الكترو مغناطيسي است و همه چيز از اينجا خلاصه مي شود مكسول براي توصيف اين محيط بايد ابتدا مشخص مي كرد. آيا امواج مي‌تواند با سرعت نور در ميدانها الكتريكي ومغناطيسي حركت كنند ودر اين صورت بايد تابع چهار قانون الكتريسيته و مغناطيس باشند.
نريتور:شار الكتريكي هر سطح بسته اي مساوي است با چهار پي كي وي ضربدر كيو يا كيو تقسيم براپسيلون صفر كيو مقدار كل بار در سطح بسته است . شار مغناطيسي هر سطح بسته‌اي هميشه صفر است.اينها قوانين گاز براي الكتريسته ومغناطيس است. چرخش ميدان مغناطيسي حول يك مسير بسته مساوي است با ميو صفر ضربدر جرياني كه از درون اين مسير بسته عبور مي كند اين قانون آمپر است . چرخش ميدان الكتريكي حول يك مسير بسته مساوي است با منفي سرعت تغييرات شار مغناطيسي اين قانون القاي الكترومغناطيسي فارادي است.
اكنون حركت يك موج را در يك ميدان الكتريكي مجسم كنيد. اين يك موج عرضي صفحه اي است وبا سرعت نور حركت مي‌كند. اين ميدان را در هر لحظه از زمان در نظر بگيريم خواهيم ديد چرخشي در حول اين مسير بسته دارد. طبق قانون فارادي اين به معني عبور شار مغناطيسي از اين مسير و تغييرات آن با عبور زمان است و مفهومش تنها يك چيز است اينكه يك موج مغناطيسي هميشه يك موج الكتريكي را هم به دنبال دارد .
اين به نوبه خود مسئله ديگري را طرح مي‌كند و آن اينكه در هر لحظه از زمان چرخش ميدان مغناطيسي حول اين مسير وجود دارد و طبق قانون آمپر اين تنها در صورتي ممكن است كه از اين مسير بسته جريان عبور كند . اما درفضاي تهي هيچ ماده و هيچ جريان الكتريكي وجود ندارد . از اين رو طبق قوانين الكتريسيته و مغناطيس حاكم در عصر مكسول وجود هيچ گونه الكترومغناطيس در فضا ممكن نبود.
نكته اين بود كه قوانين فيزيك وجود امواج در فضاي تهي را رد نمي‌كردند واين رو اين مسئله پيش آمدكه شايد اين قوانين ناقص باشد مكسول شروع به بررسي قوانين عصر خودكرد ودر جستجوي يافتن تكه هاي گمشده اين معما بود. با بررسي ساختمان ساده خازن به جوا ب اين معما رسيد. چرخش مغناطيسي حول يك محور بسته به جرياني كه از آن مي گذرد بستگي دارد. تنها راه مطمئن شدن از عبودر جريان از دورن اين مسير بسته مجسم كردن غشائي در محدود مسير بسته است . شكل غشا نبايد در عبور جريان هيچ اثري داشته باشد . ولي اگر جريان از يك خازن عبور كند اين ديگر صحت ندارد جريان ممكن است از غشا عبور نكند. در اين صورت چرخش مغناطيسي چگونه محاسبه مي‌شود؟ مكسول براي پاسخ دادن به اين سوال به صفحه اي از كتاب فارادي مراجعه كرد .شار مغناطيسي متغير سبب ايجاد چرخش اليكتريكي مي شود مكسول طبقمعمول از دريچه ديگري به موضوع نگاه كرد و پرسيد آيا شار الكتريكي متغيير مي تواند چرخش مغناطيسي ايجاد كند؟ جواب اين سوال معماي خازن راه حل ميكرد .
با عبور جريان از خازن بار تجمع پيدا مي‌كند و ميدان الكتريكي ميان دو صفحه همواره قوي‌تر مي شود. با فرض يك سطح بسته مقدار شار الكتريكي غشا از قانون گاز به دست مي‌آيد. تمام شار از قسمت گنبدي شكل عبور مي‌كند و مقدارش مساوي است با بار صفحه خازن تقسيم بر اپسيلون صفر. سرعت تغييرات شار الكتريكي با مشتق گيري از دو طرف اين معادله به دست مي آيد مقدارش مساوي است با جرياني كه از سيم مي گذرد به گفته ديگر اپسيلون صفر ضربدر سرعت تغييرات شار الكتريكي از غشا گنبدي شكل مساوي است با جرياني است كه از غشاي تخت ميگذرد.
اين كشف بسيار مهمي بود پديه‌ي كه نشانداد يك‌ميدان الكتريكي متغيير همچون جريان الكتريكي يك ميدان مغناطيسي به وجود مي آورد . مكسول اين معادله رياضي را جريان جايه جائي ناميد. به‌گفته ديگر چرخش مغناطيسي حول يك مسير بسته تابعي از جريان الكتريكي و سرعت تغييرات شار الكتريكي است .جيمز كلارك مكسول اينگونه قوانين الكتريسيته و مغناطيس را كامل كرد. او به كمك اين قوانين مي توانست نشان دهد كه امواج الكترو مغناطيس با هر بسامد و طول موج قادرند با سرعت نور در فضاي تهي انتشار پيدا كنند كشف بزرگ مكسول كه درآن هنگام تنها جنبه نظري داشت به دست آوردهاي مهمي در قرن بيستم منتهي شد.
ديگر تنها سخن از انتشار نور مرئي در فضا نبود بلكه امواج راديوئي ماكرو ويو و كل طيف الكترو مغناطيس را هم شامل مي شد .كشف بزرك مكسول حاكي از اين است كه وجود موج و شدت جريان الكتريكي در هر گوشه از فضا گوياي وجود شار مغناطيسي متغيير است. مفهوم اين وجودموج در يك ميدان مغناطيسي است موجي كه از تغييرات شار مغناطيسي سرچشمه مي گيرد.
مكسول به خوبي مي دانست كه اگر ميدانهاي الكتريكي و مغناطيسي به شكل موج و با سرعت نور حركت كنند پيوسته به يكديگر تبديل مي شوند . ماهيت انتشار اين دو ميدان به اين شكل است جريان كه تا ابد ادامه دارد. نگرش و نبوغ بي همتاي مكسول در معادلات او به وضوح ديده مي شود. نيوتن در سالي زاده شد كه گاليه از دنيارفت .
مكسول هم درسال 1831 يعني درسالي به دنيا آمد كه فارادي قانون الغاي الكترو مغناطيس را كشف كردودر سال 1879 يعين سال تولد آلبرت انيشتن درگذشت .هيچ دانمشند به اندازه مكسول از دوره نيوتن تا عصر انيشتن به جامعه علم خدمت نكرد .مكسول بسياري از قواين بنيادي طبيعت را كامل كرد و در اين فرايند پلي زد به سوي فيزيك نوين .
استاد : واقعيت اين است كه مكسول از بزرگترين نوابغ قرن نوزدهم بود و به سبب تحصيلاتش در كمبريج توان‌منديهاي زيادي در زمينه هاي مختلف عملي يافته بود. انسان بسيار شريفي بود اگر يادتان باشد يكي از اشعار كه درباره شركت تلكگراف آتلانتيك گفته بود برايتان خواندم امروز مي خواهم يك شعر ديگرش رابرايتان بخوانم اشعاري از اين كتاب كه بسيار قديمي و كم ياب و با ارزش و ميترسم بهش دست بزنم به همين دليل ورقش را ميكنم كه برايتان بخوانم لطفا توجه كنيد.
اين در واقع صورت يك مسئله است و به شعر گفته شده زنجير سنگين و انبساط ناپذيري روي يك سطح افقي آرميده است با واردشدن يك نيروي لحظه اي و آني در نقطه اي مطلوب است مقدار حركت اوليه در نقطه كي منظورش اين است كه يك زنجير يا يك سيم داريم و با حركتي كه به يك سمتش مي دهيم انتهايش چه حركتي دارد؟ سروكله زدن با اين نوع سؤالهاي سخت و به درد نخور ويژه دانشجوهاي دانشگاه كمبريج بود و هست مكسول با طرح اين سوال به فكر مي افتدكه چگونه حل بكند. البته با جزئيات كامل حالامي‌گويم كه چيزي از شما مي‌خواهم مي‌خواهم برويد خانه و امشب تا هر وقت كه شد در خصوص اين مسئله كار كنيد و براي جلسه بعد آن مسئله را بياوريد .
خداحافظ.

سلام.من از آینده نزدیک  می خام آموزش کتیا را شروع کنم از علاقمندان تقاضا می شود بحث را شروع کنند

برای مو فقیت در کنکورهای مختلف با من تماس بگیرید