جدیدترین و دقیق ترین مدل دستگاه نیروسنج را داشته باشید. بهترین انتخاب دستگاه نیروسنج کوپا است چون دستگاه نیروسنج کوپا بسیار پیشرفته اما کاربرپسند طراحی و از دقت و قابلیت اعتماد بالایی برخوردار می باشد. برای مشاهده اطلاعات بیشتر درباره دستگاه نیروسنج کلیک کنید
ACCELERATION
شتاب، در فیزیک، به معنی نرخ تغییر سرعت در یک جسم است.
بر اساس قانون دوم نیوتن، شتاب یک جسم، برآیند خالص تمامی نیروهایی است که بر جسم اعمال می شوند. واحد SI برای شتاب، متر بر مجذور ثانیه است (m/s2). شتاب ها مقادیر برداری هستند (که اندازه و جهت دارند) و بر اساس قانون متوازی الاضلاع با یکدیگر جمع می شوند.
به عنوان یک بردار، نیروی خالص محاسبه شده، برابر با حاصلضرب جرم جسم (یک کمیت اسکالر) در شتاب آن جسم است.
برای مثال، هنگامی که یک اتومبیل از حالت ایستا (سرعت نسبی صفر) شروع به حرکت کرده و در یک خط مستقیم با سرعتی رو به افزایش حرکت می کند، در مسیر حرکت خود شتاب می گیرد.
اگر اندازه گیری حرکت رو به بالا اتومبیل تغییر جهت دهد، آنگاه در آن مسیر جدید شتاب می گیرد.
برای مثال، ما می توانیم شتاب افزایشی یک اتومبیل در مسیر پیشرونده (حرکت رو به جلو) را بعنوان “شتاب خطی” نامگذاری کنیم، که مسافران در یک اتومبیل، می توانند این شتاب را بصورت نیرویی که آنها را به سمت صندلی هایشان هل می دهد، تجربه کنند.
اگر تغییر جهت داشته باشیم، آن را با عبارت “شتاب غیر خطی” معرفی می کنیم، که مسافران آن را در قالب یک نیروی جانبی تجربه می کنند. اگر سرعت اتومبیل کاهش یابد، این یک شتاب در جهت عکس حرکت اتومبیل است، که گاهی با عبارت “شتاب منفی” نیز معرفی می شود.
مسافران می توانند این شتاب منفی را بصورت نیرویی که آنها را از صندلی بلند کرده و از آن دور می کند تجربه کنند. از نظر ریاضی، هیچ فرمول جداگانه ای برای کاهش سرعت (شتاب منفی) وجود ندارد، زیرا هر دوی آنها نوعی تغییر در سرعت هستند ( هم سرعت افزایشی و هم سرعت کاهشی نشانه نوعی تغییر در سرعت است).
هر یک از این شتاب ها (شتاب خطی، شتاب غیر خطی، شتاب کاهشی)، تا مادامی که سرعت آنها (سرعت و جهت مسافران) با سرعت اتومبیل یکی و سازگار نشده است، می تواند توسط مسافران احساس شود.
تعاریف و خصوصیات ACCELERATION
شتاب متوسط
مقدار میانگین شتاب ACCELERATION جسم در طی یک دوره زمانی، از تقسیم تغییرات سرعت آن جسم (Δν) بر طول دوره زمانی (tΔ) بدست می آید. بصورت ریاضی داریم:
ACCELERATION شتاب متوسط
شتاب لحظه ای
در ضمن، شتاب لحظه ای، از حد شتاب متوسط در طی یک فاصله زمانی بینهایت کوچک بدست می آید.
از نظر حساب انتگرال، شتاب لحظه ای، مشتق بردار سرعت نسبت به زمان است:
شتاب لحظه ای
(در اینجا و جاهای دیگر، اگر حرکت در یک خط مستقیم باشد، می توان در معادلات، مقادیر برداری را با اسکالرها جایگزین نمود.)
می توان مشاهده نمود که انتگرال تابع شتاب (t)a، تابع سرعت (t)ν است؛ که در واقع سطح زیر منحنی شتاب- زمان است. نمودار مربوط به سرعت است.
انتگرال تابع شتاب
با توجه به این واقعیت که تعریف شتاب، مشتق سرعت V ، نسبت به زمان t و تعریف سرعت، مشتق مکان نسبت به زمان t است، شتاب می تواند از مشتق دوم مکان نسبت به زمان بدست آید:
مشتق مکان نسبت به زمان t
واحدها
واحد شتاب ACCELERATION همان بعد سرعت (L/T) تقسیم بر زمان است، برای مثال، L/T2. واحد شتاب در SI ،متر بر مجذور ثانیه (/S2M) است:
این می تواند معنی دار تر باشد اگر بگوییم: “متر بر ثانیه در هر ثانیه”، زیرا سرعت در متر بر ثانیه، در هر ثانیه، با مقدار شتاب تغییر می کند.
فرم ها و اشکال دیگر
جسمی که در حال حرکت در یک مسیر دایروی است،
مانند یک ماهواره که در مدار زمین حرکت می کند، به دلیل تغییر در جهت حرکت، سرعتی افزایشی دارد، اگرچه اندازه (سرعت) ممکن است ثابت باشد.
وقتی که جسمی بگونه ای حرکت کند که تغییر جهت داشته باشد اما سرعت آن تغییر نکند،
گفته می شود که تحت شتاب مرکز گرا (متمایل به سمت مرکز) قرار گرفته است.
در مقابل، اگر جسمی تغییر سرعت داشته باشد اما جهت حرکت آن تغییر نکند، به آن شتاب مماسی گفته می شود.
شتاب مناسب، یعنی شتاب ACCELERATION یک جسم نسبت به شرایط سقوط آزاد،
توسط وسیله ای به نام شتاب سنج اندازه گیری می شود.
در مکانیک کلاسیک، برای یک جسم با جرم ثابت،
(بردار) شتاب مرکز جرم یک جسم، با بردار نیروی خالص اعمال شده بر آن جسم (برای مثال، مجموع تمام نیروها) متناسب است (قانون دوم نیوتن):
مجموع تمام نیروها متناسب است با قانون دوم نیوتن
که در آن F نیروی خالص وارد برجسم، m جرم جسم و a شتاب مرکز جرم جسم است.
هرچه مقدار سرعت به سرعت نور نزدیک می شود، اثرات نسبیتی به طور فزاینده ای بزرگ شده و شتاب کمتر می شود.
شتاب مماسی و شتاب مرکز گرا
سرعت ACCELERATION یک ذره که در حال حرکت در یک مسیر منحنی است، می تواند بعنوان تابعی از زمان بصورت زیر نوشتهشود:
شتاب مماسی و شتاب مرکز گرا
همراه با (t)ν که برابر با سرعت حرکت جسم در طول مسیر است و :
ACCELERATION V-t
یک بردار واحد که منطبق بر مسیر حرکت است، به جهت حرکت در لحظه مورد نظر اشاره دارد.
با در نظر گرفتن سرعت متغیر (t)ν و تغییر جهت UT، شتاب یک ذره در حال حرکت در یک مسیر منحنی را می توان با استفاده از قاعده زنجیره ای تمایز برای حاصلضرب دو تابع زمانی، بصورت زیر نوشت :
سرعت متغیر (t)ν و تغییر جهت UT
که در آن Un، بردار نرمال واحد (به سمت داخل) نسبت به مسیر حرکت ذره است (که به نام اصل نرمال معرفی شده) و r، شعاع انحنای آن در لحظه ای است که (در زمان t) با دایره تماس داشته است.
این مولفه ها، با نام شتاب مماسی و شتاب نرمال یا شتاب شعاعی نامیده می شوند (یا شتاب مایل به مرکز (مرکز گرا) در حرکت دایره ای. حرکت دایره ای و نیروی مرکز گرا را نیز ببینید).
تجزیه و تحلیل هندسی منحنی های فضایی سه بعدی، که خط مماس، (اصلی) نرمال و بینرمال (یک عبارت جبری که از مجموع یا تفاوت دو بردار حاصل می شود) را توضیح می دهند، توسط فرمول Frenet Serret تشریح می شود.
موارد خاص
شتاب یکنواخت
شتاب یکنواخت یا ثابت، نوعی حرکت است که در آن، سرعت یک جسم، در هر دوره زمانی، به یک اندازه تغییر می کند.
مثالی که مکررا برای تشریح شتاب یکنواخت به آن اشاره شده، جسمی است که در حال سقوط آزاد در یک میدان گرانشی یکنواخت است.
شتاب یک جسم در حال سقوط، در نبود مقاومت نسبت به حرکت، فقط به قدرت میدان گرانشی g ( که شتاب ناشی از گرانش نیز نامیده می شود) وابسته است.
بر اساس قانون دوم نیوتن، نیروی F وارد شده بر جسم، بصورت زیر است:
نیروی F
با توجه به خصوصیات جبری ساده شتاب ثابت در حالت تک بعدی (که شتابی در راستای سرعت اولیه است) فرمولهای ساده ای وجود دارد که به مقادیر جابجایی S، سرعت اولیه V0، سرعت نهایی V ، شتاب a و زمان t مربوط می شود.
S = مقادیر جابجایی
V0 = سرعت اولیه
V = سرعت نهایی
a = شتاب
t = زمان
زمانی که جسمی با شتاب یکنواخت، در ابتدای حرکت در مسیری قرار دارد که با راستای شتاب هم جهت نیست، این حرکت می تواند در دو بخش متعامد حل و فصل شود، یکی در سرعت ثابت و دیگری با توجه به معادله بالا.
همانطور که گالیله نشان داد، نتیجه خالص، یک حرکت سهموی است، زیرا در مسیر یک گلوله توپ، از مقاومت هوا صرف نظر می شود.
حرکت دایره ای
حرکت دایره ای یکنواخت که دارای سرعتی ثابت در امتداد یک مسیر دایره ای است، می تواند مثالی از شتاب جسمی باشد که در آن، اندازه سرعت ثابت ولی جهت حرکت متغییر است.
در این مورد، چون جهت حرکت جسم همواره در حال تغییر بوده و در تماس با دایره است، بردار سرعت خطی جسم نیز تغییر می کند، اما سرعت آن تغییر نمی کند.
این شتاب یک شتاب شعاعی است زیرا همیشه به سمت مرکز دایره متمایل بوده و مقدار آن برابر با رابطه زیر اندازه گیری حرکت رو به بالا است :
حرکت دایره ای
که در آن، پارامتر v، سرعت خطی جسم در راستای مسیر دایره ای است. بطور مشابه، می توان بردار شتاب شعاعی a را از سرعت زاویه ای جسم ω نیز بدست آورد.
که در آن، r برداری است که جهت آن همواره رو به بیرون دایره بوده و اندازه آن برابر با مقدار شعاع است.
علامت منفی فورمول بالا نشان می دهد که جهت بردار شتاب همواره متوجه مرکز دایره است (خلاف جهت شعاع).
شتاب و نیروی خالص اعمال شده بر جسم، در حرکت دایره ای یکنواخت، به سمت مرکز دایره جهت گیری دارد؛ برای همین، مرکز گرا و متمایل به مرکز است.
در حالی که اصطلاح “نیروی گریز از مرکز” که ظاهرا نیروی اعمال شده بر جسم با جهت گیری به سمت بیرون است، در واقع، یک شبه نیرو می باشد که با توجه به مومنتوم خطی جسم در نقطه ای منطبق بر دایره، در چارچوب مرجع جسم در حرکت دایره ای تجربه می شود.
با حرکت دایره ای غیر یکنواخت، برای مثال، سرعت در امتداد تغییرات مسیر منحنی، یک شتاب عرضی، برابر با نرخ تغییرات سرعت زاویه ای ، در پیرامون زمانهای دایره ای شعاع دایره ایجاد می شود. که داریم:
جهت گیری شتاب عرضی (یا مماسی) در مسیر دایره ای به نحوی است که با بردار شعاع، زوایای قائمه داشته باشد و دارای علامت شتاب زاویه ای است ( α).
ارتباط با نسبیت
نسبیت خاص
نظریه نسبیت خاص ، رفتار اجسامی را توصیف می کند که نسبت به اجسام دیگر با سرعت های بسیار زیاد (نزدیک به سرعت نور در خلا) حرکت می کنند. مکانیک نیوتنی تقریب نسبتا دقیقی از واقعیت است و با دقت زیادی که دارد، در سرعت های پایین تر نیز معتبر است.
هرچه مقدار سرعت های وابسته، نسبت به سرعت نور بیشتر شود، دیگر شتاب از معادلات کلاسیک تبعیت نخواهد کرد.
هرچه سرعت به مقدار سرعت نور نزدیک تر شود، شتاب ایجاد شده توسط یک نیرو کاهش خواهد یافت، بطوری که با نزدیک شدن به سرعت نور، بی نهایت کوچک می شود؛ یک جسم با یک مقدار جرم می تواند به طور مجانبی به این سرعت نزدیک شود، اما هرگز به آن نمی رسد.
نسبیت عام
کاملا غیر ممکن است که بتوان تشخیص داد آیا نیروی مشاهده شده، ناشی از گرانش است یا شتاب- گرانش، مگر آنکه حالت حرکت یک جسم شناخته شده باشد، شتاب اینرسیایی اثرات مشابه دارد.
آلبرت انیشتین این اصل را اصل هم ارزی می نامد و بر این عقیده است که فقط ناظرانی که هیچ نیروی احساس نمی کنند، از جمله نیروی گرانش، در رسیدن به این نتیجه که آنها در حال شتاب گرفتن نیستند، توجیه می شوند.
تبدیل ها
تبدیل های بین واحد های متداول شتاب
آونگ نوسانی
یک آونگ نوسانی، با سرعت و شتاب مشخص شده و هر دوی این شتاب ها ، شتاب مماسی و مایل به مرکز، را تجربه می کند.
مولفه های شتاب یک حرکت منحنی.
مولفه مماسی at ، ناشی از تغییرات در سرعت پیمایشی و نقاط امتداد منحنی،
که در جهت بردار سرعت اند (یا در جهت مخالف) می باشد.
مولفه قائم ( که در حرکت دایره ای، مولفه مایل به مرکز نیز نامیده می شود)، ac ، ناشی از تغییر در جهت بردار سرعت است و عمود بر مسیر حرکت و جهت آن متوجه مرکز دایره است.
واقعیت ِ “زمان” چیست؟
بیگ بنگ: زمان چیست؟ چرا رو به جلو حرکت می کند؟ آیا واقعی است؟ مفهوم زمان یکی از اسرارآمیزترین مفاهیم در تاریخ فیزیک بوده است و در حال حاضر نیز از مسائل دشوار فیزیک معاصر به‌شمار می‌رود، در این مقاله این موضوع چالش برانگیز بررسی شده است.
هيچكس بهتر از فرانس كرايوس حساب زمان در دستانش نيست. در آزمايشگاه او در موسسه ماكس پلانك واقع در كراچينگ آلمان كه مركزي مختص اپتيك كوانتومي است، دقيق‌ترين زمان‌سنجي تاريخ انجام شده است. به اين معنا كه كوچك‌ترين بازه‌هاي زماني را كه تاكنون مشاهده شده، اندازه‌گيري كرده‌اند. كرايوس براي انجام اين كار از پالس‌هاي ليزر فرابنفش استفاده می کند تا حركت‌هاي بسيار سريع و كوتاه الكترون‌هاي درون اتم را ردگيري كند. اين پديده‌ها كه او به دنبال كاوش آنهاست، تنها حدود 100 آتوثانيه طول مي‌كشند.(یک آتوثانیه برابر با 18-^10 ثانیه است)
براي داشتن تصور بهتري از اين بازه زماني در نظر آوريد كه نسبت 100 آتوثانيه به يك ثانيه، مانند نسبت يك ثانيه به 300 ميليون سال است! حتي تصورش هم غيرممكن است، اما چنين بازه زماني‌اي در طبيعت وجود دارد و حتي اندازه‌گيري هم شده است.
كمترين واحد زمان
با اين حال حتي كارهاي كرايوس هم از كوچك‌ترين مقياس زماني بسيار فاصله دارد. يك محدوده زماني به نام «ابعاد پلانك» وجود دارد كه حتي آتوثانيه نيز در برابر آن مانند ميليون‌ها سال است. اين مقياس مرز فيزيك شناخته‌شده را مشخص مي‌كند؛ ناحيه‌اي كه در آن فواصل و بازه‌هاي زماني آنقدر كوتاه هستند كه بسياري از مفاهيم فضا و زمان شروع به فروپاشي كنند.
زمان پلانك يعني كوچك‌ترين واحد زماني كه معناي فيزيكي دارد، 10 به توان 43- ثانيه است. اين مقدار كوچك‌تر از يك تريليونيم تريليونيم آتوثانيه است. ماوراي آن چيست، آيا زماني كوچك‌تر از آن هم وجود دارد؟ اين زمان ناشناخته است، حداقل براي امروز. تلاش براي درك زمان‌هايي پايين‌تر از ابعاد پلانك، اندازه گیری حرکت رو به بالا منجر به جهش‌هاي عجيبي در فيزيك شده است. به طور خلاصه مساله اين است كه آيا امكان دارد آن زمان (زماني كوچك‌تر از زمان پلانك) در بنيادي‌ترين سطح واقعيت فيزيكي وجود نداشته باشد.
اگر چنين است، پس زمان چيست و چرا اينقدر واضح و قدرتمندانه داراي حضوري مطلق در تجربه شخصي ماست؟ سيمون ساندرز، فيلسوف فيزيك از دانشگاه آكسفورد در پاسخ به اين نوع مسائل مي‌گويد: «معناي زمان به طرز وحشتناكي براي فيزيك معاصر مساله‌ساز شده است. وضعيت آنقدر مشكل است كه بهترين كاري كه شخص مي‌تواند انجام دهد، اعلام ندانم گرایی است. يعني نداشتن هيچ موضع و ترجيحي نسبت به اين مساله.»
مشكل زمان از يك قرن قبل آغاز شد، وقتي نظريه‌هاي نسبيت خاص و نسبيت عام اينشتين، تصور معمول از زمان را به عنوان يك ثابت جهاني در هم ريخت. يكي از پيامدهايش آن بود كه گذشته، حال و آينده مطلق نيستند. نظريه‌هاي آلبرت اينشتين همچنين چالشي جدي در فيزيك به وجود آورد، زيرا قوانين نسبيت عام (كه گرانش و ساختار بزرگ مقياس جهان را توصيف مي‌كند) با قوانين فيزيك كوانتومي (كه بر جهان کوچک مقیاس حكومت مي‌كند) ناسازگار به نظر مي‌رسد.
حدود چند دهه قبل دو فيزيكدان مشهور يعني جان ويلر كه در آن زمان در دانشگاه پرينستون بود و برايس دويت از دانشگاه كاروليناي‌شمالي، معادله‌اي عجيب و خارق‌العاده ارائه دادند كه چارچوبي ممكن براي سازگاري بخشيدن به نسبيت و مكانيك كوانتومي فراهم مي‌كرد. اما معادله ويلر-دويت همواره مناقشه برانگيز بوده است، زيرا به سهم خودش پيچيدگي عجيب‌تري از فهم ما نسبت به زمان به نظريه نسبيت اضافه كرده است، زیرا در این معادله، زمان حذف شده است.
كارلو روولي، فيزيكداني از دانشگاه مارسي در فرانسه مي‌گويد: «زمان ناگهان از معادله ويلر-دويت ناپديد مي‌شود و اين موضوعي است كه براي بسياري از نظريه‌پردازان معما شده است. شايد بهترين راه براي فكر كردن درباره واقعيت كوانتومي كنار گذاشتن زمان باشد. به اين ترتيب توصيف بنيادي از جهان بايد بي‌زمان باشد.» تا به حال هيچكس در استفاده از معادله ويلر-دويت براي يكي كردن نظريه كوانتوم و نسبيت عام موفق نشده است. با اين حال اقليت قابل توجهي از فيزيكدان‌ها شامل روولي معتقدند هر نظريه موفقي از تلفيق دو شاهكار فيزيك قرن بيستم نهايتا جهاني را توصيف خواهد كرد كه در آن زمان به‌طور اجتناب‌ناپذيري وجود ندارد.
جهت پيكان زمان
اين مساله كه زمان ممكن است وجود نداشته باشد در ميان فيزيكدانان به نام «مساله زمان» شناخته مي‌شود. اين مساله ممكن است بزرگ‌ترين مساله باشد اما هنوز از پيچيده‌ترين سوال در مورد زمان فاصله دارد. «مساله زمان» در رقابت با اين واقعيت عجيب در رتبه دوم قرار مي‌گيرد كه قوانين فيزيك توضيح نمي‌دهند چرا زمان همواره رو به جلو مي‌رود. تمام قوانين فيزيك – چه قوانين نيوتن و اينشتين يا حتي قوانين كوانتوم – با معكوس شدن جهت زمان به همين صورت كنوني باقي خواهند ماند تا جايي كه ما مي‌توانيم بگوييم، با اينكه زمان يك فرآيند يك سويه است و هرگز معكوس نمي‌شود، هيچ قانوني آن را محدود نمي‌كند. يعني هيچ يك از قوانين فيزيك يك سويه بودن جهت زمان را تضمين نمي‌كنند.
ست لويد، يك متخصص مكانيك كوانتومي از دانشگاه MIT در پاسخ به اين سوال كه زمان چيست، مي‌گويد: «اين بسيار اسرارآميز است كه چرا ما يك چنين پيكان زمان واضحي داريم. توضيح معمول براي اين مساله آن است كه براي مشخص كردن آنچه در يك سيستم اتفاق مي‌افتد، شما نبايد تنها قوانين فيزيكي حاكم بر آن سيستم را معين كنيد، بلكه بايد بعضي از شرايط اوليه و پاياني آن را نيز مشخص كنيد.»
لويد مي‌گويد مبنای تمام شرايط اوليه، بیگ بنگ است. فيزيكدانان باور دارند كه جهان به صورت يك توپ ساده و بسيار فشرده از انرژي آغاز شده است. به رغم اينكه قوانين فيزيك خود نمي‌توانند پيكان زمان را به وجود آورند، انبساط کیهان كه هنوز هم ادامه دارد اين كار را انجام مي‌دهد. همانطور كه جهان منبسط مي‌شود، پيچيده‌تر و بي‌نظم‌تر مي‌شود.
افزايش بي‌نظمي (كه فيزيكدان‌ها آن را افزايش آنتروپي مي‌نامند) ناشي از انبساط کیهان، ممكن است منشأ آن چيزي باشد كه ما به عنوان رژه رو به جلو و بي‌وقفه زمان تصور مي‌كنيم. از اين ديدگاه، زمان چيزي نيست كه جدا از جهان وجود داشته باشد. خارج از كيهان هيچ تيك تاك ساعتي وجود ندارد. اكثر ما تمايل داريم به زمان آن‌گونه كه نيوتن فكر مي‌كرد، فكر كنيم: «زمان مطلق، درست و رياضي به دليل ماهيتش به طور يكنواخت و مستقل از هر چيز خارجي، جريان دارد.»
اما همانطور كه اينشتين اثبات كرد، زمان قسمتي از بافت جهان است. برعكس آنچه كه نيوتن باور داشت، ساعت‌هاي معمولي ما چيزي مستقل از جهان را اندازه نمي‌گيرند. طبق گفته لويد، در واقع ساعت‌ها اصلا زمان را اندازه‌گيري نمي‌كنند. او مي‌گويد: «اخيرا به موسسه ملي استاندارد و تكنولوژي در بولدر رفتم؛ يك آزمايشگاه دولتي كه محل نگهداري ساعت اتمي استاندارد است. من به آنها گفتم ساعت‌هاي شما زمان را بسيار دقيق اندازه مي‌گيرند. آنها در جواب گفتند، ساعت‌هاي ما زمان را اندازه‌گيري نمي‌كنند! من فكر كردم اين حرف از سر تواضع است. اما آنها گفتند: نه، تعريف زمان آن چيزي است كه ساعت‌هاي ما اندازه‌گيري مي‌كنند. اين حرف كاملا درست است. آنها زمان استاندارد جهاني را تعريف مي‌كنند. زمان با تعداد تيك‌هاي ساعت‌هاي آنها تعريف مي‌شود.»
زمان يعني تيك تاك ساعت؟
روولي، مدافع جهان بدون زمان مي‌گويد: زمان‌سنج‌هاي موسسه استاندارد، اين كار را درست انجام مي‌‌دهند. به علاوه نقطه نظر آنها با معادله ويلر-دويت سازگار است. «ما هيچ گاه، زمان را نمي‌بينيم، ما تنها ساعت‌ها را مشاهده مي‌كنيم. اگر شما بگوييد اين جسم حركت مي‌كند، واقعا منظورتان آن است كه جسم اينجاست وقتي عقربه ساعت شما اينجاست و به همين ترتيب مراحل حركت جسم را مي‌توانيد توصيف كنيد.
ما مي‌گوييم زمان را با ساعت اندازه مي‌گيريم، اما تنها عقربه‌هاي ساعت را مي‌بينيم نه خود زمان را و عقربه‌هاي ساعت درست مانند موارد مشابه ديگر تنها متغيرهاي فيزيكي هستند. بنابراين به يك معنا ما تقلب مي‌كنيم، زيرا آنچه واقعا مشاهده مي‌كنيم متغيرهايي فيزيكي هستند به عنوان توابعي از متغيرهاي فيزيكي ديگر، اما ما آن را طوري نمايش مي‌دهيم كه انگار همه چيز در زمان تغيير مي‌كند.»
تصویری از کارلو روولی – فیزیکدان ایتالیایی
روولی افزود: « آنچه درباره معادله ويلر-دويت پيش مي‌آيد آن است كه ما مجبور به توقف اين بازي مي‌شويم. در عوض معرفي اندازه گیری حرکت رو به بالا اين متغير ساختگي (يعني زمان كه خودش مشاهده پذير نيست)، بايد تنها توصيف كنيم كه متغيرها چگونه به متغيرهاي ديگر مرتبط هستند. سوال اين است كه آيا زمان يك ويژگي بنيادي واقعيت است يا تنها يك نمايش ماكروسكوپي از چيزهاست؟ من آن را تنها يك اثر ماكروسكوپي مي‌دانم؛ چيزي كه تنها براي اشياي بزرگ ظهور مي‌يابد.»
به طور خلاصه مساله اين است كه ممكن است زمان در بنيادي‌ترين سطح واقعيت فيزيكي وجود نداشته باشد. منظور روولي از «اشياي بزرگ» هر چيزي است كه بزرگ‌تر از ابعاد اسرارآميز پلانك باشد. تا به حال هيچ نظريه فيزيكي‌اي به‌طور كامل جهان را در ابعادي كوچك‌تر از ابعاد پلانك، توصيف نكرده است. يك امكان آن است كه اگر فيزيكدان‌ها بتوانند نظريه كوانتوم و نسبيت عام را وحدت بخشند، فضا و زمان توسط نسخه تغيير يافته‌اي از مكانيك كوانتومي توصيف خواهد شد.
در چنين نظريه‌اي، فضا-زمان ديگر يكنواخت و پيوسته نخواهند بود بلكه شامل بخش‌هايي گسسته(كوانتا) هستند. درست مانند نور كه از بسته‌هاي منفرد انرژي با نام فوتون تشكيل شده است. اينها اندازه گیری حرکت رو به بالا آجرهاي سازنده فضا و زمان هستند و تصور اينكه فضا و زمان از چيز ديگري ساخته شده باشد آسان نيست. مولفه‌هاي فضا و زمان جز در فضا و زمان در كجا مي‌توانند وجود داشته باشند؟
كوانتاي فضا و زمان
همانطور كه روولي توضيح مي‌دهد، در مكانيك كوانتومي تمام ذرات ماده و همچنين انرژي را مي‌توان به صورت موج توصيف كرد. موج نيز يك ويژگي غيرعادي دارد: تعداد نامحدودي از آن مي‌تواند در يك مكان وجود داشته باشد. اگر روزي نشان داده شود كه زمان و مكان از كوانتا تشكيل يافته‌اند، تمام آنها مي‌توانند در يك نقطه بدون بعد روي هم تلنبار شوند.
روولي مي‌گويد: «به معنايي فضا و زمان در اين تصوير ذوب مي‌شوند. ديگر فضا وجود ندارد، تنها كوانتاهايي وجود دارند روي كوانتاهاي ديگر بدون اينكه در فضا غرق شوند.» روولي به همراه يكي از مهمترين رياضيدانان دنيا يعني آلن كونس از كالج فرانسه در پاريس روي اين موضوع كار كرده است. آنها همراه هم چارچوبي را ارائه داده‌اند كه نشان مي‌دهد، چگونه آنچه ما به عنوان زمان تجربه مي‌كنيم ممكن است از يك واقعيت بي‌زمان و بنيادي‌تر ظهور يافته باشد.
همان‌گونه كه روولي توصيف مي‌كند: «زمان احتمالا يك مفهوم تقريبي است كه در ابعاد بزرگ ظاهر مي‌شود. كمي شبيه مفهوم سطح آب كه از لحاظ ماكروسكوپي معنا دارد اما در ابعاد اتمي معناي خود را از دست مي‌دهد.» روولي با فهميدن اينكه توضيحاتش ممكن است راز زمان را عميق‌تر كند، مي‌گويد بيشتر دانش فعلي ما روزي گيج‌كننده به نظر مي‌رسيد. «من فهميده‌ام كه اين تصوير مشهودي نيست. اما اين موضوع فيزيك بنيادي است: يافتن روش‌هاي جديد فكر كردن درباره جهان و ديدن اينكه آيا اين روش‌ها كار مي‌كنند يا نه. من فكر مي‌كنم وقتي گاليله گفت زمين مي‌چرخد، به همين شكل غيرقابل فهم بود. فضا براي كوپرنيك شبيه فضا براي نيوتن نبود و فضا براي نيوتن مانند فضا براي اينشتين نبود. ما هميشه كمي بيشتر مي‌آموزيم.»
روولي احساس مي‌كند كه يك انقلاب ديگر در مفهوم زمان به همين زودي اتفاق مي‌افتد. «وقتي مقاله 1905 اينشتين منتشر شد، تفكر مردم درباره فضا-زمان را تغيير داد. ما دوباره در آستانه واقعه‌اي شبيه آن هستيم.» وقتي گرد و خاك‌ها فرو نشينند، زمان هرچه كه باشد مي‌تواند حتي عجيب‌تر و وهم‌انگيزتر از چيزي باشد كه پیشینیان ما مي‌توانست تصور كند.
دامنه حرکتی مفصل چیست؟ | شانه، آرنج، مچ دست + روشهای افزایش
آیا تا به حال به میزان حرکت و چرخش مفاصل خود دقت کرده‌اید؟ آیا از تاثیر دامنه حرکت مفاصل بر انجام فعالیت‌های خود اطلاع دارید؟ چه عواملی بر دامنه حرکت مفاصل تاثیر می‌گذارند؟
داشتن دامنه حرکتی مطلوب به شما امکان می‌دهد به صورت آزادانه، بدون درد و یا سفتی حرکت کنید و فعالیت‌ها و کارها را بدون آسیب انجام دهید. در این مقاله به بررسی دامنه حرکت مفاصل و عوامل موثر بر آن می‌پردازیم.
دامنه حرکتی مفصل چیست؟
دامنه حرکتی مفصل محدوده‌ای است که مفصل بدون آسیب و به طور کامل می‌تواند در محدوده طبیعی خود حرکت کند. با این حال در زمان آسیب، مفاصل به طور کلی محدود به دامنه حرکتی کوچک‌تری هستند.
دامنه حرکت هم در مورد حرکت مفصل و هم در جهت اندازه گیری حرکت رو به بالا حرکت آن کاربرد دارد. در ابتدا کاهش دامنه حرکتی ممکن است با درد معمولی همراه باشد، اما با گذشت زمان می‌تواند بدتر شود.
انواع دامنه حرکتی مفصل
سه نوع دامنه حرکتی وجود دارد که شامل موارد زیر می‌باشند:
فعال کمکی
منفعل
نحوه آزمایش دامنه حرکتی مفصل
پس از آسیب، اولین راه باید ملاقات با یک متخصص ارتوپدی باشد. در طول این قرار، متخصص با حرکت دادن قسمت‌های آسیب دیده بدن، به ارزیابی دامنه حرکتی می‌پردازد. ایشان این کار را با استفاده از یک گونیامتر که زاویه حرکت را اندازه گیری می‌کند، انجام می‌دهند. این کار را به سادگی با نگه داشتن گونیامتر در قسمت مفصل بدن و تنظیم آن امکان پذیر است.
اهمیت دامنه حرکتی مفصل
داشتن دامنه حرکتی مناسب می‌تواند مزایای بی شماری به همراه داشته باشد. علاوه بر اینکه می‌توان به درستی حرکت کرد، برخی از مهم‌ترین مزایای آن عبارت‌اند از:
- جریان خون مناسب
- قدرت عضلانی
- انعطاف پذیری بالا
- کاهش درد
- عملکرد قوی‌تر
- کاهش سختی
- امکان کمتر آسیب دیدگی
دامنه حرکتی مفصل آرنج
مفصل آرنج یک مفصل لولا است که ثبات و حرکت فوق العاده ای را برای انجام فعالیت‌های روزانه ایجاد می‌کند. ماهیچه‌های قوی که در اطراف مفصل آرنج وجود دارند، اعمالی مانند خم شدن، کشش، حرکت کف دست رو به بالا و پایین را ممکن می‌کنند و ما را قادر می‌سازند تا فعالیت‌های روزانه خود را انجام دهیم. در صورت وجود آسیب یا ضربه به آرنج، این فعالیت‌ها میتوانند مختل شوند.
دامنه حرکتی مفصل شانه
مفصل شانه یک مفصل گوی و کاسه است که می‌تواند در تمام جهات، حرکت کند. این مفصل دارای آزادی حرکت بیشتری نسبت به مفصل لولا مانند آرنج یا زانو است. همچنین از آنجا که شانه متحرک‌ترین مفصل بدن است، به دلیل میزان حرکتی که می‌کند، ناپایدارترین مفصل بدن است.
دامنه حرکتی مفصل مچ دست
در مچ دست، چندین مفصل مجزا بین دیستال، اولنا و کارپال وجود دارند. گروهی از هشت استخوان که در مچ دست قرار دارند با هم این مفصل‌ها را تشکیل می‌دهند و خم شدن، کشش، حرکت مچ دست به سمت چپ و راست را امکان پذیر می‌کنند.
عوامل موثر بر دامنه حرکتی مفصل
در ادامه شما را با فاکتورهای موثر بر دامنه حرکتی مفصل آشنا می‌کنیم:
ساختار مفصل
توده عضلانی یا چربی
عدم تقارن بدن
آسیب دیدگی و بیماری
قابلیت کشش بافت
افزایش دامنه حرکتی مفصل
افزایش دامنه حرکتی مزیتی است که اغلب از طریق ماساژ به دست می‌آید و می‌تواند در مفاصل و ماهیچه‌ها رخ دهد. هنگامی که مفاصل و ماهیچه‌ها سفت و یا کشیده هستند، حرکت محدود می‌شود و درد افزایش می‌یابد. هدف ماساژ، رفع گرفتگی عضلات است. هنگامی که ماهیچه‌ها شل شده و انعطاف پذیری آنها افزایش می‌یابد، دامنه حرکت در اطراف مفصل افزایش پیدا می‌کند..
عوامل موثر در کاهش دامنه حرکتی مفصل
موارد زیر میتوانند باعث محدودیت حرکتی در مفاصل شوند:
شرایط پزشکی
اسپوندیلیت آنکیلوزان
آرتروز (OA)
آرتریت روماتوئید (RA)
آرتروز کودکان
فلج مغزی (CP)
سپسیس مفصل ران و سایر مفاصل
سایر علل محدودیت دامنه حرکتی عبارت‌اند از:
- التهاب بافت‌های نرم اطراف مفصل و یا تورم مفصل
- سفتی عضلات
- درد
- در رفتگی مفصل
- شکستگی آرنج
- شکستگی در سایر نواحی بدن
تاثیر فیزیوتراپی بر بهبود دامنه حرکتی مفصل
تمرینات محدوده حرکتی با هدف حرکت دادن یک مفصل خاص و بافت‌های نرم اطراف به گونه ای که باعث تحریک بهبودی و محافظت در برابر صدمات بیشتر شود، انجام می‌شنود. این تمرینات میتوانند از طیف وسیعی از عوارض مانند کوتاه شدن عضلات، رباط ها و تاندون‌ها جلوگیری کنند.
فیزیوتراپی برای افزایش دامنه حرکتی همچنین می‌تواند به بیمار در درمان جراحی و آسیب‌های مختلف کمک کند تا او را به بسیاری از فعالیت‌های قبلی خود، بازگرداند.
شروع زودتر درمان می‌تواند بیشترین مزایای فیزیوتراپی را به همراه داشته باشد. این درمان‌ها شامل موارد زیر می‌باشند:
همه چیز درباره انواع نیروسنج، تعریف، ابعاد و موارد استفاده از آن
همه چیز درباره انواع نیروسنج، تعریف، ابعاد و موارد استفاده از آن
این مقاله خلاصه ای درباره ی نیروسنج ها ارائه کرده است، از جمله اینکه نیروسنج چیست، انواعشان، مشخصات و ابعادشان چیست ، و مثال هایی از کاربردهایشان.
نیروسنج چیست؟
نیروسنج ها ابزارهای اندازه گیری هستند که به منظور اندازه گیری نیروی اعمال شده به یک جسم در طول یک آزمون یا عملیات مورد استفاده قرار می گیرند. این ابزارها معمولا در صنایع مختلف جهت تحقیق و اندازه گیری حرکت رو به بالا توسعه، عملیات تولید، یا برای کنترل کیفیت مورد استفاده قرار می گیرند. یکی از کاربردهای متداول نیروسنج در اجرای آزمون های کشش و فشار است. به همین علت در این کاربردها نیروسنج ها را به عنوان گیج های نیروی پوش پول یا گیج های نیروی کششی فشاری می شناسند. این مقاله خلاصه ای از انواع نیروسنج، روش های استفاده، و چگونگی عملکرد آن ها را ارائه می دهد.
نیرو چیست؟
نیرو عاملی است که باعث می شود جسم فشرده، کشیده و یا به نوعی تحت تاثیر قرار گیرد، و بر جسم و خصوصیات آن تاثیر می گذارد. نیرو را می توان در هر اندازه و جهت معین اعمال کرد.
انواع نیرو وجود دارد که می تواند بر اشیا اعمال گردد. متداول ترین نیروی شناخته شده که همه ی ما آن را تجربه کرده ایم نیروی جاذبه است که از میدان گرانشی زمین حاصل می شود. سایر نیروها شامل نیروی الکترومغناطیس میان ذرات باردار و نیروهای هسته ای قوی و ضعیف است.
نیروسنج ها با اندازه گیری نیروهای مکانیکی اعمالی به اشیا سروکار دارند. این نیروها معمولا یک نیروی کششی یا فشاری است، که نیروهای کشش یا فشار نامیده می شوند.
نیرو در مقابل وزن
برای جلوگیری از سردرگمی باید تفاوت بین نیرو و وزن یا جرم یک شی را بدانیم. زمانیکه وزن جسمی را با ترازو اندازه می گیریم، در واقع جرم آن جسم را اندازه گرفته ایم. جرم، اندازه گیری مقدار ماده ای است که جسم را تشکیل داده و معمولا با واحد اندازه گیری کیلوگرم(kg) بیان می شود.
جرم جسم فارغ از مکان اندازه گیری آن در جهان، ثابت است. اما نیروی جاذبه ای که به جسم اعمال می شود از مکانی به مکان دیگر در جهان متفاوت است. دو جسم با جرم یکسان، که یکی در کره ماه و دیگری در کره زمین قرار دارد، هنگامی که با ترازو اندازه گیری می شوند اعداد وزن متفاوتی را نشان می دهند. این به علت نیروی گرانشی کمتر کره ماه نسبت به کره زمین است، و از این رو نیروی اعمالی به جسم توسط کره ماه کمتر از نیروی اعمالی به جسم با همان جرم توسط کره زمین است.
در موارد پیچیده تر، نیروی گرانشی روی زمین به عنوان تابعی از موقعیت مکانی در طول و عرض جغرافیایی متفاوت است. بنابراین، زمانیکه برای اندازه گیری جرم یا وزن یک ماده از ترازو استفاده می کنیم، ترازوی فوق باید برای مکانی که مورد استفاده قرار می گیرد کالیبره شود. ثابت گرانش (g) زمین، که نشان دهنده شتابی است که به جسم در نزدیکی سطح زمین وارد می شود، دارای مقدار تقریبی 18.9 متر بر مجذور ثانیه است.
در حالی که ترازو ابزاری است که جرم یا وزن را اندازه گیری می کند، نیروسنج قابلیت وسیع تری دارد برا مثال اندازه گیری نیرویی که ممکن است همیشه به طور مستقیم با وزن یا جرم مرتبط نباشد. واحد نیرو معمولا به نیوتن(N)، کیلوگرم-نیرو(kg-F) یا گرم- نیرو(g-F) بیان می گردد.
انواع نیروسنج ها
نیروسنج ها عموما شامل دو نوع اساسی هستند:
نیروسنج های مکانیکی یاآنالوگ (نیروسنج عقربه ای یا فنری)
نیروسنج های دیجیتال
نیروسنج های مکانیکی(آنالوگ)
نیرو سنج های مکانیکی یا آنالوگ از یک لودسل یا فنر برای تبدیل مقدار نیرویی که قرار است اندازه گیری شود به یک مقدار نیروی کالیبره شده استفاده می کنند و نتیجه توسط یک عقربه بر روی یک صفحه مدرج نمایش داده می شود. این نوع از نیرو سنج ها بادوام، دارای کاربری ساده، قابلیت حمل آسان، و بخاطر طبیعت مکانیکی شان برای کار نیاز به برق ندارند.
نیروسنج های مکانیکی کمی محدودیت دارند. اول اینکه در حالی که با تغییر نیرو نتیجه را روی نمایشگر عقربه ایی نمایش می دهند، قادر به نمونه برداری و ذخیره مقادیر در طی زمان نیستند. اکثر دستگاهها تنها میتوانند مقدار پیک را نگه دارند. بعلاوه عقربه برای نمایش یک سیستم اندازه گیری و یا واحد اندازه گیری ماندد نیوتن تنظیم شده است. این موضوع مستلزم اینست که یا چند نیرو سنج داشته باشیم و یا به واحد مورد نظر آنرا تبدیل کنیم. معمولا برای تنش ابتدایی و آزمون فشرده سازی که دقت آزمایش از اهمیت چندانی برخوردار نیست از نیروسنج های مکانیکی استفاده می شود. نیروسنج های مکانیکی معمولا با قابلیت نگهداری پیک و تبدیل واحد و همچنین بصورت کششی و فشاری وجود دارند. این نوع از نیروسنج ها نسبت به نیروسنج های دیجیتالی قیمت پایین تری دارند
نیروسنج دیجیتال
به جای صفحه مدرج و عقربه در نیروسنج های مکانیکی، نیروسنج های دیجیتالی از یک لودسل یا فشارسنج استفاده می کنند که اندازه نیروی اعمالی را به یک سیگنال الکتریکی تبدیل ک رده که می تواند کمی، کالیبره، و دیجیتالی شود و مستقیما نمایش داده شود. در حالی که نیروسنج های دیجیتال گرانتر بوده و برای کار نیازمند باتری هستند، دارای توانایی نمونه برداری، ثبت و ذخیره داده های مقادیر اندازه گیری شده در طول زمان هستند. آنها همچنین می توانند اندازه گیری مقدار متوسط و پیک نیرو را ارائه دهند و برای اندازه گیری مقادیر نیرویی که به سرعت تغییر می کنند مانند تست ضربه مناسب ترند. علاوه بر این، بسیاری از مدل ها این قابلیت را برای کاربر دارند که واحد اندازه گیری دلخواه خود را انتخاب کنند. به همین منظور، از نیروسنج دیجیتال بیشتر استفاده می شود.
انواع نیروسنج دیجیتالی
نیروسنج های دیجیتال به دو صورت
(سنسور داخل)سنسور اندازه گیری نیرو درون دستگاه
(سنسور بیرون)سنسور اندازه گیری نیرو بیرون دستگاه
طراحی شده اند. نوع اول برای ظرفیت های زیر 1000 نیوتن و نوع دوم بیشتر برای ظرفیت های بالای 1000 نیوتن مورد استفاده قرار می گیرد.
حتما ببینید
آموزش تخصصی تست کشش میلگرد + آموزش کار با دستگاه + ویدیو و تصاویر
آموزش تصویری سنجش استحکام کششی میلگرد با بهترین و دقیق ترین دستگاه تست یونیورسال ایرانی به همراه آموزش کامل نکاتی که برای آزمون تست کشش میلگرد صحیح به آن نیاز دارید.
اندازه های نیروسنج و مشخصات آن
نیروسنج ها معمولا بوسیله ی چندین پارامتر متداول طبقه بندی و مشخصه گذاری می شوند. توجه کنید که مشخصات دستگاه ها می تواند از سازنده ای به سازنده ی دیگر متفاوت باشد. همچنین توجه داشته باشید که مشخصات بسته به نوع نیروسنج تغییر می کند. داشتن درک اساسی از این اندازه گیری حرکت رو به بالا مشخصات باعث می شود که تعیین و تهیه مدل موردنظر آسان تر باشد.
سایز یا ظرفیت – حداکثر مقدار نیرویی که دستگاه قادر به ثبت است را مشخص می کند.
درجه بندی – ب رای دستگاه های آنالوگ، به تعداد خطوطی که در مقیاس اندازه گیری دستگاه دیده می شود، اشاره دارد. خطوط بیشتر امکان اندازه گیری دقیق تری را فراهم می کنند.
رزلوشن – درجه دقتی است که می توان اندازه گیری را انجام داد و مربوط به ظرفیت و درجه بندی است. برای مثال یک نیروسنج آنالوگ با ظرفیت 500 نیوتن و 100 خط درجه بندی، رزلوشن N 011/911 را دارد.
دقت اندازه گیری نیروسنج – میزانی که مقدار اندازه گیری شده از مقدار واقعی نیرو منحرف می شود. دقت معمولا به عنوان یک درصد +/- از مقیاس کامل اندازه گیری تعریف می شود
واحدهای اندازه گیری – بسته به نوع دستگاه، نیروسنج ها قادر به اندازه گیری و نمایش مقادیر نیرو در واحدهای متریک یا امپریال هستند. مدل های آنالوگ معمولا یک واحد اندازه گیری مشخص دارند در حالی که نیروسنج های دیجیتال اغلب به کاربر اجازه می دهند از بین واحدهای مختلف، واحد اندازه گیری دلخواه را انتخاب نماید.
آپشن ها – بیشتر نیروسنج ها شامل مجموعه ای از آپشن ها (گزینه ها) از جمله قلاب ها، افزونه ها، و پراب ها با اشکال نوک مسطح، نوک مخروطی، نوک اسکنه ای، و نوک شکافدار متناسب با انواع کاربردها هستند.
میزان حرکت - نمایانگر حداکثر حرکت پیستون (PLUNGER) یا پراب مکانیکی است که برای اندازه گیری نیروی فشار/کشش استفاده می شود
نوع نمایش – برای دستگاههای آنالوگ، نمایشگر معمولا یک صفحه مدرج با یک عقربه است. برای مدل های دیجیتالی، گزینه های صفحه نمایش می تواند شامل LCD ، LED یا صفحه نمایش رنگی با وضوح بالا باشد.
ارقام نمایش داده شده – برای نیروسنج های دیجیتال، تعداد ارقام نمایش داده شده توسط دستگاه را نشان می دهد. به عنوان مثال، این پارامتر ممکن است 4 رقم باشد و سه عدد آن در سمت راست اعشاری باشد. با افزایش ظرفیت مدل، ممکن است تعداد ارقام یکسان بماند، اما رقم های بیشتر در سمت چپ اعشار نشان داده شود. همچنین رزلوشن در ظرفیت های بالاتر کاهش می یابد.
نرخ نمونه برداری – نمایانگر سرعت نمونه برداری از مقدار نیرو است که معمولا به واحدهای هرتز (Hz) نشان داده می شود. عموما نرخ نمونه برداری بالاتر اجازه می دهد تا مقادیر اندازه گیری شده ای که ممکن است در سرعت نمونه برداری پایین پراکنده هستند، ثبت شود.
پیکر بندی – در حالی که بسیاری از نیروسنج ها دستی هستند، برخی مدل ها برای اتصال به استندهای خاصی در کاربردهای رومیزی طراحی شده اند.
زبان پشتیبانی – تمامی مدل های دیجیتال قادر به پشتیبانی از نمایش به چندین زبان هستند.
عمر باتری – تعداد ساعت تخمینی که دستگاه می تواند قبل از نیاز به شارژ دوباره باتری کار کند.
سایر ویژگی ها – برخی از نیروسنج های دیجیتال ممکن است دارای سنسورهای از راه دور باشند که اجازه می دهد قسمت نمایشگر دستگاه به راحتی دور از جسم اندازه گیری شونده قرار گیرد. سایر مدل ها ممکن است داری پراب ها یا سنسورهای قابل تعویض باشند که می توان از آنها علاوه بر اندازه گیری نیرو برای اندازه گیری مثلا گشتاور نیز استفاده کرد. طیف وسیعی از اپشن های دیگر مانند اپشن های حرکتی، تجهیزات مکانیکی یا پنوماتیکی وجود دارد.
مثال هایی از چگونگی استفاده از نیروسنج ها
موارد بسیاری از کاربرد نیروسنج ها در صنایع مختلف وجود دارد – مثال های زیر بینشی درباره نحوه استفاده از این دستگاه ها ارائه می دهد.
ورزش – ورزشکاران حرفه ای مانند بوکسورها برای سنجش قدرت عضلات و قدرت مشت زدنشان از نیروسنج استفاده می کنند.
اندازه گیری استحکام مواد – از نیروسنج ها برای تعیین اینکه آیا مواد از استحکام کافی برای تحمل تنش هایی که در طول حمل یا عملیات متحمل می شوند برخوردارند، استفاده می شود. برای مثال، یک بطری آب ممکن است مورد آزمون فشار قرار گیرد تا مشخص شود آیا نیروهای فشاری مورد انتظار به هنگام حمل و نقل باعث خرابی بطری و نشت محتویات آن می شود یا خیر. به عنوان اندازه گیری حرکت رو به بالا مثالی دیگر، فلزات را می توان با قرار دادن فلز در برابر نیروهای فشاری و کششی و مشاهده عملکرد ماده، جهت تعیین استحکام کششی و استحکام تسلیم مورد آزمون قرار داد.
ارگونومی –هنگامی که تعامل انسان با محصولی مدنظر باشد، می توان از نیروسنج برای ارزیابی طراحی محصول از نظر نیروی مورد نیاز جهت کار با آن استفاده کرد. به این معنی که نیروی مورد نیاز برای تعامل با محصول نشان دهنده ی نیرویی است که قابل قبول و در توان اکثر افراد باشد. این رویکرد می تواند در موقعیت های مختلفی از جمله باز کردن دستگیره ی درب اتومبیل، فشردن کلیدهای کیبرد کامپیوتر، یا باز و بسته کردن درب بطری داروها به کار گرفته شود.
اندازه گیری ثابت فنر – سازندگان فنرهای مکانیکی نیروسنج ها را بکار می گیرند تا دریابند فنرهای تولید شده ثابت فنر (k) مناسبی دارند؟ میزان نیرو در فنر با جابجایی که از موقعیت تعادل اش ایجاد می شود، متناسب است.
اندازه گیری گیرش چسب و لایه های به هم چسبیده شده – تولید کنندگان چسب ممکن است برای تست استحکام چسب ها از نیروسنج استفاده کنند. بدین صورت که روی یک نمونه حداکثر نیرویی که این نمونه ی تستی می تواند قبل از جدا شدن مواد چسبانده شده اش تحمل کند را ثبت می کند.
ایمنی – طراحان و مهندسان ممکن است برای تست ظرفیت بار اتصال دهنده های مختلف (پیچ و بست ها)، که ایمنی وسایلی همچون نرده ها را تامین می کنند از نیروسنج استفاده کنند، تا مطمئن شوند که بست ها، گیرش اندازه گیری حرکت رو به بالا کافی به منظور عملکرد ایمن را فراهم می کنند.
جدیدترین و دقیق ترین مدل دستگاه نیروسنج را داشته باشید.
بهترین انتخاب دستگاه نیروسنج کوپا است چون دستگاه نیروسنج کوپا بسیار پیشرفته اما کاربرپسند طراحی و از دقت و قابلیت اعتماد بالایی برخوردار می باشد.
برای مشاهده اطلاعات بیشتر درباره دستگاه نیروسنج کلیک کنید
دانلود مقاله انواع نیروسنج
فروش نیروسنج دیجیتالی
جهت کسب اطلاعات بیشتر، قیمت نیروسنج و مشاوره کارشناسان کوپا پژوهش آماده پاسخگویی به سوالات شما می باشند.
واقعیت ِ “زمان” چیست؟
بیگ بنگ: زمان چیست؟ چرا رو به جلو حرکت می کند؟ آیا واقعی است؟ مفهوم زمان یکی از اسرارآمیزترین مفاهیم در تاریخ فیزیک بوده است و در حال حاضر نیز از مسائل دشوار فیزیک معاصر به‌شمار می‌رود، در این مقاله این موضوع چالش برانگیز بررسی شده است.
هيچكس بهتر از فرانس كرايوس حساب زمان در دستانش نيست. در آزمايشگاه او در موسسه ماكس پلانك واقع در كراچينگ آلمان كه مركزي مختص اپتيك كوانتومي است، دقيق‌ترين زمان‌سنجي تاريخ انجام شده است. به اين معنا كه كوچك‌ترين بازه‌هاي زماني را كه تاكنون مشاهده شده، اندازه‌گيري كرده‌اند. كرايوس براي انجام اين كار از پالس‌هاي ليزر فرابنفش استفاده می کند تا حركت‌هاي بسيار سريع و كوتاه الكترون‌هاي درون اتم را ردگيري كند. اين پديده‌ها كه او به دنبال كاوش آنهاست، تنها حدود 100 آتوثانيه طول مي‌كشند.(یک آتوثانیه برابر با 18-^10 ثانیه است)
براي داشتن تصور بهتري از اين بازه زماني در نظر آوريد كه نسبت 100 آتوثانيه به يك ثانيه، مانند نسبت يك ثانيه به 300 ميليون سال است! حتي تصورش هم غيرممكن است، اما چنين بازه زماني‌اي در طبيعت وجود دارد و حتي اندازه‌گيري هم شده است.
كمترين واحد زمان
با اين حال حتي كارهاي كرايوس هم از كوچك‌ترين مقياس زماني بسيار فاصله دارد. يك محدوده زماني به نام «ابعاد پلانك» وجود دارد كه حتي آتوثانيه نيز در برابر آن مانند ميليون‌ها سال است. اين مقياس مرز فيزيك شناخته‌شده را مشخص مي‌كند؛ ناحيه‌اي كه در آن فواصل و بازه‌هاي زماني آنقدر كوتاه هستند كه بسياري از مفاهيم فضا و زمان شروع به فروپاشي كنند.
زمان پلانك يعني كوچك‌ترين واحد زماني كه معناي فيزيكي دارد، 10 به توان 43- ثانيه است. اين مقدار كوچك‌تر از يك تريليونيم تريليونيم آتوثانيه است. ماوراي آن چيست، آيا زماني كوچك‌تر از آن هم وجود دارد؟ اين زمان ناشناخته است، حداقل براي امروز. تلاش براي درك زمان‌هايي پايين‌تر از ابعاد پلانك، منجر به جهش‌هاي عجيبي در فيزيك شده است. به طور خلاصه مساله اين است كه آيا امكان دارد آن زمان (زماني كوچك‌تر از زمان پلانك) در بنيادي‌ترين سطح واقعيت فيزيكي وجود نداشته باشد.
اگر چنين است، پس زمان چيست و چرا اينقدر واضح و قدرتمندانه داراي حضوري مطلق در تجربه شخصي ماست؟ سيمون ساندرز، فيلسوف فيزيك از دانشگاه آكسفورد در پاسخ به اين نوع مسائل مي‌گويد: «معناي زمان به طرز وحشتناكي براي فيزيك معاصر مساله‌ساز شده است. وضعيت آنقدر مشكل است كه بهترين كاري كه شخص مي‌تواند انجام دهد، اعلام ندانم گرایی است. يعني نداشتن هيچ موضع و ترجيحي نسبت به اين مساله.»
مشكل زمان از يك قرن قبل آغاز شد، وقتي نظريه‌هاي نسبيت خاص و نسبيت عام اينشتين، تصور معمول از زمان را به عنوان يك ثابت جهاني در هم ريخت. يكي از پيامدهايش آن بود كه گذشته، حال و آينده مطلق نيستند. نظريه‌هاي آلبرت اينشتين همچنين چالشي جدي در فيزيك به وجود آورد، زيرا قوانين نسبيت عام (كه گرانش و ساختار بزرگ مقياس جهان را توصيف مي‌كند) با قوانين فيزيك كوانتومي (كه بر جهان کوچک مقیاس حكومت مي‌كند) ناسازگار به نظر مي‌رسد.
حدود چند دهه قبل دو فيزيكدان مشهور يعني جان ويلر كه در آن زمان در دانشگاه پرينستون بود و برايس دويت از دانشگاه كاروليناي‌شمالي، معادله‌اي عجيب و خارق‌العاده ارائه دادند كه چارچوبي ممكن براي سازگاري بخشيدن به نسبيت و مكانيك كوانتومي فراهم مي‌كرد. اما معادله ويلر-دويت همواره مناقشه برانگيز بوده است، زيرا به سهم خودش پيچيدگي عجيب‌تري از فهم ما نسبت به زمان به نظريه نسبيت اضافه كرده است، زیرا در این معادله، زمان حذف شده است.
كارلو روولي، فيزيكداني از دانشگاه مارسي در فرانسه مي‌گويد: «زمان ناگهان از معادله ويلر-دويت ناپديد مي‌شود و اين موضوعي است كه براي بسياري از نظريه‌پردازان معما شده است. شايد بهترين راه براي فكر كردن درباره واقعيت كوانتومي كنار گذاشتن زمان باشد. به اين ترتيب توصيف بنيادي از جهان بايد بي‌زمان باشد.» تا به حال هيچكس در استفاده از معادله ويلر-دويت براي يكي كردن نظريه كوانتوم و نسبيت عام موفق نشده است. با اين حال اقليت قابل توجهي از فيزيكدان‌ها شامل روولي معتقدند هر نظريه موفقي از تلفيق دو شاهكار فيزيك قرن بيستم نهايتا جهاني را توصيف خواهد كرد كه در آن زمان به‌طور اجتناب‌ناپذيري وجود ندارد.
جهت پيكان زمان
اين مساله كه زمان ممكن است وجود نداشته باشد در ميان فيزيكدانان به نام «مساله زمان» شناخته مي‌شود. اين مساله ممكن است بزرگ‌ترين مساله باشد اما هنوز از پيچيده‌ترين سوال در مورد زمان فاصله دارد. «مساله زمان» در رقابت با اين واقعيت عجيب در رتبه دوم قرار مي‌گيرد كه قوانين فيزيك توضيح نمي‌دهند چرا زمان همواره رو به جلو مي‌رود. تمام قوانين فيزيك – چه قوانين نيوتن و اينشتين يا حتي قوانين كوانتوم – با معكوس شدن جهت زمان به همين صورت اندازه گیری حرکت رو به بالا كنوني باقي خواهند ماند تا جايي كه ما مي‌توانيم بگوييم، با اينكه زمان يك فرآيند يك سويه است و هرگز معكوس نمي‌شود، هيچ قانوني آن را محدود نمي‌كند. يعني هيچ يك از قوانين فيزيك يك سويه بودن جهت زمان را تضمين نمي‌كنند.
ست لويد، يك متخصص مكانيك كوانتومي از دانشگاه MIT در پاسخ به اين سوال كه زمان چيست، مي‌گويد: «اين بسيار اسرارآميز است كه چرا ما يك چنين پيكان زمان واضحي داريم. توضيح معمول براي اين مساله آن است كه براي مشخص كردن آنچه در يك سيستم اتفاق مي‌افتد، شما نبايد تنها قوانين فيزيكي حاكم بر آن سيستم را معين كنيد، بلكه بايد بعضي از شرايط اوليه و پاياني آن را نيز مشخص كنيد.»
لويد مي‌گويد مبنای تمام شرايط اوليه، بیگ بنگ است. فيزيكدانان باور دارند كه جهان به صورت يك توپ ساده و بسيار فشرده از انرژي آغاز شده است. به رغم اينكه قوانين فيزيك خود نمي‌توانند پيكان زمان را به وجود آورند، انبساط کیهان كه هنوز هم ادامه دارد اين كار را انجام مي‌دهد. همانطور كه جهان منبسط مي‌شود، پيچيده‌تر و بي‌نظم‌تر مي‌شود.
افزايش بي‌نظمي (كه فيزيكدان‌ها آن را افزايش آنتروپي مي‌نامند) ناشي از انبساط کیهان، ممكن است منشأ آن چيزي باشد كه ما به عنوان رژه رو به جلو و بي‌وقفه زمان تصور مي‌كنيم. از اين ديدگاه، زمان چيزي نيست كه جدا از جهان وجود داشته باشد. خارج از كيهان هيچ تيك تاك ساعتي وجود ندارد. اكثر ما تمايل داريم به زمان آن‌گونه كه نيوتن فكر مي‌كرد، فكر كنيم: «زمان مطلق، درست و رياضي به دليل ماهيتش به طور يكنواخت و مستقل از هر چيز خارجي، جريان دارد.»
اما همانطور كه اينشتين اثبات كرد، زمان قسمتي از بافت جهان است. برعكس آنچه كه نيوتن باور داشت، ساعت‌هاي معمولي ما چيزي مستقل از جهان را اندازه نمي‌گيرند. طبق گفته لويد، در واقع ساعت‌ها اصلا زمان را اندازه‌گيري نمي‌كنند. او مي‌گويد: «اخيرا به موسسه ملي استاندارد و تكنولوژي در بولدر رفتم؛ يك آزمايشگاه دولتي كه محل نگهداري ساعت اتمي استاندارد است. من به آنها گفتم ساعت‌هاي شما زمان را بسيار دقيق اندازه مي‌گيرند. آنها در جواب گفتند، ساعت‌هاي ما زمان را اندازه‌گيري نمي‌كنند! من فكر كردم اين حرف از سر تواضع است. اما آنها گفتند: نه، تعريف زمان آن چيزي است كه ساعت‌هاي ما اندازه‌گيري مي‌كنند. اين حرف كاملا درست است. آنها زمان استاندارد جهاني را تعريف مي‌كنند. زمان با تعداد تيك‌هاي ساعت‌هاي آنها تعريف مي‌شود.»
زمان يعني تيك تاك ساعت؟
روولي، مدافع جهان بدون زمان مي‌گويد: زمان‌سنج‌هاي موسسه استاندارد، اين كار را درست انجام مي‌‌دهند. به علاوه نقطه نظر آنها با معادله ويلر-دويت سازگار است. «ما هيچ گاه، زمان را نمي‌بينيم، ما تنها ساعت‌ها را مشاهده مي‌كنيم. اگر شما بگوييد اين جسم حركت مي‌كند، واقعا منظورتان آن است كه جسم اينجاست وقتي عقربه ساعت شما اينجاست و به همين ترتيب مراحل حركت جسم را مي‌توانيد توصيف كنيد.
ما مي‌گوييم زمان را با ساعت اندازه مي‌گيريم، اما تنها عقربه‌هاي ساعت را مي‌بينيم نه خود زمان را و عقربه‌هاي ساعت درست مانند موارد مشابه ديگر تنها متغيرهاي فيزيكي هستند. بنابراين به يك معنا ما تقلب مي‌كنيم، زيرا آنچه واقعا مشاهده مي‌كنيم متغيرهايي فيزيكي هستند به عنوان توابعي از متغيرهاي فيزيكي ديگر، اما ما آن را طوري نمايش مي‌دهيم كه انگار همه چيز در زمان تغيير مي‌كند.»
تصویری از کارلو روولی – فیزیکدان ایتالیایی
روولی افزود: « آنچه درباره معادله ويلر-دويت پيش مي‌آيد آن است كه ما مجبور به توقف اين بازي مي‌شويم. در عوض معرفي اين متغير ساختگي (يعني زمان كه خودش مشاهده پذير نيست)، بايد تنها توصيف كنيم كه متغيرها چگونه به متغيرهاي ديگر مرتبط هستند. سوال اين است كه آيا زمان يك ويژگي بنيادي واقعيت است يا تنها يك نمايش ماكروسكوپي از چيزهاست؟ من آن را تنها يك اثر ماكروسكوپي مي‌دانم؛ چيزي كه تنها براي اشياي بزرگ ظهور مي‌يابد.»
به طور خلاصه مساله اين است كه ممكن است زمان در بنيادي‌ترين سطح واقعيت فيزيكي وجود نداشته باشد. منظور روولي از «اشياي بزرگ» هر چيزي است كه بزرگ‌تر از ابعاد اسرارآميز پلانك باشد. تا به حال هيچ نظريه فيزيكي‌اي به‌طور كامل جهان را در ابعادي كوچك‌تر از ابعاد پلانك، توصيف نكرده است. يك امكان آن است كه اگر فيزيكدان‌ها بتوانند نظريه كوانتوم و نسبيت عام را وحدت بخشند، فضا و زمان توسط نسخه تغيير يافته‌اي از مكانيك كوانتومي توصيف خواهد شد.
در چنين نظريه‌اي، فضا-زمان ديگر يكنواخت و پيوسته نخواهند بود بلكه شامل بخش‌هايي گسسته(كوانتا) هستند. درست مانند نور كه از بسته‌هاي منفرد انرژي با نام فوتون تشكيل شده است. اينها آجرهاي سازنده فضا و زمان هستند و تصور اينكه فضا و زمان از چيز ديگري ساخته شده باشد آسان نيست. مولفه‌هاي فضا و زمان جز در فضا و زمان در كجا مي‌توانند وجود داشته باشند؟
كوانتاي فضا و زمان
همانطور كه روولي توضيح مي‌دهد، در مكانيك كوانتومي تمام ذرات ماده و همچنين انرژي را مي‌توان به صورت موج توصيف كرد. موج نيز يك ويژگي غيرعادي دارد: تعداد نامحدودي از آن مي‌تواند در يك مكان وجود داشته باشد. اگر روزي نشان داده شود كه زمان و مكان از كوانتا تشكيل يافته‌اند، تمام آنها مي‌توانند در يك نقطه بدون بعد روي هم تلنبار شوند.
روولي مي‌گويد: «به معنايي فضا و زمان در اين تصوير ذوب مي‌شوند. ديگر فضا وجود ندارد، تنها كوانتاهايي وجود دارند روي كوانتاهاي ديگر بدون اينكه در فضا غرق شوند.» روولي به همراه يكي از مهمترين رياضيدانان دنيا يعني آلن كونس از كالج فرانسه در پاريس روي اين موضوع كار كرده است. آنها همراه هم چارچوبي را ارائه داده‌اند كه نشان مي‌دهد، چگونه آنچه ما به عنوان زمان تجربه مي‌كنيم ممكن است از يك واقعيت بي‌زمان و بنيادي‌تر ظهور يافته باشد.
همان‌گونه كه روولي توصيف مي‌كند: «زمان احتمالا يك مفهوم تقريبي است كه در ابعاد بزرگ ظاهر مي‌شود. كمي شبيه مفهوم سطح آب كه از لحاظ ماكروسكوپي معنا دارد اما در ابعاد اتمي معناي خود را از دست مي‌دهد.» روولي با فهميدن اينكه توضيحاتش ممكن است راز زمان را عميق‌تر كند، مي‌گويد بيشتر دانش فعلي ما روزي گيج‌كننده به نظر مي‌رسيد. «من فهميده‌ام كه اين تصوير مشهودي نيست. اما اين موضوع فيزيك بنيادي است: يافتن روش‌هاي جديد فكر كردن درباره جهان و ديدن اينكه آيا اين روش‌ها كار مي‌كنند يا نه. من فكر مي‌كنم وقتي گاليله گفت زمين مي‌چرخد، به همين شكل غيرقابل فهم بود. فضا براي كوپرنيك شبيه فضا براي نيوتن نبود و فضا براي نيوتن مانند فضا براي اينشتين نبود. ما هميشه كمي بيشتر مي‌آموزيم.»
روولي احساس مي‌كند كه يك انقلاب ديگر در مفهوم زمان به همين زودي اتفاق مي‌افتد. «وقتي مقاله 1905 اينشتين منتشر شد، تفكر مردم درباره فضا-زمان را تغيير داد. ما دوباره در آستانه واقعه‌اي شبيه آن هستيم.» وقتي گرد و خاك‌ها فرو نشينند، زمان هرچه كه باشد مي‌تواند حتي عجيب‌تر و وهم‌انگيزتر از چيزي باشد كه پیشینیان ما مي‌توانست تصور كند.
دیدگاه شما