تولد علم مکانیک سیالات

تولد علم مکانیک سیالات

در هشتم آگوست 1588 آبهای کانال انگلیس با هجوم صدها کشتی جنگی متلاطم شد. ناوگان بزرگ اسپانیا خود را به کانال رسانده بود تا تهاجم بزرگی را به انگلستان تحت حکومت ملکه الیزابت انجام دهد و در این نقطه ب ناوگان انگلستان تحت فرماندهی سر فرانسیس دریک مواجه شده بود. کشتی های اسپانیایی بزرگ و سنگین بودند؛ آنها پر از سرباز و مجهز به توپهای قدرتمندی با گلوله های 50 پاوندی بودند که می توانستند هر نوع کشتی آن دوره را نابود کنند. در طرف مقابل، کشتی های انگلیسی کوچک و سبکتر بوده و توپهای کوچکتر  کوتاه بردتری داشتند. توازن قوا در اروپا به نتایج این مواجهه دریایی بستگی داشت. شاه فیلیپ دوم اسپانیای کاتولیک در نظر داشت جلوی نفوذ رو به رشد انگلستان پروتستان بر روابط سیاسی و مذهبی اروپا را بگیرد. ملکه الیزابت یکم نیز می خواست از موجودیت انگلستان به عنوان یک دولت مستقل دفاع کند. در حقیقت، در آن روز حیاتی سال 1588 وقتی انگلیسی ها شش کشتی آتشین را به سوی آرایش اسپانیایی ها هدایت کرده و سپس بر اسپانیایی های دستپاچه شده از روبرو تاختند، تاریخ آینده اروپا بطور قطع تعیین شد. در پایان نبرد، کشتی های سنگین تر و کندتر اسپانیایی ها نتوانستند از عهده کشتی های سبک و مانورپذیر انگلیسی برآیند و تا عصر آن روز ناوگان اسپانیا مضمحل شده و دگر تهدیدی برای انگلستان بشمار نمی رفت. این نبرد دریایی از اهمیت زیادی برخوردار است زیرا برای اولین بار در تاریخ بین کشتی های بادبانی در دو طرف مخاصمه برگزار می شد (برخلاف کشتی ها یپیشین که علاوه بر بادبان از پاروزنان نیز سود می بردند). این نبرد به دنیا آموخت که قدرت سیاسی از این پس مترادف با قدرت دریایی است. قدرت دریایی نیز به نوبه خود بستگی زیادی به سرعت و مانورپذیری کشتی های اسپانیایی داشت. برای افزایش سرعت کشتی ها، لازم بود که مقاومت ایجاد شده توسط جریان آب در پیرامون بدنه کشتی کاهش یابد. ناگهان نیروی پسای وارده بر بدنه کشتی ها به یک مساله مهندسی مهم تبدیل شده و انگیزه بزرگی برای مطالعه بر روی مکانیک سیالات فراهم کرد.

 

این انگیزه بزرگ تقریبا یک قرن بعد ثمر داد، هنگامی که در 1687 آیزاک نیوتن کتاب معروف خود پرنسیپیا را تالیف کرد که در آن کل جلد دوم به مکانیک سیالات اختصاص داده شده است. نیوتن در مطالعه سیالات با این مشکل مواجه شده بود که جریان سیال تفاوت بنیادی با دینامیک اجسام صلب دارد. یک جسم صلب معمولا از نظر هندسی بخوبی تعریف شده و توصیف آن نسبتا ساده است. در حالی که یک سیال ماده ای لزج است که مدل سازی حرکت آن بویژه در زمان نیوتن دشوار می نمود. با این حال کار اولیه نیوتن پیشرفت بزرگی در مکانیک سیالات محسوب می شد، علمی که امروزه زیربنای صنعت نوین و نیز آیرودینامیک محسوب می شود.

برگرفته از کتاب:

Fundamentals of Aerodynamics

Fifth Edition

John D. Anderson, Jr.

McGraw-Hill Series in Aeronautical and Aerospace Engineering

آیا می‌توان از نانو رشته‌های الماس نردبانی به ارتفاع صدها کیلومتر ساخت؟

آیا می‌توان از نانو رشته‌های الماس نردبانی به ارتفاع صدها کیلومتر ساخت؟

نانورشته‌های الماس جدیدترین فیبر ساخت انسان است که از اتمهای کربن در یک آرایش زیگزاگی ساخته می‌شود. این فیبر مصنوعی مستحکم‌ترین و سفت‌ترین ماده‌ای است که تاکنون در آزمایشگاه ساخته شده است.

این ماده که در سال 2014 ساخته شده از نظر استحکام نانوتیوبهای کربنی را که آن نیز یک ماده فوق مستحکم و فوق سبک است، پشت سر می‌گذارد. این ماده بطرز حیرت آوری نازک است بطوری که از مو نیز باریک‌تر می‌باشد.

برای ساختن این ماده، بنزن مایع را تحت فشارهای بسیار عظیم قرار داده و تدریجا فشار را کم می‌کنند. بدین ترتیب زنجیره‌هایی از چهار اتم کربن متصل به هم شکل می‌گیرد که به ساختار تترائدرال موسوم است. این ساختار مستحکم ترین و سفت ترین ماده شناخته شده را می‌سازد.

این ماده هنوز کاربرد تجاری نیافته لیکن ممکن است گزینه اصلی برای ساختن یک بالابر فضایی باشد، یعنی نردبانی که صدها کیلومتر طول داشته و از سطح زمین تا فضا کشیده می‌شود لیکن سازه ساخته شده تنها چند متر پهنا خواهد داشت. ماده‌ای مانند فولاد اگر تا چنین ارتفاعی برافراشته شود زیر بار وزن چند هزار تنی خود فرو خواهد ریخت.

نردبان فضایی

http://www.businessinsider.com/the-coolest-chemicals-ever-created-by-humans-2015-7

گالیوم، یک عنصر شگفت انگیز

گالیوم، یک عنصر شگفت انگیز

این فلز نرم و درخشنده خواصی کاملا غیر عادی دارد. در دمای پایین جامدی سخت و شکننده است،  ولی اگر آن را در دست بگیرید ذوب شده در کف دست شما جریان می‌یابد! سپس اگر آن را روی میز قرار دهید دوباره به جامدی نرم تبدیل می‌شود. علت این است که نقطه ذوب گالیوم حدود 29.76 درجه سانتی‌گراد یعنی کمتر از دمای عادی بدن انسان است. با این وجود نقطه جوش گالیوم کاملا بالا و حدود 2204 درجه سانتی گراد است که بدین ترتیب این عنصر یکی از بزرگترین اختلافهای میان نقطه ذوب و جوش را در میان مواد طبیعی به نمایش می‌گذارد.

گالیوم در طبیعت هرگز به صورت خالص یافت نشده و مقدار آن در کانی‌های مختلف نیز بسیار اندک است. گاهی اوقات در سنگ معدن روی و بوکسیت رگه‌هایی از این عنصر دیده می‌شود. این عنصر حدود 0.0019 درصد پوسته زمین را می‌سازد. بیشتر گالیوم در صنعت به عنوان محصول جانبی عملیات استخراج آلومینیوم و روی بدست می‌آید. استرالیا، روسیه، فرانسه و آلمان بزرگترین تولیدکنندگان گالیوم جهان هستند.

گالیوم با وزن اتمی 31 در خانواده عناصر بور و آلومینیوم قرار دارد. ترکیب آرسنید گالیوم (GaAs) استفاده فراوانی در ترانزیستورها و مدارات مادون قرمز و مایکروویو دارد. از ترکیب نیترید گالیوم نیز به عنوان یک نیمه رسانا در گوشی‌های موبایل و حسگرهای فشار برای کلیدهای لمسی استفاده می‌شود.

کار با گالیوم مایع بسیار دشوار است زیرا به بدنه ظرف شیشه‌ای، پوست دست و بیشتر مواد دیگر می‌چسبد (غیر از گرافیت، کوارتز و تفلون). همچنین در هنگام انجماد منبسط می‌شود بنابراین نمی‌توان آن را در ظرف شیشه‌ای نگهداری کرد.

https://www.livescience.com/29476-gallium.html

چرا یخ اینقدر لغزنده است؟

چرا یخ اینقدر لغزنده است؟

ممکن است پرسش ساده‌ای بنظر برسد. ولی واقعیت آن است دانشمندان هنوز پاسخ قطعی این پرسش را نمی‌دانند!

 

یخ وقتی بوجود می‌آید که آب از مایع به جامد تغییر حالت می‌یابد. ولی سایر مواد وقتی از مایع به جامد تبدیل می‌شوند این چنین لغزنده نمی‌گردند. لغزندگی یخ یکی از اسرار علوم است.

ممکن است یکی از دلایل این امر تبدیل لایه رویی یخ به مایع در هنگام واردشدن فشار بر ان در نتیجه قدم زدن بر یخ باشد. این پدیده به ذوب در اثر فشار معروف است. ولی فشار وارده در اثر وزن انسان آنقدر کافی نیست که یخ منجمد را به مایع تبدیل کند.

نظریه دیگر این است که اصطکاک میان اسکیت و یخ باعث گرم شدن یخ و دوب شدن لایه نازک رویی آن می‌شود. اما وقتی روی یخ ساکن هستیم نیز احساس لغزندگی داریم.

اخیرا دانشمندان کشف کرده‌اند که لایه رویی یخ کاملا منجمد نیست و حالت نیمه جامد دارد. علاوه براین، این لایه کاملا به زنجیره پیوندهای هگزاگونال (شش ضلعی) یخ بلوری زیر آن متصل نیست. پس احتمالا این لایه نیمه جامد رویی است که حالت لغزنده دارد.

منبع:

http://science.howstuffworks.com/what-makes-ice-slippery-video.htm/printable

;کانال موزه علم و دانش

جالب ترین مطالب علمی، حقایق علمی، فیلم و عکس

مکانی برای همه علاقمندان به دانش

@science_fair

https://t.me/science_fair

بوزون هیگز

بوزون هیگز

ذره بنیادی بوزون هیگز مدتهاست که در کانون توجه دانشمندان و علاقمندان دانش قرار گرفته است. از نظر برخی ممکن است این ذره سازنده تمامی جرم عالم باشد. اگر این ذره واقعا وجود داشته باشد، بخش مهمی از اسرار عالم هستی گشوده خواهد شد.

بوزون هیگز بخشی از مدل استاندارد برای توضیح دنیای پیچیده پیرامون ماست. دنیای ما نه تنها از ذرات تشکیل شده، بلکه حاوی نیروهایی است که بر ذرات عمل می‌کنند. در مدل استاندارد 12 ذره بنیادی در نظر گرفته می‌شود: شش کوآرک و شش لپتون. کوآرکها سازنده پروتونها و نوترونها هستند در حالی که لپتونها عبارت از ذرات مهمی مانند الکترون و نوترینو هستند. دانشمندان بر این باورند که کوآرکها و لپتونها غیرقابل تقسیم بوده و به ذرات کوچکتر قابل تجزیه نیستند. علاوه براین مدل استاندارد چهار نیروی بنیادی برای طبیعت در نظر می‌گیرد:  گرانش، الکترومغناطیس، نیروی قوی (نیروی نگهدارنده ذرات هسته در کنار یکدیگر) و نیروی ضعیف (نیروی مسئول تلاشی بتا). مدل استاندارد موفقیتهای بزرگی در پی داشته است. اما دو مورد از شکستهای بزرگ آن عبارتند از ناتوانی در یافتن ذره بنیادی مسئول گرانش و یافتن بوزون هیگز.

دانشمندان براین باورند که هرکدام از این چهار نیروی بنیادی باید یک ذره حامل یا بوزون داشته باشد که بر ماده اثر می‌نماید. برای مثال ذره فوتون حامل نیروی الکترومغناطیس است. فیزیکدانان چنین تصور می‌کنند که بوزون هیگز عمل مشابهی انجام می‌دهد – لیکن انتقال دهنده خود ماده است.

ممکن است ذره‌ای دارای جرم ذاتی نباشد، لیکن هنگام عبور از میدانی به نام میدان هیگز واجد جرم شود. این میدان تمامی عالم را پر کرده است و ذره حامل آن بوزون هیگز نامیده می‌شود.

در چهارم جولای 2012 دانشمندانی که روی دستگاه عظیم برخورد دهنده بزرگ هادرون (LHC) کار می‌کردند موفق به کشف ذره ای شدند که بسیار شبیه بوزون هیگز عمل می‌کند. البته مقداری عدم قطعیت در این کشف وجود دارد. این کشف طرز عمل علم نوین فیزیک را نشان می‌دهد: پیش بینی وجود یک ذره با استفاده از محاسبات و مشاهدات علمی و سپس جستجوی نظام مند برای یافتن آن.

منبع:

http://science.howstuffworks.com/higgs-boson.htm