Frontpage Slideshow | Copyright © 2006-2011 JoomlaWorks Ltd.
مصطلحات فيزيائية

 newsbanner1

11-02-2014
مثلث برمودا وهم
مثلث برمودا وهم

أثبتت دراسات حديثة أن مثلث برمودا الأميركي المعروف باسم مثلث الموت ومثلث الشيطان هو مجرد أسطورة خيالية لا أساس علمياً له . ونقلت صحيفة ديلي ميل البريطانية عن الإدارة...

Read more
11-02-2014
تحسين جديد لاستخدام الأشعة السينية في الطب
  تحسين جديد لاستخدام الأشعة السينية في الطب

تمكن باحثون في أيرلندا الشمالية من تطوير تطبيق جديد للهواتف الذكية يمكنه أن يحدد الخطأ الذي يقع فيه الطبيب عند تفسيره للأشعة السينية. وتشكل فريق من مستشاري الطب في بلفاست ومتخصصين...

Read more
11-02-2014
كاميرا صغيرة للتصوير داخل جسم الانسان
كاميرا صغيرة للتصوير داخل جسم الانسان

حصلت شركة (Given Imaging) على ترخيص في 80 دولة لجهازها المبتكر (PillCam) . ويتكوّن الجهاز من كاميرا بحجم حبة الدواء يتم بلعها لتقوم بتصوير كامل للجهاز الهضمي من الداخل.

Read more
09-02-2014
تصميم مسرع نووي جديد
تصميم مسرع نووي جديد

يبدأ علماء الفيزياء بالمركز الأوروبي للبحوث النووية ("سرن") الواقع على الحدود السويسرية الفرنسية في منتصف فبرايرالجاري بشكل رسمي تصميم مشروع مسرع نووي دائري جديد.

Read more
08-02-2014
كمبيوتر داخل جسم الانسان باستخدام الجرافين
كمبيوتر داخل جسم الانسان باستخدام الجرافين

يسعى المهندسون وعلماء الفيزياء إلى تقليص حجم مكونات الأجهزة الإلكترونية. وقد يتم استبدال السيليكون في الأجهزة الإلكترونية قريبا بترانزستورات الغرافين، فيما ستسمح المعالجات المكونة من الأنابيب النانوية بزرع الحاسب الآلي...

Read more

main

Ads

كيف تعمل النظرية النسبية الخاصة لاينشتين

الحلقة الثامنة: مبدأ تكافؤ الكتلة والطاقة

 

مبدأ تكافؤ الكتلة والطاقةThe Unification of Energy and Mass

Imageمن أشهر معادلات الفيزياء معادلة تكافؤ الكتلة والطاقة والتي تنص على ان الطاقة تساوي الكتلة في مربع السرعة أي E=mc^2. ماذا تخبرنا هذه المعادلة بالضبط؟ رياضيا، نقول بما أن سرعة الضوء مقدار ثابت فان الزيادة أو النقصان لكتلة نظام ساكن يتناسب طرديا بالزيادة أو النقصان لطاقة النظام. إذا ما كانت هذه العلاقة تخضع لقانون حفظ الطاقة وقانون حفظ الكتلة، فان ذلك سوف يؤدي إلى تكافؤ الكتلة والطاقة. ونتيجة لهذا التكافؤ نحصل على قانون لتحويل الكتلة إلى طاقة أو تحويل الطاقة إلى كتلة. ونستنتج أيضا أن الكتلة والطاقة هما مقدارين لنفس الشيء.

 


Ads



 

تكافؤ الكتلة والطاقة

إن لقانون تكافؤ الكتلة والطاقة له الأثر الكبير في عصرنا الحالي فهو الذي أدى إلى أن مقدار ضئيل جداً من المادة يمكن أن يعطي كمية هائلة من الطاقة حيث أن الكتلة وذلك كما يحدث في القنبلة النووية والتي تحدثنا عنها في مقال سابق بعنوان كيف تعمل القنبلة النووية وكذلك كيف ان مقدارا صغيرا من كتلة مادة اليورانيوم تستخدم في توليد الطاقة الكهربية من خلال المفاعل النووي والذي تحدثنا عنه أيضا في مقال بعنوان كيف تعمل المفاعلات النووية.  ويعود السبب في ذلك إلى انه عندما نضرب كتلة المادة في مربع السرعة ستنتج عنه مقداراً كبيراً جداً من الطاقة (لاحظ ان c^2 هو مقدار كبير جدا). فمهما كانت الكتلة صغيرة سوف ينتج عنها مقدار طاقة هائلة. وكان أول إثبات عملي لقانون تكافؤ الكتلة والطاقة هو تفجير أول قنبلة ذرية في عام 1945.

توصل العالم اينشتين إلى هذا القانون عن طريق تفكيره في إن كتلة الجسم تزداد بزيادة سرعته. وقد توصل إلى هذا الاستنتاج في محاولة لإيجاد تفسير لماذا لا يمكن ان تصل سرعة الأجسام إلى سرعة الضوء وتتجاوزها إذا زودت بالطاقة الكافية لتصل لسرعات عالية جدا وإذا ما قمنا بزيادة تعجيل هذه الجسيمات فإنها سوف تفوق سرعة الضوء وبهذا فان النظرية النسبية تفشل تماما لأنها مبينة على ان سرعة الضوء هي السرعة القصوى ولا تتغير بتغير محاور الإسناد كما ذكرنا من قبل ولذلك. إلا ان النظرية النسبية أيضا صمدت أمام هذا التحدي وان الجسم كلما ازدادت سرعته ازدادت أيضا كتلته وبهذا فان أي طاقة سيكتسبها الجسم المعجل سوف تتحول إلى زيادة في كتلة الجسم، ولذلك فانه من المستحيل ان تصل سرعة الجسم لسرعة الضوء لان كتلته في هذه الحالة سوف تصبح لانهائية ويصعب تعجيلها إذا تخيلنا هذا الأمر. 

 

 

تسجيل صوتي لاينشتين يتحدث فيها عن معادلة الكتلة والطاقة

http://www.btinternet.com/~j.doyle/SR/Emc2/Einstein_Equation.wav

(1191Kbytes, .wav file)

From the soundtrack of the film, Atomic Physics

 

لقد جرت عدة محاولات لهزيمة النظرية النسبية في بداية الأمر وذلك من خلال بناء معجل خطي طوله 1كيلومتر ليعجل الالكترونات إلى سرعة تصل 0.999c من سرعة الضوء وبالفعل تم عمل ذلك ثم أضيفت للمعجل الخطي مرحلة تعجيل إضافية من خلال زيادة طول المعجل السابق كيلو متر أخر حتى تعطي الالكترونات التي بلغت تلك السرعة الكبيرة مزيدا من الطاقة لتصل في نهاية المعجل بسرعة مضافة تفوق سرعة الضوء.  وبعد إجراء التجربة تبين ان المرحلة الثانية للتعجيل لم تتمكن من تحقيق ما توقعوا ان يتحقق فكانت سرعة الالكترونات المعجلة 0.999c أي زيادة طفيفة في السرعة، فأين ذهبت طاقة المرحلة الثانية من التعجيل؟  وبحسابات معتمدة على النظرية النسبية تبين بالفعل ان الزيادة في الطاقة للالكترونات السريعة زادت كتلة تلك الالكترونات وكلما زودت الالكترونات بطاقة إضافية تحولت الطاقة إلى كتلة.

 

بالطبع اينشتين عندما وضع نظريته النسبية وضع كل تفاصيلها وحلل كل نتائجها فبالعودة إلى الفقرة السابقة حيي ثان انتشين استنتج ان الكتلة لابد ان تزداد بزيادة الطاقة ولذلك لا يمكن لأي جسيم مادي ان يصل بسرعته إلى سرعة الضوء فانه أيضا استنتج بناءا على ذلك ان الطاقة تتحول إلى كتلة وان الكتلة تتحول إلى طاقة وان الكتلة هي صورة من صور الطاقة وتربطهما المعادلة الشهيرة E=mc^2 وبالطبع لهذه المعادلة اشتقاق رياضي ولكن لن نتطرق له في هذه الحلقات.

e_mc2_www.hazemsakeek.com.jpg

في حالة التفاعلات النووية الاندماجية حيث يتم فصل ذرة إلى ذرتين أو أكثر، وفي نفس الوقت يتحرر نيوترون عن هذا الانفصال. فإذا ما قمنا بدمج كتلة الذرتين الناتجتين مع كتلة النيوترون فإننا سوف نجد أن مجموع الكتل اقل بقليل من كتلة الذرة الأصلية.  فأين اختفت هذه الطاقة؟ قد تكون تحررت في صورة طاقة حرارية أو في صورة طاقة حركية.  هذه الطاقة بالضبط هي نفسها المحسوبة من المعادلة E=mc^2 والتي استنتجها العالم اينشتين حيث انه مقدار هذه الطاقة المتحررة يساوي بالضبط مقدار الفارق بين كتلة الذرة الأصلية وكتلة النواتج مضروبا في مربع سرعة الضوء وكانت القنبلة النووية هي احد تطبيقات هذه المعادلة والتي كان لها عواقبها التي نعرفها.

 

atomicbomb_www.hazemsakeek.com.jpg

 

ومعادلة تكافؤ الكتلة والطاقة متحققة في نوع أخر من التفاعلات النووية وهو التفاعلات الاندماجية والتي في حالة اندماج الذرات الخفيفة في وجود درجات حرارة عالية جدا.  فتعمل الحرارة العالية على اندماج الذرات مع بعضها البعض لتشكل ذرة اثقل مثل اندماج ذرات الهيدروجين لتكوين ذرات الهليوم.  وبمقارنة كتلة الذرة الناتجة مع كتلة الذرات التي اندمجت نجد ان كتلة الذرة الجديدة اقل بمقدار بسيط. وهذا المقدار البسيط من الكتلة المفقودة يظهر في صورة طاقة حرارية وحركية. 

 

في حياتنا العادية قد لا نلاحظ زيادة في كتلة الجسم الذي نكسبه طاقة فمثلا لو قمنا بدلك ساق من الحديد بمغناطيس لتحويله إلى مغناطيس فإننا نكسبه طاقة ونتوقع بناء على ذلك ان كتلة ساق الحديد ازدادت كما انه يمكن ان نتخيل انه بتسجيل البيانات على القرص الصلب فانه من المفترض ان تزداد كتلة القرص الصلب لان تسجيل البيانات ما هو إلا أحداث تغيرات في القطبية المغناطيسية لذرات الهارد ديسك وكذلك نتوقع ان تقل كتلة مصباح كهربي عندما يضيء لان الطاقة الكيميائية تتحول إلى طاقة كهربية وبدورها تتحول إلى ضوء.  ولكن لا يمكن ان نلحظ هذا التغير في الكتلة لأنه طفيف جدا جدا وذلك لان مقدار النقصان في الكتلة أو الزيادة في الكتلة يعتمد على مقدار الطاقة المستخدمة والتي هي صغيرة جدا إذا ما قورنت بمربع سرعة الضوء حيث ان m=E/c^2 والناتج سيكون مقدار صغير جدا.  ولكن الأمر مختلف تماما في حالة التعامل مع الأجسام الفلكية فعلى سبيل المثال نجد أن الضوء الناتج عن الشمس يعادل كتلة مقدارها 4 مليون طن في الثانية الواحدة!!

 

وفي ختام هذه الحلقة يجب ان نوضح نقطة مهمة جدا قد تكون فكرت فيها عزيزي القارئ وهي انه لو قمنا بتطبيق قانون اينشتين لتكافؤ الكتلة والطاقة على 1 كيلو جرام من الفحم وقمنا بحرقه للتدفئة في فصل الشتاء فإن الطاقة الناتجة يجب ان تعادل 90000000000000000 جول وهي طاقة هائلة جدا وبالرغم من ذلك لا نكاد نشعر بالدفء ..

 

solving_eq1www.hazemsakeek.com.gif

 

ولكن هنا يجب توضيح ان احتراق الفحم ما هي إلا عملية كيميائية تغير من ترتيب جزيئات الفحم ولا تغير من كتلته والذي يحدث في عملية الاحتراق هو اتحاد غاز الأكسجين بالفحم وينتج عن هذا الاتحاد انطلاق طاقة على شكل حرارة انظر موضوع كيف تنشأ النار.

 

وبالتالي لا مجال لهذه التجربة البسيطة أية علاقة بقانون تكافؤ الطاقة والكتلة.. حيث أن العمليات التي يطبق عليها القانون تسمى التفاعلات النووية.. وقد أثبتت التجارب النووية إن التفاعلات النووية تعطي طاقة تعادل آلاف الملاين من الطاقة التي قد تعطينا أيها عملية الاحتراق.وسوف نتعرض لهذا الموضوع من خلال المقالات العلمية التي تنشر ضمن أقسام موقع الفيزياء التعليمي.

 

في الحلقة القادمة سوف نتحدث عن ظاهر دبلر في النظرية النسبية

 

 

إلى اللقاء

د. حازم فلاح سكيك

 

Ads

Share

مرحبا بكم في موقع الفيزياء التعليمي

hazem-sakeekتأسس موقع الفيزياء التعليمي في العام 2001 الذي يهدف إلى توفير مادة علمية مبسطة باللغة العربية. يمتاز الموقع بالشرح السلس والواضح والبعيد عن التعقيد، والجزء الأساسي من الموقع مخصص لشرح مقررات الفيزياء الجامعية والتي خصص لها موقع أكاديمية الفيزياء للتعليم الإلكتروني. كما تميز موقع الفيزياء التعليمي بشرح لسلسلة واسعة من مواضيع كيف تعمل الأشياء والتي تغطي مختلف التطبيقات، هذا بالإضافة إلى النشرة العلمية المتجددة والمقالات والكتب والكثير الكثير. اتمنى ان تجدوا الفائدة وتسعدوا بزيارتكم للموقع.

مواقع تابعة

vbbanner
trgmacom

جديد أكاديمية الفيزياء

medphys1

القائمة الرئيسية

مواقع تابعةمواقع تابعة

مكتبة الموقعمكتبة الموقع

تعليم ومحاضراتتعليم ومحاضرات

مواضيع ومقالاتمواضيع ومقالات

الرئيسيةالرئيسية

أراء واستفتاءات

ما هو المتصفح المفضل لديك؟

اكسبلورر - 10.2%
فيرفوكس - 33.9%
كروم - 40.7%
اوبرا - 10.2%
سفاري - 5.1%

Total votes: 59
The voting for this poll has ended on: 31 تشرين1 2011 - 00:00

about-physics1

محاضرات قناة الفيزياء التعليمية

atomic 63

laser

 rad

 electro

modern

medicalPhysics1

كتب ومؤلفات دكتور حازم سكيك