وزن چیست؟

جرم یک جسم ثابت و مستقل از مکان آن است، اما وزن به نیروی گرانشی بستگی دارد که بر جسم وارد می‌شود و همین باعث می‌شود که وزن در سیارات مختلف تغییر کند. این تغییرات ناشی از تفاوت در شدت گرانش هر سیاره است، در حالی که جرم همیشه ثابت باقی می‌ماند.

وزن چیست؟ (تعریف، محاسبه، تفاوت با جرم و وزن در سیارات دیگر)

تعریف وزن

وزن (Weight) نیرویی است که در اثر گرانش (جاذبه) یک سیاره یا جرم آسمانی بر جسم وارد میشود. برخلاف جرم (Mass) که مقدار ماده تشکیل دهنده جسم است و همیشه ثابت می ماند، وزن بسته به شدت گرانش تغییر میکند.

• واحد وزن در سیستم متریک: نیوتن (N)

• واحد وزن در سیستم آمریکایی: پوند (lb)

فرمول محاسبه وزن

وزن از رابطه زیر به دست میآید:

زمان در فضا: از واقعیت علمی تا تخیل سینمایی

زمان، یکی از اساسی‌ترین مفاهیم در زندگی انسان و علم است. اما زمانی که از زمین فراتر می‌رویم و به فضا می‌نگریم، درک ما از زمان به کلی دگرگون می‌شود. در فضا، زمان دیگر یک جریان یکنواخت و مطلق نیست، بلکه مفهومی نسبی و وابسته به سرعت و گرانش است. این ایده‌ها که در نظریه‌های علمی مانند نسبیت اینشتین مطرح شده‌اند، نه تنها درک ما از جهان را تغییر داده‌اند، بلکه الهام‌بخش فیلم‌های علمی‌تخیلی مانند "میان‌ستاره‌ای" (Interstellar) اثر کریستوفر نولان شده‌اند. اما آیا این مفاهیم واقعیت دارند یا فقط فرضیه‌های علمی‌تخیلی هستند؟ برای پاسخ به این سؤال، باید به نظریه‌های علمی و شواهد تجربی مرتبط با زمان در فضا نگاهی بیندازیم.

۱. نظریه نسبیت و زمان در فضا:

نظریه نسبیت آلبرت اینشتین (هم نسبیت خاص و هم نسبیت عام) مفاهیم بنیادینی درباره زمان و فضا ارائه می‌دهد که با تجربه‌های روزمره ما بسیار متفاوت است. بر اساس این نظریه:

آلبرت اینشتین

آلبرت اینشتین (Albert Einstein) در ۱۴ مارس ۱۸۷۹ در اولم، آلمان به دنیا آمد. او در خانواده‌ای یهودی و متوسط متولد شد و از کودکی به ریاضیات و فیزیک علاقه‌مند بود. اینشتین در مدرسه چندان دانش‌آموز برجسته‌ای نبود، اما علاقه‌اش به علم و کنجکاوی بی‌پایان او باعث شد تا به یکی از بزرگ‌ترین دانشمندان تاریخ تبدیل شود. او در سال ۱۹۰۵، که به عنوان سال معجزه‌آسا (Annus Mirabilis) شناخته می‌شود، چهار مقاله علمی منتشر کرد که هر کدام انقلابی در فیزیک ایجاد کردند.

دستاوردهای علمی:

اینشتین به دلیل نظریه‌هایش در فیزیک، به ویژه نظریه نسبیت، مشهور است. برخی از مهم‌ترین دستاوردهای او عبارتند از:

۱. نظریه نسبیت خاص (۱۹۰۵):

این نظریه رابطه بین زمان و مکان را توصیف می‌کند و نشان می‌دهد که زمان و مکان مطلق نیستند، بلکه به سرعت ناظر بستگی دارند. از این نظریه، معادله معروف E=mc² به دست آمد که بیان می‌کند انرژی (E) و جرم (m) به هم مرتبط هستند و می‌توانند به یکدیگر تبدیل شوند.

۲. نظریه نسبیت عام (۱۹۱۵):

اگر زمان نبود زندگی چگونه بود؟

زمان یکی از مفاهیم اساسی است که ساختار زندگی و جهان ما را شکل می‌دهد. اگر زمان وجود نداشت، زندگی و جهان به شکلی که ما می‌شناسیم، کاملاً متفاوت می‌بود. در اینجا به برخی از جنبه‌های احتمالی زندگی بدون زمان می‌پردازیم:

۱. عدم وجود تغییر و تحول:

زمان به ما امکان می‌دهد تا تغییرات را درک کنیم و وقایع را از گذشته به حال و آینده مرتب کنیم. اگر زمان نبود، همه چیز در یک حالت ثابت و بدون تغییر باقی می‌ماند. هیچ اتفاقی رخ نمی‌داد، هیچ چیزی رشد نمی‌کرد، و هیچ فرآیندی پیش نمی‌رفت. زندگی به معنای واقعی کلمه "ایستا" می‌شد.

---

۲. عدم وجود گذشته، حال و آینده:

قانون پایستگی انرژی: بنیاد علم و طبیعت

قانون پایستگی انرژی (Law of Conservation of Energy) یکی از اساسی‌ترین قوانین فیزیک است که بیان می‌کند: انرژی نمی‌تواند ایجاد یا نابود شود، بلکه تنها از شکلی به شکل دیگر تبدیل می‌شود. به عبارت دیگر، مقدار کل انرژی در یک سیستم بسته همیشه ثابت باقی می‌ماند. این قانون به ما می‌گوید که انرژی از بین نمی‌رود، بلکه فقط تغییر شکل می‌دهد.

مفهوم قانون پایستگی انرژی:
این قانون به ما کمک می‌کند تا درک کنیم که چگونه انرژی در جهان جریان دارد و چگونه می‌تواند از یک شکل به شکل دیگر تبدیل شود. برای مثال، وقتی یک توپ را به هوا پرتاب می‌کنید، انرژی شیمیایی موجود در عضلات شما به انرژی جنبشی توپ تبدیل می‌شود. سپس، با بالا رفتن توپ، این انرژی جنبشی به انرژی پتانسیل گرانشی تبدیل می‌شود. در نهایت، وقتی توپ به زمین برخورد می‌کند، این انرژی به شکل انرژی صوتی و گرمایی آزاد می‌شود. در تمام این مراحل، مقدار کل انرژی ثابت باقی می‌ماند.

نمونه‌های کاربردی از قانون پایستگی انرژی:

کوانتوم (Quantum)

کوانتوم (Quantum) به دنیای فیزیک کوانتومی و پدیده‌های عجیب و شگفت‌انگیزی اشاره دارد که در مقیاس اتمی و زیراتمی رخ می‌دهد. این حوزه از فیزیک، قوانین کلاسیک فیزیک نیوتنی را به چالش می‌کشد و رفتار ذرات را در سطح کوانتومی توصیف می‌کند. در این مطلب به بررسی مفاهیم پایه‌ای کوانتوم، تاریخچه، اصول اصلی، کاربردها و تأثیرات آن بر فناوری‌های مدرن می‌پردازیم.

تعریف کوانتوم

کوانتوم به کوچک‌ترین مقدار ممکن از یک کمیت فیزیکی (مانند انرژی) اشاره دارد. در فیزیک کوانتومی، انرژی و سایر خواص فیزیکی به صورت گسسته (Quantized) هستند، یعنی تنها مقادیر خاصی از آن‌ها مجازند. این مفهوم در مقابل فیزیک کلاسیک قرار دارد که در آن کمیت‌ها به صورت پیوسته در نظر گرفته می‌شوند.

---

تاریخچه فیزیک کوانتومی

گرانش (Gravity) چیست؟

گرانش (Gravity) یکی از نیروهای بنیادی طبیعت است که بین تمام اجسام دارای جرم عمل می‌کند و باعث جذب آن‌ها به یکدیگر می‌شود. این نیرو نه تنها بر روی زمین، بلکه در سراسر کیهان وجود دارد و نقش اساسی در شکل‌گیری و پویایی جهان ایفا می‌کند. گرانش مسئول پدیده‌هایی مانند سقوط اجسام به زمین، گردش سیارات به دور خورشید و حتی تشکیل کهکشان‌ها است. در این مطلب، به بررسی کامل گرانش، تاریخچه، ویژگی‌ها، تأثیرات و اهمیت آن می‌پردازیم.

۱. تاریخچه درک گرانش

درک انسان از گرانش در طول تاریخ تکامل یافته است:

الف) تفکرات اولیه:

• در گذشته، مردم تصور می‌کردند اجسام سنگین به طور طبیعی به سمت زمین سقوط می‌کنند.

• ارسطو معتقد بود که اجسام بر اساس ماهیت خود به سمت زمین حرکت می‌کنند.

ب) کشفیات گالیله:

چرا نور از شیشه عبور می کند؟

نور از شیشه به دلیل ویژگی‌های فیزیکی خاص این ماده و نحوه تعامل نور با ذرات آن عبور می‌کند. در ادامه، به طور کامل و مفصل توضیح می‌دهیم که چرا نور از شیشه عبور می‌کند.

1. طبیعت نور و ماده

نور یک نوع موج الکترومغناطیسی است که در فضا حرکت می‌کند. هنگامی که نور به یک سطح شیشه‌ای برخورد می‌کند، ممکن است بخشی از آن بازتابیده شود و بخش دیگر از آن عبور کند. توانایی عبور نور از یک ماده به ویژگی‌های ماده بستگی دارد.

2. شفافیت شیشه

شیشه معمولاً یک ماده شفاف است، که به این معناست که نور می‌تواند بدون موانع زیادی از آن عبور کند. این ویژگی به دلیل ساختار شیمیایی و فیزیکی شیشه است. شیشه عمدتاً از سیلیکات‌ها تشکیل شده است که مولکول‌های آن به گونه‌ای هستند که اجازه عبور نور را می‌دهند. در واقع، ساختار شیشه به گونه‌ای است که الکترون‌های آن نمی‌توانند به راحتی با نور تعامل کنند، به همین دلیل نور به راحتی از آن عبور می‌کند.

نظریه نسبیت عام

نظریه نسبیت عام (General Theory of Relativity) یکی از برجسته‌ترین و تأثیرگذارترین دستاوردهای علمی در تاریخ بشر است که توسط آلبرت انیشتین در سال 1915 معرفی شد. این نظریه به طور اساسی نظریه گرانش نیوتن را تغییر داد و دنیای فیزیک را به‌طور کلی متحول کرد. در این مطلب، به تبیین مفاهیم اصلی، کاربردها، پیش‌فرض‌ها و پیامدهای نظریه نسبیت عام خواهیم پرداخت.

1. مفاهیم بنیادین نظریه نسبیت عام

نظریه نسبیت عام، در حقیقت، توضیحی جدید و عمیق‌تر از گرانش و نحوهٔ تعامل اجسام با یکدیگر در فضا-زمان است. در این نظریه، انیشتین مفهومی را به‌نام فضا-زمان معرفی کرد که ترکیبی از سه بعد فضا (طول، عرض و ارتفاع) و یک بعد زمان است. این فضا-زمان یک ساختار چهاربعدی است که در آن جرم و انرژی می‌توانند تأثیر بگذارند و باعث انحراف آن شوند.

چهار نیروی بنیادی طبیعت

چهار نیروی بنیادی طبیعت به عنوان نیروهای اساسی و پایه‌ای در جهان هستی شناخته می‌شوند که تمامی پدیده‌ها و رفتارهای فیزیکی در طبیعت را تحت تأثیر قرار می‌دهند. این نیروها عبارتند از نیروی گرانشی، الکترومغناطیسی، نیروی هسته‌ای قوی و ضعیف. هر یک از این نیروها نقش کلیدی در شکل‌دهی به ساختار و رفتار ماده و انرژی در مقیاس‌های مختلف دارند، از جمله حرکت سیارات و کهکشان‌ها، تعاملات ذرات subatomic، و حتی ویژگی‌های زندگی روزمره ما. شناخت این نیروها و درک چگونگی تأثیر آن‌ها بر دنیای فیزیکی، به ما این امکان را می‌دهد تا بهتر جهان پیرامون خود را درک کرده و پیشرفت‌های علمی جدیدی را در زمینه‌های مختلف فیزیک و مهندسی به دست آوریم.

1. نیروی گرانش (Gravity):

   • این نیرو مسئول جذب اجسام به یکدیگر است و بیشترین تاثیر را بر اجسام بزرگ مانند سیارات، ستارگان و کهکشان‌ها دارد. نیروی گرانش باعث می‌شود که اشیاء به سمت زمین سقوط کنند و سیارات در مدارهای خود حول خورشید حرکت کنند. این نیرو همواره جاذب است و قدرت آن بستگی به جرم اجسام و فاصله میان آنها دارد.

2. نیروی الکترومغناطیسی (Electromagnetic Force):

   • این نیرو مسئول تعاملات میان بارهای الکتریکی و مغناطیسی است. به عبارت دیگر، نیروهایی که بین ذرات باردار (مثلاً الکترون‌ها و پروتون‌ها) وجود دارد، تحت تاثیر این نیرو قرار می‌گیرد. این نیرو می‌تواند هم جاذب و هم دافع باشد و در بسیاری از پدیده‌ها مانند نور، الکتریسیته و مغناطیس نقش دارد.

3. نیروی هسته‌ای ضعیف (Weak Nuclear Force):