پدیده های فیزیکی: رویدادهای قابل مشاهده در طبیعت

پدیده‌های فیزیکی: نمایش شگفتی‌های طبیعت

فیزیک چیست و چه ارتباطی با پدیده‌های اطراف ما دارد؟

فیزیک¹ علمی است که به مطالعه‌ی ماده² و انرژی³ و برهمکنش‌های بین آن‌ها می‌پردازد. تقریباً هر چیزی که در اطراف خود می‌بینیم، از افتادن یک سیب از درخت تا درخشش رعد و برق در آسمان، یک پدیده‌ی فیزیکی است. این پدیده‌ها قوانین ثابتی دارند که دانشمندان آن‌ها را کشف و فرموله کرده‌اند. برای مثال، وقتی توپی را به هوا پرتاب می‌کنید، همیشه به زمین برمی‌گردد. این یک پدیده‌ی فیزیکی است که با قانون گرانش⁴ توضیح داده می‌شود.

دسته‌بندی پدیده‌های فیزیکی اصلی

پدیده‌های فیزیکی را می‌توان به چند شاخه‌ی اصلی تقسیم کرد. درک این دسته‌بندی به ما کمک می‌کند جهان را منظم‌تر ببینیم.

کاوش در پدیده‌های مکانیکی: از سقوط سیب تا حرکت سیارات

مکانیک، قدیمی‌ترین شاخه‌ی فیزیک است. وقتی یک دوچرخه‌سوار پدال می‌زند، نیرویی به دوچرخه وارد می‌کند و آن را به حرکت درمی‌آورد. این را قانون دوم نیوتن⁹ توضیح می‌دهد. رابطه‌ی ریاضی این قانون به صورت زیر است:

مثال دیگر، گرانش¹¹ است. این نیرو باعث می‌شود سیب از درخت بیفتد و همچنین زمین را در مدار خود به دور خورشید نگه می‌دارد. شتاب ناشی از گرانش زمین تقریباً برابر است با: $ g \approx 9.8 \ m/s^2 $. این بدان معناست که سرعت یک جسم در حال سقوط آزاد، در هر ثانیه حدود 9.8 متر بر ثانیه افزایش می‌یابد.

نقش ترمودینامیک در زندگی روزمره و فناوری

ترمودینامیک علم گرما است. وقتی یک قالب یخ را در یک لیوان آب می‌اندازید، یخ ذوب می‌شود. این یک پدیده‌ی ترمودینامیکی است. در این فرآیند، گرما¹² از آب (که دمای بالاتری دارد) به یخ (که دمای پایین‌تری دارد) منتقل می‌شود تا زمانی که هر دو به یک دما برسند. به این تعادل گرمایی¹³ می‌گویند.

موتورهای خودرو نیز بر اساس قوانین ترمودینامیک کار می‌کنند. آن‌ها انرژی شیمیایی موجود در بنزین را با سوزاندن آن به انرژی گرمایی و سپس به انرژی مکانیکی تبدیل می‌کنند تا چرخ‌های خودرو به حرکت درآیند. این تبدیل انرژی، اصل اول ترمودینامیک را نشان می‌دهد که می‌گوید: «انرژی نه به وجود می‌آید و نه از بین می‌رود، بلکه فقط از شکلی به شکل دیگر تبدیل می‌شود.»

جادوی الکترومغناطیس: از آهنرباهای ساده تا شبکه برق

الکترومغناطیس نیرویی است که هم بارهای الکتریکی و هم آهنرباها را در بر می‌گیرد. یک آزمایش ساده: یک آهنربا را به چند میخ کوچک نزدیک کنید. می‌بینید که میخ‌ها بدون تماس فیزیکی جذب آهنربا می‌شوند. این به دلیل وجود یک میدان مغناطیسی¹⁴ نامرئی در اطراف آهنربا است.

پدیده‌ی رعد و برق نیز یک نمایش قدرتمند از الکتریسیته است. در خلال طوفان، ابرها بار الکتریکی زیادی جمع می‌کنند. وقتی اختلاف پتانسیل بین ابر و زمین یا بین دو ابر بسیار زیاد شود، یک جرقه‌ی عظیم الکتریکی به صورت رعد و برق رخ می‌دهد تا این اختلاف را جبران کند. ژنراتورهای نیروگاه‌های برق نیز با استفاده از همین اصل، اما به روشی کنترل‌شده، با چرخاندن یک آهنربا در داخل یک سیم‌پیچ، جریان الکتریکی¹⁵ تولید می‌کنند.

شگفتی‌های اپتیک: رفتار نور و کاربردهای آن

اپتیک به ما کمک می‌کند بفهمیم نور چگونه حرکت می‌کند و با مواد مختلف برهمکنش دارد. یک پدیده‌ی زیبای نوری، رنگین‌کمان¹⁶ است. رنگین‌کمان زمانی تشکیل می‌شود که نور خورشید (که نور سفید و متشکل از همه‌ی رنگ‌هاست) به قطرات ریز آب در هوا برخورد می‌کند. این قطرات مانند یک منشور¹⁷ عمل کرده و نور سفید را خم می‌کنند و به رنگ‌های تشکیل‌دهنده‌ی آن تجزیه می‌کنند. به این پدیده تفرق نور¹⁸ یا پاشندگی¹⁹ می‌گویند.

تشکیل سایه نیز یک پدیده‌ی نوری ساده است. نور در خطوط راست حرکت می‌کند. وقتی یک جسم کدر را در مسیر نور قرار می‌دهید، از رسیدن نور به منطقه‌ای در پشت جسم جلوگیری می‌کند و در نتیجه یک سایه تشکیل می‌شود. عدسی عینک یا ذره‌بین نیز با خم کردن (شکست²⁰) پرتوهای نور، باعث بزرگ‌نمایی یا کوچک‌نمایی تصاویر می‌شوند.

اشتباهات رایج و پرسش‌های مهم

پاورقی

¹ Physics
² Matter
³ Energy
⁴ Law of Gravity
⁵ Mechanics
⁶ Thermodynamics
⁷ Electromagnetism
⁸ Optics
⁹ Newton's Second Law
¹⁰ Newton (Unit)
¹¹ Gravity
¹² Heat
¹³ Thermal Equilibrium
¹⁴ Magnetic Field
¹⁵ Electric Current
¹⁶ Rainbow
¹⁷ Prism
¹⁸ Diffraction
¹⁹ Dispersion
²⁰ Refraction
²¹ Archimedes' Principle