PHYSICS SCIENCE

فيبر نوری، رشته ای از تارهای بسيار نازک شيشه ای بوده که قطر هر يک از تارها نظير قطر يک تار موی انسان است. تارهای فوق در کلاف هائی سازماندهی و کابل های نوری را بوجود می آورند. از فيبر نوری بمنظور ارسال سيگنال های نوری در مسافت های طولانی استفاده می شود. 

يک فيبر نوری از سه بخش متفاوت تشکيل شده است :

هسته (Core): هسته نازک شيشه ای در مرکز فيبر که سيگنا ل های نوری در آن حرکت می نمايند.

روکش (Cladding):بخش خارجی فيبر بوده که دورتادور هسته را احاطه کرده و باعث برگشت نورمنعکس شده به هسته می گردد.

بافر رويه (Buffer Coating):روکش پلاستيکی که باعث حفاظت فيبر در مقابل رطوبت و ساير موارد آسيب پذير است.

صدها و هزاران نمونه از رشته های نوری فوق در دسته هائی سازماندهی شده و کابل های نوری را بوجود می آورند. هر يک از کلاف های فيبر نوری توسط يک روکش هائی با نام Jacket محافظت می گردند.

فيبر های نوری در دو گروه عمده ارائه می گردند:

فيبرهای تک حالته (Single-Mode): بمنظور ارسال يک سيگنال در هر فيبر استفاده می شود (نظير: تلفن )

فيبرهای چندحالته (Multi-Mode): بمنظور ارسال چندين سيگنال در يک فيبر استفاده می شود(نظير: شبکه های کامپيوتری)

فيبرهای تک حالته دارای يک هسته کوچک ( تقريبا" 9 ميکرون قطر ) بوده و قادر به ارسال  نور ليزری مادون قرمز (طول موج از 1300 تا 1550 نانومتر) می باشند. فيبرهای چند حالته دارای هسته بزرگتر ( تقريبا" 5 / 62 ميکرون قطر ) و قادر به ارسال نورمادون قرمز از طريق LED می باشند.

ارسال نور در فيبر نوری

فرض کنيد، قصد داشته باشيم با استفاده از  يک چراغ قوه  يک راهروی بزرگ و مستقيم  را روشن نمائيم. همزمان با روشن نمودن چراغ قوه ، نور مربوطه در طول مسير مسفقيم راهرو تابانده شده و آن را روشن خواهد کرد. با توجه به عدم وجود خم و يا پيچ در راهرو در رابطه با تابش نور چراغ قوه مشکلی وجود نداشته و چراغ قوه می تواند (با توجه به نوع آن) محدوده مورد نظر را روشن کرد. در صورتيکه راهروی فوق دارای خم و يا پيچ باشد، با چه مشکلی برخورد خواهيم کرد؟ در اين حالت می توان از يک آيينه در محل پيچ راهرو استفاده تا باعث انعکاس نور از زاويه مربوطه گردد. درصورتيکه راهروی فوق دارای پيچ های زيادی باشد، چه کار بايست کرد؟ در چنين حالتی در تمام طول مسير ديوار راهروی مورد نظر، می بايست از آيينه استفاده کرد. بدين ترتيب نور تابانده شده توسط چراغ قوه (با يک زاويه خاص) از نقطه ای به نقطه ای ديگر حرکت کرده (جهش کرده و طول مسير راهرو را طی خواهد کرد). عمليات فوق مشابه آن چيزی است که در فيبر نوری انجام می گيرد.

نور، در کابل فيبر نوری از طريق هسته (نظير راهروی مثال ارائه شده) و توسط جهش های پيوسته با توجه به سطح آبکاری شده (Cladding) ( مشابه ديوارهای شيشه ای مثال ارائه شده) حرکت می کند. (مجموع انعکاس داخلی). با توجه به اينکه سطح آبکاری شده، قادر به جذب نور موجود در هسته نمی باشد ، نور قادر به حرکت در مسافت های طولانی می باشد. برخی از سيگنال های نوری بدليل عدم خلوص شيشه موجود، ممکن است  دچار نوعی تضعيف در طول هسته گردند. ميزان تضعيف سيگنال نوری به درجه خلوص شيشه و طول موج نور انتقالی دارد. (مثلا" موج با طول 850 نانومتر بين 60 تا 75 درصد در هر کيلومتر، موج با طول 1300 نانومتر بين 50 تا 60 درصد در هر کيلومتر، موج با طول 1550 نانومتر بيش از 50 درصد در هر کيلومتر)

سيستم رله فيبر نوری

بمنظور آگاهی از نحوه استفاده فيبر نوری در سيستم های مخابراتی، مثالی را دنبال خواهيم کرد که مربوط به يک فيلم سينمائی و يا مستند در رابطه با جنگ جهانی دوم است. در فيلم فوق دو ناوگان دريائی که بر روی سطح دريا در حال حرکت می باشند، نياز به برقراری ارتباط با يکديگر در يک وضعيت کاملا" بحرانی و توفانی را دارند. يکی از ناوها قصد ارسال پيام برای ناو ديگر را دارد.کاپيتان ناو فوق پيامی برای يک ملوان که بر روی عرشه کشتی مستقر است، ارسال می دارد. ملوان فوق پيام دريافتی را به مجموعه ای از کدهای مورس ( نقطه و فاصله ) ترجمه می نمايد. در ادامه ملوان مورد نظر با استفاده از يک نورافکن اقدام به ارسال پيام برای ناو ديگر می نمايد. يک ملوان بر روی عرشه کشتی دوم، کدهای مورس ارسالی را مشاهده می نمايد. در ادامه ملوان فوق کدهای فوق را به يک زبان خاص ( مثلا" انگليسی ) تبديل و آنها را برای کاپيتان ناو ارسال می دارد.  فرض کنيد فاصله دو ناو فوق از يکديگر بسار زياد ( هزاران مايل) بوده و بمنظور برقرای ارتباط بين آنها از يک سيتستم مخابراتی مبتنی بر فيبر نوری استفاده گردد.

سيتستم رله فيبر نوری از عناصر زير تشکيل شده است :

فرستنده:مسئول توليد و رمزنگاری سيگنال های نوری است.

فيبر نوری:مديريت سيکنال های نوری در يک مسافت را برعهده می گيرد.

بازياب نوری:بمنظور تقويت سيگنال های نوری در مسافت های طولانی استفاده می گردد.

دريافت کننده نوری:سيگنال های نوری را دريافت و رمزگشائی می نمايد.

در ادامه به بررسی هر يک از عناصر فوق خواهيم پرداخت.

فرستنده

وظيفه فرستنده،  مشابه نقش ملوان بر روی عرشه کشتی ناو فرستنده پيام است.  فرستنده سيگنال های نوری را دريافت و دستگاه نوری را بمنظور روشن و خاموش شدن در يک دنباله مناسب ( حرکت منسجم ) هدايت می نمايد. فرستنده، از لحاظ  فيزيکی در مجاورت فيبر نوری قرار داشته و ممکن است دارای يک لنز بمنظور تمرکز نور در فيبر باشد. ليزرها دارای توان بمراتب بيشتری نسبت به LED می باشند. قيمت آنها نيز در مقايسه با LED بمراتب بيشتر است . متداولترين طول موج سيگنال های نوری، 850 نانومتر، 1300 نانومتر و 1550 نانومتر است.

بازياب (تقويت کننده) نوری

همانگونه که قبلا" اشاره گرديد، برخی از سيگنال ها در موارديکه مسافت ارسال اطلاعات طولانی بوده (بيش از يک کيلومتر) و يا از مواد خالص برای تهيه فيبر نوری (شيشه) استفاده نشده باشد، تضعيف و از بين خواهند رفت. در چنين مواردی و بمنظور تقويت (بالا بردن ) سيگنا ل های نوری تضعيف شده از يک يا چندين "تقويت کننده نوری" استفاده می گردد. تقويت کننده نوری از فيبرهای نوری متعدد بهمراه يک روکش خاص(doping) تشکيل می گردند. بخش دوپينگ با استفاده از يک ليزر پمپ می گردد. زمانيکه سيگنال تضعيف شده به روکش دوپينگی می رسد، انرژی ماحصل از ليزر باعث می گردد که مولکول های دوپينگ شده،  به ليزر تبديل می گردند. مولکول های دوپينگ شده در ادامه باعث انعکاس يک سيگنال نوری جديد و قويتر با همان خصايص سيگنال ورودی تضعيف شده ، خواهند بود.( تقويت کننده ليزری)

دريافت کننده نوری

وظيفه دريافت کننده، مشابه نقش ملوان بر روی عرشه کشتی ناو دريافت کننده پيام است. دستگاه فوق سيگنال های ديجيتالی نوری را اخذ و پس از رمزگشائی، سيگنا ل های الکتريکی را برای ساير استفاده کنندگان (کامپيوتر ، تلفن و ...) ارسال می نمايد. دريافت کننده بمنظور تشخيص نور از يک "فتوسل" و يا "فتوديود" استفاده می کند.

مزايای فيبر نوری

فيبر نوری در مقايسه با سيم های  های مسی دارای مزايای زير است :

ازانتر:هزينه چندين کيلومتر کابل نوری نسبت به سيم های  مسی کمتر است.

 نازک تر:قطر فيبرهای نوری بمراتب کمتر از سيم های  مسی است.

ظرفيت بالا:پهنای باند فيبر نوری  بمنظور ارسال اطلاعات بمراتب  بيشتر از سيم  مسی است.

تضعيف ناچيز:تضعيف سيگنال در فيبر نوری بمراتب کمتر از سيم  مسی است.

سيگنال های نوری:برخلاف سيگنال های الکتريکی در يک سيم مسی، سيگنال ها ی نوری در يک فيبر تاثيری بر فيبرديگر نخواهند داشت.

مصرف برق پایینبا توجه به سيگنال ها در فيبر نوری کمتر ضعيف می گردند، بنابراين می توان از فرستنده هائی با ميزان برق مصرفی پايين نسبت به فرستنده های الکتريکی که از ولتاژ بالائی استفاده می نمايند، استفاده کرد.

سيگنال های ديجيتال:فيبر نور ی مناسب بمنظور انتقال  اطلاعات ديجيتالی است.

غير اشتعال زا:با توجه به عدم وجود الکتريسيته، امکان بروز آتش سوزی وجود نخواهد داشت.

سبک وزن:وزن يک کابل فيبر نوری بمراتب کمتر از کابل مسی است.

انعطاف پذير:با توجه به انعظاف پذيری فيبر نوری و قابليت ارسال و دريافت نور از آنان، در موارد متفاوت نظير دوربين های ديجيتال با موارد کاربردی خاص مانند: عکس برداری پزشکی ، لوله کشی و ...استفاده می گردد.

با توجه به مزايای فراوان فيبر نوری، امروزه از اين نوع کابل ها در موارد متفاوتی  استفاده می شود. اکثر شبکه های کامپيوتری و يا مخابرات ازراه دور در مقياس وسيعی از فيبر نوری استفاده می نمايند.

کاربرد لیزر

1-لیزر در چشم پزشکی:

لیزرها وسایل دقیقی هستند که می توانند بدون بریدن یا اخلال در سایر قسمت های چشم برای دستیابی به بافت های عمقی داخل چشم به کار می روند.کوچکترین چاقوی جراحی می تواند برشی به پهنای سر سنجاق ایجاد کند در حالی که باریکه ی لیزری برشی به باریکی پهنای یک سلول ایجاد می کنند. تپهای لیزر چنان سریع اند، به طوری که بیمار برای مژه زدن و احساس درد فرصت پیدا نمی کند. در جراحی با لیزر احتیاجی نیست تا چشم بریده  و باز شود لذا خطر احتمالی عفونت و درد کم است.

آب مروارید:آب مروارید باعث تیره شدن عدسی روشن و شفاف چشم می شود. در جراحی سنتی به جای عدسی چشم عدسی مصنوعی قرار می دهند. عدسی به آرامی تعویض و دهانه با بخیه های ظریفی دوخته می شود. بوسیله ی لیزر با دوازده تا، خال سوز یک میلیاردم ثانیه ای نور فرو سرخ شدید از لیزر نئودیمیم، ایتریم گارنت (Nd:YAG) روزنه ای در پرده ی تار پدید می آورند و دید واضح را برمی گردانند. نوک باریکه ی لیزر فروسرخ که کانونی شده آنقدر انرژی دارد که سلولهلی تیره شده را بخار کند و به سایر بافت های چشم آسیب نرساند.

آب سیاه:در این بیماری فشار مایع در چشم بیش از حد زیاد می شود. معمولا مایع روشن داخل چشم در کانالهایی باز به طور مداوم جریان دارد. در آب سیاه این کانالها مسدود و مایعات جمع می شوند. فشار اضافی مایع به عصب بینایی صدمه می زند. چشم پزشک می تواند با استفاده از لیزر Nd:YAG روزنه ای باز کند تا مایعات دخل چشم تخلیه شوند. کاستن فشار از عصب بینایی مانع کوری چشم می شود.

استحاله ی  لکه ی: افرادی که دچار این بیماری اند از کم شدن تدریجی دید مرکزی واضح و کانونی رنج می برند در حالی که دید محیطی آنها بی عیب است. در نتیجه خطوط مستقیم کج و تغییر شکل یافته و تار به نظر می رسند و در مرکز دید ناحیه ی تاریکی ظاهر می شود. در این بیماری رگهای خونی جدیدی زیر شبکیه رشد می کنند، این رگهای خونی جدید گاهی نشت می کنند. باریکه ی سبز لیزر آرگون به خوبی توسط اجسام سرخ رنگ از جمله سلولهای خون جذب می شود. باریکه به جای تبخیر بافت آن را گرم می کند. از این رو، باریکه ی لیزر با جوش دادن رگهای خونی غیر عادی نشت را که می  تواند به آسیب غیر قابل برگشت لکه منجر شود متوقف می کند. جراحی فقط چند دقیقه وقت می گیرد.

پاره گیهای شبکیه: پاره گیهای شبکیه ای وقتی ÷یش می آید که بخش ی از شبکیه از پرده نگهدارنده از در عقب چشم جدا شود. این عارضه در اثر ضربه یا تصادف پیش می آید و ممکن است به بخش مرکزی پر از ممایع خونریزی کنند. هم لیزر آرگون و هم لیزر کریپتون گرما تولید می کنند و با استفاده از آنها و با خال جوش می توان شبکیه را به جایش برگرداند و مانع خونریزی شد.

نزدیک بینی: افراد نزدیک بین برای دیدن اشیای دور در زحمت اند. پرتواه نوری که وارد چشم آنها می شود به جای اینکه مستقیما روی سطح حساس به نور کانونی شود در جلوی شبکیه کانونی می شود. این وضع به این علت است که انحنای عدسی یا قرنیه ی چشم آنها شیب زیادی دارد یا کره ی چشم خیلی دراز است. برای تصحیح نزدیک بینی، لیزر با تبخیر قسمت قرص مانند از مرکز قرنیه آن را تخت می کند.

دوربینی: افراد دوربین مشکل دیدن اجسامی را دارند که نزدیک آنهاست. در این مورد، انحنای قرنیه یا عدسی شیب کافی ندارد یا کره ی چشم خیلی کوتاه است. نوری که وارد چشم می شود به جای اینکه مستقیما روی سطح شبکیه کانونی شود پشت آن کانونی می شود. برای تصحیح دوربینی، لیزر با برداشتن قسمتی به شکل قرص از اطراف مرکز، قرنیه را شیبدار می کند.

آستیگماتیسم: آستیکماتیسم از به وجود آمدن فرو رفتگیها و بر آمدگیها ی ریز بر سطح قرنیه عارض می شود. در این وضع دید تار می شود زیرا نامنظمیهای سطح قرنیه پرتوهای وارد به چشم را خمیده می کند و مانع می شود که آنها تصویر واضحی روی شبکیه تشکیل دهند. با استفاده از لیزر اگزیمر برآمدگیها و فرورفتگیهای روی قرنیه ی بیماران را که باعث آستیگماتیسم می شود صاف می کنند.

 متحرك در جهت مثبت با شتاب ثابت و مثبت حرکت می کند.

متحرکی در جهت مثبت حرکت می کند، در این حرکت شتاب ثابت و مثبت در نتیجه سرعت متغیر است. به تدریج سرعت جسم در جهت مثبت افزایش می یابد.

نمودار مکان- زمان نشان می دهد که به تدریج جابجایی جسم در بازه های زمانی مساوی زیاد شده است. فاصله جسم از مبدا در جهت مثبت زیاد می شود.

نمودار سرعت – زمان نشان می دهد که جسم از حال سکون با سرعت متغیر در جهت مثبت حرکت می کند. سرعت به تدریج افزایش می یابد.

نمودار شتاب – زمان نشان می دهد که جسم با شتاب ثابت و مثبت حرکت می کند.

متحرك در جهت مثبت با شتاب ثابت و منفی حرکت می کند.

متحرکی در جهت مثبت حرکت می کند، در این حرکت شتاب ثابت و منفی در نتیجه سرعت متغیر است. به تدریج سرعت جسم در جهت مثبت کاهش می یابد.

نمودار مکان- زمان نشان می دهد که به تدریج جابجایی جسم در بازه های زمانی مساوی کم شده تا اینکه جابجایی صفر شده و جسم متوقف می شود.

نمودار سرعت – زمان نشان می دهد که سرعت جسم در جهت مثبت رفته رفته کم شده تا اینکه به حال سکون در می آید.

نمودار شتاب – زمان نشان می دهد که جسم با شتاب ثابت و منفی حرکت می کند.

متحرك در جهت منفی با شتاب ثابت و منفی حرکت می کند.

متحرکی در جهت منفی حرکت می کند، در این حرکت شتاب ثابت و منفی در نتیجه سرعت متغیر است. به تدریج سرعت جسم در جهت منفی افزایش می یابد.

نمودار مکان- زمان نشان می دهد که به تدریج جابجایی جسم در بازه های زمانی مساوی زیاد شده است. فاصله جسم از مبدا در جهت منفی زیاد می شود.

نمودار سرعت – زمان نشان می دهد که جسم از حال سکون با سرعت متغیر در جهت منفی حرکت می کند. سرعت به تدریج در جهت منفی افزایش می یابد.

نمودار شتاب – زمان نشان می دهد که جسم با شتاب ثابت و منفی حرکت می کند.

متحرك در جهت منفی با شتاب ثابت و مثبت حرکت می کند.

متحرکی در جهت منفی حرکت می کند، در این حرکت شتاب ثابت و مثبت در نتیجه سرعت متغیر است. به تدریج سرعت جسم در جهت منفی کاهش می یابد.

نمودار مکان- زمان نشان می دهد که به تدریج جابجایی جسم در بازه های زمانی مساوی کم شده تا اینکه جابجایی صفر شده و جسم متوقف می شود.

نمودار سرعت – زمان نشان می دهد که سرعت جسم در جهت منفی رفته رفته کم شده تا اینکه به حال سکون در می آید.

نمودار شتاب – زمان نشان می دهد که جسم با شتاب ثابت و مثبت حرکت می کند.

با توجه به اینکه حرکت شتاب ثابت است و سرعت متغیر است. در همه حرکت ها مشاهده می شود که جابجایی ها در بازه های زمانی یکسان متفاوت هستند و ثابت نیستند.

If you know

who you are and

what you want and

why you want it

and if you have

confidence in yourself and

a strong will to obtain your desires and

a very positive attitude

you can make

your life

yours

If yoy ask

گر بدانی

کیستی،

خواسته ات چیست،

و چرا اینگونه می خواهی،

گر خود را باور داشته باشی

با عزمی راسخ

و نگرشی مثبت

دنیایی خواهی ساخت

از آن خود،

اگر تنها اراده کنی.

Susan Polis Schuts  سوزان  پولیس شوتز))

 ---------------------------------------------------------------------------

I am just beginning

to make some definite changes

 In my life.

Some of them will take time

some will cause me grief

some will mean risk

and a lot of growing pains, too.

But whatever the case,

I know I will make it …..

It is having someone like you

to see me through

both the good times

ard the bad

that makes me so sure.

در آغاز راهم،

می خواهم زندگی ام را به کلی دگرگون سازم.

شاید دیر زمانی بپاید،

شاید غمگین شوم،

شاید خطر در کمین باشد،

و رنجهایم هر دم فزون تر گردند،

ولی با همه ی اینها

یقین دارم موفق خواهم شد...

چرا که تو با منی،

حامی من

در لحظات خوشی

و نا خوشی

و این چه دلگرم کننده است.....

Gail Nishimito  (گیل نیشی موتو)

 -------------------------------------------------------------------------

A thing that you sincerely belive in cannot be wrong.

آنچه بدان خالصانه ایمان داری نادرست نخواهد بود.

D. H. Lowrence دی اچ لارنس)  )

 ----------------------------------------------------------------------------

The best of life is that which ever reaches upward and strives toward better things.

بهترین لحظه ی زندگی، لحظه ی رسیدن به اوج و تلاش برای بهتر شدن است.

James R. Miller  ( جیمز آر میلر)

 --------------------------------------------------------------------------

 I believe that we can not live better than in seeking to become still better than we are.

من اعتقاد دارم کوشش همواره برای بهتر شدن بهترین شیوه ی زندگی است.

(سقراط Socrates (

آونگی از بالاترین نقطه از حال سکون شروع به حرکت می کند. در این نقطه انرژی پتانسیل گرانشی U (PE) بیشترین مقدار را دارد و انرژی جنبشی K=0=KE است. هنگامی که آونگ پایین می آید انرژی پتانسیل گرانشی U (PE) کاهش یافته و انرژی جنبشی افزایش می یابد. هنگامی که آونگ از حالت تعادل می گذرد انرژی پتانسیل گرانشی U (PE) کمترین مقدار و انرژی جنبشی K (KE) بیشترین مقدار خود را خواهد داشت. آونگ به تدریج بالا رفته و بالخره می ایستد در این نقطه دوباره سرعت صفر(V=0) و انرژی جنبشی K=0=KE و انرژی پتاسیل گرانشی U (PE) بیشترین مقدار خود را خواهد داشت.

 بچه ای بوسیله ی سرتمه ای از تپه پایین می آید.

 در لحظه ی حرکت سرتمه در ارتفاع h=4m از سطح زمین است و با سرعت v=8m/s²   حرکت می کند. فرض می کنیم جرم بچه با سرتمه  m=50kg و   g=10m/s²و سطح بدون اصطکاک است. و   KEیا K انرژی جنبشی و PE یا U انرژی پتانسیل گرانشی و TME یا E  انرژی کل باشد لذا:

KE=K=1/2mv²=0.5*50*8²=1600j

PE=U=mgh=50*10*4=2000j

انرژی کل:  TME= E=U+K=1600+2000=3600j

انرژی کل در طول حرکت ثابت می ماند ولی انرژی جنبشی و انرژی پتانسیل گرانشی به یکدیگر تبدیل می شوند و بسته به مکان افزایش یا کاهش می یابد.

هنگامی که سرتمه از تپه پایین می اید ارتفاع کم شده در نتیجه انرژی پتانسیل گرانشی کاهش می یابد در پایین تپه h=0 انرژی پتانسیل گرانشی U=0 می شود. در این لحظات انرژی جنبشی افزایش می یابد تا اینکه در پایین تپه انرژی جنبشی K=3600j می شود و سرعت سرتمه بیشترین مقدار خود یعنی V=11.9m/s خواهد شد. زمانی که سرتمه به تدریج از تپه بالا می رود سرعت آن کم شده در نتیجه انرزی جنبشی کمتر می شود ولی به تدریج با افزایش ارتفاع انرژی پتانسیل گرانشی افزایش می یابد تا اینکه در بالاترین نقطه که سرتمه می ایستد K=0j  و U=3600j می شود.

در شکل چگونگی تغییرات انرژی ها و نیز ثابت بودن انرزی کل مشاهده می شود.

ماشین آبی رنگ در 20m مبدا شروع به حرکت می کند. ماشین قرمز 4s بعد از مبدا شروع به حرکت می کند. سرعت ماشین قرمز از ماشین آبی بیشتر است لذا بعد از مدتی از ماشین آبی می گذرد. نمودارمکان- زمان نشان می دهد که هر چقدر شیب بیشتر باشد سرعتت متحرک نیز بیشتر خواهد بود. در نقطه ای که ماشین قرمز از ماشین آبی می گذرد در نمودار مکان- زمان خط ها یکدیگر را قطع می کنند. در حقیقت بعد از 7s هر دو ماشین در مکان یکسان 60m قرار دارند.

نمودار سرعت – زمان نشان می دهد که سرعت ماشین قرمز از ماشین آبی بیشتر است.

نمودار بالایی نمودار مکان-زمان و نمودار پایینی نمودار سرعت – زمان است.

بارهای الکتریکی

اتم از دو قسمت الکترون و هسته تشکیل شده است. هسته از دو قسمت پروتون و نوترون تشکیل شده است. بار الکتریکی الکترون منفی و بار الکتریکی پروتون مثبت و نوترون بدون بار است.

در حالت عادی اتم از لحاظ بار الکتریکی خنثی است. با تغییر تعداد الکترون بار اتم مثبت یا منفی می شود. اگر اتم الکترون بگیرد چون تعداد الکترون ها زیاد شده است لذا با الکتریکی اتم منفی می شود و با کاهش تعداد الکترون ها چون تعداد الکترون ها کاهش می یابد بار الکتریکی اتم مثبت می شود.

بارهای الکتریکی همنام یکدیگر را می رانند، بارهای الکتریکی غیر همنام یکدیگر را جذب می کنند. در واقع نیروی بین بارهای الکتریکی همنام رانشی (دافعه) و نیروی بین بارهای الکتریکی غیر همنام ربایشی (جاذبه) است.

 الکتروسکوپی را که دارای بار مثبت است در نظر بگیرید. با یک سیم  فلزی الکتروسکوپ را به زمین وصل می کنیم. یا یا دست آن را لمس می کنیم. بارهای الکتریکی منفی بوسیله ی سیم یا دست به الکتروسکوپ منتقل می شوند و بارهای مثبت را یک به یک خنثی می کنند در نتیجه الکتروسکوپ بدون بار می شود.

الکتروسکوپی را که دارای بار منفی است در نظر بگیرید. با یک سیم  فلزی الکتروسکوپ را به زمین وصل می کنیم. یا یا دست آن را لمس می کنیم. بارهای الکتریکی منفی بوسیله ی سیم یا دست به زمین منتقل می شوند. در نتیجه الکتروسکوپ بدون بار می شود.

کره ی فلزی بدون باری با پایه ی عایق و یک تیغه ی باردار منفی را در نظر بگیرید. تیغه ی باردار منفی را به کره ی فلزی نزدیک می کنیم. چون تیغه دارای بار منفی است بارهای منفی را دفع می کند و بارهای منفی به دورترین نقطه کره رانده می شوند و بارهای مثبت نزدیک تیغه ی باردار منفی می ماند. در این حالت با یک سیم فلزی یا با تماس دست کره را به زمین وصل می کنیم. بارهای منفی به زمین منتقل می شوند. تیغه ی باردار منفی را دور می کنیم بار مثبت در کل کره پخش می شود.

 یک صفحه ی فلزی دارای بار منفی را که روی یک عایق مانند چوب قرار گرفته است در نظر بگیرید. حال یک صفحه ی فلزی دیگر با دسته ی عایق را که از دسته ی عایق آن گرفته ایم به صفحه نزدیک می کنیم. در اثر القای بار الکتریکی بارهای منفی در صفحه ی بالایی به شمت بالا حرکت کرده و بارهای مثبت به طرف پایین و نزدیک صفحه ی پایینی جذب می شوند. حال انگشت خود را روی صفحه بالایی قرار دهید بارهای الکتریکی منفی بوسیله ی انگشت به زمین منتقل می شوند. حال انگشت را برداشته و صفحه بالایی را دور می کنیم. صفحه ی بالایی دارای بار مثبت خواهد شد.

دو کره ی فلزی با پایه ی عایق و یک جسم باردار با بار منفی را در نظر بگیرید. جسم باردار منفی را به یکی از کره ها نزدیک می کنیم. در اثر القای بار الکتریکی بارهای الکتریکی منفی (همنام) به کره ی دورتر منتقل می شوند و بارهای الکتریکی مثبت (غیر همنام) در کره ی نزدیک تر قرار می گیرند. حال کره ی دورتر را از کره ی نزدیک به بار الکتریکی منفی دور می کنیم . سپس جسم باردار منفی را نیز از کره ی نزدیک دور می کنیم. بارهای الکتریکی در کره ها پخش می شوند. کره ی نزدیک به بار الکتریکی منفی بار الکتریکی مثبت و کره ی دورتر به بار الکتریکی منفی بار الکتریکی مثبت بدست می آورد.

می خواهیم الکتروسکوپ بدون باری را بوسیله یک جسم باردار با بار الکتریکی منفی باردار کنیم. جسم باردار با بار الکتریکی منفی را به الکتروسکوپ نزدیک می کنیم در نتیجه بارهای الکتریکی منفی به پایین الکتروسکوپ رانده می شوند و بارهای الکتریکی مثبت روی کلاهک الکتروسکوپ پخش می شوند. صفحه ی فلزی نازک الکتروسکوپ از میله ی فلزی الکتروسکوپ دور می شود. حال با یک سیم یا با انگشت الکتروسکوپ را به زمین وصل می کنیم در نتیجه بارهای الکتریکی منفی به زمین منتقل می شوند و ورقه ی نازک فلزی به حالت تعادل برمی گردد. حال جسم باردار با بار الکتریکی منفی را از الکتروسکوپ دور می کنیم بار الکتریکی مثبت در کل  الکتروسکوپ پخش می شود، الکتروسکوپ دارای بار مثبت می شود و ورقه ی نازک فلزی از میله ی فلزی الکتروسکوپ دور می شود. البته انحراف ورقه ی نازک فلزی نسبت به حالت اول کمتر خواهد بود.

چتربازی از هلیکوپتر سقوط می کند.

در ابتدا چترباز با شتاب ثابت g=10m/s² سقوط می کند ولی به علت مقاومت هوا F_air شتاب تغییر می کند.

فرض می کنیم جرم چترباز m=100kg و شتاب جاذبه ی زمین g=10m/s²  پس نیروی وزن (W) یا همانF_grav همیشه ثابت و برابرW=F_grav=mg=100*10=1000N  خواهد بود.

در این مثال علامت شتاب منظور نشده است. بنابر این شتاب به طرف پایین (down)  را منفی و به طرف بالا (up) را مثبت در نظر بگیریم. چونF_grav  -F_net=F_air  است. اگر F_grav>F_air  باشد،شتاب منفی و اگر F_grav< F_air  باشد شتاب مثبت است.

پس در ابتدا شتاب منفی به طرف پایین، سپس شتاب مثبت به طرف بالا و در آخر شتاب صفر خواهد بود.

در ابتدا شتاب به طرف پایین خواهد بود، مقاومت هواF_air  به تدریج افزایش می یابد. هنگامی که چتر باز می شود، مقاومت هواF_air  باز افزایش می یابد، به طوری که از نیروی وزن بیشتر می شود ( (F_grav< F_air. در نتیجه یک شتابی به سمت بالا بوجود می آید. بعد از مدتی بین مقاومت هوا و نیروی وزن تعادل بوجود می آید((F_grav=F_airو نیروی برآیند وارد بر چترباز (F) یا F_net=0 می شود، بنابراین از این به بعد چترباز با شتاب a=0 یعنی با سرعت ثابت به زمین می رسد.

پرتو ی بازتاب در آینه ی محدب یا کوژ

*در آینه های محدب فاصله ی کانونی مجازی است، چون پشت آینه قرار دارد و نیز امتداد پرتوهای بازتاب یکدیگر را در پشت آینه قطع می کنند. بنابراین علامت آن در رابطه ی آینه ها همیشه منفی است.

 *در آینه های محدب تصویر همیشه مجازی، کوچکتر و مستقیم است.

* در شکل مقابل جسم با رنگ قرمز و تصویر آن با رنگ آبی نشان داده شده است. با توجه به شکل مشاهده می شود که هر چه قدر جسم به آینه نزدیک می شود، تصویر نیز به آینه نزدیک می شود ولی اندازه ی تصویر بزرگتر می شود.

پرتو ی بازتاب در آینه ی مقعر یا کاو

در آینه های کروی قوانین بازتاب نور صادق است. اگر پرتوی بر آینه بتابد در نقطه ی تابش می توانیم یک خطی عمود بر آینه رسم کنیم که از مرکز آینه مقعر می گذرد. حال زاویه ی بین پرتو تابش و خط عمود را زاویه ی تابش می نامند. با توجه به قوانین بازتاب نور (1- پرتو تابش و پرتو بازتاب و خط عمود بر آینه در نقطه ی تابش در یک صفحه قرار دارند. 2- زاویه ی تابش با زاویه ی بازتاب برابر است یعنی i = r) پرتو بازتاب طوری بازتاب می شود که زاویه بین پرتو بازتاب و خط عمود یعنی زاویه ی بازتاب با زاویه ی تابش برابر باشد. می توان سه حالت اصلی را برای رسم پرتوهای بازتاب بیان کرد: 1-هر پرتوی موازی محور اصلی به آینه بتابد، از کانون آینه بازمی تابد. 2-هر پرتوی از کانون آینه بگذرد و بر آینه بتابد موازی محور اصلی بازتاب می شود. 3-هر پرتوی از مرکز آینه بگذرد و بر آینه بتابد بازتاب آن از مرکز آینه برمی گردد.

آینه ی تخت

وقتی که یک پرتو نور به یک سطح آینه می تابد. پرتو نور از سطح آینه بازمی تابد.  آینه مسیر پرتو نور را تغییر می دهد. نوری که با آینه می تابد پرتو تابش می نامند. در نقطه ای که نور بر آینه می تابد خطی عمود بر آینه رسم می کنیم، که آن را خط عمود(Normal) بر آینه می نامیم. پرتو بازگشته از سطح آینه را پرتو بازتاب می نامند. زاویه ی بین خط عمود و پرتو تابش را زاویه ی تابشangle of incidence) ) می نامند. زاویه ی بین خط عمود و پرتو بازتاب را زاویه ی بازتاب(angle of reflection) می نامند.

قوانین بازتاب نور:

1- پرتو تابش و پرتو بازتاب و خط عمود بر آینه در نقطه ی تابش در یک صفحه قرار دارند.

2- زاویه ی تابش با زاویه ی بازتاب برابر است. ( i = r)

هنگام تشکیل تصویر در آینه تخت پرتوهایی از جسم بر آینه می تابد، و بازتاب این پرتوها از سطح آینه و رسیدن آن به چشم موجب دیده شدن تصویر جسم می شود. ما چنین تصور می کنیم که این پرتوها از نقطه ای از پشت آینه به چشم ما می رسد. تصویر در آینه تخت همیشه مجازی، مستقیم، برابر جسم است. در آینه ی تخت فاصله جسم تا آینه برابر فاصله تصویر تا آینه است.

متحركي با سرعت ثابت در جهت مثبت حرکت می کند.

 در حرکت با سرعت ثابت، سرعت همیشه ثابت است. لذا شتاب صفر است. اگر متحرکی با سرعت ثابت (غیر صفر) از مبدا مکان شروع به حرکت کند. با توجه به این که شتاب صفر است پس نمودار شتاب – زمان روی محور زمان و صفر خواهد شد. نمودار سرعت – زمان در بازه ی زمانی روی عدد ثابتی خواهد ماند و به صورت یک خط راست موازی با محور زمان خواهد بود.نمودار مکان – زمان یک نمودار خطی خواهد بود.مشاهده میشود که جسم در بازه های زمانی مساوی مسافت های مساوی را طی می کند.

  متحركي با سرعت ثابت در جهت منفی حرکت می کند.

 سرعت متحرک ثابت است لذا شتاب صفر خواهد شد. نمودار شتاب زمان روی محور زمان خواهد ماند. سرعت ثابت است ولی در جهت منفی لذا نمودار سرعت - زمان منفی و موازی با محور زمان خواهد شد. نمودار مکان – زمان به صورت یک نمودار خطی خواهد بود. ولی چون به سمت منفی حرکت می کند در نتیجه به تدریج مکان آن منفی تر می گردد. مشاهده می شود که جسم در بازه های زمانی مساوی، مسافت های مساوی را طی می کند.

لیزر (L A S E R)

کشف لیزر

در 16 مه 1960 دکتر تئودور مایمن (Theodore Maiman) در آزمایشگاه شرکت هواپیمایی هیوز (Hughes) در مالیبو (Malibou) کالیفرنیا اولین لیزر را با موفقیت به کار انداخت. میله ای از یاقوت مصنوعی که کمتر از  2.5cm  طول و حدود 0.8cm   قطر داشت درون لامپ درخشی شیشه ای مارپیچی قرار داد. دو انتهای تخت میله ی یاقوت به دقت صیقل و با نقره پوشانده شده بود. ظهور ناگهانی نور در لامپ درخشی بر قرار شد و پرتوی کوتاه و باریک از نور قرمز لیزر، روشن تر از نور خورشید از دو انتهای میله ی یاقوت بیرون جست. به این ترتیب انرژی نور مهار و لیزر اختراع شده بود.

لیزر چیست؟

نور لیزر نوع کاملا جدیدی از نور است، درخشان تر و شدیدتر از هر چه که در طبیعت یافت می شود. لیزر به معنای تقویت نور توسط تابش گسیل القایی است. کلمه ی لیزر (LASER) کوتاه شده ی عبارت انگلیسی (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) است.

لیزر چگونه کار می کند؟

هر لیزر قسمت های اساسی مشخصی دارد.

1-باید یک چشمه ی انرژی وجود داشته باشد. اغلب چشمه انرژی الکتریسیته است، ولی به جای آن می توان یک چشمه ی پرقدرت نور معمولی، واکنش شیمیایی، یا حتی لیزر دیگر نیز به کار برد.

2-باید یک محیط فعال وجود داشته باشد. محیط فعال ماده ای است که می تواند انرژی را چذب و آزاد کند. این محیط فعال می تواند جامد باشد، مانند یاقوت یا بلورهای دیگر. مایع باشد، مثل رنگینه ها. یا گاز باشد مثل دی اکسیدکربن. باریکه ی نور لیزر در واقع در محیط فعال تولید می شود.

3-قسمت اساسی لیزر ساز و کار تشدید است. یاز و کار پسخوراند از دو آینه یا سطوح بازتابنده ی دیگر تشکیل شده است که در دو انتهای محیط فعال قرار دارد. یکی از آینه ها، به نام جفتگر خروجی بازتابنده ی جزئی است.

نور لیزر چگونه تولید می شود؟

چشمه ی انرژی، یک پرتو نورگسیل می دارد و محیط فعال آن را جذب می کند. انرژی جذب شده، بعضی از اتمهای محیط فعال را برمی انگیزد و آنها به تراز انرژی بالاتر جهش می کنند. پرتوهای نور گسیل شده ی به برانگیزش اتمهای محیط فعال ادامه می دهد. برانگیزش یعنی بردن الکترونها از یک تراز یایین به یک تراز بالاتر که به آن دمش نیز می گویند. وقتی که در محیط فعال تعداد اتمهای برانگیخته با انرژی زیاد بیشتر از تعداد اتمهای با انرژی کمتر شد، وارونی جمعیت به وجود می آید. پدید آمدن وارونی جمعیت برای عمل لیزری ضروری است.

در حین عمل لیزری، اتمهای با انرژی بالاتر، در حال برگشتن به تراز انرژی پایین، انرژی اضافی خود را به صورت مقادیر نوری ظریفی به اسم فوتون تابش می کنند. این نور به نوبه ی خود، اتمهای دیگری را در محیط فعال بر می انگیزد و همین اتمها نیز نور آزاد می کنند. به این ترتیب اتمهای بیشتر و بیشتری از محیط فعال فوتون تابش می کنند و واکنش زنجیره ای افزایش انرژی راه می افتد. این پدیده به گسیل القایی موسوم است.

آینه های دو سر لیزر نور گسیل شده را به محیط فعال بر می گردانند و نور باز هم پشدت تر می شود، فرآیندی که تقویت نام دارد. با بیشتر و بیشتر شدن شدت، نور ایجاد شده در لیزر آن قدر قوی می شود که از جفتگر خروجی که به طور جزئی نقره اندود است به صورت نور لیزر به بیرون می گریزد.

تفاوت نور لیزر با نور سفید

1- همدوسی: نور سفید معمولی آمیزه ی بی نظمی از طول موجهای نوری بسیار متفاوتی است که در هم آمیخته اند، و در جهت های مختلفی حرکت می کنند. به این دلیل این نور را ناهمدوس می گویند. ولی نور گسیلی از لیزر همه طول موج یکسان دارند. امواج نوری لیزر همزمان با هم گام بر می دارند یا هم فاز هستند. قله ی هر موج با قله ی موج دیگر منطبق است. با این دلیل نور لیزر منظم است و نور همدوس نامیده می شود.

2- تکفامی: چون امواج نوری گسیلی از لیزر همه طول موج یا بسامد یکسانی دارند این نور تک رنگ یا تکفام نامیده می شود. یعنی نور لیزر با گذشتن ز منشور به همان صورت خارج می شود. نور سفید معمولی تکفام نیست یعنی هنگام عبور از منشور به رنگهای تشکیل دهنده ی خود تجزیه می شود. و یک رنگین کمان رنگ بوجود می آید.

3-جهت مندی: نور لیزر با باریکه های مستقیم حرکت می کند و نظیر نور معمولی پخش نمی شود. باریکه ی نور چراغ قوه بر دیواری در فاصله ی 320 متری دایره ای به قطر 65 متر را روشن می کند. ولی باریکه ی لیزر دایره ای به قطر 0.3 متر را روشن می کند.

4- درخشایی: درخشایی نور لیزر حتی با قدرت کم (چند میلی وات) چندین مرتبه ی بزرگی از درخشایی درخشانترین چشمه های معمولی بیشتر است.

انواع لیزرها

لیزرها بر حسب ماده ی فعال آنها به گروه های زیر تقسیم می شوند:

1-لیزرهای جامد: برای اینکه بلور جامدی بتواند در فرآیند لیزری مورد استفاده قرار گیرد، باید بلور شفاف باسد تا نور بتواند برای برانگیزش محیط فعال وارد آن شود و خود باریکه ی لیزر بتواند از آن بگریزد. باید اتمهای محیط فعال بتوانند طول موجهای مورد نظر را به وجود آورند.

در همه بلورا دو ماده وجود دارد که یک به عنوان ماده ی خالص و دیگری به عنوان ناخالصی در آن قرار دارند. بلورهایی مانند یاقوت، یاقوت کبود و لعل در ساخت لیزرهای جامد به کار می روند. بلورهای لیزرهای جامد را می توان در آزمایشگاه نیز تولید کرد، مانند: لیزرکلسیم فلوراید-اورانیوم ، لیزر نئودیمیم در این لیزر تنگستات کلسیم به عنوان ماده ی میزبان و نئودیمیم به عنوان ناخالصی ،لیزر نئودیمیم-شیشه، لیزر ایتریم آلومینیوم گارنت یا لیزر یاگ با ناخالصی نئودیمیم.

بزرگترین لیزرهای نئودیمیم در یک تپ می توانند توانی به اندازه ی 25 تریلیون وات به وجود آورند.

2-لیزرهای گازی: در لیزرهای گازی گاز داخل یک اتاقک شفاف بیدرز شبیه به علائم نئونی یا لامپهای فلئورسنت در جریان است. وقتی که گتز جریان می یابد،از دو الکترود می گذرد، یکی با بار مثبت و دیگری با بار منفی. الکترونهایی که بین الکترودها جریان دارند الکترونهای داخل گاز در حال جریان را به ترازهای انرژی بالا پمپ می کنند. این الکترونها هنگام برگشت به تراز انرژی پایین فوتونهایی گسیل می دارند. این فوتونها بین آینه ها که در دو طرف اتاقک شفاف قرار دارد به جلو و عقببازتاب می کنند.وقتی که نور لیزری با طول موج قابل استفاده بوجود آمد، این باریکه از طریق آینه ی خروجی نیم شفاف خارج می شود. لیزرهای گازی متداول مانند: لیزر هلیم-نئون: شامل ده قسمت گاز هلیم و یک قسمت گاز نئون است، در آن لیزر باریکه ی لیزری توسط نئون تولید می شود، توان این لیزرها در حدود هزارم وات است. لیزر کربن دی اکسید: ترکیب این لیزرها شامل کربن دی اکسید، نیتروژن و هلیم است. مقدار گازهای کربن دی اکسید و نیتروژن تقریبا یکسان است ولی گاز غالب هلیم است، در این لیزرها باریکه ی لیزری توسط گاز دی اکسید کربن ایجاد می شود، توان این لیزرها از زیر 1w تا 50w قرار دارد. لیزر آرگون و کریپنون، توان این لیزرها از چند میلی وات تا 20w است. لیزر اگزیمر: گاز این لیزرها مخلوطی از هلیم و نئون است. گاز نادری چشمه ی عمل لیزر است و 12% تا 50% کل مخلوط را شامل می شود. مهمترین گازهای لیزرهای اگزیمر کریپتون فلوراید، گزنون فلوراید، آرگون فلوراید و گزنون کلراید است. لیزر اگزیمر تپهایی با توان بیشتر از 1000000000w (یک میلیارد وات) ایجاد می کنند.

3- لیزرهای مایع: در این نوع لیزرها از مایعات به عنوان رنگینه و محیط فعال استفاده می شود. در این لیزرها چشمه ی انرژی یک لامپ یا یک لیزر دیگر است. وقتی که نور به رنگینه می تابد رنگینه فلوئورسان می شود.در این هنگام رنگینه باریکه ی لیزری را در گستره ی وسیعی از طول موجها گسیل می دارد.

4- لیزرهای نیم رسانا: نیم رسانا می تواند در شرایط خاصی به صورت رسانا یا نارسانا عمل کند. در لیزر نیم رسانا که لیزر دیود نیز نامیده می شود، دو نوع ماده ی نیم رسانا با خواص مختلف کنار هم قرار می گیرند تا یک پیوندگاه تشکیل شود. وقتی جریان الکتریکی از لیزر نیم رسانا بگذرد، الکترونهای براتگیخته در پیوندگاه از ماده ی نوع n به طرف ماده ی نوع p حرکت می کنند و فوتونهایی گسیل می شوند. دو انتهای آینه مانند فوتونها را باز می تابانند و به داخل نیم رسانا بر می گرداند. وقتی که جریان الکتریکی آن قدر قوی باشد که لیزر نیم رسانا را پمپ کند، باریکه ی لیزری خارج می شود.

   اولکه مده پاییز

   دورنالار کوچور.

          اولکه مده یاز

           دورنالار قایتمیر.

و دورنالار 

        اوزاق بیر گون

        خان نه نه مین ناغیللارینا قاییدیر آنجاق.

كوچري قوش                                                     

اونـوتـدو  عهــد  –  ايلقار  يئنه  گلمه دي