اندازه گيري جرم اتم‌ها، گشتاور، ديوار صوتي، آهن‌رباهاي (57)

اندازه گيري جرم اتم‌ها، گشتاور، ديوار صوتي، آهن‌رباهاي بزرگ

اندازه گيري جرم اتم‌ها

     جرم اتم‌ها آن‌قدر كم است كه با هيچ ترازويي امكان ندارد كه جرم آن‌ها را اندازه‌گيري كرد.دانشمندان براي تعيين جرم اتم‌ها از دستگاهي به نام طيف‌نگار جرم استفاده مي‌كنند. در اين دستگاه به اتم‌ها بار الكتريكي داده مي‌شود تا به صورت يون (ذرات باردار) در بيايند و بعد اين يون‌ها به يك شكاف تابانده مي‌شوند. يون‌هايي كه از شكاف عبور مي‌كنند تشكيل باريكه‌اي از نور نامرئي، را مي‌دهند كه از ميان دو صفحه باردار و دو قطب يك آهن‌ربا مي‌گذرد. باريكه نور، بر اثر عبور از اين ناحيه خم مي‌شود و يون‌هاي آن به يك آشكارساز مثلا" يك فيلم حساس عكاسي، برخورد مي‌كنند. هر چه يوني سبك‌تر باشد خميدگي مسير آن بيشتر است و در نتيجه باريكه نور گسترده ميشود و به صورت نوارهايي كه مربوط به اتم‌هايي با جرم‌هاي مختلف هستند روي صفحه‌ي حساس اثر مي‌گذارد. دانشمندان با توجه به مكان هر نوار مي‌توانند جرم اتم‌هاي مربوط به آن را اندازه‌گيري كنند. با طيف‌نگار جرم مي‌شود تعداد اتم‌هاي مربوط به هر نوار را هم محاسبه كرد.

     چون الكترون‌هاي يك اتم از هسته‌ي آن خيلي سبك‌تر هستند، طيف‌نگار جرم در واقع جرم هسته را اندازه مي‌گيرد.با دانستن جرم هسته مي‌توانيم تعداد پروتون‌ها و نوترون‌هاي موجود در آن را پيدا كنيم.

     به وسيله‌ي طيف‌نگار جرم مي‌شود نوع اتم‌هاي يك ماده را هم مشخص كرد. سفينه‌اي كه اخيرا" به طرف ماه‌هاي مريخ پرتاب شده حاوي يكي از اين طيف‌نگارها است تا معلوم كند كه در سطح اين ماه‌ها چه عناصري يافت مي‌شوند؟

گشتاور

     گشتاور عبارت است از حاصل‌ضرب جرم جسم در سرعت آن. كه به صورت رابطه زير مشخص مي‌شود:

جرم × سرعت = گشتاور

     براي متوقف كردن هر جسم متحرك، مثلا" اتومبيل، نيرويي لازم است؛ چون اتومبيل گشتاور دارد. گشتاور به سرعت و جرم جسم بستگي دارد. اگر اتومبيلي با سرعت زياد حركت كند، مقدار گشتاور آن بيشتر از زماني است كه آهسته حركت مي‌كند. به همين دليل نيروي بيشتري لازم است تا اتومبيل را در سرعت زياد متوقف كند. هم‌چنين نيرويي كه براي متوقف ساختن يك كاميون بزرگ لازم است به مراتب بيشتر از مقدار نيرويي است كه بايد براي متوقف كردن يك اتومبيل كوچك به كار گرفته شود، كاميون گشتاور بيشتري دارد، چون جرم بيشتري دارد.

     هنگامي كه اجسام به يكديگر اصابت مي‌كنند، مجموع گشتاور آن‌ها تغيير نمي‌كند. مثلا" وقتي يك گوي متحرك به گوي ثابتي اصابت مي‌كند، گوي متحرك از حركت باز مي‌ايستد و گوي ثابت با همان سرعتي كه گوي متحرك داشته به حركت در مي‌آيد. گشتاور گوي اول به گوي دوم منتقل شده است.   

     ديوار صوتي

     هواپيماهاي مافوق صوت، مانند كنكورد، (به دليل ايرادهاي فني كنكورد از رده خارج شد.)قادر هستند سريع‌تر از صوت حركت كنند. وقتي كه هواپيمايي سريع‌تر از صوت حركت كند ديوار صوتي شكسته مي‌شود. زماني كه هواپيما آهسته‌تر از سرعت صوت حركت مي‌كند، امواج صداي ناشي از حركت هواپيما زمان كافي براي دور شدن از اطراف هواپيما دارند.هنگامي كه سرعت هواپيما به سرعت صوت مي‌رسد امواج صدا آن را احاطه مي‌كنند. اما با گذشتن از سرعت صوت، هواپيما از صدايي كه ايجاد مي‌كند پيش مي افتد و امواج صدا روي هم انباشته مي‌شوند و صداي مهيبي ايجاد مي‌كنند. اين صداي مهيب را غرش صوتي مي‌نامند (اصطلاحا"مي‌گويند هواپيما ديوار صوتي را شكست.) كه از زمين شنيده مي‌شود. امواج ضربه‌اي غرش صوتي چنان است كه مي‌تواند شيشه‌ي خانه‌ها را بشكند.

     آهن‌رباهاي بزرگ

     بزرگ‌ترين و قوي‌ترين آهن‌رباهاي جهان آهن‌رباهاي فوق هادي هستند. آهنرباهاي فوق هادي نوعي آهن‌رباهاي الكتريكي هستند كه تا حدود  270 - درجه سانتي‌گراد سرد شده‌اند. در اين درجه حرارت سيم سيم‌پيچ آهن‌ربا مقاومت خود را در برابر جريان الكتريكي از دست مي‌دهد و به يك فوق هادي تبديل مي‌شود. در نتيجه امكان عبور دادن جريان الكتريكي بسيار زيادي از سيم‌پيچ فوق هادي به منظور ايجاد آهن‌رباي بسيار پرقدرتي وجود دارد.

     از آهن‌رباهاي فوق هادي به منظور كنترل اشعه‌ي ذرات در ماشين‌هاي اتم‌شكن كه شتاب دهنده‌هاي ذره‌اي نام دارند استفاده مي‌شود.در شتاب‌دهنده نيروي پرقدرت آهن‌ربايي پروتون‌ها، الكترون‌ها يا ذرات باردار ديگر را هم‌زمان با شتاب گرفتن جهت مي‌دهد و در نهايت به اتم‌هاي هدف مي‌كوبد و آن‌ها را متلاشي مي‌كند.