آموزش و تحقيقات
فضا-زماندر ریاضیات پیچیده نسبیت، زمان و فضا از هم جدا نیستند. در عوض، فیزیكدانان به مجموعه ای از زمان و فضای سه بعدی شامل طول، عرض و ارتفاع، فضا-زمان می گویند. انیشتین چنین بیان كرد كه ماده و انرژی می توانند با ایجاد انحنا در فضا-زمان، شكل آنرا تغییر دهند و گرانش در واقع تاثیر این انحنا در فضا-زمان می باشد.اصل هم ارزی می گوید كه تاثیرات گرانش و تاثیرات شتاب با هم برابرند. برای درك این اصل، تجسم كنید كه شما در سفینه ای هستید كه به هیچ جرم آسمانی نزدیك نیست. بنابراین سفینه شما تحت تاثیر هیچ گونه نیروی گرانشی قرار ندارد. فرض كنید كه سفینه شما به سمت جلو می رود اما شتاب ندارد. به بیانی دیگر، سفینه شما با سرعتی ثابت و در جهتی ثابت حركت می كند. اگر شما توپی را بیرون بگیرید و رها كنید، توپ سقوط نخواهد كرد. در عوض، در كنار شما معلق خواهد ماند. اما فرض كنید كه سفینه شما با افزایش سرعت، شتاب بگیرد. در این هنگام توپ ناگهان به سمت پائین سفینه سقوط خواهد كرد دقیقا مانند زمانیكه تحت تاثیر گرانش قرار بگیرد.پیش بینی های نسبیت عاماز زمانیكه محاسبه سبقت مداری عطارد، تئوری نسبیت را تائید نمود، مشاهدات زیادی برای بررسی پیش بینی های تئوری نسبیت انجام گرفت. برخی از نمونه ها عبارتند از: انحراف پرتوهای نور و امواج رادیویی، وجود امواج گرانش و سیاه چاله ها و گسترش كائنات.
شنبه 23/6/1387 - 20:47
آموزش و تحقيقات
تا اوایل 1900، دانشمندان تنها یك حركت را مشاهده كرده بودند كه بر اساس قانون نیوتون قابل توضیح نبود و آن جابجایی كوچكی در مدار عطارد به دور خورشید بود. مدار عطارد، مانند مدار دیگر سیارات بیضی شكل است. خورشید درست وسط این بیضی قرار ندارد. به همین دلیل یك نقطه در این مدار نسبت به دیگر نقاط آن به خورشید نزدیكتر است. اما مكان این نقطه در هر بار گردش سیاره به دور خورشید اندكی تغییر می كند. دانشمندان به این جابجایی، سبقت سیاره می گویند. دانشمندان از قانون نیوتون برای محاسبه این جابجایی استفاده كردند اما نتیجه معادله با آنچه كه مشاهده می شود اندكی متفاوت است.تئوری گرانش انیشتیندر سال 1915، آلبرت انیشتین، فیزیكدان متولد آلمان، تئوری فضا-زمان-گرانش یا تئوری نسبیت عام را معرفی كرد. تئوری انیشتین طرز فكر دانشمندان به گرانش را به كلی دگرگون كرد. البته این تئوری، قانون نیوتون را رد نكرد بلكه آنرا گسترش داد. در بیشتر موارد، نتیجه ای كه از تئوری نسبیت حاصل می شد، اندكی با نتیجه به دست آمده از قانون نیوتون متفاوت بود. برای مثال، انیشتین از تئوری خود برای اندازه گیری سبقت مداری سیاره عطارد استفاده كرد و نتیجه به دست آمده درست برابر با مشاهدات بود. این نخستین آزمون برای تائید تئوری نسبیت عام به حساب آمد.تئوری انیشتین بر اساس دو چیز استوار بود. اول، ماهیتی به نام فضا-زمان و دوم قانونی كه به نام اصل هم ارزی شناخته می شود.
شنبه 23/6/1387 - 20:47
آموزش و تحقيقات
در سال 1665، زمانیكه نیوتون 23 ساله بود، سقوط یك سیب این سوال را در ذهن او ایجاد كرد كه نیروی گرانش زمین تا چه فاصله ای تاثیر گذار است. نیوتون كشف خود را در سال 1687 به نام "ریشه های ریاضی در فلسفه طبیعت " تشریح نمود. نیوتون به كمك قوانین حركت سیارات كه توسط ستاره شناس آلمانی یوهانس كپلر كشف شده بود، نشان داد كه چگونه نیروی گرانش خورشید با افزایش فاصله كاهش می یابد. او سپس فرض كرد كه گرانش زمین نیز به روشی مشابه در فواصل دور كاهش می یابد. نیوتون می دانست كه گرانش زمین، ماه را در مدار خود قرار داده است و مقدار گرانش زمین در آن فاصله را اندازه گیری كرد. او به كمك فرض خود، بزرگی گرانش در سطح زمین را به دست آورد. عدد به دست آمده، بزرگی همان نیرویی بود كه سیب را به زمین كشاند.قانون گرانش نیوتون می گوید كه نیروی گرانش بین دو جرم ارتباط مستقیم با جرم آن دو دارد. یعنی هر چه جرم آنها بیشتر باشد، نیروی گرانش بین آن دو بیشتر است. این قانون همچنین می گوید كه نیروی گرانش بین دو جرم ارتباط عكس با فاصله بین دو جرم به توان دو دارد. برای مثال اگر فاصله بین دو جرم دو برابر شود، نیروی گرانش بین آنها یك چهارم می شود. فرمول قانون نیوتون به صورت F=m1m2/d2 می باشد كه در آن F نیروی گرانش بین دو جرم، m1 و m2 مقدار مواد دو جرم و d2 فاصله بین دو جرم به توان دو است.
شنبه 23/6/1387 - 20:47
آموزش و تحقيقات
گرانش، نیروی جاذبه ایست كه بین همه اجرام، به خاطر جرمشان، وجود دارد. جرم یك جسم، مقدار ماده آن است. به دلیل وجود گرانش، جرمی كه در نزدیك زمین قرار گیرد به سمت سطح این سیاره سقوط می كند. جرمی كه در سطح زمین است نیز نیرویی به سمت پائین را به دلیل گرانش تجربه می كند. ما این نیرو را در بدن خود به شكل وزن تجربه می كنیم. گرانش، گازهای تشكیل دهنده خورشید را در كنار هم نگاه می دارد و باعث می شود سیارات در مدار خود به دور خورشید قرار داشته باشند. مردم، قرنها در مورد گرانش دچار اشتباه بودند. در سال 300 قبل از میلاد مسیح، فیلسوف و دانشمند یونانی، ارسطو، بر اساس یك باور اشتباه فكر می كرد كه اجرام سنگین سریعتر از اجرام سبك سقوط می كنند. این باور تا اوایل 1600 میلادی همچنان در بین مردم پابرجا بود تا اینكه دانشمند ایتالیایی، گالیله این باور را اصلاح نمود. گالیله گفت كه شتاب همه اجرام به هنگام سقوط با هم برابر است مگر اینكه مقاومت هوا یا نیروهای دیگری بر آن تاثیر بگذارد. شتاب یك جرم، مقدار تغییر در سرعت آن جرم است. بنابراین اگر یك جرم سنگین و یك جرم سبك را همزمان با هم از یك ارتفاع پرتاب كنیم در یك زمان به زمین می رسند. قوانین گرانش نیوتونیستاره شناسان در گذشته توانستند حركات ماه و سیارات بر فراز آسمان را اندازه گیری كنند. با این حال تا اوایل سال 1600، هیچیك نتوانستند به درستی این حركات را توضیح دهند. در آن زمان، ایزاك نیوتون دانشمند انگلیسی، ارتباطی را بین حركات اجرام سماوی و نیروی جاذبه زمین توصیف نمود.
شنبه 23/6/1387 - 20:46
آموزش و تحقيقات
تاریخچهدر سال 1955 شوروی تحقیقات خود را برای پرتاب ماهواره مصنوعی به فضا آغاز كرد. در تاریخ چهارم اكتبر 1957 این اتحادیه ماهواره اسپاتنیك 1 را به عنوان اولین ماهواره مصنوعی به فضا ارسال نمود. این ماهواره در هر 96 دقیقه یك دور كامل به دور زمین می چرخید و اطلاعات به دست آورده خود را به شكل سیگنال های رادیویی قابل دریافت به زمین ارسال می كرد. در تاریخ 3 نوامبر 1957 اتحادیه جماهیر شوروی دومین ماهواره مصنوعی یعنی اسپاتنیك 2 را به فضا فرستاد. این ماهواره حامل اولین حیوانی بود كه به فضا سفر كرد. سگی به نام لایكا. پس از آن ایالات متحده ماهواره كاوشگر1 را در تاریخ 31 ﮋانویه 1958 و ونگارد 1 را در تاریخ 17 مارس همان سال به فضا فرستاد.نخستین ماهواره ارتباطی اكو1 در ماه اگست سال 1960 از ایالات متحده به فضا فرستاده شد. این ماهواره امواج رادیویی به زمین می فرستاد. در آپریل 1960 نیز اولین ماهواره هواشناسی تیروس 1 كه تصاویر ابرها را به زمین ارسال می كرد فرستاده شد.نیروی دریایی آمریكا سازنده اولین ماهواره ردیاب، ترانزیت 1ب درآپریل سال 1960 بود. به این ترتیب تا سال 1965 در هر سال بیش از 100 ماهواره به مدارهایی در فضا فرستاده شدند.از سال 1970 دانشمندان به كمك رایانه و نانو تكنولوﮋی موفق به اختراع سازه ها تجهیزات پیشرفته تری برای ماهواره شده اند. به علاوه كشور های دیگر همینطور سازمانهای تجاری مبادرت به خریداری و ارسال ماهواره نموده اند. در سالهای اخیر بیشتر از 40 كشور ماهواره در اختیار دارند و نزدیك به 3000 ماهواره در مدارها به انجام ماموریت های خود می پردازند.
جمعه 22/6/1387 - 20:58
آموزش و تحقيقات
ماهواره ها ی موجود در ارتفاع عای بلند مدار ﮋئوسینكرنوس در ارتباط همیشگی و دائم با زمین می باشند. ایستگاه ها ی زمین می تواند دوازده بار در روز با ماهواره های موجود در ارتفاع كوتاه ارتباط برقرار نمایند. در طول هر تماس ماهواره اطلاعات خود را ارسال و دستورالعمل ها را زا ایستگاه دریافت می كند. تبادل اطلاعات تا زمانیكه ماهواره از فراز ایستگاه عبور می كند می تواند ادامه داشته باشد كه معمولا زمانی حدود 10 دقیقه است.چنانچه قسمتی از ماهواره دچار نقص فنی شود اما ماهواره قادر به ادامه ماموریت های خود باشد، معمولا همچنان به كار خود ادامه می دهد. در چنین شرایطی مركز كنترل روی زمین بخش آسیب دیده را تعمیر و یا مجددا برنامه نویسی می كند. در موارد نادری نیزعملیات تعمیرماهواره را شاتل ها در فضا انجام می دهند. و اما چنانچه آسیب های وارد آمده به ماهواره به اندازه ای باشد كه ماهواره دیگر قادر به انجام ماموریت های خود نباشد مركز كنترل فرمان توقف ماهواره را صادر می كند.سقوط از مداریك ماهواره در مدار خود باقی می ماند تا زمانیكه شتاب آن كم شود و در چنین حالتی نیروی گرانش ماهواره را به سمت پایین و به سمت اتمسفر می كشاند. سرعت ماهواره هنگام برخورد با مولكول های خارجی ترین لایه اتمسفر كم می شود. هنگامی كه نیروی گرانش ماهواره را به سمت لایه های داخلی اتمسفر می كشاند هوایی كه در جلوی ماهواره قرار می گیرد سریعا به قدری فشرده و داغ می شود كه در این هنگام بخشی و یا تمامی ماهواره می سوزد.
جمعه 22/6/1387 - 20:58
آموزش و تحقيقات
پرتاب ماهوارهبرخی ماهواره ها توسط شاتل ها در فضا حمل می شوند ولی اغلب ماهواره ها توسط راكت هایی به فضا فرستاده می شوند كه پس از اتمام سوختشان به درون اقیانوسها می افنتد.بیشتر ماهواره ها در ابتدا با حداقل تنظیمات در مسیر مدار خود قرار داده می شوند. تنظیمات كامل را راكت هایی انجام می دهند كه داخل ماهواره كار گذاشته می شوند. زمانیكه ماهواره در یك مسیر پایدار در مدار خودقرار گرفت می تواند مدت های درازی در همان مدار بدون نیاز به تنظیمات مجدد باقی بماند.انجام ماموریتكنترل بیشتر ماهواره ها در مركزی بر روی زمین است. رایانه ها و افراد متخصص در مركز كنترل وضعیت ماهواره را تحت نظر دارند. آنها دستورالعمل ها را به ماهواره ارسال می كنند و اطلاعات جمع آوری شده توسط ماهواره را دریافت می نمایند. مركز كنترل از طریق امواج رادیویی با ماهواره در ارتباط است. ایستگاه ها یی بر روی زمین این امواج را از ماهواره دریافت و یا به آن ارسال می كنند.ماهواره ها معمولا به طور دائم از مركز كنترل دستورالعمل دریافت نمی كنند. آنها در واقع مثل روباتهای چرخان هستند.روباتی كه سلول های خورشیدی خود را برای دریافت انرﮋی كافی تنظیم و كنترل می كند و آنتن های خود را برای دریافت دستورات خاص از زمین آماده نگه می دارد. تجهیزات ماهواره به صورت مستقل و اتوماتیك وظایف خود را انجام می دهند و اطلاعات را جمع آوری می كنند.
جمعه 22/6/1387 - 20:58
آموزش و تحقيقات
ماهواره های تاسیسات نظامی مشتمل از ماهواره های هواشناسی، ارتباطی، ردیاب و مشاهده زمین می باشند كه برای مقاصد نظامی به كار می روند.برخی از این ماهواره ها كه به ماهواره های جاسوسی نیز شهرت دارند قادر به تشخیص دقیق پرتاب موشكها، حركت كشتی ها در مسیر های دریایی و جابجایی تجهیزات نظامی در روی زمین می باشند.زندگی و مرگ ماهواره هاساخت یك ماهوارههر ماهواره حامل تجهیزاتیست كه برای انجام ماموریت خود به آن ها نیاز دارد. برای مثال ماهواره ای كه مامور مطالعه كائنات است مجهز به تلسكوپ و ماهواره مامور پیش بینی وضع هوا مجهز به دوربین مخصوص برای ثبت حركات ابرها است.علاوه بر تجهیزات تخصصی، همه ماهواره ها دارای سیستمهای اصلی برای كنترل تجهیزات خود و عملكرد ماهواره می باشند. از جمله سیستم تامین انرﮋی، مخازن، سیستم تقسیم برق و … . در هر یك از این بخشها ممكن است از سلول های خورشیدی برای جذب انرﮋی مورد نیاز استفاده شود. بخش داده ها و اطلاعات نیز مجهز به رایانه هایی به منظور جمع آوری و پردازش اطلاعات به دست آمده از طریق تجهیزات و اجرای فرامین ارسال شده از زمین می باشد.هریك از تجهیزات جانبی و بخشهای اصلی یك ماهواره به طور جداگانه طراحی، ساخته و آزمایش می شوند. متخصصان بخشهای مختلف را كنارهم گذاشته و متصل می كنند تا زمانیكه ماهواره كامل شود و سپس ماهواره در شرایطی نظیر شرایطی كه هنگام ارسال از سطح زمین و هنگام استقرار در مدار خود خواهد داشت آزمایش می شود. اگر ماهواره همه آزمایش ها را به خوبی گذراند آماده پرتاب می شود.
جمعه 22/6/1387 - 20:53
آموزش و تحقيقات
یك ایستگاه در زمین مجهز به آنتنی بسیار بزرگ برای دریافت و ارسال سیگنال ها می باشد. گاهی چندین ماهواره كه دریك شبكه و درمدارهای كوتاهترقرار گرفته اند، امواج را دریافت و با انتقال دادن سیگنال ها به یكدیگر آنها را به كاربران روی زمین در اقصی نقاط آن می رسانند. سازمانهای تجاری مانند تلوزیون ها و شركت های مخابراتی در كشورهای مختلف از كاربران دائمی این نوع ماهواره ها هستند.به كمك ماهواره های ردیاب، كلیه هواپیماها، كشتی ها و خودروها بر روی زمین قادربه مكان یابی با دقت بسیار زیاد خواهند بود. علاوه بر خودروها و وسایل نقلیه اشخاص عادی نیز میتوانند از شبكه ماهواره های ردیاب بهره مند شوند.در واقع سیگنال های این شبكه ها در هر نقطه ای از زمین قابل دریافتند.دستگاه های دریافت كننده، سیگنال ها را حداقل از سه ماهواره فرستنده دریافت و پس از محاسبه كلیه سیگنال ها، مكان دقیق را نشان می دهند.ماهواره های مخصوص مشاهده زمین به منظور تهیه نقشه و بررسی كلیه منابع سیاره زمین و تغییرات ماهیتی چرخه های حیاتی در آن، طراحی و ساخته می شوند. آنها در مدارهای سان سینكرنوس قطبی در حركتند. این ماهواره ها دائما در شرایط تحت تابش نور خورشید مشغول عكس برداری از زمین با نور مرئی و پرتوهای نا مرئی هستند.رایانه ها در زمین اطلاعات به دست آمده را بررسی و مطالعه می كنند. دانشمندان به كمك این ماهواره معادن و مراكز منابع در زمین را مكان یابی وظرفیت آنها را مشخص می كنند.همینطور می توانند به مطالعه بر روی منابع آبهای آزاد و یا مراكز ایجاد آلودگی و تاثیرات آنها و یا آسیب های جنگل ها و مراتع بپردازند.
جمعه 22/6/1387 - 20:52
آموزش و تحقيقات
آنها می توانند مشخصات ابرها، دما، فشار هوا، بارندگی و تركیبات شیمیایی اتمسفر را اندازه گیری نمایند. از آنجا كه این ماهواره ها همواره هر نقطه از زمین را در یك ساعت مشخص محلی مشاهده می كنند دانشمندان با اطلاعات به دست آمده قادر به مقایسه دقیق تر آب و هوای مناطق مختلفند. ضمنا شبكه جهانی ماهواره های هواشناسی كه در این مدارها در حركتند می توانند نقش یك سیستم جستجو و نجا ت را بر عهده گیرند. آنها تجهیزات مربوط به شناسایی سیگنال های اعلام خطر در همه هواپیما ها و كشتی های خصوصی و غیر خصوصی را دارا هستند.بقیه ماهواره های هواشناسی در ارتفاع های بلند تر در مدارهای ژئوسینكرنوس قرار دارند. از این مدارها، آنها می توانند تقریبا نصف كره زمین و تغییرات آب و هوایی آن را در هر زمان مشاهده كنند. تصاویر این ماهواره ها مسیر حركت ابرها و تغییرات آنها را نشان می دهد. آنها همینطور تصاویر مادون قرمز نیز تهیه می كنند كه گرمای زمین و ابرها را نشان می دهد.ماهواره های ارتباطی در واقع ایستگاه های تقویت كننده سیگنال ها هستند، از نقطه ای امواج را دریافت و به نقطه ای دیگر ارسال می كنند. یك ماهواره ارتباطی می تواند در آن واحد هزاران تماس تلفنی و جندین برنامه شبكه تلوزیونی را تحت پوشش قرار دهد. این ماهواره ها اغلب در ارتفاع های بلند، مدار ﮋئوسینكرنوس و بر فراز یك ایستگاه در زمین قرار داده می شوند.
جمعه 22/6/1387 - 20:52
