تحقیق در مورد چگالی

لینک دانلود و خرید پایین توضیحات

دسته بندی : وورد

نوع فایل : .doc ( قابل ویرایش و آماده پرینت )

تعداد صفحه : 7 صفحه

قسمتی از متن .doc :

چگالی

در علم جزء چگالی را مقدار جرم موجود در واحد حجم ماده می‌دانند. و آن را با علامت اختصاری ρ نشان می‌دهند که از رابطه ρ=m/V به دست می‌آید. در صورتی که در علم کل، این تعریف از چگالی صحیح نیست و دقیقا تعریف جرم واحد حجم یا جرم مخصوص یا همان دانسیته می‌باشد. در علم کل، وزن مخصوص یک ماده به وزن آب هم‌حجم آن را در شرایط استاندارد، چگالی می‌گویند و ان را با S نشان می‌دهند. در رابطهٔ ذکر شده، ρ چگالی ماده، m جرم جسم و V حجم اشغال شده توسط آن ماده‌است. همچنین، بین چگالی و وزن مخصوص باید تفاوت قائل شد. چگالی مقدار جرم موجود در واحد حجم است، ولی وزن مخصوص به معنی وزن واحد حجم ماده‌است.

چگالی بار الکتریکی

چگالی بار حجمی را به عنوان یک کمیت منبع الکترومغناطیس به صورت ‏زیر تعریف می‌کنند:‏

که در آن ‏Δv‏ حجم بسیار کوچک در نظر گرفته می‌شود.‏

در بعضی موارد فیزیکی ممکن است یک مقدار بار ‏Δq‏ با جزء کوچک سطحی ‏Δs‏ یا جزء کوچک خطی آن ‏Δl‏ مشخص نمود.در چنین مواردی مناسب‌تر است ‏که چگالی بار سطحی ‏ρs، یا چگالی بار خطی را ‏ρl‏ تعریف کنیم.‏

چگالی‌های بار به جز در موارد خاص از نقطه‌ای به ‏نقطه دیگر تغییر می‌کند، ‏از این‌رو ‏ρ‏ ،‏ρs‏ و ‏ρl‏ عموماً ‏توابع نقطه‌ای از مختصات فضایی هستند.‏

چگالی جهان

جهان در حال‎ ‎انبساط‎ ‎است، اما‎ ‎نیروهای جاذبه‎ ‎بین مواد، باعث کند شدن ‏این‎ ‎انبساط می‌شوند. هر چه جرم جهان متراکم‌تر باشد، به همان اندازه‎ ‎چگالی‎ ‎آن زیادتر‎ ‎شده و انبساط آن کندتر می‌شود. جهانی که چگالی بالایی ‏دارد ممکن است بالاخره بخاطر‎ ‎قدرت نیروهای جاذبه بین قسمتهای تشکیل ‏دهنده‌اش ، منقبض شود. اگر جهان به اندازه‎ ‎کافی چگالی نداشته باشد، ‏برای همیشه در حال انبساط خواهد بود‎.

سرنوشت نهایی جهان احتمالا به مقدار‎ ‎ماده‎ ‎سیاهی‎ ‎که در آن وجود دارد ‏بستگی خواهد داشت‎. ‎ماده‎ ‎سیاه‎ ‎، ماده‌ای است نامرئی که فقط توسط ‏تأثیرات جاذبه‌اش قابل مشاهده‎ ‎می‌باشد.) ماهیت دقیق و پراکندگی ماده ‏سیاه هنوز شناخته نشده است. اما ستاره شناسان‎ ‎پیش بینی می‌کنند که ‏حدود 90 درصد جرم جهان احتمالا از این ماده تشکیل شده باشد،‏‎ ‎تصور ‏می‌شود که مقداری از آن در‎ ‎حفره‌های‎ ‎سیاه‎ ‎، مقداری بصورت ستاره‌های ‏تاریک و مقداری در هاله‌های تیره‌ای که در اطراف‎ ‎کهکشانها‎ ‎هستند، وجود ‏داشته باشد‎. ‎

کشفهای تازه انرژی تاریک‎ ‎

تلسکوپ فضایی و ارزشمند هابل در کشفی جدید به‎ ‎شواهدی دست یافته ‏است که ضمن تأیید نظریه‌های اولیه‎ ‎آلبرت اینشتین‎ ‎نشان می‌دهد نوعی ‏انرژی مرموز‎ ‎و ناشناخته موسوم به‎ ‎انرژی‎ ‎تاریک‎ ‎حتی ‪ ۹‬میلیارد سال قبل ‏وجود داشته و سبب‎ ‎گسترش‎ ‎ابعاد جهان‎ ‎شده است. آدام ریس محقق ‏دانشگاه جانز هاپکینز و نیز موسسه تلسکوپهای‎ ‎فضایی سازمان ناسا اعلام ‏کرد کشف جدید به حل معمای انرژی تاریک که یکی از‎ ‎اساسی‌ترین سوالات ‏علم فیزیک محسوب می‌شود، کمک بزرگی می‌کند‎.

آلبرت اینشتین‎ ‎در نظریه‌های اولیه خود مطرح کرده بود که نیروی جاذبه بین ‏مواد سبب می‌شود تعادل‎ ‎کیهان‎ ‎بر هم خورده و جهان منقبض شود و به‎ ‎همین جهت برای ایجاد تعادل نیروی ناشناخته دیگری باید در جهان وجود ‏داشته باشد که‎ ‎وی آن را ثابت کیهانی (Cosmological) Constant‬‎نامید. ‏اینشتین بعدها این نظریه‎ ‎خود را پس گرفته و از آن به عنوان بزرگترین اشتباه ‏عمر خود یاد کرد، اما دانشمندان‎ ‎سرانجام در سال ‪۱۹۹۸‬‏‎ ‎موفق به مشاهده ‏عملی شواهد این انرژی ناشناخته و پنهان شده و‎ ‎نظریات اولیه `اینشتین` ‏را مجددا مطرح کردند‎.

به گفته ریس ، ویژگی ضد جاذبه‎ ‎انرژی تاریک همچنان در جهان هستی ‏وجود داشته و سبب گسترش ابعاد جهان می‌شود و شواهد‎ ‎تازه بدست ‏آمده‎ ‎تلسکوپ‎ ‎هابل‎ ‎نشان می‌دهد حتی ‪ ۹‬میلیارد سال قبل نیز جهان در اثر ‏وجود همین انرژی در‎ ‎حال گسترش یافتن بوده است. عمر جهان در حدود ‪ ‏‏۱۳/۷‬میلیارد سال تخمین زده می‌شود‎. ‎دانشمندان در این مطالعه ، ‪ ‏‏۲۴‬ستاره قدیمی را که همگی حدود ‪ ۹‬میلیارد سال قبل‎ ‎در انفجارهایی ‏بسیار نورانی موسوم به‎ `‎ابرنواختر‎`‎منفجر شده‌اند مورد بررسی قرار‎ ‎دادند‎.

به گفته محققان، این ستاره‌ها که هر کدام حدود ‪ ۱/۴‬برابر‎ ‎خورشید‎ ‎جرم‎ ‎داشته‌اند همگی در زمانی تقریبا مشابه منفجر شده و تمام جرم خود را به ‏نور تبدیل‎ ‎کرده‌اند. دانشمندان با اندازه‌گیری نور شدید حاصل از این انفجارها ‏که ‪۹‬‏‎ ‎میلیارد‎ ‎سال قبل رخ داده و هم‌اکنون پس از طی کردن مسافت ‪ ‏‏۹‬میلیارد سال نوری به زمین‎ ‎رسیده، موفق شدند تاثیر `انرژی تاریک` بر ‏گسترش جهان را در تمامی این مدت‎ ‎بسنجند‎.

نتایج این بررسی با تایید نظریه‌های مطرح شده در سال ‪ ۱۹۹۸‬مجددا‎ ‎بر ‏وجود `انرژی تاریک` در جهان از میلیاردها سال قبل تاکنون تأیید کرد. به رغم‎ ‎شناسایی شواهد جدید از وجود‎ `‎انرژی‎ ‎تاریک‎`‎، ماهیت این انرژی همچنان ‏برای فیزیکدانان به شکل معما باقی مانده ‌است‎. ‎اینشتین در زمان معرفی ‏ثابت کیهانی و یا به عبارتی انرژی تاریک ، آن را یک ویژگی‎ ‎مربوط به فضای ‏بیکران نامید. برخی دیگر از نظریه‌پردازان آن را حاصل یک میدان‎ ‎الکترومغناطیسی بسیار عظیم می‌دانند و برخی دیگر نیز آن را به نکات ‏ناشناخته قانون‎ ‎جاذبه ارتباط می‌دهند‎.

انبساط جهان‎ ‎

با وجود خلا فضای بین ستاره‌ای بنظر می‌رسد جرم جهان ما کمتر‎ ‎از آن ‏باشد که بتواند در آینده منقبض شود. آینده ما چگونه است؟ یک حریق بزرگ ‏تازه‎ ‎یا شاید پیشروی به سمت سرمای بیشتر و فضای خالی بیشتر؟ برای ‏پاسخگویی به این سؤال ،‎ ‎باید نیروی گرانشی کائنات یا معادل آن چگالی ‏ماده موجود در کائنات را حساب کنیم‎. ‎جهان در حال انبساط است و نیروهای ‏جاذبه بین مواد باعث کند شدن این انبساط می‌شوند‎. ‎هر چه جرم جهان ‏متراکم تر باشد، به همان اندازه چگالی زیاد شده و انبساط آن کندتر‏‎ ‎می‌شود. جهانی که چگالی بالایی دارد، ممکن است بالاخره به خاطر قدرت ‏نیروهای جاذبه‎ ‎بین قسمتهای تشکیل دهنده‌اش ، منقبض شود و جهان ‏بسته بماند (کائنات‎ ‎بسته‎).

اگر جهان به اندازه کافی چگالی نداشته باشد، برای همیشه در حال‎ ‎انبساط ‏و بصورت جهان باز خواهد بود.

چگالی بحرانی‎ ‎

اندازه کافی که برای چگالی گفته می‌شود، چقدر است؟ این‎ ‎اندازه برابر 5‏‎ x ‎‏10-27‏Kg/m‏3‏‎ ‎است که چگالی بحرانی می‌باشد. چگالی بحرانی معیاری ‏است‎ ‎برای تعیین باز یا بسته بودن جهان. اگر چگالی جهان از چگالی بحرانی ‏بیشتر باشد،‎ ‎جهان ، جهان بسته خواهد بود. اگر چگالی جهان از چگالی ‏بحرانی کمتر باشد، جهان ،‎ ‎جهان باز خواهد بود‎. ‎

اندازه گیری چگالی جهان‎ ‎

حال ببینیم چگالی جهان را چگونه اندازه بگیریم؟‎ ‎چگالی کمیت یک ماده در ‏واحد حجم معین است. حجم مورد نظر در مورد کائنات باید بسیار‎ ‎بزرگ ‏باشد. حجمی شاید به اندازه یک ابرخوشه. برای محاسبه ماده موجود در ‏این حجم ،‎ ‎جرم کهکشانها را باهم جمع می‌کنیم. این کار در مورد مواد مرئی ‏که به سمت ما نور‎ ‎می‌فرستند، میسر است ولی در مورد ماده‌ای که ‏نمی‌بینیم، نمی‌توانیم جرم آن را حدس‎ ‎بزنیم. موادی مثل ستارگان و ‏سیاره‌های مرده ، سیاره‌هایی که دور از هر منشأ نوری‎ ‎قرار دارند، صورتهای ‏احتمالی ماده که هنوز نمی‌شناسیم،‎ ‎ماده‎ ‎تاریک‎ ‎و‎ ... .

‎اسحاق نیوتن می‌گوید: ماده ، چه نورانی چه تاریک ، شناخته‎ ‎شده یا ‏ناشناخته ، از طریق نیروی گرانشی خود را به ما نشان می‌دهد. فرض کنیم ‏خورشید‎ ‎نور افشانی نمی‌کرد در این صورت نمی‌توانستیم آن را ببینیم ولی ‏حرکت سیاره‌ها به‎ ‎دور خورشید همچنان ادامه داشت و اخترشناسان ‏می‌توانستند بدون آنکه قادر به دیدن‎ ‎خورشید باشند، بوجود آن پی ببرند و با ‏دنبال کردن حرکات زمین نسبت به ستارگان ، جرم‎ ‎آن را اندازه بگیرند‎.

‎اخترشناسان با بهره گیری از روشهای مشابه می‌توانند‎ ‎چگالی کل کائنات را ‏اندازه بگیرند. نتیجه اندازه گیری آنها در کل فضای قابل مشاهده‎ ‎بطور ‏میانگین حدود یک سوم اتم در حجم یک متر مکعب فضا است. به لحاظ نظری ‏برای اینکه‎ ‎حرکت کهکشانها در آینده متوقف یا معکوس شود، این چگالی باید ‏بیش از ده اتم در هر‎ ‎متر مکعب باشد. با توجه به واقعیات مشهود چنین ‏امری بعید به نظر می‌رسد، ولی چون‎ ‎ابزار دقیق اندازه گیری نداریم، ‏نمی‌توانیم این امکان را کاملا منتفی بشماریم، ولی‎ ‎اگر چنین باشد، کائنات ‏باز خواهد بود. نسبت فراوانی هیدروژن سنگین (دوتریوم) به‎ ‎هیدروژن سبک ‏از فرضیه کائنات باز حمایت می‌کند. پس سبک بودن کائنات و فراوانی‎ ‎دوتریوم ‏نشان می‌دهد که کائنات تا ابد منبسط خواهد شد‎. ‎