آزمایش های فیزیک

[*مینا*]

در عصری که ما زندگی می کنیم آزمایشهایی که چشمان جهانیان را خیره می کند ازجمله آزمایشهایی که برای یافتن توالی اجزای یک ژنوم، شکافتن ذرات ریز اتمی در شتابدهنده ها و تجزیه وتحلیل ستارگانی که با ما میلیاردها سال نوری فاصله دارند نیاز به میلیونها دلار سرمایه گذاری دارند و تجزیه وتحلیل اطلاعات به دست آمده از ابزارهای پیشرفته دراین آزمایشها ماهها به طول می انجامد.
« رابرت کریز» عضو گروه فلسفه دانشگاه نیویورک در استونی بروک که مورخ آزمایشگاه ملی بروک هیون هم هست، از فیزیکدانان خواست ده آزمایش برتر جهان فیزیک را نام ببرند. برخلاف انتظار عصر ما که آزمایشهای پیچیده توسط تیمهای برجسته دانشگاهها و مراکز تحقیقات صورت می پذیرد ده آزمایش برتری که به عنوان زیباترین آزمایشهای فیزیک در طول تاریخ انتخاب شد توسط ده فیزیکدان بسیار سرشناس انجام شده بود که دستیاران چندان زیادی هم نداشتند. ازهمه جالب تر این که این آزمایشهایی که در فهرست زیباترین آزمایشهای فیزیک جای گرفتند نیازی به کامپیوترهای فوق پیشرفته بسیار مدرن نداشتند. این لیست در مجله این ماه Physics World به چاپ رسیده است . دراینجا به جای آن که به این آزمایشها به ترتیب رتبه بپردازیم به ترتیب تقدم وتأخر زمانی انجام این آزمایشها، به این ده آزمایش محبوب در فیزیک خواهیم پرداخت.
۱) اندازه گیری محیط زمین توسط اراتوستن رتبه هفتم را به دست آورد.
هنگام انقلابین [اصطلاح اخترشناسی Solstice ] در ظهر روزی که آفتاب در شهر آسوان مصر هیچ سایه ای ندارد به گونه ای که نور خورشید قادر است به طور مستقیم به ته یک چاه برسد، موردتوجه اراتوستن ـ کتابدار شهر اسکندریه در سه قرن پیش از میلاد مسیح ـ قرار گرفت. اراتوستن در چنین روزی درست هنگام ظهر که در آسوان سایه وجود ندارد در شهر اسکندریه سایه را اندازه گیری کرد، چاره ای نبود جز این که زمین را کروی درنظر بگیرد. چون سایه در اسکندریه نسبت به خط عمود هفت درجه بود. محیط هردایره ۳۶۰درجه است براساس اندازه گیری اراتوستن میان اسکندریه وآسوان ۷درجه فاصله بود. [واحد اندازه گیری درآن زمان به جای متر « Stadium » بود] با سفر میان دوشهر اسکندریه وآسوان معلوم شد که فاصله آنها براساس واحد اندازه گیری Stadium ، ۵۰۰۰ است. به این ترتیب هفت درجه از ۳۶۰درجه ۵۰۰۰ استادیوم اندازه گیری شده بود پس محیط زمین براساس محاسبات اراتوستن ۲۵۰۰۰۰استادیوم بود.
۲) آزمایش گالیله درمورد سقوط اجسام رتبه دوم را به دست آورد.
در اواخر دهه ۱۵۰۰میلادی گالیلیو گالیله Galileo Galilei که کرسی استادی دانشگاه پیزا را داشت دانش متعارف زمان خود را زیر سؤال برد . با انداختن دو شیء از بالای برج پیزا که وزنشان برابر نبود نشان داد که شیءسنگین تر زودتر از جسم سبک تر فرود نمی آید. اگر این کشف را در دوران ارسطو انجام داده بود به قیمت شغلش تمام می شد.
۳) آزمایش گالیله با گوی های غلتان برروی سطح شیب دار رتبه هشتم را به دست آورد.
دراین آزمایش گالیله ثابت کرد که مسافت با زمان به توان دو نسبت مستقیم دارد وسرعت [ Velocity که با علامت اختصاری V نمایش می دهند] در جریان آزمایش ثابت باقی می ماند.
۴) انکسار نور با منشور توسط نیوتن رتبه چهارم را به دست آورد.
ایساک نیوتن درسالی به دنیا آمد که گالیله مرد. نیوتن فارغ التحصیل کالج تثلیث کمبریج (سال ۱۶۶۵) بود. این بار هم نیوتن دانش متعارف به جامانده از دوران ارسطو را زیر سؤال برد. تلقی مردم از نور خورشید مانند برداشت ارسطو بود ونور را خالص می دانستند. با وجودی که مردم رنگین کمان را دیده بودند. تا پیش از عبور نور از منشور وتجزیه آن به هفت رنگ حتی فکرش را نمی کردند نور متشکل از این رنگها باشد.
۵) آزمایش کاوندیش در مورد میله و پیچش رتبه ششم را به دست آورد.
از تئوریهایی که نیوتن در مورد گرانش داده بود یکی این بود که نیروی جاذبه میان دوجسم رابطه مستقیم با جرم به توان دو و رابطه معکوس با فاصله به توان دو دارد. در قرن هجدهم، هنری کاوندیش برای اندازه گیری قدرت گرانش آزمایشی انجام داد او یک میله چوبی دومتری که به دوسر آن دوکره فلزی نصب شده بود انتخاب و با سیم این میله چوبی را آویزان کرد. با همین وسایل ساده کاوندیش موفق به اندازه گیری ثابت گرانشی gravitational Constant شد. این آزمایش زمینه اندازه گیری جرم زمین هم بود.
۶) آزمایش تداخل ـ نور یانگ مقام پنجم را به دست آورد.
همه تئوریهای نیوتن درست از آب درنیامد. او می گفت نور از ذرات تشکیل شده است و به صورت موج منتشر نمی شود. در سال۱۸۰۳ توماس یانگ، درصدد برآمد به اثبات برساند نحوه حرکت پرتوهای نور به صورت موج است. او در پنجره سوراخی ایجاد کرد، همه پنجره ها را به دقت با پوششی ضخیم پوشاند بعد از یک آیینه برای تغییر جهت پرتویی از نور که از طریق این سوراخ وارد می شد، استفاده کرد با استفاده از یک کارت که عرض آن یک میلیمتر بود جلوی نیمی از سوراخ را گرفت در نتیجه به توالی نوارهای سایه و روشن مشاهده کرد، این پدیده در صورتی قابل توضیح است که پرتوهای نور مانند امواج در یکدیگر تداخل ایجاد کنند. بعدها این آزمایش را با دوسوراخ انجام دادند و نتیجه واضح تری به دست آمد.
۷) آزمایش پاندول فوکو رتبه دهم را به دست آورد.
دانشمندان سال پیش پاندولی را به قطب جنوب بردند و مهر صحت بر آزمایش زدند که در سال۱۸۵۱ توسط ژان برنارد لئون فوکو با یک پاندول آهنی ۳۰کیلوگرمی آویزان از گنبد پانتئون انجام شد. فوکو به گوی یک پاندول سوزن گرامافون وصل کرده بود و روی زمین زیر گوی حلقه ای از شن های مرطوب قرار داد. در مقابل حیرت همه نشان داد که با وجودی که حرکت پاندول به جلو و عقب هدایت شده بود اما پاندول حرکتی دوار انجام داد. یعنی در واقع کف پانتئون در حال گردش بود و یا به عبارت بهتر زمین در حال چرخیدن حول محور خود بود. در پاریس هر ۳۰ساعت پاندول در جهت عقربه های ساعت یک دور را کامل می کند. در نیمکره جنوبی این گردش در خلاف جهت عقربه های ساعت است. همانطور که دانشمندان معاصر نشان داده اند در قطب جنوب دوره گردش کامل پاندول ۲۴ساعت است.
۸) آزمایش قطره روغن میلیکان رتبه سوم را به دست آورد.
قرنها بود که دانشمندان الکتریسیته را چه در مورد رعد و برق چه الکتریسته ساکن ناشی از تماس برس با موی سر مشاهده کرده بودند. در سال۱۸۹۷ تامسون فیزیکدان بریتانیایی پایه گذار این دانش شد که الکتریسیته از ذراتی به نام الکترون که بار منفی دارند تشکیل شده است. رابرت میلیکان آمریکایی در سال۱۹۰۹ موفق به اندازه گیری بار منفی در الکترونها شد. برای این کار از چندوسیله ساده استفاده کرد. با استفاده از افشانه هایی که ادکلن را به صورت افشانه درمی آورند روغن را در یک محفظه شفافی افشاند که دوطرف آن به دوسر یک باطری متصل بودند. به این ترتیب یک سر محفظه مثبت و سردیگر آن منفی بود.
زمانی که نیروی گرانش با نیروی جاذبه الکتریکی که قطرات روغن باردار را به سمت خود می کشید برابر می شد قطره در میان آسمان و زمین معلق می ماند. در واقع در حالت عادی این قطره به خاطر نیروی گرانش بایدپایین می افتاد اما در اثر نیروی جاذبه الکتریکی در حال حرکت به سمت قطب مخالف بود چون دونیرو برابر شدند این قطره روغن از حرکت بازایستاد. با همین وسایل ساده میلیکان موفق به اندازه گیری بار الکتریکی یک الکترون شد.
۹) آزمایش کشف هسته توسط رادرفورد مقام نهم را کسب کرد.
در سال۱۹۱۱ را در فورد و همکارانش با بمباران یک لایه بسیار نازک طلا با ذراتی به نام آلفا متوجه این حقیقت شدند که درصدی از این ذرات منحرف و درصدی درست در جهت مقابل بازمی گردند به این ترتیب رادرفورد موفق شد مدل قدیمی آرایش هسته و الکترون را که به «مدل کیک آلو» معروف بود به چالش بکشاند.
۱۰) آزمایش ماکس پلانک و تئوری کوانتوم رتبه اول را کسب کرد.
در مورد نور نه حق به جانب نیوتن بود ونه یانگ نه می توان نور را فقط ذرات فوتون دانست و نه امواج. در اوایل قرن بیستم ماکس پلانک و بعد آلبرت انیشتین نشان دادند که نور به صورت بسته های بسیار کوچکی منتشر و جذب می شود که به آن فوتون می گویند. در عین حال آزمایشهای دیگر هم موجی بودن حرکت نور را به اثبات می رسانند.
برای اثبات در اینجا به جای آزمایش از سوراخ یانگ و پرتوهای نور از پرتوهای الکترون استفاده میشود. ذرات، براساس قوانین کوانتومی، پدیده ای شبیه به نور در آزمایش تداخل یانگ از خود برجای می گذارند اگرچه این آزمایش در سال۱۹۶۱ توسط کلاوس جانسون از توبینگن انجام شد اما در این سالها دیگر یافته های دانش به قدری زیاد و گسترده شده بود که دیگر نمی توانست نامهایی ابدی مثل نیوتن و انیشتین در اذهان مردم دنیا بیافریند.

راسخون ( www.rasekhoon.net )

[Rez@ee]

با توجه به شکل های زیر یک راکت بادکنک می توان ساخت .به نظر شما اساس حرکت این راکت کدام قانون فیزیک است ؟

[Rez@ee]

[Rez@ee]

اگر چه دانشمندان تاکنون توانسته‌اند اجزای تشکیل‌دهنده ذره‌های زیر اتمی را در شتاب‌دهنده‌ها از یک‌دیگر جدا کنند، توالی ژنوم انسان را کشف و فعالیت ستارگان دور دست را تجزیه و تحلیل کنند، اما هنوز هم آزمایش‌هایی توجه دانشمندان را به خود جلب می‌کند که میلیون‌ها دلار هزینه را در برداشته و جریان بزرگی از اطلاعات ایجاد می‌کند؛ آزمایش‌هایی که پردازش آن‌ها توسط ابررایانه‌ها ماه‌ها به طول می‌انجامد. بسیاری از این گروه‌های پژوهشی توسعه پیدا کرده‌اند و برای انجام فعالیت با هم مشارکت می‌کنند.
اما باید اذعان کرد که مفاهیم علمی به ذهن‌های منحصر به فردی که خود را درگیر کشف رازو رمزهای جهان کرده‌اند، راه می‌یابد. هنگامی که رابرت پی.کریس، از گروه فلسفه دانشگاه ایالتی نیویورک واقع در استونی بروک ومورخ آزمایشگاه ملی بروکهان از فیزیکدانان خواست که زیباترین آزمایش‌های کل تاریخ را نام ببرند، مشخص شد که ده نفر نخست بیش‌تر به طور انفرادی کار کرده‌اند و دستیاری نداشتند.
اغلب آزمایش‌هایی که درشماره‌ی September 2002‌ مجله‌ی دنیای فیزیک (Physics World) فهرست شده‌اند را می‌توان روی یک میزکار معمولی انجام داد و به ابزارهای محاسبه‌ای پیشرفته‌تر ازخط‌کش و ماشین حساب نیاز ندارند. چیزی که در همه‌ی این آزمایش‌ها مشترک است، همان چیزی است که دانشمندان از آن به عنوان "زیبایی" نام می‌برند؛ یعنی، سادگی منطقی دستگاه‌های مورد استفاده و سادگی منطقی تجزیه و تحلیل. به عبارت دیگر، پیچیدگی ودشواری پدیده‌ها، به طور موقت به کناری گذاشته می‌شود و نکته تازه ای از راز ورمزهای طبیعت کشف می‌شود.
فهرست چاپ شده در این مجله به ترتیب عمومیت آن رتبه‌بندی شده است. در رتبه‌ی نخست، آزمایشی قرار دارد که به وضوح ماهیت کوانتومی جهان فیزیکی را نشان می‌دهد. این موارد باردیگر به ترتیب دوره زمانی مرتب شده‌اند که نتیجه آن هم اکنون پیش روی شماست. این فهرست نگرش جالبی از تاریخ دو هزارساله‌ی اکتشاف را پیش روی ما می‌گذارد:
1- اراتوستن: اندازه گیری محیط زمین
در ظهر انقلاب تابستانی در یکی از شهرهای مصر ،که امروزه آسوان نامیده می شود، خورشیدمستقیم می‌تابد: اجسام هیچ سایه‌ای ندارند و نور خورشید تا انتهای یک چاه عمیق نفوذ می‌کند.
اراتوستن که کتابدار کتابخانه‌ی اسکندریه در قرن سوم پیش از میلاد بود، هنگامی که این مطلب را خواند، دریافت که اطلاعات لازم برای محاسبه‌ی محیط زمین را در اختیار دارد. وی همان روز و همان ساعتی که در بالا گفته شد، آزمایشی ترتیب داد و مشاهده کرد که پرتوهای خورشید در اسکندریه تا حدودی مایل بوده و حدود هفت درجه از خط عمود انحراف دارد.
حالا دیگر فقط محاسبه‌های هندسی باقی مانده بود. فرض کنید زمین گرد است، در این صورت محیط دایره آن 360 درجه است. با این تفسیر اگر دو شهر از یکدیگر 7 درجه دور باشند، می‌توان گفت به اندازه هفت سیصد و شصتم یا یک پنجاهم یک دایره کامل از هم فاصله دارند. با اندازه گیری فاصله دو شهر، مشخص شد که این دو 5 هزار استادیوم (واحد طول برابر با حدود185 متر) از یکدیگر دورند. اراتوستن نتیجه گرفت که محیط زمین 50 برابر این فاصله یعنی 250 هزار استا دیوم است. از آن‌جا که دانشمندان در مورد طول واقعی یک استادیوم یونانی اختلاف نظر دارند، غیر ممکن است بتوانیم دقت این اندازه گیری را تعیین کنیم. اما بر پایه‌ی برخی از محاسبه‌ها گفته می‌شود خطای این اندازه گیری حدود 5 درصد است (رتبه‌ی7)
2- گالیله : آزمایش چیزهای در حال سقوط
تا حدود سال های 1500 میلادی، مردم فکر می کردند چیزهای سنگین سریع‌تر از اجسام سبک سقوط می‌کنند. هر چه باشد، این سخن ارسطو است. این که یک دانشمند یونان باستان توانسته بود، همچنان سلطه خود را حفظ کند، بیانگر این است که علم طی قرون وسطی چقدر تنزل کرده بود.
گالیلئو گالیله که استاد کرسی ریاضیات در دانشگاه پیزا بود ، آن قدر جسارت داشت که دانش پذیرفته شده را با چالش روبه‌رو کند. این داستان از جمله ماجراهای معروف تاریخ علم است: گفته می شود وی دو چیز با وزن‌های مختلف را از بالای برج کج (پیزا در ایتالیا) شهر رها کرد و نشان داد که آن چیزها در یک زمان به زمین می‌رسند. به چالش طلبیدن باورهای ارسطو ممکن بود برای گالیله به قیمت از دست دادن شغلش تمام شود، اما وی با این کار نشان داد که داور نهایی در موضوع‌های علمی، رویدادهای طبیعی است نه اعتبارافراد. (رتبه‌ی 2)
3- گالیله:آزمایش سقوط توپ ها از سطح شیبدار
گالیله به بازپیرایی باورهای خود در مورد چیزهای در حال حرکت ادامه داد. وی یک تخته که حدود 6 متر طول و 25 سانتی متر عرض داشت را انتخاب کرد و شیاری را در مرکز آن طوری حفر کرد که تا جایی که امکان دارد، صاف و مستقیم باشد. وی سطح را شیبدار کرد وتوپ‌های برنجی را درون این شیارها غلتاند وزمان سقوط را با یک ساعت آبی اندازه‌گیری کرد. ساعت آبی یک مخزن بزرگ آب بود که آبش از لوله‌های نازک به یک ظرف منتقل می شد. وی پس از هر بار آزمایش ورها کردن توپ میزان آب تخلیه شده را وزن می‌کرد.
گالیله به وزن کردن مقدار آب تخلیه شده، زمان را اندازه گرفت و آن را با مسافتی که گلوله طی کرده بود، مقایسه می‌کرد. ارسطو پیش بینی کرده بود که سرعت گلوله های غلتان ثابت است: اگرمدت زمان حرکت را دو برابر کنید، مسافت طی شده دو برابر می شود. اما گالیله نشان داد که مسافت طی شده با مجذور زمان متناسب است: اگر مدت زمان حرکت را دو برابر کنید، مسافت طی شده چهار برابر می شود. علت آن نیز این است که توپ در اثر جاذبه گرانشی مرتبا شتاب می گیرد. (رتبه‌ی 8)
4- نیوتون : تجزیه‌ی نور خورشید با منشور
اسحاق نیوتن در همان سالی که گالیله در گذشت، متولد شد. وی در سال 1665 میلادی از ترینیتی کالج کمبریج فارغ التحصیل شد. سپس، دو سال خانه نشین شد تا بیماری طاعون را که همه‌گیر شده بود، از سر بگذراند. وی از این که خانه نشین بود، چندان ناراضی نبود؛ چرا که مشغول فعالیت های علمی بود.
در آن سال‌ها این تفکر رایج بود که نور سفید خالص‌ترین نوع نور است (باز هم باورهای ارسطو) و بنابراین نورهای رنگی، تغییر شکل یافته‌ی نورهای سفید هستند. نیوتن برای آزمایش این نظریه، دسته‌ای از پرتو‌های خورشید را به منشور تاباند و نشان داد که خورشید به طیفی از رنگ‌ها تجزیه می‌شود.
البته مردم ، رنگین کمان را در آسمان مشاهده می‌کردند اما از تفسیر صحیح آن ناتوان بودند. نیوتن توانست به درستی نتیجه‌گیری کند که رنگ‌های قرمز، نارنجی ،زرد ،سبز، آبی، نیلی، بنفش و رنگ های بین این‌ها، تشکیل دهنده نور سفید هستند. نور سفید در نگاه اول بسیار ساده به نظر می رسید، اما پس از نگاه دقیق‌تر مشخص شد که نور سفید تلفیقی زیبا از نور های گوناگون است. (رتبه‌ی 4)
5- کاوندیش :آزمایش ترازوی پیچشی
یکی دیگر از فعالیت‌های نیوتن پیشنهاد نظریه‌ی گرانشی بود که بیان می‌کرد قدرت نیروی گرانش بین دو جسم با مجذور جرم‌هایش افزایش و به نسبت مجذور فاصله‌ی بین آن دو کاهش می‌یابد(F= G.m1.m2 / R2). اما این پرسش باقی بود که قدرت این نیروی گرانشی چقدر است؟
در پایان دهه‌ی اول قرن هجدهم، هنری کاوندیش تصمیم گرفت به این پرسش پاسخ دهد. وی یک میله‌ی چوبی را که حدود دو متر طول داشت، انتخاب کرد و سپس یک گلوله‌ی کوچک فلزی به هر طرف این میله‌ی چوبی وصل کرد تا شبیه یک دمبل شود. سپس آن را با سیمی آویزان کرد. پس از آن دو گلوله سربی را که حدود 160 کیلوگرم جرم داشتند، به توپ‌های کوچک دو سر میله‌ی چوبی نزدیک کرد تا نیروی گرانشی لازم برای جذب کردن آن‌ها ایجاد شود. گلوله‌ها حرکت کردند و در نتیجه سیم تاب برداشت.
کاوندیش با وصل کردن یک قلم کوچک در دو طرف میله توانست میزان جابه‌جایی ناچیز گلوله‌ها را اندازه بگیرد. وی برای محافظت دستگاه، از جریان هوا، آن را ، که ترازوی پیچشی نامیده می‌شود ، درون اتاقکی قرار داد و با یک تلسکوپ میزان جابه‌جایی را خواند. وی با این دستگاه توانست مقداری را که به ثابت گرانشی معروف است، با دقت بسیار زیادی اندازه‌گیری کند و با استفاده از ثابت گرانشی، چگالی و جرم زمین را به دست آورد. اراستوتن توانست محیط زمین را اندازه بگیرد اما کاوندیش جرم زمین را به دست آورد: x6/10240 . (رتبه‌ی6)
6- یانگ: آزمایش تداخل نور
باورهای نیوتن همواره درست نبود. پس از استدلال مختلف به این نتیجه رسید که نور تنها از ذره‌هایی تشکیل شده است و نه از موج.
در سال 1803 توماس یانگ پزشک و فیزیک‌دان انگلیسی تصمیم گرفت این نظریه را بیازماید. وی سوراخی را در پرده‌ی پنجره ایجاد کرد و آن را با یک مقوا که به وسیله سوزن شکاف کوچکی در آن ایجاد کرده بود، پوشاند. سپس، نوری را که از این شکاف می‌گذشت، با استفاده از یک آینه منحرف کرد. در مرحله‌ی بعد، ورقه‌ی نازکی از کاغذ انتخاب کرد که فقط یک سی‌ام اینچ (حدود یک میلی‌متر) ضخامت داشت و آن را به طور دقیق در مسیر عبور نور قرار داد تا پرتو نور را به دو قسمت تقسیم کند. نتیجه‌ی این آزمایش طرحی از نوارهای متناوب روشن و تاریک بود
این پدیده را فقط با فرض این که پرتوهای نور همانند موج رفتار می‌کنند، می‌توان تفسیر کرد. نوارهای روشن وقتی مشاهده می‌شوند که دو قله موج با یک‌دیگر هم‌پوشانی و یکدیگر را تقویت کنند، اما نوارهای سیاه وقتی ایجاد می‌شوند که یک قله موج با موج مخالف آن ترکیب شود و یک‌دیگر را خنثی کنند.
این آزمایش سال‌های بعد با استفاده از یک مقوا که در آن دو شکاف برای تقسیم نور به دو پرتو ایجاد شده بود، تکرار شد و به همین دلیل به آزمایش شکاف دوگانه نیز مشهور است. این آزمایش بعدها به معیاری برای تعیین حرکت شبه موجی تبدیل شد: حقیقتی که یک قرن بعد، هنگامی که نظریه‌ی کوانتوم آغاز شد اهمیت بیش از اندازه‌ای یافت.(رتبه‌ی 5)
7- فوکو: چرخش کره زمین
فوکو در سال 1851 در پاریس آزمایش بسیار مشهوری را به انجام رساند که پس از گذشت سالیان متمادی، چند سال گذشته در قطب جنوب دوباره تکرارشد. این دانشمندان آونگی را در قطب جنوب نصب کرد و به تماشای حرکت این آونگ پرداختند. جین برنارد فوکو دانشمند فرانسوی یک گلوله آهنی 30 کیلوگرمی را به انتهای یک مفتول متصل و از سقف کلیسایی آویزان کرد و آن را به حرکت درآورد تا به سمت عقب وجلو حرکت کند. سپس برای آن که نحوه‌ی حرکت این آونگ به خوبی مشخص شود، قلمی را به انتهای گلوله‌ای که روی بستری از شن‌های نرم و مرطوب در حال نوسان بود، قرار داد.
تماشاچیان در کمال شگفتی مشاهده کردندکه آونگ به طرز غیر قابل توجیهی در حال چرخش است یعنی مسیر حرکت رفت و برگشتی آن در هر تناوب با تناوب قبلی متفاوت است. اما واقعیت امر این است که این کف کلیسا بود که به آرامی حرکت می‌کرد و به این ترتیب فوکو توانست با قانع‌کننده‌ترین روش ممکن نشان دهد که زمین حول محور خود در حال گردش است.
در عرض جغرافیایی پاریس، آونگ طی هر 30 ساعت یک چرخش کامل را در جهت عقربه‌های ساعت انجام می‌دهد؛ در نیمکره جنوبی همین آونگ خلاف جهت عقربه‌های ساعت به حرکت درمی‌آید و در نهایت روی خط استوا حرکت در اصل چرخشی نبود. همان طور که دانشمندان عصر جدید نشان دادند زمان تناوب حرکت چرخشی پاندول در قطب جنوب برابر 24 ساعت است. (رتبه‌ی 10)
8- میلیکان: آزمایش قطره‌ی روغن
از دوران باستان دانشمندان الکتریسیته را مورد بررسی قرار داده بودند؛ پدیده پیچیده‌ای که هنگام رعد و برق از آسمان نازل می‌شد، یا با کشیدن شانه به موها می‌توانستند به راحتی آن را ایجاد کنند. در سال 1897 فیزیک‌دان انگلیسی جی.جی.تامسون اثبات کرد که الکتریسیته از ذره‌هایی که دارای بار منفی هستند، یعنی الکترون‌ها، به وجود می‌آید. ( آزمایشی که در واقع بایستی یکی از موردهای این فهرست باشد) و کار اندازه‌گیری بار این ذره‌ها در سال 1909 به رابرت میلیکان، دانشمند آمریکایی، محول شد.
وی با استفاده از یک عطرپاش، قطره‌های ریز روغن را به درون اتاق کوچک شفافی اسپری کرد. در بالا و پایین این اتاق کوچک صفحه‌‍‌های فلزی قرار داشتند که به باتری متصل بودند و در نتیجه یکی از صفحه‌ها مثبت و صفحه دیگر منفی بود. از آن‌جا که این قطره‌ها هنگام عبور در هوا دارای مقدار جزیی بار الکتریکی می‌شد، می‌توان سرعت سقوط این قطره‌ها را با تغییر ولتاژ صفحه‌های فلزی تنظیم کرد.
هنگامی که نیروی الکتریکی به طور دقیق با نیروی گرانشی برابر شود، قطره‌های روغن همانند ستارگان درخشان در پس زمینه تاریک به نظر می رسند و در هوا معلق می‌مانند. میلیکان این قطره‌ها را یکی پس از دیگری مورد ملاحظه قرار داد، ولتاژ صفحه را تغییر داد و به مشاهده‌ی تأثیر آن پرداخت. وی پس از انجام آزمایش‌های متعدد به این نتیجه رسید که بار الکتریکی یک مقدار مشخص و ثابت دارد. کوچک‌ترین بار این قطره‌ها چیزی نیست به جز بار یک الکترون منفرد.( رتبه 3)
9- رادرفورد: کشف هسته
در سال 1911 که ارنست رادرفورد در دانشگاه منچستر سرگرم آزمایش در مورد رادیواکتیویته بود، گمان می‌رفت که اتم‌ها از گلوله‌های نرم و باردار مثبتی تشکیل شده‌اند که توسط ذره‌هایی با بار منفی احاطه می‌شوند؛ مدل کیک کشمشی. اما هنگامی که وی و دستیارانش ذره‌های باردار مثبت کوچکی را که ذره‌ی آلفا نامیده می‌شدند، به صفحه نازکی از طلا تاباندند، در شگفتی تمام مشاهده کردند که درصد اندکی از این پرتوها به سمت عقب برگشتند. به عبارت دیگر این ذره‌ها پس از برخورد با اتم‌ها کمانه کرده‌اند.
رادرفورد نتیجه گرفت اتم‌های واقعی چندان هم نرم نیستند. قسمت اصلی جرم این اتم‌ها باید در مرکز اتم‌ها، که امروزه هسته اتم می‌نامیم، قرارداشته باشد و الکترون‌ها این هسته‌ها را احاطه کرده‌اند. با وجود تغییرهایی که نظریه‌ی کوانتوم در آن ایجاد کرد، این تصویر از اتم‌ها هنوز هم به قوت خود باقی است. (رتبه‌ی 9)
10- کلاوس جانسون: تداخل یک الکترون منفرد
نه گفته‌های نیوتن و نه یانگ هیچ کدام در مورد ماهیت نور به طور کامل صحیح نبود. هر چند که به سادگی نمی‌توان گفت نور از ذره تشکیل شده است. خاصیت‌های آن را فقط با استفاده از ماهیت موجی نیز نمی‌توان به طور کامل تشریح کرد.
طی 5 سال اول قرن بیستم ماکس پلانک و آلبرت اینشتین نشان دادند که نور در بسته‌هایی که فوتون نام دارد، جذب و نشر می‌شود. اما آزمایش‌هایی برای تعیین ماهیت دقیق نور هم‌چنان ادامه داشت. بعدها تئوری کوانتوم متولد شد و طی چند دهه توسعه یافت و توانست دو نظریه‌ی پیشین را با یک‌دیگر آشتی داده و نشان دهد که هر دو می‌توانند صحیح باشند: فوتون‌ها و سایر ذره‌های زیراتمی (همانند الکترون‌ها، پروتون‌هاو ...) دو چهره از خود بروز می‌دهند که مکمل یکدیگرند؛ بنابراین به گفته‌ی یک فیزیک‌دان در دسته Wavices قرار می‌گیرند.
فیزیک‌دانان برای شرح دادن این مطلب اغلب از یک آزمایش نظری شناخته شده استفاده می‌کنند . آن‌ها ابزارهای آزمایش شکاف دوگانه یانگ را به کار می‌برند، اما به جای آن که نور معمولی به کار ببرند از پرتو الکترون استفاده می‌کنند. براساس قانون‌های مکانیک کوانتوم، جریان ذره‌ها به دو پرتو تفکیک می‌شوند، پرتوهای کوچک‌تر با یکدیگر تداخل می‌کنند و همان الگوی آشنای نوارهای متناوب تاریک و روشن را که توسط نور ایجاد شده بود، از خود نشان می‌دهند. یعنی ذره‌ها همانند موج عمل می‌کنند.
براساس مقاله‌ای که در فیزیکس‌ورلد منتشر شد و توسط پیتر راجرز سردبیر مجله نگاشته شده است تا سال 1961 هیچ کس این آزمایش را در عمل به انجام نرساند تا این که کلاوس جانسون در این سال موفق به انجام این آزمایش شد . در آن هنگام هیچ‌کس از نتایج به دست آمده چندان شگفت‌زده نشد و نتیجه‌های به دست آمده همانند بسیاری از موردهای دیگر بدون آن که نامی از کسی در میان باشد به دنیای علم وارد شد. (رتبه‌ی 1)
منبع: جزیره دانش

[Rez@ee]

جوشیدن

هنگامی که یک مایع می جوشد، حباب هایی از داخل مایع بالا می آیند و از سطح آن فرار می کنند. این اثر در دمای خاصی برای یک مایع اتفاق می افتد.
اگر به آب نمک افزوده شود، نقطة جوش بالا می رود زیرا آب شور مایعی غیر از آب است.

جوشیدن و فشار
فشار نیز بر نقطة جوش آب موثر است. در دیگ زود پز آب تحت فشار بالا به جوش می آید، بنابراین نقطة جوش آن افزایش می یابد؛ یعنی غذا زود تر پخته می شود. سیستم خنک کنندة راکتورهای هسته ای نیز تحت فشار بالا کار می کند و باعث می شود آب تا دمای 300 درجه ی سلسیوس هم نجوشد!

این مورد را می توان با آزمایش زیر نشان داد. اجزای آزمایش را مانند شکل (الف) سوار کنید و سپس آب را بجوشانید. اکنون برای چند ثانیه لولة لاستیکی را فشار دهید. فشار درون بالون افزایش می یابد و دماسنج عدد بیش تری را نشان می دهد. برای مدت زیاد آن را نگه ندارید!


شعله را از زیر بالون بردارید، لوله را با گیره نگه دارید و آن را مانند شکل (ب) برگردانید. حالا روی بالون آب سرد بریزید، مقداری از بخارها درون بالون متراکم می شوند، فشار کاهش می یابد و مایع درون دماسنج پایین می آید. شما به راحتی می توانید آب را در دمای زیر 50 درجه ی سلسیوس به جوش برسانید.

[Rez@ee]

آزمایش قوطی منفجر شونده

وسایل مورد نیاز: دو عدد بطری شیشه ای یا پلاستیکی، سشوار، دو عدد ظرف، آب، چراغ الکلی.

تئوری آزمایش: اگر سمت باز یک قوطی فلزی روی ظرف آب در حال جوش قرار گیرد، بخار آب به داخل قوطی می رود. اگر فوراً بعد از اینکار قوطی را در یک ظرف شامل مقداری آب سرد فرو ببریم، قوطی با صدای بلند به ظرف می چسبد (سقوط می کند). این سقوط ناگهانی به دلیل کاهش فشار ناگهانی در قوطی است.
در این آزمایش بخار آب به دلیل اینکه چگالی کمتر از هوا دارد، جای هوا را در قوطی می گیرد. در مرحله بعد سرد کردن سریع قوطی باعث کاهش ناگهانی بخار آب و چگالیده شدن آن می شود. از آنجا که حجم آب چگالیده بسیار کمتر از حجم بخار آب اولیه است کاهشی ناگهانی در فشار درون قوطی ایجاد می شود.
در آزمایش زیر می خواهیم به شکل دیگری این موضوع را نشان دهیم. در این آزمایش تفاوت میان بخار آب 100 درجه سلسیوس و هوای 100 درجه سلسیوس را بررسی می کنیم. نکته اصلی تفاوت میان سرد شدن گاز و چگالیده شدن آن است.

روش آزمایش:
1- دو ظرف را که نیمی از آنها با آب سرد پر شده را آماده می کنیم.
2- یک بطری شیشه ای یا پلاستیکی کوچک را با هوای C100 پر می کنیم. اینکار را می توان به راحتی اما با دقت بوسیله یک سشوار با گرم کردن بطری خالی و خشک و هوای درون آن انجام داد.
3- بطری دوم را با بخار آب جوش پر می کنیم. برای اینکار می توانیم بطری روی ظرف آبی در حال جوش نگه داریم. اکنون دو بطری مشابه با حجم های برابر از دو گاز متفاوت (بخار آب و هوا) در دمای C100 داریم.
4- در مرحله بعد دو بطری را به سرعت درون ظرف های آب سرد فرو می بریم. آنچـه مشاهده می کنیم، برای دو بطری کاملاً متفاوت است. در هر دو بطری آب درون ظرف وارد می شود اما در بطری پر شده با بخار آب سطح آب به ارتفاع بیشتری می رسد. شکل های 1 و 2 را با هم مقایسه کنید. چرا این اتفاق می افتد؟ و چرا بطری ها مانند قوطی فلزی با صدای بلند سقوط نمی کنند؟

نتیجه آزمایش:
در بطری اول، هوا به دلیل آب سرد از طریق دهانه باز بطری (زیرا خود بطری شیشه ای یا پلاستیکی رسانای خوب گرما نیست)گرمایش را از دست می دهد. در نتیجه حجم هوا کاهش می یابد و سطح آب بالا می رود. یک محاسبه ساده نشان می دهد که قانون گاز کامل در این مورد برقرار است. این آزمایش نشان می دهد که سرد کردن هوا در فشار ثابت که باعث کاهش حجـم می شود، با قانون گاز کامل سازگار است.



در بطری شامل بخار آب کاهش دما باعث از دست رفتن گرما از طریق دهانه باز بطری می شود. اما اینبار آب واقعاً کل بطری را پر می کند. محاسبه مقدار گاز چگالیده کار ساده ای است.
از آنجا که بطری رسانای خوب گرما نیست، شاهد سقوط آن با صدای بلند مانند قوطی فلزی نیستیم. کاهش فشار سریعتر در قوطی باعث یک انفجار می شود اما در این بطری بالا آمدن زیاد سطح آب مشاهده می شود. می توان گفت که آزمایش بطری یک «حرکت کند» از رمبش قوطی است.

[Rez@ee]

ماشین چکه ای شمع سر و ته یک شمع روشن می کنیم و آن را از مرکز جرم خودش بوسیله یک سوزن آویزان می کنیم. با سوختن شمع وچکه کردن آن شمع حول سوزن شروع به حرکت نوسانی می کند.

به نظر شما چه عواملی در افزایش بیشینه سرعت این نوسانگر موثرند ؟

قضاوت شما در مورد عملکرد این ماشین چیست ؟
این آزمایش را تا انجام نداده اید قضاوت نکنید .

[Rez@ee]

این هم یک پمپ ساده

[Rez@ee]

فرفره مغناطیسی

[Rez@ee]

تاریخچه کولیس : در سال ۱۹۴۹ فردی به نام میتوتویو اولین پروانه ساخت کولیس را کسب کرد و تولید آن را در همان سال در کارخانه میزونوکوچی (Mizonokuchi) در شهر کاوازاکیژاپن شروع کرد.
در سال ۱۹۵۳ کارخانه آن به اوتسونومیا (utsonomiya) انتقال یافته و تولید انبوه آن شروع شد.در سال ۱۹۵۶ این فرد اولین کسی بود که موضوع استفاده از فولاد ضد زنگ را برای ساخت کولیس مطرح کرد. ۷ سال بعد در سال ۱۹۶۳ میتوتویو بیش از یک میلیون کولیس تولید کرد.
در همان سال تولید کولیس ساعتی آغاز شد و به دنبال آن کولیس‌های دیجیتالی و سپس کولیسهای ضد زنگ که در مقابل آب و روغن مقاوم بودند تولید شد. کولیس‌های کار سنگین که طول ۴۵۰ میلیمتر و بیشتر را اندازه‌گیری می‌کنند از سال ۱۹۶۱ ساخته شدند.
امروزه کولیس‌هایی که طول ۲۰۰۰ میلیمتر را اندازه‌ می‌گیرند نیز تولید می‌شود. بدنه این نوع از کولیس‌ها از فیبرهای کربنی است تا سبک باشند و معضل بزرگ این کولیس‌ها که سنگینی آنها است را بدین‌گونه رفع کرده‌اند.