مکانیک طبیعی

  سه مکتب، مکانیک کلاسیک نیوتون، مکانیک نسبیت اینشتین و مکانیک کوانتم در بررسی مکانیک اجسام متحرک کاربرد دارند. در این مقاله رفتار اجسام متحرک در مکانیک نیوتون و مکانیک نسبیت اینشتین بررسی و با مکانیک طبیعی مقایسه می‌گردد. مکانیک طبیعی را با بازنگری در مکانیک نیوتن و تصحیح مقادیر مشتقات جزء و تعریف دوباره مفاهیم جرم، حرکت و انرژی به دست آورده‌ایم. مکانیک طبیعی، مکانیک نیوتن را کامل می‌کند و نسبیت اینشتین را به سمت نسبیت گالیله سوق می‌دهد.

با ما همراه باشید:

  مکانیک طبیعی، اندازه‌های درست حرکت را با روش‌های محاسباتی در دسترس قرار می‌دهد و از تجربه پیش می‌افتد. در حالی که مکاتب قبلی در محاسبه این اندازه‌ها در سرعت‌های زیاد خطاهای فاحش دارند و با مقادیر تجربی فاصله زیادی دارند.

تعاریف و اختصارات این مقاله:

m0 جرم جسم در سرعت صفر (mass rest) یا جرم سکون مکانیک اینشتین یا جرم لختی در مکانیک نیوتون است.

mv جرم تکانه، جرم جسم در سرعت v یا جرم جسم در حرکت مکانیک اینشتین است. این جرم در مکانیک نیوتون معادل جرم سکون فرض می‌شود و در مکانیک اینشتین متناسب با سرعت تغییر می‌کند اما به نظر می‌رسد که در سرعت‌های بسیار نزدیک به سرعت نور، مکانیک اینشتین یا مکانیک نسبیتی با تجربه سازگار نیست.
mk جرم معادل انرژی جنبشی جسم است. تفاوت لختی جسم متحرک با جسم ساکن 

mi جرم معادل انرژی اضافی درونی جسم است.

M جرم لختی، جرم معادل مجموع جرم و انرژی سیستم است. تعریف آن در مکانیک اینشتین ناقص و در مکانیک نیوتون معادل m0 فرض می‌شود.

Ek انرژی جنبشی جسم است و در هر دو مکتب مکانیک تعریف شده است.

Ei انرژی اضافی درونی ناشی از برخورد یا واپاشی است و در هر دو مکتب مکانیک تعریف شده است.

p اندازه حرکت یا تکانه است.

۱ -مکانیک نیوتونی

  در این مکتب، مشخصات مکانیکی اجسام متحرک بدین شرح است:

جرم جسم

سرعت جسم v

تکانه، اندازه حرکت (در سرعت زیاد، این محاسبه با واقعیت تطابق ندارد)

انرژی جنبشی جسم (در سرعت زیاد، این محاسبه با واقعیت تطابق ندارد)

 

اصل بقای اندازه حرکت در برخورد کشسان و ناکشسان (در سرعت زیاد، این محاسبه با واقعیت تطابق ندارد)

 

اصل بقای انرژی در برخورد کشسان (در سرعت زیاد، این محاسبه با واقعیت تطابق ندارد)

 

انرژی درونی در برخورد ناکشسان (در سرعت زیاد، این محاسبه با واقعیت تطابق ندارد)

 

اصل بقای انرژی در برخورد ناکشسان (در سرعت زیاد، این محاسبه با واقعیت تطابق ندارد)

۲ -مکانیک نسبیت

  در این مکتب مشخصات مکانیکی اجسام متحرک به شرح زیر است:
جرم سکون            m0
سرعت نسبی          v

جرم تکانه ، جرم جسم در سرعت v (در سرعت‌های خیلی نزدیک به سرعت نور، این محاسبه با واقعیت تطابق ندارد)

 

 

جرم لختی ، جرم معادل مجموع جرم و انرژی سیستم (در سرعت‌های خیلی نزدیک به سرعت نور، این محاسبه با واقعیت تطابق ندارد)

 

 

 

تکانه جسم، تصحیح مربوط به تکانه انرژی جنبشی انجام شده است. (در سرعت‌های خیلی نزدیک به سرعت نور، این محاسبه با واقعیت تطابق ندارد)

 

 

 

انرژی جنبشی جسم (در سرعت‌های خیلی نزدیک به سرعت نور، این محاسبه با واقعیت تطابق ندارد)

 

 

اصل بقای اندازه حرکت در برخورد کشسان و ناکشسان (در سرعت‌های خیلی نزدیک به سرعت نور ، این محاسبه با واقعیت تطابق ندارد)

 

اصل بقای انرژی در برخورد کشسان (در سرعت‌های خیلی نزدیک به سرعت نور، این محاسبه با واقعیت تطابق ندارد)

 

اصل بقای انرژی در برخورد ناکشسان (در سرعت‌های خیلی نزدیک به سرعت نور، این محاسبه با واقعیت تطابق ندارد)

 

انرژی درونی (در سرعت‌های خیلی نزدیک به سرعت نور، این محاسبه با واقعیت تطابق ندارد)

 

 

اصل معادل بودن جرم با انرژی اضافی درونی و با انرژی جنبشی

۳ -مکانیک طبیعی

  با تلفیق مفاهیم نظریه‌های همه چیز با مکانیک نیوتون، مشخصات مکانیکی اجسام متحرک که در مکانیک رایج به صورت تقریبی قابل محاسبه است، دقیقاً محاسبه می‌شود و به شرح زیر می‌باشد:

جرم جسم        m0

سرعت نسبی جسم        V

تغییرات انرژی جنبشی جسم       

مجموع انرژی جسم       

 

در انتگرال فوق با افزایش m0، V تبدیل به

می‌شود.

یعنی m تابعی از V است. به تجربه ثابت شده است:

معادل بودن تغییرات جرم با انرژی       

 

 

 

با استنتاج از تجربه فوق انرژی جنبشی جسم به صورت دنباله زیر نتیجه می‌شود:

جرم اضافی ناشی از حرکت جسم

 

 

 

جرم تکانه، جرم جسم در سرعت momentum mass ،V

 

 

 

جرم لختی

 

تکانه یا اندازه حرکت جسم

 

 

 

اصل بقای اندازه حرکت در برخورد کشسان و ناکشسان

 

اصل بقای انرژی در برخورد کشسان

 

اصل بقای انرژی در برخورد ناکشسان

 

محاسبه مشخصات جسم در حرکت با سه روش، مکانیک نیوتون، مکانیک انیشتین، و مکانیک طبیعی در جدول زیر خالصه شده است.

جدول ۱ -مقایسه مقادیر مشخصات مکانیکی جسم در سرعت سه چهارم سرعت نور (V=0.75).

  ملاحظه می‌گردد که مکانیک کالسیک نیوتون فقط برای سرعت‌های خیلی کمتر از سرعت نور مناسب است. خطای مکانیک نسبیت اینشتین در سرعت‌های خیلی نزدیک به نور مثلا در سرعت C=0.75 زیاد است و کاربردی نیست. دقت مشخصات پیش بینی شده توسط مکانیک طبیعی، فراتر از دقت تجربی در آزمایشگاه‌های موجود است. مکانیک طبیعی مقادیر مطلق مشخصات مکانیکی اجسام متحرک را محاسبه می‌کند.

 

گروه پیشتازان علم/ به قلم علی واثقی

درباره علی واثقی

علی واثقی، فوق لیسانس مهندسی معدن از دانشگاه تهران (۱۳۵۸) با سی و چهار سال فعالیت در مهندسی معدن و مهندسی آب، فعال در پژوهش و مدل سازی علمی است و مقالات و سخنرانی هایی در جهان بینی علمی، اصلاح معادلات ماکسول، اصلاح مدل اتمی عناصر، اصلاح تئوری موسیقی، اصلاح مدل گرمایش زمین و... دارد.

این مطالب را نیز ببینید!

کمی بیشتر راجع به حد آرمسترانگ بدانیم

  آیا تاکنون این کلمه را شنیده‌­اید؟ در این پست، سعی کرده‌­ایم تا در رابطه …

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

2 × دو =

رفتن به نوار ابزار