مفهوم احتمال در مورد ارتباط یا پیوند دو متغیر به کار میرود، به این معنی که ارتباط یا پیوند آنها به صورتی است که حضور، شکل، وسعت و اهمیت هر یک وابسته به حضور، شکل، و اهمیت دیگری است. این مفهوم به صورت محدودتر و در مورد ارتباط دو متغیر کمّی نیز به کار برده میشود.(مفاهیم اساسی جامعه شناسی، حمید عضدانلو).
بقیه در ادامه مطلب.........
منبع مطلب: دانشنامه آزاد ویکی پدیا
ادامه مطلب
ادامه مطلب
طرز کار موتور موشک های فضایی
مقدمه:
یکی از عجیب ترین کشفیات انسان دسترسی به فضا است که پیچیدگی و مشکلات خاص خود را دارد. راه یابی به فضا پیچیده است، چرا که باید با بسیاری از مشکلات روبرو شد. مثلا:
- وجود خلا در فضا
- مشکلات گرما و حرارت
- مشکل ورود مجدد به زمین
- مکانیک مدارها
- ذرات و باقی مانده های فضا
- تابش های کیهانی و خورشیدی
- طراحی امکانات برای ثابت نگه داشتن اشیا در بی وزنی
ولی بزرگترین مشکل ایجاد انرژی لازم برای بالا بردن فضاپیما از زمین است که برای درک این موضوع باید به بررسی طرز کار موتورهای موشک پرداخت.
در یک دیدگاه ساده، می توان موتورهای موشک را به آسانی و با هزینه ای نسبتا کم طراحی کرد و حتی آن را به پرواز درآورد اما اگر بخواهیم مسئله را در سطح کلان بررسی کنیم با مشکلات و پیچیدگی های بسیاری مواجه هستیم و این موتورهای موشک (و به خصوص سیستم سوخت آن ها) آنقدر پیچیده است که تا به حال تنها سه کشور توانسته اند با استفاده از این فناوری انسان را در مدار زمین قرار دهند.
در این مقاله ما موتورهای موشک های فضایی را مورد بررسی قرار می دهیم تا با طرز کار و پیچیدگی های آن ها آشنا شویم.
نکات پایه ای:
عموما وقتی کسی درباره موتورها فکر می کند، خود به خود مطالبی درباره چرخش برایش تداعی می شود.برای مثال حرکت متناوب پیستون در موتور بنزینی که انرژی چرخشی برای به حرکت در آوردن چرخ ها را تولید می کند. و یا موتور الکتریکی که با تولید میدان الکتریکی که با تولید میدان مغناطیسی نیروی چرخشی برای پنکه یا سی دی رام تولید می کنند. موتور بخار هم به طور مشابه کار می کنند.
ولی موتور موشک از لحاظ ساختار متفاوت است. موتور موشک ها موتورهای واکنشی هستند.اساس کار موتور موشک برپایه ی قانون معروف نیوتون است که می گوید: "برای هر کنش واکنشی وجود دارد به مقدار مساوی ولی درجهت مخالف آن". موتور موشک نیز جرم را در یک جهت پرتاب می کند و از واکنش آن در جهت مخالف سود می برد.
البته تصور این اصل (پرتاب جرم و سود بردن از واکنش) ممکن است در ابتدا کمی عجیب به نظر بیاید، چرا که در عمل بسیار متفاوت می نمایاند. انفجار، صدا و فشار چیزهایی است که در ظاهر باعث حرکت موشک می شود و نه "پرتاب جرم".
بگذارید تا با بیان چند مثال تصویری بهتر از واقعیت را روشن کنم:
● اگر تا به حال با اسلحه ی(به خصوص سایز بزرگ آن) shotgun شلیک کرده باشید، متوجه می شوید که ضربه ی بسیار قوی ای، با نیروی بسیار زیاد به شانه شما وارد می کند.
یک اسلحه مقدار 1 انس فلز را به یک جهت و با سرعت 700 مایل در ساعت شلیک می کند و در واکنش شما را به عقب حرکت می دهد.
● اگر تا به حال شیر آتش نشانی را دیده باشید، متوجه می شوید که برای نگه داشتن آن باید نیروی بسیار زیادی را صرف کنید (اگر دقت کرده باشید گاهی 2 یا 3 آتش نشان یک شیر را نگه می دارند) که در این جا شیر آتش نشانی مثل موتور موشک عمل می کند.
شیر آتش نشانی، آب را در یک جهت پرتاب میکند و آتش نشان ها از نیرو و وزن خود استفاده می کنند تا در برابر واکنش آن مقاومت کنند. اگر آن ها اجازه بدهند تا شیر رها شود، شیر به این طرف و آن طرف پرتاب می شود.
حال اگر آتش نشان ها روی یک اسکیت برد ایستاده باشند شیر آتش فشانی آن ها را با سرعت زیادی به عقب می راند.
● اگر یک بادکنک را باد کنید و آن را رها کنید، بادکنک به پرواز در می آید، تا وقتی که هوای داخل آن به طور کامل خالی شود. پس می توان گفت که شما یکم موتور موشک ساخته اید. در این جا چیزی که به بیرون پرتاب می شود مولکول های هوای درون بادکنک هستند.
بسیاری از مردم فکر می کنند که مولکول های هوا اهمیتی ندارند، در حالی که اینطور نیست. هنگامی که شما به آن ها اجازه می دهید تا از دریچه بادکنک به بیرون پرتاب شوند، بر اثر واکنش به وجود آمده بادکنک به جهت مخالف پرتاب می شود.
در ادامه برای درک بهتر موضوع، به مثالی دقیق تر اشاره می کنم:
● سناریوی توپ بیسبال در فضا:
شرایط زیر را تصور کنید،
مثلا شما لباس فضانوردان را پوشیده اید و در فضا در کنار فضاپیما معلق مانده اید و چندین توپ بیسبال در دست دارید. حال اگر شما توپ بیسبال را پرتاب کنید، واکنش آن بدن شما را به جهت مخالف توپ حرکت می دهد.
سرعت شما پس از پرتاب توپ به وزن توپ و شتاب وارده بستگی دارد. همانطور که می دانیم حاصلضرب جرم در شتاب برابر نیرو است، یعنی:
F=m.a
همچنین میدانیم که هر نیرویی که شما به توپ وارد کنید، توپ نیز نیرویی مساوی ولی در جهت مخالف به بدن شما وارد میکند که همان واکنش است. پس می توان گفت:
m.a=m.a
حال فرض می کنیم که توپ بیسبال 1 کیلو گرم وزن داشته باشد و وزن شما و لباس فضایی هم 100 کیلوگرم باشد. پس با این حساب اگر شما توپ بیسبال را با سرعت 21 متر در ساعت پرتاب کنید. یعنی شما با دست خود به یک توپ بیسبال 1 کیلو گرمی، شتابی وارد کرده اید که سرعت 21 متر در ساعت گرفته است. واکنش آن روی بدن شما تاثیر می گذارد، ولی وزن بدن شما 100 برابر توپ بیسبال است. پس بدن شما با 100/1 سرعت توپ بیسبال (یا 0.21 متر بر ساعت) به عقب حرکت می کند.
حال اگر شما می خواهید از توپ بیسبال خود قدرت بیش تری بگیرید، شما دو انتخاب دارید: افزایش جرم یا افزایش شتاب وارده
شما می توانید یا یک توپ سنگین تر پرتاب کنید و یا اینکه شما می توانید توپ بیسبال را سریع تر پرتاب کنید (شتاب آن را افزایش دهید)، و این دو تنها کارهایی است که می توانید انجام دهید.
یک موتور موشک نیز به طور کلی جرم را در قالب گازهای پرفشار پرتاب می کند؛ موتور گاز را در یک جهت به بیرون پرتاب می کند تا از واکنش آن در جهت مخالف سود ببرد. این جرم از مقدار سوختی که در موتور موشک می سوزد بدست می آید.
عملیات سوختن به سوخت شتاب می دهد تا از دهانه خروجی موشک با سرعت زیاد بیرون بیاید.
وقتی سوخت جامد یا مایع می سوزد و به گاز تبدیل می شود، جرم آن تغییر نمی کند بلکه تغییر در حجم آن است. یعنی اگر شما مقدار یک کیلو سوخت مایع موشک را بسوزانید مقدار یک کیلو جرم با حجمی بیشتر، از دهانه خروجی موشک با دمای بالا و سرعت زیاد خارج می شود. عملیات سوختن، جرم را شتاب می دهد.
بیایید تا بیش تر درباره ی نیروی پرتاب بدانیم:
نيروی پرتاب:
قدرت موتور یک موشک را نیروی پرتاب آن می گویند. نیروی پرتاب در آمریکا به صورت
(پوند) ponds of thrust
و در سیستم متریک با واحد نیوتون شناخته شده است (هر 4.45 نیوتون نیروی پرتاب برابر است با 1 پوند نیروی پرتاب).
هر یک پوند نیروی پرتاب (4.45 نیوتون) مقدار نیروی است که می تواند یک شی 1 پوندی (453.59 گرم) را در حالت ساکن مخالف نیروی جاذبه زمین نگه دارد.
بنابر این در روی زمین شتاب جاذبه 21 متر در ساعت در ثانیه (32 فوت در ثانیه در ثانیه) است.
چند نكته:
۱) در هر ميدان عددي حلقه اعداد صحيح جبري يك حوزه ددكيند است. يعني هر ايده آل به شكل يگانه مي تواند به صورت حاصلضرب ايده آلهاي اول نوشته شود.
۲) در هر ميدان عددي تنها تعدادي متناهي ايده آلهاي اول موجودند كه يك عدد اول مفروض p را عاد مي كنند.
۳) يك حوزه ددكيند كه تنها تعدادي متناهي ايده آل اول دارد يك حوزه ايده آل اصلي است و بدين ترتيب هر عضو را به تقريب شريك بودن (دو عضو را شريك گوييم هرگاه يكي حاصلضرب ديگري در يك يكال باشد) مي توان به نحوي يكتا به صورت حاصلضرب عوامل اول نوشت.
ميدان تمام اعداد به شكل a+b*sqrt -۵ را كه در آن a و b اعداد گويا هستند در نظر بگيريد. حلقه اعداد صحيح جبري در اين ميدان شامل اعداد به شكل a+b*sqrt -۵ است كه در آن a و b اعداد صحيح معمولي هستند. به سادگي مي توان ديد كه ۲ و ۳ و sqrt -۵ +۱ و ۱+sqrt -۵ - در اين حلقه اعضاي اول هستند زيرا كه نمي توانند به عواملي كه اعداد صحيح جبري هستند تجزيه شوند مگر آنكه يكي از عوامل يكال ۱ يا -۱ باشد. همچنين
(۱+sqrt -۵)(۱-sqrt -۵)=۲*۳
دو تجزيه به عوامل اول براي عدد ۶ هستند كه به تقريب شريك بودن يكي نيستند. بنابراين حلقه مزبور يك حوزه يكتاي تجزيه نيست و ينابراين يك حوزه ايده آل اصلي نيز نيست. بنابراين طبق سومين خاصيت فوق الذكر بايد تعداد متناهي ايده آل اول داشته باشد و در نتيجه بنابه دومين خاصيت تعدادي نامتناهي عدد اول موجود است.
امروز می خوام روشهای حل مساله رو به طور کلی بیان کنم. البته باید خاطر نشان کنم که با توجه به نوع مساله می توان از بعضی موارد ذکر شده صرف نظر کرد.
عمده ترین روشهای حل مساله عبارتند از:
۱- جستجو برای الگو
۲- رسم شکل
۳- صورتبندی مساله معادل
۴- تغییر مساله
۵- انتخاب نمادهای مناسب
۶- استفاده از تقارن
۷- تجزیه به حالت های ساده تر
۸- کار عقب رونده
۹- بررسی نقیض
۱۰- زوجیت
۱۱- بررسی حالتهای حدی
۱۲- تعمیم
۱) جستجو برای الگو:
همواره کار حل مساله را با نوعی ادراک شهودی از مساله شروع می کنیم و با بررسی چند حالت خاص به سوی الگوسازی برای حل کامل آن جلو می رویم.
۲) رسم شکل:
در هر مساله ای که امکانپذیر باشد رسم یک شکل (اعم از هندسی یا یک نمودار و غیره) می تواند در یافتن حل مساله الهام بخش باشد و رابطه بین اجزا مساله را بهتر نمایان می سازد.
۳) صورتبندی مساله معادل:
در بخش قبل دیدیم که گام نخست در حل مساله عبارت است از جمع آوری داده - جستجو - فهمیدن مساله - برقراری ارتباط بین اجزا - حدس زدن و تجزیه تحلیل. ولی اگر همه این کارها به روش معقولی میسر نباشد چه کنیم؟ یعنی اینکه ممکن است کارهای محاسباتی خیلی پیچیده باشد و یا به سادگی نتوانیم حالتهای خاصی را مطرح کنیم تا به بینش لازم برسیم.آنچه در چنین شرایطی توصیه می شود این است که مساله را با مساله ای معادل ولی ساده تر جایگزین کنیم. راه کلی در این گونه معادل سازی به بینش و تجربه های عمومی باز می گردد ولی کارهایی از قبیل دستکاریهای جبری یا مثلثاتی و تفسیر مجدد مساله با زبانی دیگر می تواند موثر باشد.
۴) تغییر مساله:
در بعضی مسائل می توانیم مساله مورد نظر را به مساله دیگری تبدیل کنیم. این دو مساله لزوما معادل یکدیگر نیستند ولی حل مساله دوم حل مساله اول را نتیجه می دهد.
۵) انتخاب نمادهای مناسب:
از نخستین گامها در حل مساله های ریاضی تبدیل مساله به صورتی نمادین می باشد. در انتخاب نمادها باید هر ایده کلی را ملحوظ داشته و آن را با نمادی بیان کنیم. بی دقتی در انتخاب نمادها ممکن است به از بین رفتن یا مبهم شدن بعضی از روابط منجر شود.
۶) استفاده از تقارن:
وجود تقارن در یک مساله موجب می شود که با عملیات کمتری مساله را به جواب برسانیم.
۷) تجزیه به حالتهای ساده تر:
گاهی اوقات می توان یک مساله را به تعدادی مساله ساده تر و کوچکتر تبدیل کرد که هر کدام از این مسائل ساده تر را می توان جداگانه در نظر گرفت.
۸) کار عقب رونده:
کار عقب رونده یعنی اینکه نتیجه مورد نظر را مفروض گرفته شروع به استنتاج هایی از آن کنیم تا به یک مساله حل شده برسیم. در این صورت گامهای معکوسی را در نظر بگیریم تا به نتیجه مطلوب دست پیدا کنیم.
۹) بررسی نقیض:
استفاده از تناقض یعنی مفروض گرفتن نادرستی حکم و با استنتاج به نتیجه نادرست یا متناقضی رسیدن از روشهای آشنا در ریاضیات است.
۱۰) زوجیت:
ایده ساده زوج و فرد بودن یکی از ابزارهای بسیار قوی در حل مساله است که کاربردهای وسیعی دارد.
۱۱) بررسی حالتهای حدی:
در برخورد اولیه با مساله بعضی اوقات تغییردادن پارامترها بین حدهای پایین و بالای ممکن آنها ایده هایی برای حل مساله به همراه خواهد داشت.
۱۲) تعمیم:
معمولا ساده سازی یک مساله راهگشای حل آن است. اما در بعضی موارد حالت تعمیم یافته مساله سهل تر قابل حل است و حالت مورد نظر را می توان به عنوان یک حالت خاص نتیجه گرفت. در واقع ایده تعمیم و در کنار آن مجرد سازی ویژگی خاص ریاضیات نوین است.
در پایان اشاره می کنم که سعی کنید یک مساله را در صورت امکان به چند روش حل کنید. این کار باعث بهبود سرعت و خلاقیت شما در حل مسائل دیگر می شود. روشهای مختلف حل مساله بخشهایی از زوایای پنهان مساله را برای شما آشکار می کند.
