JM Free Ebooks - шаблон joomla Форекс
Чоршанбе, 14 Августи 2019 07:32

Принсипи минимуми энергия ва шарҳи чанд ҳодисаи муъҷизанамои физикӣ

Муаллиф:

   Илми муосир исбот намудааст, ки Замин дар қатори сайёраҳои Офтоб аз гарду ғубори кайҳонӣ, (натиҷаи таркиши Бузург) 4,5-5 миллиард сол қабл ба вуҷуд омада, одам ҳамчун навъи биологӣ дар рӯйи Замин тақрибан 300 ҳазор сол қабл пайдо шудааст. Инсон дар тӯли мавҷудияташ то ин дам барои зинда будан ва насли худро нигоҳ доштан мубориза мебарад. Фаҳмост, ки барои одами ибтидоӣ зиндагӣ хеле мушкил буд. Зеро ӯ таҷрибаи зиндагӣ ва дониш надошт. Ивазшавии шабу рӯз, ҳаракати зоҳирии Офтобу Моҳ, милтос задани ситораҳо, гулдурос ва рӯшноии чашмхиракунандаи барқро аксаран бо тарсу ҳарос ва бо ҳайрат тамошо мекард, лекин сабаби онҳоро намедонист. Одами ибтидоӣ эҳсос мекард, ки бе хӯрок зиндагӣ карда наметавонад, лекин чиро (кадом меваву, растаниҳоро) истеъмол карданро намедонист. Аз ин рӯ ӯ ҳамеша дар тарсу ҳарос зиндагӣ ба сар мебурд. Тасаввур кардан душвор нест, ки таҷрибаи зиндагӣ дар табиат (дар табиат зинда будан!!) барои аҷдодони мо ба ивази вақт ва қурбониҳои хеле зиёд ба даст омадааст…

  Иқрор бояд шуд, ки мавзӯи мазкур басо доманадор аст ва баррасии бояду шояди он мавриди алоҳидаро мехоҳад. Ин ҷо мо танҳо онро хотиррасон карданием, ки донишҳои умуминсонӣ дар бораи табиат арзиши бузург доранд. Ин донишҳо тӯли асрҳо зимни таҷрибаи зиндагӣ ва пажӯҳишҳо аз тарафи аҷдодони гузаштаи инсоният ба даст оварда шудааст. Зиндагии инсонворро дар ҷаҳони муосир бидуни ин арзишҳои маънавӣ тасаввур кардан имконнопазир аст.

  Донишҳо дар бораи ҳодисаҳои табиат заминаи ҷаҳонбинии илмии одамон ва асоси техника ва технологияи муосир мебошад. Аз ин рӯ аз бар кардани донишҳо дар бораи табиат зарурати зиндагӣ ва таъмини зиндагии шоиста ба ҳисоб меравад. Ҷомеаҳое, ки зарурияти мусаллаҳ будан ба донишҳоро пештар ва бештар мефаҳманд, бешак зуд рушд мекунанд. Таърихи тамаддунҳои башарӣ мисоли зиёд дорад. Тамаддуни кунунӣ бешак баландтарин қуллаи тамаддуни инсонист. Суръати бемисли инкишорфи илм ва технология дар садсолаи охир исботи иддаои болоист. Асоси пешрафти иқтисодӣ ва иҷтимоии ҷомеаи ҷаҳониро имрӯз техника ва технологияе ташкил медиҳад, ки дар заминаи илмҳои дақиқ, асосан, физика ва математика, химия ва биология, технологияи информатсионӣ ба вуҷуд оварда шудааст.

  Дастовардҳои илмӣ-технологӣ дар ҳамаи соҳаҳои фаъолияти инсон фаровон истифода мешаванд. Зеро, истифодаи техника корро осон ва самараи меҳнатро баланд менамояд. Масалан, дар истеҳсоли маҳсулоти кишоварзӣ (хӯрока) аз мошинҳо, тракторҳо, комбайнҳо ва таҷҳизоту технологияи озмудашуда зиёд истифода мешавад. Зимнан таъкид бояд кард, ки алҳол, бидуни истифодаи техника аҳолии сайёраи Заминро бо хӯрок таъмин намудан имконнопазир аст. 100-150 сол муқаддам барои таъмини амнияти озуқаворӣ зиёда аз панҷоҳ дар сади аҳолӣ ба корҳои кишоварзӣ машғул мешуданд. Ин рақам, бо тадриҷан афзудани истифодаи техника дар корҳои кишоварзӣ, поён рафта алҳол дар миқёси ҷаҳон тақрибан ба 5 фоиз расидааст. Яъне механизатсия кардани истеҳсолоти кишоварзӣ (истеҳсоли хӯрокворӣ-гӯшт, шир, тухм, равған, меваву сабзавот ва ғайра) ҳиссаи кори дастиро поён бурда миқдори маҳсулоти истеҳсолшавандаро, нисбати истеҳсоли «дастӣ» садҳо маротиба зиёд намудааст. Зиёд шудани истеҳсоли маҳсулоти кишоварзӣ инчунин аз ҳисоби ба кор андохтани заминҳои бекорхобида, беҳтар намудани ҳолати мелиоративии заминҳо ва ба кор гирифтани навъҳои серҳосил ва ба касалиҳо тобовари растаниҳо, истифодаи нуриҳои минералӣ ва коркардҳои агротехнологӣ таъмин карда мешавад.

  Истифодаи натиҷаҳои илмӣ-технологӣ дар соҳаҳои дигар, аз ҷумла дар авиатсия, кайҳоншиносӣ, мошинсозӣ, энергетика, электроника, тиб, дорусозӣ, телекоммуникатсия, микро ва нанотехнология, ҳосил кардани маводҳои нав ва хосияташон пешгӯишаванда, автоматика-робототехника боз ҳам ҷиддитар мебошад.Кишварҳои пешрафтаи ҷаҳон бо мақсади ҳарчӣ бештар истифода бурдани натиҷаҳои илмӣ-технологӣ барои анҷоми корҳои тадқиқотии амалӣ ва фундаменталӣ маблағ ва неруи бузурги олимон ва мутахассисонро сарф менамоянд ва  аз ин ҳисоб босуръат пеш мераванд…

  Олимон асоси муваффақиятро дар пешрафти илмӣ-технологии мамлакатҳои пешқадам дар заминаҳои таърихӣ, низоми дурусти маориф ва ҳавасмандии олимон ва ихтироъкорон аз дастовардҳои нави илмӣ медонанд. Эътироф шудааст, ки бо вуҷуди заминаҳои ирсӣ доштани қобилиятҳои зеҳнӣ-эҷодкории баъзе афрод, ташаккули он натиҷаи тарбият буда, солҳо бонизом тарбият карда мешавад. Мактабу донишгоҳҳо, пажӯҳишгоҳҳои академӣ ва соҳавӣ «озмоишгоҳ»-и тарбият ва ташаккули шахсиятҳои илмӣ-эҷодӣ ба ҳисоб меравад. Омӯзиши физика дар қатори фанҳои дигар потенсиали бештари ташаккули имкониятҳои зеҳнии ҷавононро дорад. Аввало, фаҳмонидани ҳодисаҳои табиат барои толибилми мактаб ва донишгоҳ диққатҷалбкунанда буда, мисолҳои ҷолиб оиди кашфиёт ва татбиқи амалии онҳо-воқеан дар заминаи ақл «парвоз» намудани одамон хеле зиёданд. Истифодаи бамавриди чунин мисолҳо дар ҳамаи зинаҳо раванди таълими физикаро ҷаззоб ва хоҳиши донишандӯзии толибилмонро баланд мебардорад. Инро истифодаи потенсиали эвристикии фанни физика номидан мумкин аст. Истифодаи ин имконият ва ҷаззоб гардонидани раванди таълим аз маҳорат ва дониши касбии муаллим вобаста буда, барои гурӯҳи мавзӯъҳои алоҳида хусусияти ба худ хос дошта метавонад.

  Дар мақола мисолҳои истифодаи принсипи минимуми энергия дар шарҳи чанд падидаҳои муъҷизанамои табиат оварда мешавад. Истифодаи ин мисолҳо ба омӯзгорон барои, бешубҳа, ҷаззоб намудани раванди таълими физика имкон медиҳад. Шиносоӣ бо ин мисолҳо ва шарҳи физикии ҳодиса, ба толибилмон, барои амиқ ва фарох намудани дониши физикӣ имкон медиҳад. Мисолҳои пешниҳодшударо омӯзгорон метавонанд барои ташкили дарсҳои проблемавӣ аз физика - ҳамчун усули фаъол гардонидани раванди таълим истифода баранд.

Принсипи минимуми энергия чист? Дар физикаи муосир бо далелҳои муътамад исбот карда шудааст: Ҳамаи системаҳои физикӣ ба минимуми энергия «мекушанд». Бо истифода аз ана ҳамин қоидаи ба назар одӣ, вале моҳиятан амиқ, ки табиати ғайризинда ба он ҳамеша «риоя» мекунад, бисёр ҳодисаҳоро шарҳ додан имконпазир аст.

Саволи 1. Барои чӣ қатра, масалан, қатраи борон (ҳангоми озод афтидан), куррашакл мешавад?

Ҷавоб: Ин ҷо, қатраи борон системаи иборат аз молекулаҳои зиёди об иборат аст ва системаи физикист. Ҳангоми ба серӣ расидани намии бухори об дар абр, дар натиҷаи конденсатсия об аз ҳолати газӣ ба моеъ мегузарад, қатрачаҳои об пайдо мешаванд ва зери таъсири қувваи вазнинӣ (ҷозибаи Замин) ба афтидан оғоз мекунанд. Дар сари роҳи афтиши қатрача молекулаҳои дигари бухори об зимни ҳаракати ҳароратӣ тасодуфан ба вай афтида андозаи онро ба қадри имкон калон менамоянд. Қатраи борон дарвоқеъ шакли кураро мегирад. Инро мушоҳидаҳо тасдиқ кардаанд. Шумо метавонед шакли қатраро дар нӯги қатрарез (пипетка) мушоҳида намоед.

Молекулаҳои об дар қатра зери таъсири қувваи ҷозибаи молекулавӣ қарор доранд. Зери таъсири қувваи ҷозиба молекулаҳои сатҳи моеъ ба маркази қатра (кура) кашида мешаванд, қувваҳои ҷозибаи байнимолекулавӣ кор иҷро мекунанд. Дар натиҷаи зери таъсири қувваи ҷозибаи байнимолекулавӣ бо ҳам кашида шудани молекулаҳо кор иҷро мешавад ва ин ба энергияи сатҳи моеъ табдил меёбад - тарангии сатҳи моеъ ба вуҷуд меояд, дар натиҷа сатҳи моеъ ба маркази қатра (кура) як қадар кашида мешавад. Азбаски кура барои ҳамон як ҳаҷм масоҳати сатҳи камтарин дорад, мувофиқи принсипи минимуми энергия, қатра шакли кураро мегирад. Биёед инро дар мисоли зерин бо рақамҳо нишон медиҳем.

Бигзор радиуси қатра ба 2 мм баробар бошад. Масоҳати сатҳи қатраро бо масоҳати сатҳи кубчае, ки ҳаҷмаш ба ҳаҷми ҳамин қатра баробар аст, муқоиса мекунем. Аввал ҳаҷми қатраро ҳисоб мекунем.

Масоҳати сатҳи кура:

Sкура=4πr2=4∙3,14∙4∙10-6 м2=50,24∙10-6 м2. Дида мешавад, ки барои ҳамон ҳаҷм масоҳати сатҳи кура нисбат ба масоҳати сатҳи куб хурд мебошад.

  Шакли кураро доштани Замин, Моҳ ва дигар ҷирмҳои осмониро низ дар ҳамин замина фаҳмонида мешавад. Ҷирмҳои осмонӣ аз чангу гарди кайҳонӣ дар натиҷаи таркиши бузург ба вуҷуд омадаанд. Сайёраи Замин дар ибтидо дар ҳолати газӣ, ва тадриҷан, бо гузашти миллионҳо сол ба ҳолати моеъгӣ ва минбаъд ба ҳолати имрӯза омадааст. Тибқи маълумоти геофизикаи муосир қисми марказии Замин – ядрои он ҳарорат то 4000 0С гарм мебошад. Пӯстлохи Заминро асосан ҷинсҳои куҳии сахтшуда – маводи гетерогенӣ ташкил менамояд. Ғавсии пӯстлохи Замин аз 20 то 70 км-ро ташкил медиҳад. Дар шаклёбии Замин нақши қувваи ҷозиба асосӣ мебошад. Зери таъсири қувваи ҷозиба сатҳи Замин ба маркази он кашида мешавад ва Замин шакли кураро мегирад, зеро кура барои ҳамон ҳаҷм сатҳи хурдтаринро доро буда принсипи минимуми энергия инро талаб менамояд.

  Мувофиқи маълумоти илмӣ радиуси кураи Замин тақрибан ба 6370 км баробар аст. Бояд тазаккур дод, ки шакли Замин кураи идеалӣ (математикӣ) набуда, вай элипсоиди даврзаниро мемонад. Яъне вай кураи дар қутбҳо фишурдашуда мебошад. Зимни омӯзиш муқаррар кардаанд, ки радиуси экватории Замин аз радиуси қутбиаш тақрибан 21 км дарозтар аст. Дар экватор як қадар кашолёбии радиуси Замин дар натиҷаи таъсири қувваи инерсионии марказгурез, ки ҳангоми дар гирди меҳвараш давр задани вай ба вуҷуд меояд, фаҳмонида мешавад. Дар омади гап зикр бояд кард, ки айни замон Замин дар гирди меҳвараш дар давоми 24 соат як маротиба гардиш мекунад. Ин фосилаи вақтро шабонарӯз меноманд. Замин дар як вақт дар гирди Офтоб низ гардиш менамояд. Муддати вақте ки Замин дар гирди Офтоб як маротиба гардиш менамояд, соли астрономӣ меноманд. Як соли астрономӣ ба 365 шабонарӯзу 5 соату 48 дақиқаву 46 сония баробар аст. Замин пас аз Уторид ва Зуҳро сеюмин сайёраи Офтоб буда, аз Офтоб дар масофаи тақрибан 150 миллион километр воқеъ мебошад. Замин дар гирди Офтоб бо суръати хатии тақрибан 30 км дар як сония дар ҳаракат мебошад. Дар омади гап хотиррасон менамоем, ки аксаран одамон намедонанд, ки мо дар болои чунин киштии кайҳонии бузург дар коинот (дар гирди Офтоб) бефосила бо суръати калон дар ҳаракат мебошем. Ба саволи барои чӣ мо ин ҳаракатро ҳис намекунем, принсипи нисбии Галилей ҷавоб мегӯяд, ки дар мавриди дигар хоҳем гуфт.  

Саволи 2. Барои чӣ оби гарми дар зарф буда, пас аз чанд вақт, то ҳарорати хона сард мешавад, лекин, ҳеҷ гоҳ, оби сард худ аз худ гарм намешавад?

Ҷавоб: Оби гарм ва зарф дар ин маврид системаи физикӣ мебошад. Яъне мувофиқи принсипи минимуми энергия оби гарм миқдори гармӣ - энергияи худро бефосила ба муҳити атроф дода ба ҳолати минимуми энергия мегузарад. Миқдори гармӣ тавассути афканишоти инфрасурх, ки аз зарфи обигармдошта мебарояд ва гармигузаронӣ зимни ҳаракати ҳароратии атом ва молекулаҳои ҳавои атроф аз моеъ ба ҳаво мегузарад. Дар омади гап бояд зикр кард, ки ҳаракати бетартибонаи атом ва молекулаҳоро, ки бефосила ва худ аз худ рӯй медиҳанд, ҳаракати ҳароратӣ меноманд. Дар натиҷаи ҳаракати ҳароратӣ молекулаҳои ҳаво ба девори зарфе, ки оби гарм дорад бархӯрда аз он гармӣ «мегиранд». Дар натиҷа ҳаракати ҳароратии ин молекула тезтар мешавад. Энергияи кинетикиаш  меафзояд. Ин раванд бефосила бо иштироки молекулаҳои хеле зиёди ҳаво идома меёбад. Дар натиҷа миқдори гармӣ (энергия) аз моеъ ба молекулаҳои ҳавои атроф мегузарад.  Фаҳмост, ки ин раванд барнагарданда мебошад.

Саволи 3. Санг аз болои куҳ дар натиҷаи боридани борон ва ё таъсири шамол ба поён меғелад (ва ё меафтад), лекин ҳеҷ гоҳ «бо ихтиёри худ» ба боло барнамегардад. Барои чӣ?

Ҷавоб: Дар ин мисол санг ва Замин системаи физикӣ мебошанд. Ин ҷо низ принсипи минимуми энергия «кор» мекунад. Яъне, дар натиҷаи афтидан санг система ҳолати энергетикии худро ба минимум мекӯчонад (энергияи потенсиалии санг нисбат ба замин минимум мешавад). Фаҳмост, ки санги дар баландӣ воқеъбуда нисбат ба замин дорои энергияи потенсиалии En=mgh мебошад. Дар ин ҷо m-массаи санг, h-баландии афтиш, g-шитоби афтиши озод. Хотиррасон мекунем, ки ин ҷо энергияи потенсиалӣ энергияе, ки аз вазъияти нисбии санги дар баландӣ воқеъбуда ва сатҳи замине, ки санг ба он ҷо меафтад, вобаста мебошад. Ҳамин тариқ, санг ҳангоми афтидан ба поён ба минимуми энергия мекӯчад.  

Саволи 4. Барои чӣ ҷисмҳои тасфон аз худ нур меафкананд?

Ҷавоб: Пеш аз он ки бевосита ба савол ҷавоб диҳем, мухтасар дар бораи афканишот маълумот медиҳем. Дар таҷриба дида мешавад, ки ҷисмҳои тасфон аз худ нур меафкананд. Масалан оҳани дар кӯраи оҳангарӣ тафсонида аз худ рӯшноӣ мебарорад. Спирали волфрамии лампаи тафсон дар натиҷаи ҷорӣ шудани ҷараён тасфида нур мебарорад. Офтоб ва ситораҳои дигар аз худ нур меафкананд. Бояд хотиррасон кард, ки навъҳои афканишот гуногунанд. Қисми ба чашм намоёни спектри афканишотро рӯшноӣ меноманд.

  Рӯшноӣ як навъ мавҷи электромагнитие мебошад, ки бо портсияҳо афканда мешавад (назарияи квантии рӯшноӣ). Портсияи энергияи рӯшноигиро кванти рӯшноӣ ё ки фотон меноманд. Энергияи фотон E=hυ. Дар ин ҷо h=6,63∙10-34 Ҷ∙с –доимии Планк, υ –басомади мавҷи рӯшноӣ. Дар таҷриба, зимни ченкунӣ, муқаррар карда шудааст, ки дар таркиби рӯшноии табиӣ рӯшноиҳои дарозии мавҷашон гуногун аз бунафш (тақрибан 0,4 мкм) то рӯшноии сурх (тақрибан 0,75 мкм) вуҷуд доранд.

 Афканишоти дарозии мавҷаш аз дарозии мавҷи рӯшноии бунафш кутоҳро афканишоти ултрабунафш меноманд. Афканишоти ултрабунафшро бо чашми оддӣ дидан имконнопазир аст. Афканишоти ултрабунафш таъсири радиатсионӣ доранд. Инро чунин маънидод карда мешавад: дар зери таъсири квантҳои афканишоти ултрабунафш атом ва молекулаҳо ионизатсия (ба ионҳо тақсим) мешаванд. Ҳангоми ба ҳуҷайраи организми зинда афтидани афканишоти ултрабунафш молекулаҳои таркиби ҳуҷайра ионизатсия мешаванд. Дар натиҷа, ҳуҷайраҳо мемиранд (нобуд мешаванд).

  Афканишоте, ки дарозии мавҷаш аз дарозии мавҷи рӯшноии сурх зиёд аст, инфрасурх меноманд. Афканишоти инфрасурхро низ одам бо чашми одӣ дида наметавонад. Зимни таҷриба муқаррар карда шудааст, ки афканишоти инфрасурх бо худ бештар гармӣ мебарад ва бинобар он афканишоти инфрасурхро афканишоти «гармӣ» низ меноманд.

Пас барои чӣ ҷисмҳои тасфон аз худ нур меафкананд? Физикаи мусир нурафкании гармиро чунин мефаҳмонад. Ҳангоми гарм кардани ҷисм (масалан, металл) атомҳо энергияи гармиро гирифта, дар натиҷа ҳаракати ҳароратии онҳо меафзояд, аз ҷумла электронҳои дар атрофи ядрои атом даврзананда энергияи гармиро фурӯ бурда ба қабатҳои (савияҳои) болоии энергетикӣ мебароянд. Электрони ба ҳолати болоии энергетикӣ гузашта дар ҳолати ноустувор мебошад ва дар ин ҳолат дер гоҳ истода наметавонад. Атом дар ҳолати ангезонида мешавад. Электрон дар савияи болоии энергетикӣ тақрибан 10-8 с воқеъ мешавад ва ҳамоно ба ҳолати поёнии энергетикӣ мегузарад.

 

  Ба кадом савияи поёнӣ гузаштани электрони ангезонидашуда ҳодисаи тасодуфӣ - статистикӣ мебошад. Аҷибаш он, ки гӯё электрон дар кадом қабати поёнӣ барои вай ҷойи холӣ ҳаст, «ҳис» мекарда бошад, ҳамоно ба он ҷо мекӯчад. Ҳангоми аз савияи болоии электронӣ ба поёнӣ кӯчидани электрон вай энергияи зиёдатиашро ба сифати кванти мавҷи электромагнитӣ E=hυ=E2-E1 аз худ мебарорад. Дар натиҷа, электрон ба ҳолати минимуми энергия кӯчида устувории атом бештар мегардад…

  Ҳамин тариқ, бо истифода аз принсипи минимуми энергия шарҳу маънидод кардани ҳодисаҳои мухталифи диққатангез, омӯзгори физика таваҷҷуҳи толибилмонро ба донисташавандагии ҳодисаҳои табиат, оиди амалишавии қонуни бақои энергия дар равандҳои физикӣ ҷалб намуда бо ин усул завқи донишандӯзии онҳоро баланд намуда метавонад. Таҷрибаи бисёрсолаи мо собит менамояд, ки дар сурати бомаврид ва системанок истифода бурдани ин имкониятҳои омӯзишӣ, дониши шогирдон оиди ҳодисаҳои физикӣ амиқ ва салоҳиятнокиашон тез баланд мешавад.   

Абдуманнонов АБДУАЛӢ

доктори илмҳои физика-математика

Абдуманнонова ФИРӮЗА

 корманди илмии Маркази илмии Хуҷанди АИ ҶТ

 Маҷаллаи академии илмию оммавӣ "Илм ва Ҷомеа"-№4 (17), 2019

 

Адабиёт:

  1. Физический энциклопедический словарь. – М.: Советская Энциклопедия, 1983, - 928 с.
  2. Абдуманонов А., Исоқов Э., Абдуманонова Ф.А. Оиди таълими мавзӯи «Таҷрибаҳои Резерфорд ва модели сайёрагии атом» // Номаи Донишгоҳ. Силсилаи илмҳои табиатшиносӣ ва иқтисодӣ. 2016, №2 (37), С.123-131.
  3. Абдуманонова Ф.А., Абдуманонов А.А. Нақши калидии энергия дар ҷаҳони муосир. //Номаи Донишгоҳ. Силсилаи илмҳои табиатшиносӣ ва иқтисодӣ. 2018, №1 (44), С.16-27.
  4. Воронцов-Вельяминов Б.А. Астрономия.-М.:Просвещение. 1989,-160 с.
  5. Абдуманонов А., Ҳошимова Ш. Потенсиали эвристикии қонунҳои физикӣ дар ташаккули ҷаҳонбинии илмӣ. //Номаи Донишгоҳ. Силсилаи илмҳои табиатшиносӣ ва иқтисодӣ. 2006, №11, С.21-25.
  6. Абдуманонов А., Ҷамолов М.,Ҳошимова Ш. Нақши китоби дарсӣ дар ташаккули ҷаҳонбинии илмӣ. //Номаи Донишгоҳ. Силсилаи илмҳои табиатшиносӣ ва иқтисодӣ. 2006, №12, С.110-115.
  7. Абдуманонов А., Бозоров Н., Абдуманонова Ф. Нақши донишҳои физикӣ дар ташаккули ҷаҳонбинии илмии ҷомеа.//Маводи конфренсияи ҷумҳуриявии “Илмҳои дақиқ ва нақши онҳо дар ташаккули ҷаҳонбинии илмии ҷомеа” –Хуҷанд, 26-27 октябри соли 2018, С.355-359.
Хондан 427 маротиба