[حمید]

دو همکار در یک مأموریت اداری گرم صحبتند که از سوی خلبان اطلاعاتی در مورد شرایط پرواز و دمای بیرون هواپیما داده شده و بلافاصله اعلام می شود جهت رفاه حال مسافران دمای داخل هواپیما در حد 25 درجه ( و فشار متعارف) تنظیم شده است.
دو همکار در یک مأموریت اداری گرم صحبتند که از سوی خلبان اطلاعاتی در مورد شرایط پرواز و دمای بیرون هواپیما داده شده و بلافاصله اعلام می شود جهت رفاه حال مسافران دمای داخل هواپیما در حد 25 درجه ( و فشار متعارف) تنظیم شده است. یکی از همکاران موضوع صحبت را عوض می کند و می پرسد: مفهوم دمای 25 درجه چیست؟ دیگری پاسخ می دهد: دمای اجسام معرف محتوای انرژی داخلی آنها است، در مورد گازها به دلیل فاصله قابل توجه مولکولهای گاز از هم ( صرف نظر از انرژی پتانسیل مولکولهای گاز ) این انرژی تقریباً متناسب با متوسط انرژی جنبشی مولکولهای تشکیل دهنده هوای داخل هواپیما است. اولی می گوید اگر چنین است دمای داخل هواپیما فقط برای خود ما صحیح است و برای یک ناظر زمینی درست نیست زیرا هواپیما با کسری از سرعت مولکولهای گاز ( حدود چند صد متر بر ثانیه ) در حال حرکت است، از آنجا که سرعت اجسام امری نسبی است و انرژی جنبشی نیز با توان دوم این سرعت نسبی متناسب است پس دمای هوای داخل هواپیما از نظر یک ناظر زمینی بطور قابل توجهی متفاوت از عدد اعلام شده توسط خلبان خواهد بود. نفر دوم می گوید اما درک این موضوع یعنی نسبی بودن انرژی جنبشی اجسام و در نتیجه دمای آنها برای من خیلی ساده نیست، زیرا برای رسیدن دمای هوای داخل هواپیما از مقادیر زیر صفر خارج آن به این مقدار مطلوب، قطعاً مقدار معینی سوخت مصرف شده که به هیچ وجه جنبه نسبی ندارد. مثلاً انرژی گرمایی حاصل از تبدیل یک لیتر بنزین مقداری مطلق است که ربطی به ناظر داخل هواپیما یا ناظر روی زمین ندارد اما چرا محصول آن که هوای 25 درجه داخل هواپیما است جنبه نسبی پیدا می کند؟

چگونه می توانید به آنها در حل این مشکل کمک کنید؟

Topic

[حمید]

دمای گاز یک کمیت ماکروسکوپیک است که با متوسط انرژی جنبشی ذرات تشکیل دهنده آن متناسب است. این انرژی جنبشی نیز نسبت به ظرف دربرگیرنده گاز یا مثلاً مرکز ثقل توده تشکیل دهنده آن قابل سنجش است. با این حال وقتی در مورد دمای هوای اطرافمان صحبت می کنیم، انرژی جنبشی ذرات نسبت به کدام مبدأ سنجیده می شود؟ چون دیگر نه ظرفی داریم و نه مرکز ثقل مشخص. همانطور که می دانید هم ناظر مستقر در یک هواپیما می تواند در مورد دمای هوای داخل هواپیما گفتگو کند و هم ناظر زمینی، در حالیکه سرعت ذرات مولکولهای هوا نسبت به این دو ناظر متفاوت است. اما آیا متوسط سرعت ذرات هوا نیز نسبت به این دو ناظر متفاوت است؟ جواب منفی است زیرا در ابعاد ماکروسکوپیک به دلیل حرکات کاتوره ای مولکولهای گاز ( در انطباق با مکانیک آماری ) تقریباً تعداد مولکولهایی از هوا که در جهت حرکت هواپیما حرکت می کنند با تعداد مولکولهایی که در خلاف جهت آن حرکت می کنند برابر است ( مولفه عمود بر مسیر حرکت ذرات نیز در اینجا بی تأثیرند ) بنابراین متوسط سرعت نسبی ذرات هوا در نتیجه متوسط انرژی جنبشی آنها نسبت به هر دو ناظر یکسان خواهد بود. البته بحث حاضر کاملاً در چارچوب مکانیک کلاسیک است وگرنه مطابق تئوری نابغه بزرگ قرن بیستم بسیاری از کمیتهای بظاهر مطلق اطراف ما نظیر جرم، انرژی، مکان ( طول اجسام ) و زمان نسبی بوده و در سرعتهای نزدیک به سرعت نور نسبی بودن آنها بطور معنا داری در کیفیت رویدادهای اطراف ما قابل مشاهده است. در شرایط نزدیک به سرعت نور تقریباً همه چیز نسبی است مگر یک رویداد، یک رویداد علاوه بر ابعاد فضایی از بعد زمان نیز برخوردار است.

[Author]

Replies