تحقیق مقاله تاثیر پیشرفت های علم فیزیک در زندگی

اکنون بسیاری از موضوع ها و مباحث فیزیک پیامدهای کاربردی داشته و عملاً در فناوری ها موثر بوده است. فناوری های ارتباطات، فناوری های حمل ونقل (خشکی، دریایی، هوایی و فضایی)،فناوری های تولید (کشاورزی _ صنعتی)، فناوری های استخراج انواع معادن و فناوری های ساختمان و انواع ماشین ها و فناوری های آموزشی وابسته به دانش مکانیک، الکتریسیته، الکترومغناطیس، ترمودینامیک، فیزیک هسته ای، نورشناسی، فیزیک بهداشت، فیزیک پزشکی و... است.
در این مقاله فقط به نقش فیزیک در فناوری های بهداشت و درمان می پردازیم تا مشخص شود چه اندازه فیزیک در تشخیص و درمان بیماری ها و بهداشت محیط موثر است.
•    نقش فیزیک در تشخیص بیماری ها
پزشکان برای تشخیص بیماری ها از انواع وسایل ساده مانند دماسنج و فشارسنج، گوشی طبی (استتوسکوپ) تا دستگاه های بسیار پیچیده مانند میکروسکوپ الکترونی، لیزر و هولوگراف که همه براساس قانون های فیزیک طراحی و ساخته شده استفاده می کنند. در این قسمت به ساختمان و طرز کار برخی از آنها می پردازیم.
• رادیوگرافی و رادیوسکوپی
رادیوگرافی عکسبرداری از بدن با پرتو های ایکس و رادیوسکوپی مشاهده مستقیم بدن با آن پرتوها است. در عکاسی معمولی از نوری که از چیزها بازتابش می شود و بر فیلم عکاسی اثر می کند استفاده می شوند در صورتی که در رادیوگرافی پرتوهایی را که از بدن می گذرند به کار می برند.
پرتو های ایکس را نخستین بار در سال ۱۸۹۵ میلادی، ویلهلم کنراد رنتیگن استاد فیزیک دانشگاه ورتسبورگ آلمان کشف کرد. این کشف بسیار شگفت انگیز بود و خبر آن با سرعت در روزنامه های جهان منتشر شد. جالب است که رنتیگن بر روی پرتوهای کاتدی کار می کرد و به طور اتفاقی متوجه شد که وقتی این پرتوها، که همان الکترون های سریع هستند به مواد سخت و فلزات سنگین برخورد می کنند پرتوهای ناشناخته ای تولید می شود او این پرتوها را پرتو ایکس به معنی مجهول نامید.
پرتو های ایکس قدرت نفوذ و عبور بسیار زیاد دارند. به آسانی از کاغذ، مقوا، چوب، گوشت و حتی فلزهای سبک مانند آلومینیوم می گذرند، لیکن فلزهای سنگین مانند سرب مانع عبور آنها می شود. اشعه ایکس از استخوان های بدن که از مواد سنگین تشکیل شده اند عبور نمی کنند در صورتی که از گوشت بدن به آسانی می گذرند. همین خاصیت سبب شده که آن را برای عکسبرداری از استخوان های بدن به کار برند و محل شکستگی استخوان ها را مشخص کنند. برای عکسبرداری از روده و معده هم از پرتوهای ایکس استفاده می شود لیکن برای این کار ابتدا به شخص مایعاتی مانند سولفات باریم می خورانند تا پوشش کدری اطراف روده و معده را بپوشاند و سپس رادیوگرافی صورت می دهند.
کشف پرتوهای ایکس که به وسیله رنتیگن عملی شد سرآغاز فعالیت های دانشمندانی مانند تامسون، بور، رادرفورد، ماری کوری، پیرکوری، بارکلا و بسیاری دیگر شد به طوری که نه فقط چگونگی تولید، تابش و اثرهای پرتو ایکس و گاما و نور شناخته شد بلکه خود اشعه ایکس یکی از ابزارهای شناخت درون ماده شد و انسان را با جهان بی نهایت کوچک ها آشنا کرد و انرژی عظیم اتمی را در اختیار بشر قرار داد.
پرتوهای ایکس در پزشکی و بهداشت برای پیشگیری، تشخیص و درمان به کار می رود به طوری که در فناوری های مربوطه یکی از ابزارهای اساسی است.

• سونوگرافی
سونوگرافی عکسبرداری با امواج فراصوت است. فراصوت امواج مکانیکی مانند صوت ۲ است که بسامد آن بیش از ۲۰ هزار هرتز است. این امواج را می توان با استفاده از نوسانگر پتروالکتریک یا نوسانگر مغناطیسی تولید کرد.

کاربرد فیزیک در ورزش
فوتبالیستی را در نظر بگیرید که هنگام ضربه زدن به توپ فقط از عضلات دو قلوی پای خود استفاده می کند. این فوتبالیست هنگام ضربه زدن به توپ از دو عضله استفاده میکند و اگر قدرت وارد کردن انرژی این دو عضله را ۱۰۰نیوتن در نظر بگریم توپ او با سرعت مثلا۴۰ کیلومتر در ساعت حرکت خواهد کرد.حالافوتبالیست دیگری را در نظر بگیرید که هنگام ضربه زده علاوه بر استفاده از عضلات ساق پای خود،از عضلات ران نیز استفاده می کند.
این شخص علاوه براینکه عضلات بیشتری استفاده می کند نیروی بیشتری را برروی توپ وارد می کند (۲۰۰نیوتن)در نتیجه سرعت توپ او با ۶۰یا ۸۰کیلومتر در ساعت حرکت خواهد کرد .ودر نهیت شوت او برای دروازبان حریف مشکل ساز خواهد بود
می بینید که استفاده بسیار ساده وپیش پا افتاده ای از علم فیزیک در مثال بالا یک فوتبالیست را از نظر قدرت شلیک توپ به حد بالایی می رساند .پس می توان نتیجه گرفت که علم در ورزش بی تاثیر نیست.برای توجه بیشت مثال زیر را در نظر بگیرید:اسکی بازی را در نظر بگیرید که در حدود۶۰کیلو گرم وزن داشته و در مسابقه اسکی مارپیچ المپیک شرکت کرده است ،قانون نیروی ثقل و وزن که در فیزیک به صورت تئوری در کتاب ها مطرح شده است این شخص را بر اثر نیروی کشش زمین ونیروی گرانش وطبق فرمول زیر نیروی خاصی را بر او وارد می کند.واو را از کوه به سمت پایین می کشد ونیرویی که هر دو جرم را به سمت یکیذیگر می کشاند نیروی گرانش نام دارد ونیز ربایش زمین را بر یک جسم ،وزن ان جسم یا نیروی گرانش می گویند و می دانیم وزن با جرم فرق می کند نتیجتا وزن این اسکی باز طبق قانون زیر برابر است با ۶۰کیلو گرم ونیروی واردشده بر اوبرابراست با:
W=۶۰(kg)*۱۰(n/kg)=۶۰۰N
ورزشکار دیگری را در نظر بگیرید که وزن او اصطلاحا ۱۰۰کیلو گرم باشد و نیروی وارد شده بر او برابر است با
W=۱۰۰(kg)*۱۰(n/kg)=۱۰۰۰N
نیرویی که شخص دوم را به پایین می کشد، حدودا۴۰۰نیوتن از نیروی شخص اول بیشتر است .در نتیجه سر عت نفر دوم نیز به مراتب بیشتر خواهد شد.بنابراین شانس موفقیت نفر دوم در صورتی که دارای فاکتور های مشترک دیگر مثل داشتناسکی هایی با کیفیت یکسان وغیره ،برای پیروزی در مسابقه بیشتر است.اکنون که تا حدی به نقش علم فیزیک و تاثیر موثر بر ور زش اشنا شدید وقت ان است که شاخه های مختلف ان را برسی کرده و نقش هر کدام را در ورزش روشن کنیم .

● پرتو های نوری و قوانین شکست نوری
هنگامی که نور به یک محیط شفاف وارد ویا از آن خارج می شود،ممکن است پرتو های نور شکسته شوند واثر های جالب و گاهی زیبا را پدید می اورند.مثلا اگر به یک سکه در ته لیوان نگاه کنید سکه بال ا تر از محل واقعی خود به نظر می رسد. یا وقتی که یک قاشق را بطور مایل در لیوان آب فرو می برید ان را در محل ورود به اب شکسته می بینید.وقتی نور بطور مایل از یک محیط شفاف وارد محیط شفاف دیگری می شود ،هنگام عبور نور از سطح جدا کننده دو محیط مسیر ان را تغییر می کند . این پدهده را شکست نور می گویند.علت شکست نور اختلاف سرعت در دو محیط است اگر نور از خلا وارد محیط شفاف شود و سزعت نور در خلا و محیط را به ترتیب باCوVنشان دهیم ،ضریب شکست عبارت خواهد بود از :
N=C/V
بیشترین کابرد این تکنیک در ورزش برای ساخت عینک های شنا و غواصی می باشد.
عینک غواصی در هوا دارای دید تار می باشند ولی در آب با اصل ضریب شکست توسط محیط اب دارای دید صاف و شفاف می شوند.روی این اصل شناگران با اینگونه عینک ها می توانند کف استخر را به خوبی ببینند .خط های سفیدی که در ته استخر کشیده می شوند باعث می شوند تا شناگران در مسیر خود قرار بگیرند وبه مسیر دیگر ورزشکاران وارد نشوند و با چشم غیر مسلح و با عینک مخصوص شنا این خط ها دیده نمی شوند.همچنین شناگران قادرند به خوبی با این عینک ها حریفان خود را زیر نظر داشته باشند.
● تجزیه پرنوهای نوری و رنگ های مختلف نوری وداستان عدسی ها
نور سفید به وسیله منشور می تواند تجزیه شود ومثل عینک های آفتابی و مه شکن ومخصوص برای رشته های اسکی ،قایقسواری،موج سواری و... استفاده می شوند.ونیز عدسی ها اشکالی هستند که جسم را نزدیک تر یا دورتر نشان می دهند.از این قضیه بیشتر در ورزش شکار استفاده می شود (ساخت دوربین های قوی)

● بازده زمانی
در بسیاری از موارد به جای دانستن لحظه شروع یک رویداد،نیاز به اندازه گیری مدت زمان آن رویداد داریم.مدت زمان بین شروع رویدادرابا T۱ولحظه پایان یک رویداد را باT۲نشان دهیم،بازده زمانی برابر T۲-T۱استکه آن را با Tنشان می دهیم. T= T۲-T۱این مسئله به صورت آشکار در ورزش هایی که نقش زمان وتایم گیری در آن مهم است مطرح می باشد .مثل ورزش دو ،دو چرخه سواری و ورزش اسکی.البته در بیشتر این ورزش ها شروع حرکت یا T۱با زمان صفرمحاسبه می شود و این ثبت زمان T۲است که با کرنو متر های پیشرفته اندازه گیری می شود.

● نیرو
ما همواره بدو ن آنکه توجه کافی داشته باشیم ،نیرو هایی را که هل می دهند ومی کشند ویا اجسام را به حرکت وا می دارند ویا حرکت آنها را کند میکنند ،به سهولت می توان شناخت.اما نیروهایی که در اجسام در حا ل تعادل ،مثل اجسام ساکن وارد می شوند ،کمتر آشکارند.نیرو به کمک اثر هایی که بر یک جسم می گذارند می شناسیم و توسط همین اثرها می توانیم توصیف کنیم.اثرهای نیرو عبارتند از:نیرو می تواند جسم را به حرکت وا دارد. نیرو می تواند عامل ترمز وایستادن جسم باشد. نیرو می تواند عامل مخرب باشد یعنی می تواند موجب فشرده شدن ویا له شدن جسم شود.نیرو جهت جسم را نیز عوض می کند .نیرو می تواند ماهیت جسم را نیز عوض کند . نیرو می تواند جسم را خم کند و یا بطور کلی تغییر شکل می دهد. نیرو می تواند اثر نیروهای دیگر را که بر یک جسم ساکن وارد می شوند را خنثی کند واز حرکت جسم جلوگیری کند نیرو می تواند سبب چرخش جسم شود. نیرو ها بر حسب اثرهای آن نام گذاری می شوند.نیروی مالش (اصطکاک)، نیروی کشش نخ،نیروی شناوری ، نیروی کشسانی و...
در اینجا با بعضی از نیرو ها آشنا ونقش هر کدام را در ورزش برسی می کنیم
▪ نیروی گرانش
نیرویی که دو جرم مشخص با نیروی مشخص که آن را نیروی گرانش می گوییم،یکدیگر را می ربایند.ربایش زمین بر یک جسم را وزن آن جسم یا نیروی گرانش میگویند.در ورزش این نیرو گاهی مفید و گاهی مضر است.مثلا در ورزش اسکی این نیرو نقشی مثبت داشته و موثر است.اسکی که اصول اولیه آن بر پایه حرکت ورزشکار با اسکی از کوه به سمت پایین است.نتیجتا هر اسکی باز که سنگین تر است، با سرعت بیشتری به سمت پایین کشیده می شود.طبق فرمول زیر :
W=جرم(kg)*۱۰(n/kg)
در نتیجه این نیرو برای ورزش اسکی مثبت و مفید است .ولی در ورزش پرش ارتفاع که ورزشکار با پریدن از سطح زمین انرژی خود را صرف غلبه برنیروی گرانش زمین می کند ،طبق فرمول:
W=جرم*۱۰
این در خلاف جهت حرکت ورزشکار قرار دارد به عنوان نیروی مزاحم به حساب می آید .پس در رشته اسکی هر کسی که سنگین تر است سرعت بیشتری دارد وبر عکس در ورزش پرش ارتفاع هر کس که سبکتر است موفق تر خواهد بود وبهتر می تواند بپرد