توجیه واقعی رادیومترهای کروکس و نیکولز
توجیه واقعی رادیومترهای کروکس و نیکولز
توجیه واقعی رادیومترهای کروکس و نیکولز
نویسنده : حمید وثیق زاده انصاری
منبع : سایت راسخون
منبع : سایت راسخون
انرژی تابشی باعث جنب و جوش مولکول‌ها در پره‌های رادیومتر کروکس می‌شود. درخلال این جنب و جوش، مولکول‌های پره‌ها به مولکول‌های هوای مجاور ضربه می‌زنند و براثر عکس‌العمل، باعث پس‌زنیِ پره‌ها می‌شوند. به‌نظر می‌رسد که این، مکانیسم رادیومتر نیکولز نیز باشد..
رادیومتر کروکس لامپی است تخلیه شده از هوا اما نه به‌طور کامل. در درون آن مجموعه‌ای از پره‌هاست که روی یک اسپیندل سوار شده است. به‌طور منظم یک‌طرف هر پره سیاه و طرف دیگر بازتابان (صیقلی) است. هنگامی که مجموعه، در معرض تابش‌های الکترومغناطیسیِ حرارتی یا مرئی قرار گیرد پره‌ها به‌گونه‌ای می‌چرخند که گویا نیروی وارد شده بر سطوح سیاه بیش از نیروی وارد شده بر سطوح بازتابان است. این، به‌علت فشار تابش نیست، زیرا این چرخش، هنگامی که خلأ (درحد فشارِ 6-10 تور یا کمتر) بهتر شود، متوقف خواهد شد. بنابراین، فشار روی پره‌ها، پدیده‌ای ثانوی ناشی از وجود مولکول‌های هوای دارای فشار کم در لامپ است. برای کشف مکانیسم این پدیده، دانشمندان تلاش‌های ناموفق چندی را انجام داده‌اند. آخرین توجیه تقریباً قبول شده، نیروی (اُسبورن) رینولدز (Osborne Reynolds’ force) است. برطبق آن، هوای گرمِ نزدیک سطح سیاه بالا می‌رود و آنگاه هوای سرد، از طریق جریانی از هوا (یا درواقع یک باد)، جایگزین آن می‌شود. این جریان هوا یا باد در مسیر خود به سطح سیاه می‌خورَد و آن را هُل می‌دهد. در این مقاله ضعف این توجیه را خواهیم دید و علت واقعی این پدیده را ارائه خواهیم داد.
همچنین رادیومتر نیکولز وجود دارد که در آن مجموعه‌ی پره‌های بازتابان پس از تابش مستقیم یک موج الکترومغناطیسی بر روی فقط سطح بازتابان به‌گونه‌ای می‌چرخد که گویا تابش بر سطح برخورد فشار وارد می‌آوَرَد. گفته می‌شود که علت این پدیده فشار الکترومغناطیسی موج فرودی است نه پدیده‌ی ثانویِ فوق‌الذکر ظاهراً به‌این دلیل که گرمای ناشی از تابش روی سطح بازتابان آن‌قدر زیاد تشخیص داده نمی‌شود که باعث پدیده‌ی ثانوی فوق‌الذکر شود. اما ظاهراً اگر سطوح، سیاه باشد، تابشِ هدایت شده تنها بر یک سطح باعث اِعمالِ فشاری بر مجموعه خواهد شد که بیش از فشار مذکور روی سطح بازتابان خواهد بود (و این برخلاف این تئوری پیش‌بینی کننده است که فشار الکترومغناطیسی کشسان وارد بر یک سطح بازتابان باید (حداکثر دو برابر) بیشتر از فشار الکترومغناطیسی ناکشسان وارد بر همان سطح باشد وقتی که سیاه شده باشد). و ظاهراً به‌عنوان دلیلِ آن بیان می‌شود که در اینجا گرمای تولید شده روی سطح، کافی است تا باعث پدیده‌ی ثانوی فوق‌الذکر، و از آنجا افزایش فشار وارد بر سطح سیاه، شود. در این مقاله، پیشنهادهایی برای انجام چند آزمایش ارائه کرده‌ایم که می‌توانند تعیین کنند که آیا علت چرخش در این رادیومتر همان پدیده‌ی ثانوی مذکور است یا نه.
نیمه‌ی پایینِ یک سطل را به‌داخل یک مایع فرو برید و به‌طور ناگهانی آن‌را از مایع خارج کنید. کدام قسمت از مایعِ اطراف فضای خالی در (یا روی) مایع، که پس از این ناپدیدیِ ناگهانی سطل به‌وجود می‌آید، اول از همه این فضای خالی را پر خواهد کرد؟ روشن است که این فضا اول از همه از کفِ این فضا پر خواهد شد زیرا فشار مایع در کف بیشتر است تا در سطح جانبی. به‌طور مشابه، هنگامی که هوای گرم شده‌ی مجاورِ سطح سیاه بالا می‌رود، فضای خالی ایجاد شده‌ی نزدیک سطح سیاه از پایین پر خواهد شد نه از کنار. به عبارت دیگر جریان هوای نزدیکِ سطح سیاه (گرم شده) موازی با صفحه (از پایین به بالا) است نه عمود بر آن تا باعث اِعمال نیرو بر آن شود. بنابراین درواقع نیروی (اُسبورن) رینولدز وجود ندارد تا باعث چرخش پره‌ها شود.
یک موج الکترومغناطیسی (قسمتی از) انرژی خود را به دو مولکول مجاورِ هم از سطح سیاه منتقل می‌کند. این باعث حرکت این مولکول‌ها می‌شود درست مثل این‌که ماده‌ی منفجر شونده‌ای بین آنها منفجر شده است. بنابراین، یکی از آنها به‌طرف بیرون و دیگری به‌طرف داخلِ سطح رانده می‌شود. اما این دو مولکول به یک‌دیگر و به کل سطح از طریق نیروهای فنری چسبندگی مقیدند.. پس، اگر فضای محیطی، خالی از هر چیز، یعنی خالی از هر مولکول، باشد، هیچ اندازه حرکت خالصی به سطح منتقل نمی‌شود. اما اگر مولکول‌هایی از یک هوای رقیق در این فضا وجود داشته باشد مولکولی که در حال رانده شدن به‌سمت این فضای محیطی است مقداری اندازه حرکت به مولکول‌های هوای تحتِ اصابتِ آن منتقل خواهد کرد، درحالی‌که مولکولِ دیگرِ رانده شده به‌سمت داخل سطح هنوز (یا (درصورتِ عایق‌گذاری) اصلاً) دسترسی به مولکول‌های هوا در جانبِ دیگر پره ندارد ولذا تقریباً تمام اندازه حرکتش به کل سطح (یا درواقع به کل پره) منتقل خواهد شد.
وضعیت شبیه یک فنر فشرده است: هنگامی که گیرِ آن رها شود درحالی‌که در یک فضای بدون جاذبه معلق است اندازه حرکتی به فنر منتقل نخواهد شد، و هنگامی که گیر آن رها شود درحالی‌که یک انتهای آن متکی به یک زمین سفت است فنر قویاً بالا می‌جهد، و هنگامی که گیر آن رها شود درحالی‌که یک انتهای آن متکی به یک سطح کشسان (مثلاً سطح یک ژله) است فنر بالا می‌جهد اما نه به قوت فنر متکی به زمین سفت. انرژی فنر نظیر انرژی موج الکترومغناطیسی منتقل شده بین مولکول‌هاست، و خود فنر نظیر مولکول‌های جسم تحت تابش است، و سطح سفت یا کشسان نظیر مولکول‌های هوای مجاورِ جسمِ تحت تابش است.
درباره‌ي اين مثال و مشابهت آن با موضوع اصلي بايد به نكات زير توجه كنيم:
1: اگر قرار است فنرِ بازشونده اندازه حركت به‌دست آورد محيط يك‌طرف فنر، جايي‌كه يك انتهاي فنر قرار دارد، بايد چگال‌تر از محيط طرف ديگر باشد.
2: چگاليِ طرفي كه فنر بدان‌سو اندازه حركت كسب مي‌كند بايد به‌اندازه‌ي كافي كم باشد تا اجازه دهد شتابي كه فنر بر اثر باز شدنش به‌دست مي‌آورد به‌اندازه‌ي كافي بزرگ و قابل توجه باشد. (به عبارت ديگر مي‌توانيم فرض كنيم كه امواج الكترومغناطيسيِ تايش شده باعث حركت (اضافه‌ي) تعداد معيني از مولكول‌هاي سطح، مشابه با تعدادي فنر بازشونده مي‌شوند، و به‌علتِ ضربات آنها بر مولكول‌هاي تكيه شده‌ي گاز مجاور، نيرويِ اِعمال شده‌اي بر مولكول‌هاي سطح وجود خواهد داشت. حال مي‌توانيم فرض كنيم هم تعداد معين فوق‌الذكر و هم مولكول‌هاي تكيه شده‌ي گاز مجاور، وقتي كه فشار گاز به‌طور قابل توجهي كم مي‌شود، به‌طور قابل توجهي تغيير نخواهند كرد. تغيير عمده، اگر فشار گاز كم بشود، اين است كه مولكول‌هاي ديگرِ گاز (كه هنگامي كه فشار بيشتر است بيشترند) وجود نخواهند داشت تا مانع شوند كه جسم شتاب بيشتر بگيرد. بنابراين جسم، شتاب بيشتري مي‌گيرد.)
3: جِرم فنر بايد به‌اندازه‌ي كافي كوچك باشد تا هنگام باز شدن شتابي به‌اندازه‌ي كافي بزرگ بگيرد.
توضيحي درباره‌ي شرط نخست: فرض كنيد فنر بدين‌گونه نامتقارن باشد كه يك انتهاي آن به جرمي وصل باشد كه سنگين‌تر از جرمي است كه به انتهاي ديگر وصل است (و مي‌تواند اصلاً وجود نداشته باشد). اگر اين فنر در فضايي تهي باز شود اندازه حركت كسب نخواهد كرد زيرا در تماس با محيطي مادي نيست و نيروي خالصي بر آن وارد نمي‌شود (هرچند كه انرژي فنر رها مي‌شود). اما اگر فنر در محيطي مادي واقع باشد كه چگالي‌اش براي دوطرف فنر يكسان است، آنگاه فنر به‌هنگامِ باز شدن به‌سمت طرفي كه به جرم سنگين‌تر وصل است شتاب (يا اندازه حركت) مي‌گيرد، زيرا روشن است كه پس از لحظه‌اي كه فنر رها مي‌شود جابه‌جاييِ انتهاي سنگين‌تر آن كمتر از جابه‌جاييِ انتهاي ديگر آن است و چون فاصله‌ي مولكول‌هاي تكيه شده از انتهاي فنر براي هر دو طرف فنر يكسان است انتهاي سبك‌تر فنر زودتر از انتهاي سنگين‌تر آن بر مولكول‌هاي گاز پيرامون تكيه خواهد كرد، بنابراين فنر نيز به‌سمت جهت انتهاي سنگين‌تر رانده مي‌شود. اين، دليل اين است كه چرا در راديومتر كروكس، گرچه چگالي‌هاي محيط در دوطرف هر پره يكسان است پره به‌سمت وجه بازتابان شتاب مي‌گيرد، زيرا پره بدين‌گونه قابل قياس با فنر نامتقارنِ فوق‌الذكر است كه وجهِ سياه آن انتهاي سبك‌تر فنر و جرم ميان آن انتهاي سنگين‌تر فنر است. وجود وجهِ بازتابان، براي داشتنِ يك نيروي خالصِ غيرصفرِ وارد بر پره لازم است. البته اگر وضعيت به‌گونه‌اي باشد كه تنها يك طرف بتواند گرم شود، احتمالاً لازم نخواهد بود كه طرف ديگر بازتابان باشد. چنين وضعيتي احتمالاً هنگامي به‌وجود مي‌آيد كه يك قطره‌ي ريز آب در هوا بر اثر پوتو ليزري تابش شده زير آن معلق مي‌مانَد، زيرا پرتو ليزري تنها سطح زيرين قطره‌ي ريز را گرم مي‌كند. (مطمئناً، علت اين تعليق، به‌اصطلاح فشار تابشي نيست، زيرا اگر اين‌گونه بود دليلي وجود نداشت كه قطره‌ي ريز در يك ارتفاع ثابت بالا و نزديك سطح ميز آزمايش معلق بماند و لزوماً به صعود خود ادامه مي‌داد.)
حال اگر براي فنر نامتقارن فوق‌الذكر، شرط اول نيز بدين‌گونه صادق باشد كه محيط جانب سبك‌تر (يا سياه)، چگال‌تر باشد، شتاب بيشتري خواهد گرفت.
براي حذف آثار پديده‌ي ثانويِ فوق‌الذكر، آزمايش نيكولز (Nichols) و هول (Hull) را در خلأي از مرتبه‌ي 6-10 تور يا بهتر انجام دهيد. اگر دليل گردش آينه‌ها در اين آزمايش واقعاً فشار تابش باشد آنگاه انتظار داريم اين گردش در اين خلأ، نسبت به همين گردش در هوا، قوي‌تر انجام گيرد. اگر، درعوض، ضعيف‌تر باشد، آنگاه با درنظر گرفتنِ اين‌كه پديده‌ي ثانوي فوق‌الذكر حذف شده است بايد نتيجه بگيريم كه علت چرخش آينه‌ها در اين آزمايش، به‌اصطلاح فشار تابش نيست بلكه همان پديده‌ي ثانوي است. اما اگر قوي‌تر باشد انتظار داريم كه اگر اين آزمايش در اين خلأ براي پره‌هاي سياه شده انجام شود، بر اثر برخورد ناكشسان با سطوح سياه، نيروي وارد شده بر آنها، و بنابراين توان چرخش، كاهش يابد. دانستنِ اين‌كه واقعاً كدام‌يك رخ مي‌دهد نياز به اجراي اين آزمايش در چنين خلأي دارد.
همچنين آزمايش كروكس (Crooks) را در خلأ 6-10 تور يا در خلأي بهتر با پره‌هايي تماماً بازتابان (بدون هيچ سطح سياه) و با تابش عمود پرتوهاي ليزر به‌اندازه‌ي كافي قوي به‌طور يكي در ميان بر سطوح بازتابان، انجام دهيد. نتيجه‌ي اين آزمايش را با نتيجه‌ي همين آزمايش، هنگامي كه در خلأي نه به خوبي 6-10 تور انجام شود (يعني هنگامي كه فشار هوا در لامپ بيشتر باشد)، مقايسه كنيد. انتظار مي‌رود كه جهت چرخش پره‌ها در اين دو آزمايش يكسان باشد (گويا كه پرتوهاي ليزري درحالِ اِعمال نيرو بر پره‌ها هستند). اگر چرخش در آزمايش اول نسبت به آزمايش دوم قوي‌تر باشد ما بايد نتيجه بگيريم كه فشاري كه به‌عنوان فشار تابش الكترومغناطيسي ناميده مي‌شود علتِ چرخش است و آزمايش را با پره‌هايي داراي سطوح تماماً سياه (بدون هيچ سطح بازتاباني) تكرار كنيم و ببينيم آيا، همچنان‌كه براي سطوح سياه قابل انتظار است، توان چرخش كاهش مي‌يابد يا نه. و اگر چرخش در آزمايش اول نسبت به آزمايش دوم ضعيف‌تر باشد بايد نتيجه بگيريم كه علت چرخش، حتي براي سطوح بازتابان، پديده‌ي ثانوي فوق‌الذكر است نه به‌اصطلاح فشار تابشي الكترومغناطيسي.
براي بررسيِ عملي آنچه به‌طور نظري درمورد راديومتر كروكس ارائه گرديد پيشنهاد مي‌شود راديومتري به‌شرح زير ساخته شود:
مجموعه‌ي چهار پره‌اي راديومتر كروكس را به‌اين‌گونه تغيير دهيد كه دو پره‌ي مقابل از اين مجموعه، مثلاً a و b در شكل 1، در ترازي بالاتر از تراز محل دو پره‌ي ديگر، c و d، قرار گيرند درحالي كه كل مجموعه روي اسپيندل مركزي بالانس شده است. تيغه‌هاي شيشه‌اي نازك a'، b'، c'، و d' را روي وجه داخلي بدنه‌ي شيشه‌اي راديومتر به‌گونه‌اي بچسبانيد كه در يك موقعيت شروع، كه مي‌تواند با جذب پره‌ها توسط آهنربايي خارج از راديومتر حاصل شود، آن‌چنان‌كه در شكل 1 نشان داده شده است پره‌ها كاملاً مجاور و نزديك به تيغه‌ها باشند. همچنين در اين حالت، سطحي از هر پره كه نزديك يك تيغه است بايد سياه باشد و با جذب آهنربا بايد در اين حالت (يعني نزديك به تيغه) باقي بماند. (روشن است كه تيغه‌هاي a' و b' در ترازي بالاتر از تراز محل تيغه‌هاي c' و d' هستند زيرا تراز پره‌هاي a و b بالاتر از تراز پره‌هاي c و d است.)
قبل از شروع آزمايش، درحالي‌كه به‌واسطه‌ي جذب مغناطيسي، پره‌ها همچنان در تماس با تيغه‌ها مي‌مانند پرتوهاي گرمايي (شديد) بر اين وسيله‌ي آزمايش بتابانيد. در اين حال در يك لحظه آهنربا را به‌طور ناگهاني از وسيله‌ي آزمايش دور كنيد و شتاب به‌دست آمده به‌وسيله‌ي پره‌ها درطي چرخش 180 درجه‌اي آنها را مثلاً با ثبت زمان اين چرخش اندازه بگيريد. اين شتاب را با شتاب پره‌ها در يك راديومتر ديگر، كه كاملاً مشابه است مگر در تيغه‌ها(ي ثابت) كه بايد وجود نداشته باشد، مقايسه كنيد. اگر شتاب اولي بيش از دومي باشد نظريه‌ي ارائه شده در اين مقاله از جنبه‌ي آزمايشگاهي تأييد خواهد شد.
فرمت PDF این مقاله را در اینجا ببینید : https://sites.google.com/site/essaysforrasekhoon/home/Crooks.pdf
رادیومتر کروکس لامپی است تخلیه شده از هوا اما نه به‌طور کامل. در درون آن مجموعه‌ای از پره‌هاست که روی یک اسپیندل سوار شده است. به‌طور منظم یک‌طرف هر پره سیاه و طرف دیگر بازتابان (صیقلی) است. هنگامی که مجموعه، در معرض تابش‌های الکترومغناطیسیِ حرارتی یا مرئی قرار گیرد پره‌ها به‌گونه‌ای می‌چرخند که گویا نیروی وارد شده بر سطوح سیاه بیش از نیروی وارد شده بر سطوح بازتابان است. این، به‌علت فشار تابش نیست، زیرا این چرخش، هنگامی که خلأ (درحد فشارِ 6-10 تور یا کمتر) بهتر شود، متوقف خواهد شد. بنابراین، فشار روی پره‌ها، پدیده‌ای ثانوی ناشی از وجود مولکول‌های هوای دارای فشار کم در لامپ است. برای کشف مکانیسم این پدیده، دانشمندان تلاش‌های ناموفق چندی را انجام داده‌اند. آخرین توجیه تقریباً قبول شده، نیروی (اُسبورن) رینولدز (Osborne Reynolds’ force) است. برطبق آن، هوای گرمِ نزدیک سطح سیاه بالا می‌رود و آنگاه هوای سرد، از طریق جریانی از هوا (یا درواقع یک باد)، جایگزین آن می‌شود. این جریان هوا یا باد در مسیر خود به سطح سیاه می‌خورَد و آن را هُل می‌دهد. در این مقاله ضعف این توجیه را خواهیم دید و علت واقعی این پدیده را ارائه خواهیم داد.
همچنین رادیومتر نیکولز وجود دارد که در آن مجموعه‌ی پره‌های بازتابان پس از تابش مستقیم یک موج الکترومغناطیسی بر روی فقط سطح بازتابان به‌گونه‌ای می‌چرخد که گویا تابش بر سطح برخورد فشار وارد می‌آوَرَد. گفته می‌شود که علت این پدیده فشار الکترومغناطیسی موج فرودی است نه پدیده‌ی ثانویِ فوق‌الذکر ظاهراً به‌این دلیل که گرمای ناشی از تابش روی سطح بازتابان آن‌قدر زیاد تشخیص داده نمی‌شود که باعث پدیده‌ی ثانوی فوق‌الذکر شود. اما ظاهراً اگر سطوح، سیاه باشد، تابشِ هدایت شده تنها بر یک سطح باعث اِعمالِ فشاری بر مجموعه خواهد شد که بیش از فشار مذکور روی سطح بازتابان خواهد بود (و این برخلاف این تئوری پیش‌بینی کننده است که فشار الکترومغناطیسی کشسان وارد بر یک سطح بازتابان باید (حداکثر دو برابر) بیشتر از فشار الکترومغناطیسی ناکشسان وارد بر همان سطح باشد وقتی که سیاه شده باشد). و ظاهراً به‌عنوان دلیلِ آن بیان می‌شود که در اینجا گرمای تولید شده روی سطح، کافی است تا باعث پدیده‌ی ثانوی فوق‌الذکر، و از آنجا افزایش فشار وارد بر سطح سیاه، شود. در این مقاله، پیشنهادهایی برای انجام چند آزمایش ارائه کرده‌ایم که می‌توانند تعیین کنند که آیا علت چرخش در این رادیومتر همان پدیده‌ی ثانوی مذکور است یا نه.
نیمه‌ی پایینِ یک سطل را به‌داخل یک مایع فرو برید و به‌طور ناگهانی آن‌را از مایع خارج کنید. کدام قسمت از مایعِ اطراف فضای خالی در (یا روی) مایع، که پس از این ناپدیدیِ ناگهانی سطل به‌وجود می‌آید، اول از همه این فضای خالی را پر خواهد کرد؟ روشن است که این فضا اول از همه از کفِ این فضا پر خواهد شد زیرا فشار مایع در کف بیشتر است تا در سطح جانبی. به‌طور مشابه، هنگامی که هوای گرم شده‌ی مجاورِ سطح سیاه بالا می‌رود، فضای خالی ایجاد شده‌ی نزدیک سطح سیاه از پایین پر خواهد شد نه از کنار. به عبارت دیگر جریان هوای نزدیکِ سطح سیاه (گرم شده) موازی با صفحه (از پایین به بالا) است نه عمود بر آن تا باعث اِعمال نیرو بر آن شود. بنابراین درواقع نیروی (اُسبورن) رینولدز وجود ندارد تا باعث چرخش پره‌ها شود.
یک موج الکترومغناطیسی (قسمتی از) انرژی خود را به دو مولکول مجاورِ هم از سطح سیاه منتقل می‌کند. این باعث حرکت این مولکول‌ها می‌شود درست مثل این‌که ماده‌ی منفجر شونده‌ای بین آنها منفجر شده است. بنابراین، یکی از آنها به‌طرف بیرون و دیگری به‌طرف داخلِ سطح رانده می‌شود. اما این دو مولکول به یک‌دیگر و به کل سطح از طریق نیروهای فنری چسبندگی مقیدند.. پس، اگر فضای محیطی، خالی از هر چیز، یعنی خالی از هر مولکول، باشد، هیچ اندازه حرکت خالصی به سطح منتقل نمی‌شود. اما اگر مولکول‌هایی از یک هوای رقیق در این فضا وجود داشته باشد مولکولی که در حال رانده شدن به‌سمت این فضای محیطی است مقداری اندازه حرکت به مولکول‌های هوای تحتِ اصابتِ آن منتقل خواهد کرد، درحالی‌که مولکولِ دیگرِ رانده شده به‌سمت داخل سطح هنوز (یا (درصورتِ عایق‌گذاری) اصلاً) دسترسی به مولکول‌های هوا در جانبِ دیگر پره ندارد ولذا تقریباً تمام اندازه حرکتش به کل سطح (یا درواقع به کل پره) منتقل خواهد شد.
وضعیت شبیه یک فنر فشرده است: هنگامی که گیرِ آن رها شود درحالی‌که در یک فضای بدون جاذبه معلق است اندازه حرکتی به فنر منتقل نخواهد شد، و هنگامی که گیر آن رها شود درحالی‌که یک انتهای آن متکی به یک زمین سفت است فنر قویاً بالا می‌جهد، و هنگامی که گیر آن رها شود درحالی‌که یک انتهای آن متکی به یک سطح کشسان (مثلاً سطح یک ژله) است فنر بالا می‌جهد اما نه به قوت فنر متکی به زمین سفت. انرژی فنر نظیر انرژی موج الکترومغناطیسی منتقل شده بین مولکول‌هاست، و خود فنر نظیر مولکول‌های جسم تحت تابش است، و سطح سفت یا کشسان نظیر مولکول‌های هوای مجاورِ جسمِ تحت تابش است.
درباره‌ي اين مثال و مشابهت آن با موضوع اصلي بايد به نكات زير توجه كنيم:
1: اگر قرار است فنرِ بازشونده اندازه حركت به‌دست آورد محيط يك‌طرف فنر، جايي‌كه يك انتهاي فنر قرار دارد، بايد چگال‌تر از محيط طرف ديگر باشد.
2: چگاليِ طرفي كه فنر بدان‌سو اندازه حركت كسب مي‌كند بايد به‌اندازه‌ي كافي كم باشد تا اجازه دهد شتابي كه فنر بر اثر باز شدنش به‌دست مي‌آورد به‌اندازه‌ي كافي بزرگ و قابل توجه باشد. (به عبارت ديگر مي‌توانيم فرض كنيم كه امواج الكترومغناطيسيِ تايش شده باعث حركت (اضافه‌ي) تعداد معيني از مولكول‌هاي سطح، مشابه با تعدادي فنر بازشونده مي‌شوند، و به‌علتِ ضربات آنها بر مولكول‌هاي تكيه شده‌ي گاز مجاور، نيرويِ اِعمال شده‌اي بر مولكول‌هاي سطح وجود خواهد داشت. حال مي‌توانيم فرض كنيم هم تعداد معين فوق‌الذكر و هم مولكول‌هاي تكيه شده‌ي گاز مجاور، وقتي كه فشار گاز به‌طور قابل توجهي كم مي‌شود، به‌طور قابل توجهي تغيير نخواهند كرد. تغيير عمده، اگر فشار گاز كم بشود، اين است كه مولكول‌هاي ديگرِ گاز (كه هنگامي كه فشار بيشتر است بيشترند) وجود نخواهند داشت تا مانع شوند كه جسم شتاب بيشتر بگيرد. بنابراين جسم، شتاب بيشتري مي‌گيرد.)
3: جِرم فنر بايد به‌اندازه‌ي كافي كوچك باشد تا هنگام باز شدن شتابي به‌اندازه‌ي كافي بزرگ بگيرد.
توضيحي درباره‌ي شرط نخست: فرض كنيد فنر بدين‌گونه نامتقارن باشد كه يك انتهاي آن به جرمي وصل باشد كه سنگين‌تر از جرمي است كه به انتهاي ديگر وصل است (و مي‌تواند اصلاً وجود نداشته باشد). اگر اين فنر در فضايي تهي باز شود اندازه حركت كسب نخواهد كرد زيرا در تماس با محيطي مادي نيست و نيروي خالصي بر آن وارد نمي‌شود (هرچند كه انرژي فنر رها مي‌شود). اما اگر فنر در محيطي مادي واقع باشد كه چگالي‌اش براي دوطرف فنر يكسان است، آنگاه فنر به‌هنگامِ باز شدن به‌سمت طرفي كه به جرم سنگين‌تر وصل است شتاب (يا اندازه حركت) مي‌گيرد، زيرا روشن است كه پس از لحظه‌اي كه فنر رها مي‌شود جابه‌جاييِ انتهاي سنگين‌تر آن كمتر از جابه‌جاييِ انتهاي ديگر آن است و چون فاصله‌ي مولكول‌هاي تكيه شده از انتهاي فنر براي هر دو طرف فنر يكسان است انتهاي سبك‌تر فنر زودتر از انتهاي سنگين‌تر آن بر مولكول‌هاي گاز پيرامون تكيه خواهد كرد، بنابراين فنر نيز به‌سمت جهت انتهاي سنگين‌تر رانده مي‌شود. اين، دليل اين است كه چرا در راديومتر كروكس، گرچه چگالي‌هاي محيط در دوطرف هر پره يكسان است پره به‌سمت وجه بازتابان شتاب مي‌گيرد، زيرا پره بدين‌گونه قابل قياس با فنر نامتقارنِ فوق‌الذكر است كه وجهِ سياه آن انتهاي سبك‌تر فنر و جرم ميان آن انتهاي سنگين‌تر فنر است. وجود وجهِ بازتابان، براي داشتنِ يك نيروي خالصِ غيرصفرِ وارد بر پره لازم است. البته اگر وضعيت به‌گونه‌اي باشد كه تنها يك طرف بتواند گرم شود، احتمالاً لازم نخواهد بود كه طرف ديگر بازتابان باشد. چنين وضعيتي احتمالاً هنگامي به‌وجود مي‌آيد كه يك قطره‌ي ريز آب در هوا بر اثر پوتو ليزري تابش شده زير آن معلق مي‌مانَد، زيرا پرتو ليزري تنها سطح زيرين قطره‌ي ريز را گرم مي‌كند. (مطمئناً، علت اين تعليق، به‌اصطلاح فشار تابشي نيست، زيرا اگر اين‌گونه بود دليلي وجود نداشت كه قطره‌ي ريز در يك ارتفاع ثابت بالا و نزديك سطح ميز آزمايش معلق بماند و لزوماً به صعود خود ادامه مي‌داد.)
حال اگر براي فنر نامتقارن فوق‌الذكر، شرط اول نيز بدين‌گونه صادق باشد كه محيط جانب سبك‌تر (يا سياه)، چگال‌تر باشد، شتاب بيشتري خواهد گرفت.
براي حذف آثار پديده‌ي ثانويِ فوق‌الذكر، آزمايش نيكولز (Nichols) و هول (Hull) را در خلأي از مرتبه‌ي 6-10 تور يا بهتر انجام دهيد. اگر دليل گردش آينه‌ها در اين آزمايش واقعاً فشار تابش باشد آنگاه انتظار داريم اين گردش در اين خلأ، نسبت به همين گردش در هوا، قوي‌تر انجام گيرد. اگر، درعوض، ضعيف‌تر باشد، آنگاه با درنظر گرفتنِ اين‌كه پديده‌ي ثانوي فوق‌الذكر حذف شده است بايد نتيجه بگيريم كه علت چرخش آينه‌ها در اين آزمايش، به‌اصطلاح فشار تابش نيست بلكه همان پديده‌ي ثانوي است. اما اگر قوي‌تر باشد انتظار داريم كه اگر اين آزمايش در اين خلأ براي پره‌هاي سياه شده انجام شود، بر اثر برخورد ناكشسان با سطوح سياه، نيروي وارد شده بر آنها، و بنابراين توان چرخش، كاهش يابد. دانستنِ اين‌كه واقعاً كدام‌يك رخ مي‌دهد نياز به اجراي اين آزمايش در چنين خلأي دارد.
همچنين آزمايش كروكس (Crooks) را در خلأ 6-10 تور يا در خلأي بهتر با پره‌هايي تماماً بازتابان (بدون هيچ سطح سياه) و با تابش عمود پرتوهاي ليزر به‌اندازه‌ي كافي قوي به‌طور يكي در ميان بر سطوح بازتابان، انجام دهيد. نتيجه‌ي اين آزمايش را با نتيجه‌ي همين آزمايش، هنگامي كه در خلأي نه به خوبي 6-10 تور انجام شود (يعني هنگامي كه فشار هوا در لامپ بيشتر باشد)، مقايسه كنيد. انتظار مي‌رود كه جهت چرخش پره‌ها در اين دو آزمايش يكسان باشد (گويا كه پرتوهاي ليزري درحالِ اِعمال نيرو بر پره‌ها هستند). اگر چرخش در آزمايش اول نسبت به آزمايش دوم قوي‌تر باشد ما بايد نتيجه بگيريم كه فشاري كه به‌عنوان فشار تابش الكترومغناطيسي ناميده مي‌شود علتِ چرخش است و آزمايش را با پره‌هايي داراي سطوح تماماً سياه (بدون هيچ سطح بازتاباني) تكرار كنيم و ببينيم آيا، همچنان‌كه براي سطوح سياه قابل انتظار است، توان چرخش كاهش مي‌يابد يا نه. و اگر چرخش در آزمايش اول نسبت به آزمايش دوم ضعيف‌تر باشد بايد نتيجه بگيريم كه علت چرخش، حتي براي سطوح بازتابان، پديده‌ي ثانوي فوق‌الذكر است نه به‌اصطلاح فشار تابشي الكترومغناطيسي.
براي بررسيِ عملي آنچه به‌طور نظري درمورد راديومتر كروكس ارائه گرديد پيشنهاد مي‌شود راديومتري به‌شرح زير ساخته شود:
مجموعه‌ي چهار پره‌اي راديومتر كروكس را به‌اين‌گونه تغيير دهيد كه دو پره‌ي مقابل از اين مجموعه، مثلاً a و b در شكل 1، در ترازي بالاتر از تراز محل دو پره‌ي ديگر، c و d، قرار گيرند درحالي كه كل مجموعه روي اسپيندل مركزي بالانس شده است. تيغه‌هاي شيشه‌اي نازك a'، b'، c'، و d' را روي وجه داخلي بدنه‌ي شيشه‌اي راديومتر به‌گونه‌اي بچسبانيد كه در يك موقعيت شروع، كه مي‌تواند با جذب پره‌ها توسط آهنربايي خارج از راديومتر حاصل شود، آن‌چنان‌كه در شكل 1 نشان داده شده است پره‌ها كاملاً مجاور و نزديك به تيغه‌ها باشند. همچنين در اين حالت، سطحي از هر پره كه نزديك يك تيغه است بايد سياه باشد و با جذب آهنربا بايد در اين حالت (يعني نزديك به تيغه) باقي بماند. (روشن است كه تيغه‌هاي a' و b' در ترازي بالاتر از تراز محل تيغه‌هاي c' و d' هستند زيرا تراز پره‌هاي a و b بالاتر از تراز پره‌هاي c و d است.)
قبل از شروع آزمايش، درحالي‌كه به‌واسطه‌ي جذب مغناطيسي، پره‌ها همچنان در تماس با تيغه‌ها مي‌مانند پرتوهاي گرمايي (شديد) بر اين وسيله‌ي آزمايش بتابانيد. در اين حال در يك لحظه آهنربا را به‌طور ناگهاني از وسيله‌ي آزمايش دور كنيد و شتاب به‌دست آمده به‌وسيله‌ي پره‌ها درطي چرخش 180 درجه‌اي آنها را مثلاً با ثبت زمان اين چرخش اندازه بگيريد. اين شتاب را با شتاب پره‌ها در يك راديومتر ديگر، كه كاملاً مشابه است مگر در تيغه‌ها(ي ثابت) كه بايد وجود نداشته باشد، مقايسه كنيد. اگر شتاب اولي بيش از دومي باشد نظريه‌ي ارائه شده در اين مقاله از جنبه‌ي آزمايشگاهي تأييد خواهد شد.
فرمت PDF این مقاله را در اینجا ببینید : https://sites.google.com/site/essaysforrasekhoon/home/Crooks.pdf
تازه های مقالات
ارسال نظر
در ارسال نظر شما خطایی رخ داده است
کاربر گرامی، ضمن تشکر از شما نظر شما با موفقیت ثبت گردید. و پس از تائید در فهرست نظرات نمایش داده می شود
نام :
ایمیل :
نظرات کاربران
{{Fullname}} {{Creationdate}}
{{Body}}