ویرایش جدید کتاب فیزیک هالیدی به زبان فارسی

بخشی از متن کتاب فیزیک هالیدی:

فیزیک چیست؟
علم و مهندسی بر اساس اندازه گیری و مقایسه است. بنابراین، ما به قوانینی در مورد چگونگی اندازه‌گیری و مقایسه اشیاء نیاز داریم، و برای ایجاد یکاهایی برای آن اندازه‌گیری‌ها و مقایسه‌ها به آزمایش‌هایی نیاز داریم. یکی از اهداف فیزیک (و مهندسی) طراحی و اجرای آن آزمایشات است.

به عنوان مثال، فیزیکدانان تلاش می کنند تا ساعت هایی با دقت فوق العاده ایجاد کنند تا بتوان هر زمان یا بازه زمانی را دقیقاً تعیین و مقایسه کرد. ممکن است تعجب کنید که آیا چنین دقتی واقعاً مورد نیاز است یا ارزش تلاش را دارد.

در اینجا یک نمونه از ارزش وجود دارد: بدون ساعت های بسیار دقیق، سیستم موقعیت یابی جهانی(GPS)که اکنون برای ناوبری در سراسر جهان حیاتی است بی فایده خواهد بود.
اندازه گیری اشیا
ما فیزیک را با یادگیری نحوه اندازه گیری کمیت های دخیل در فیزیک کشف می کنیم. از جمله این کمیت ها می توان به طول، زمان، جرم، دما، فشار و جریان الکتریکی اشاره کرد.
ما هر کمیت فیزیکی را در یکاهای خودش با مقایسه با یک استاندارد اندازه گیری می کنیم. یکا یک نام منحصر به فرد است که ما به اندازه گیری های آن کمیت اختصاص می دهیم – برای مثال متر (m)برای طول کمیت. استاندارد دقیقا مطابقت دارد. استاندارد طول، که دقیقاً برابر با 1.0 متر است

مسافتی است که نور در خلاء طی کسر معینی از ثانیه طی می کند. ما می توانیم یک یکا و استاندارد آن را به هر شکلی که دوست داریم تعریف کنیم. با این حال، مهم این است که این کار را به گونه ای انجام دهیم که دانشمندان در سراسر جهان توافق کنند که تعاریف ما معقول و کاربردی هستند.
خط کش ها که استاندارد طول ما را تقریبی می کنند، یکی از این روش ها را برای اندازه گیری طول به ما ارائه می دهند. با این حال، بسیاری از مقایسه های ما باید غیر مستقیم باشد. شما نمی توانید از خط کش برای اندازه گیری شعاع اتم یا فاصله تا ستاره استفاده کنید.

مقادیر پایه فیزیکی آنقدر زیاد است که سازماندهی آنها دردسرساز است. خوشبختانه، همه آنها مستقل نیستند. برای مثال سرعت نسبت طول به زمان است. بنابراین، کاری که ما انجام می‌دهیم این است که – طبق توافق بین‌المللی – تعداد کمی از مقادیر فیزیکی مانند طول و زمان را انتخاب کرده و استانداردهایی را به تنهایی به آنها اختصاص دهیم.

سپس تمام کمیت های فیزیکی دیگر را بر حسب این کمیت های پایه و استانداردهای آنها (به نام استانداردهای پایه) تعریف می کنیم. برای مثال سرعت بر حسب طول و زمان کمیت های پایه و استانداردهای پایه آنها تعریف می شود.
استانداردهای پایه باید هم قابل دسترس و هم غیر قابل تغییر باشند.  تقاضا برای دقت در علم و مهندسی ما را وادار می کند تا ابتدا تغییر ناپذیری را هدف قرار دهیم. سپس تلاش زیادی می کنیم تا استانداردهای پایه را تکرار کنیم که برای دانلود کتاب فیزیک هالیدیکه به آنها نیاز دارند در دسترس باشد.

دانلود کتاب فیزیک هالیدی ترجمه فارسی

به عنوان مثال، یکا SI برای توان، که وات (W)نامیده می شود، بر حسب یکاهای پایه برای جرم، طول و زمان تعریف می شود. بنابراین، همانطور که در فصل 7 خواهید دید

که در آن آخرین مجموعه نمادهای یکا به صورت کیلوگرم متر مربع بر ثانیه مکعب خوانده می شود. برای بیان مقادیر بسیار بزرگ و بسیار کوچکی که اغلب در فیزیک با آنها مواجه می شویم، از نماد علمی استفاده می کنیم که از توان های 10 استفاده می کند.

نمادهای علمی در رایانه ها گاهی اوقات ظاهری حتی مختصرتر به خود می گیرند. 3.56 E9 و 4.92 E-7، که در آن E مخفف “نمای ده” است. در برخی از ماشین‌حساب‌ها، جایی که E با فضای خالی جایگزین می‌شود، هنوز مختصرتر است. برای راحتی بیشتر هنگام برخورد با اندازه گیری های بسیار بزرگ یا بسیار کوچک، از پیشوندهای فهرست شده در جدول 1-2 استفاده می کنیم.

همانطور که می بینید، هر پیشوند نشان دهنده توان مشخصی از 10 است که به عنوان ضریب ضرب استفاده می شود. الصاق یک پیشوند به یک یکا SI اثر ضرب در ضریب مرتبط را دارد. بنابراین، می توانیم یک توان الکتریکی خاص را به صورت بیان کنیم

نمونه کیفیت کتاب

یا یک بازه زمانی خاص به عنوان

برخی از پیشوندها، همانطور که در میلی لیتر، سانتی متر، کیلوگرم و مگابایت استفاده می شوند، احتمالاً برای شما آشنا هستند.
جدول 1-1 یکاها برای سه کمیت پایه SI

جدول 1-2 پیشوندهای یکاهای SI

تغییر یکاها
ما اغلب نیاز داریم که یکاهایی را که در آنها یک کمیت فیزیکی بیان می شود تغییر دهیم. ما این کار را با روشی به نام تبدیل زنجیره ای انجام می دهیم. در این روش اندازه گیری اولیه را در یک ضریب تبدیل (نسبت یکاها که برابر با یکا است) ضرب می کنیم. به عنوان مثال، چون 1 دقیقه و 60 ثانیه فواصل زمانی یکسان هستند، ما داریم

بنابراین، نسبت های (1 دقیقه)/(60 ثانیه) و (60 ثانیه)/(1 دقیقه) می توانند به عنوان ضریب تبدیل استفاده شوند. این با نوشتن یکسان نیست. هر عدد و یکا آن باید با هم هماهنگ شوند.
از آنجایی که ضرب هر کمیت در یکا مقدار را بدون تغییر باقی می‌گذارد، می‌توانیم فاکتورهای تبدیل را هرجا مفید بدانیم معرفی کنیم. در تبدیل زنجیره‌ای، از فاکتورهایی برای لغو یکاهای ناخواسته استفاده می‌کنیم. مثلا برای تبدیل 2 دقیقه به ثانیه داریم

اگر ضریب تبدیل را طوری دانلود کتاب فیزیک هالیدی ترجمه فارسی کردید که یکاهای ناخواسته لغو نشوند، ضریب را معکوس کنید و دوباره امتحان کنید. در تبدیل، یکاها از قوانین جبری مشابهی مانند متغیرها و اعداد پیروی می کنند.
ضمیمه D ضرایب تبدیل بین SI و سایر سیستم های یکاها، از جمله یکاهای غیر SI که هنوز در ایالات متحده استفاده می شود را ارائه می دهد. با این حال، ضرایب تبدیل به جای نسبت به سبک “1 دقیقه = 60 ثانیه” نوشته شده است. بنابراین، شما باید در مورد صورت و مخرج در هر نسبت مورد نیاز تصمیم بگیرید.
طول

اندازه گیری سرعت نور بسیار دقیق شده بود، بنابراین منطقی بود که سرعت نور را به عنوان یک کمیت تعریف شده در نظر بگیریم و از آن برای تعریف مجدد متر استفاده کنیم.
جدول 1-3 طیف وسیعی از طول ها را نشان می دهد، از طول جهان (خط بالایی) تا برخی از اجرام بسیار کوچک.
جدول 1-3 برخی از طول های تقریبی

ارقام مهم و مکان های اعشاری
در غیر این صورت همانطور که هست حفظ می شود. به عنوان مثال، 11.3516 به سه رقم قابل توجه به عنوان 11.4 و 11.3279 به سه رقم قابل توجه به عنوان 11.3 گرد می شود. (پاسخ به مسائل نمونه در این کتاب معمولاً با علامت = به جای ≈ ارائه می شود، حتی اگر گرد کردن در میان باشد.)
وقتی در یک مسئله عددی مانند 3.15 یا 3.15 × ارائه می شود، عدد و ارقام قابل توجهی آشکار است، اما عدد 3000 چطور؟ آیا فقط یک رقم قابل توجه شناخته شده است؟ یا برای چهار رقم مهم شناخته شده است؟ در این کتاب، ما فرض می‌کنیم که تمام صفرها در اعداد 3000 قابل توجه هستند

اما بهتر است این فرض را در جای دیگری انجام ندهید. ارقام قابل توجه را با ارقام اعشاری اشتباه نگیرید. طول های 35.6 میلی متر، 3.56 متر و 0.00356 متر را در نظر بگیرید. همه آنها دارای سه رقم قابل توجه هستند اما به ترتیب دارای یک، دو و پنج رقم اعشار هستند.
نمونه مسئله 1.01 تخمین ترتیب اندازه، توپ رشته
شعاع بزرگ‌ترین توپ ریسمانی جهان حدود 2 متر است. به نزدیکترین مرتبه اندازه، طول کل رشته L در توپ چقدر است ؟
ایده کلیدی
البته می‌توانیم توپ را جدا کنیم و طول کل L را اندازه‌گیری کنیم، اما این کار به تلاش زیادی نیاز دارد و سازنده توپ را ناراضی‌تر می‌کند. درعوض، چون ما فقط نزدیکترین مرتبه بزرگی را می خواهیم، می توانیم هر کمیت مورد نیاز در محاسبه را تخمین بزنیم.

فیزیک هالیدی

1-2 زمان
اهداف یادگیری
پس از خواندن این بخش ، باید بتوانید . . .
1.05 یکاها را برای زمان با استفاده از تبدیل های زنجیره ای تغییر دهید.
1.06 از معیارهای مختلف زمان استفاده کنید، مثلاً برای حرکت یا همانطور که در ساعت های مختلف تعیین می شود.
ایده کلیدی

زمان
زمان دو جنبه دارد. برای اهداف مدنی و برخی از اهداف علمی، ما می خواهیم زمان روز را بدانیم تا بتوانیم رویدادها را به ترتیب نظم دهیم.

در بسیاری از کارهای علمی، ما می خواهیم بدانیم که یک رویداد چقدر طول می کشد. بنابراین، هر استاندارد زمانی باید بتواند به دو سوال پاسخ دهد: “چه زمانی اتفاق افتاد؟” و “مدت آن چقدر است ؟” جدول 1-4 برخی فواصل زمانی را نشان می دهد.
هر پدیده ای که خود را تکرار کند یک استاندارد زمانی ممکن است. چرخش زمین که طول روز را تعیین می‌کند، قرن‌هاست که از این طریق استفاده می‌شود. شکل 1-1 یک نمونه جدید از ساعت را بر اساس آن چرخش نشان می دهد. با این حال، کالیبراسیون را نمی توان با دقت مورد نیاز توسط فناوری های علمی و مهندسی مدرن انجام داد.

جدول 1-4 برخی از فواصل زمانی تقریبی

شکل 1-1 هنگامی که سیستم متریک در سال 1792 پیشنهاد شد، ساعت برای ارائه یک روز 10 ساعته مجدداً تعریف شد. این ایده به جایی نرسید. سازنده این ساعت 10 ساعته هوشمندانه یک صفحه کوچک ارائه کرده است که زمان معمولی 12 ساعته را حفظ می کند. آیا دو صفحه زمان یکسان را نشان می دهند؟

شکل 1-2 تغییرات در طول روز در یک دوره 4 ساله. توجه داشته باشید که کل مقیاس عمودی تنها برابر است.3 میلی ثانیه (= 0.003 ثانیه).
برای برآوردن نیاز به استاندارد زمانی بهتر، ساعت های اتمی توسعه یافته اند. یک ساعت اتمی در موسسه ملی استاندارد و فناوری NIST در بولدر، کلرادو، استاندارد زمان هماهنگ جهانی UTC در ایالات متحده است. سیگنال های زمانی آن توسط رادیو موج کوتاه (ایستگاه های WWV و WWVH و از طریق تلفن (303-499-7111) در دسترس هستند.

سیگنال های زمان (و اطلاعات مرتبط) نیز از رصدخانه نیروی دریایی دانلود کتاب فیزیک هالیدی ترجمه فارسی متحده در وب سایت  موجود است. (برای تنظیم ساعت بسیار دقیق در مکان خاص خود، باید زمان سفر مورد نیاز برای رسیدن این سیگنال ها به شما را در نظر بگیرید.)
شکل 1-2 تغییرات طول یک روز روی زمین را در یک دوره 4 ساله نشان می دهد که با مقایسه با ساعت سزیمی (اتمی) تعیین می شود. این تغییرات ناشی ازاثرات جزر و مدی ناشی از ماه و بادهای بزرگ است. سیزدهمین کنفرانس عمومی اوزان و اندازه‌ها در سال 1967 یک ثانیه استاندارد بر اساس ساعت سزیمی اتخاذ کرد:
ساعت‌های اتمی آنقدر سازگار هستند که در اصل، دو ساعت سزیمی باید 6000 سال کار کنند تا اینکه خوانش‌هایشان بیش از 1 ثانیه متفاوت باشد. حتی چنین دقتی در مقایسه با ساعت‌هایی که در حال حاضر در حال توسعه هستند کمرنگ می‌شود. دقت آنها ممکن است 1 قسمت در 1018 باشد – یعنی 1 ثانیه در 1 × 1018 ثانیه (که تقریباً است).

دانلود کتاب فیزیک هالیدی pdf

1-3 جرم
اهداف یادگیری
پس از خواندن این بخش ، باید بتوانید . . .
1.07 یکاها را برای جرم با استفاده از تبدیل های زنجیره ای تغییر دهید.
1.08 هنگامی که جرم به طور یکنواخت توزیع شده است، چگالی را به جرم و حجم مرتبط کنید.
ایده های کلیدی
● کیلوگرم بر حسب جرم استاندارد پلاتین-ایریدیم که در نزدیکی پاریس نگهداری می شود، تعریف می شود. برای اندازه گیری در مقیاس اتمی، معمولاً از یکا جرم اتمی که بر حسب اتم کربن 12 تعریف می شود استفاده می شود.
● چگالی یک ماده، جرم در یکا حجم است:

جرم
کیلوگرم استاندارد
استاندارد جرم SI یک استوانه از پلاتین و ایریدیوم است (شکل 1-3) که در دفتر بین المللی وزن و اندازه گیری در نزدیکی پاریس نگهداری می شود و طبق توافق بین المللی، جرم آن 1 کیلوگرم است. جدول 1-5 برخی از جرم ها را بر حسب کیلوگرم نشان می دهد که در حدود 83 مرتبه بزرگی است.
کپی ایالات متحده از کیلوگرم استاندارد در خزانه ای در NIST نگهداری می شود. حداکثر یک بار در سال، به منظور بررسی کپی های تکراری که در جاهای دیگر استفاده می شود، حذف می شود. از سال 1889، دو بار برای مقایسه مجدد با استاندارد اولیه به فرانسه برده شده است.
استاندارد جرم دوم
جرم اتم ها را می توان با دقت بیشتری نسبت به دانلود کتاب فیزیک هالیدی استاندارد با یکدیگر مقایسه کرد. به همین دلیل، ما یک استاندارد جرم دوم داریم. این اتم کربن 12 است که طبق توافق بین المللی، جرمی معادل 12 یکا جرم اتمی (u)به آن اختصاص داده شده است. رابطه بین دو یکا است

با عدم قطعیت 10± در دو رقم اعشار آخر. دانشمندان می توانند با دقت معقولی، جرم اتم های دیگر را نسبت به جرم کربن 12 به صورت تجربی تعیین کنند. چیزی که ما در حال حاضر فاقد آن هستیم، وسیله ای قابل اعتماد برای گسترش این دقت به یکاهای جرم رایج تر، مانند کیلوگرم است.

چگالی
همانطور که در فصل 14 بیشتر بحث خواهیم کرد، چگالی r حرف یونانی کوچک rho جرم در یکا حجم است:

چگالی ها معمولاً بر حسب کیلوگرم بر متر مکعب یا گرم بر سانتی متر مکعب ذکر می شوند. چگالی آب (1.00 گرم در سانتی متر مکعب) اغلب به عنوان مقایسه استفاده می شود. برف تازه حدود 10 درصد از آن چگالی را دارد. چگالی پلاتین حدود 21 برابر آب است
نمونه مسئله 1.02 چگالی و گدازش
یک جسم سنگین می تواند در هنگام زلزله در زمین فرو برود، اگر لرزش زمین را تحت روان شدن قرار دهد، که در آن دانه های خاک هنگام لغزش روی یکدیگر اصطکاک کمی را تجربه می کنند. سپس زمین به طور موثر شنی روان است. امکان گدازش در زمین شنی را می‌توان بر حسب نسبت فضای خالی e برای نمونه‌ای از زمین پیش‌بینی کرد:

دانلود کتاب فیزیک هالیدی حجم کل دانه های ماسه در نمونه و Vvoids حجم کل بین دانه ها (در حفره ها) است. اگر e از مقدار بحرانی 0.80 تجاوز کند، گدازش می تواند در حین زلزله رخ دهد. چگالی شن و ماسه مربوطه rsand چیست؟ دی اکسید سیلیکون جامد (جزء اصلی ماسه) دارای چگالی کیلوگرم بر متر مکعب است

اندازه گیری در فیزیک بر اساس اندازه گیری کمیت های فیزیکی است. کمیت های فیزیکی خاصی به عنوان کمیت های پایه (مانند طول، زمان و جرم) انتخاب شده اند. هر کدام بر حسب استاندارد و یکا
جرم کیلوگرم بر حسب جرم استاندارد پلاتین – ایریدیوم که در نزدیکی پاریس نگهداری می شود تعریف می شود. برای اندازه گیری در مقیاس اتمی، معمولاً از یکا جرم اتمی که بر حسب اتم کربن 12 تعریف می شود استفاده می شود.

رکورد بزرگترین بطری شیشه ای در سال 1992 توسط تیمی در میلویل، نیوجرسی به ثبت رسید – آنها یک بطری با حجم 193 گالن سیال ایالات متحده را منفجر کردند. (الف) چقدر از 1.0 میلیون سانتی متر مکعب کوتاه است؟ (ب) اگر بطری با سرعت آرام 1.8 گرم در دقیقه با آب پر شود، پر شدن چقدر طول می کشد؟ چگالی آب 1000 کیلوگرم بر متر مکعب است.
زمین دارای جرم 5.98 × 1024 کیلوگرم است. جرم متوسط اتم های تشکیل دهنده زمین 40 u است. چند اتم در زمین وجود دارد؟

SSM (الف) با فرض اینکه چگالی آب دقیقاً 1 گرم بر سانتی متر مکعب باشد، جرم یک متر مکعب آب را بر حسب کیلوگرم بیابید.
(ب) فرض کنید تخلیه یک ظرف 5700 متر مکعبی 10 ساعت طول می کشد. «سرعت جریان جرمی» بر حسب کیلوگرم در ثانیه، آب از ظرف چقدر است ؟
چه جرمی از دانه های ماسه دارای سطح کل (مساحت کل همه کره های منفرد) برابر با سطح یک مکعب 1.00 متر در لبه است؟