فصل( 4)

برای مشاهده مطالب و فیلم های فصل 4 به ادامه مطلب بروید .

  

تندی متوسط و تندی لحظه ای

در طول راه مدرسه تندی حرکت شما بارها تغییر می کند. اگر مقادیر سرعت سنج را در بازه های زمانی معین بخوانید، خواهید دید که اغلب دچار تغییر می شود. اطلاعاتی که سرعت سنج یک ماشین  به ما می دهد مربوط به تندی لحظه ای آن ماشین است. سرعت سنج تندی حرکت را در یک لحظه زمانی مشخص نشان می 

 دهد 

تندی لحظه ای نباید با تندی متوسط اشتباه شود. تندی متوسط اندازه مسافت طی شده در یک بازه زمانی مشخص است؛ این کمیت گاهی بصورت نسبت مسافت به زمان تعریف می شود. فرض کنید در راه مدرسه سوار ماشینی هستید. مسیر شما 5 مایل است و حرکتتان 2/0 ساعت (12 دقیقه) طول می کشد. تندی متوسط 

ماشین را تعیین کنید

به طور متوسط ماشین شما باتندی 25 مایل برساعت در حرکت است. در طول سفر ممکن است شما توقف کرده باشید

محاسبه تندی متوسط و سرعت متوسط

تندی متوسط در طول یک حرکت غالباً با استفاده از فرمول زیر محاسبه می شود:

در حالی که سرعت متوسط معمولاً با استفاده از فرمول زیر محاسبه می شود:

 

اکنون بیایید در مسئله زیر فرمول های بالا را به کار بگیریم:

شخصی در سفرش 440 مایل می پیماید. این سفر 8 ساعت طول می کشد. تندی متوسط او چقدر بوده است؟

برای محاسبه تندی متوسط او به سادگی می توان مسافت طی شده را به مدت زمان حرکت تقسیم کرد. 

چقدر ساده بود! این شخص به طور متوسط با تندی 55 مایل بر ساعت مسیرش را می پیماید. ممکن است حرکت او با تندی ثابت 55 مایل بر ساعت نباشد. بدون شک او در میان راه توقف داشته است (شاید برای خوردن ناهار) و ممکن است در قسمتی از مسیر تندی اش به 65 مایل بر ساعت رسیده باشد. با این حال تندی متوسط او،  در طول راه 55 مایل بر ساعت بوده است. فرمول بالا روش ساده ای است برای تعیین تندی متوسط یک جسم.

تندی متوسط و تندی لحظه ای

از آن جا که در طول حرکت اغلب تندی جسم تغییر می کند، باید بتوان تندی متوسط و تندی لحظه ای را از هم تشخیص داد. تعریف این دو کمیت  به قرار زیر است :

تندی لحظه ای – تندی در هر لحظه از زمان.

تندی متوسط _ میانگین همه تندی های لحظه ای؛ که به سادگی از نسبت زمان/ مسافت به دست می آید.

می توان گفت تندی لحظه ای عددی است که سرعت سنج در هر لحظه از زمان نشان می دهد، و تندی متوسط میانگین همه مقادیری است که در طول سفر از روی سرعت سنج خوانده شده است.

 از آن جا که میانگین گیری از همه این مقادیر دشوار است (ممکن است خطرناک هم باشد)، تندی متوسط اغلب از نسبت زمان/ مسافت محاسبه می شود.

حرکت اجسام همیشه بی نظم و با تندی متغیر نمی باشد. گاهی ممکن است جسمی با تندی ثابت حرکت کند. یعنی متحرک در بازه های زمانی مساوی، مسافت یکسانی را بپیماید.

برای مثال ممکن است دونده ای با تندی ثابت 6 متر بر ثانیه چندین دقیقه روی خط مستقیمی بدود. اگر تندی او ثابت باشد، مسافت یکسانی را در هر ثانیه طی می کند. در این جا دونده در هر ثانیه 6 متر را می پیماید. اگر بتوانیم موقعیت مکانی این شخص (فاصله از یک نقطه شروع دلخواه) را در هر ثانیه اندازه بگیریم، خواهیم دید که مکان او در هر ثانیه 6 متر جابجا می شود. اما در مورد متحرکی که تندی متغیر داشته باشد به این صورت نخواهد بود. جسمی که در طول حرکت تندی اش را تغییر دهد در هر ثانیه مسافت یکسانی طی نمی کند. جدول زیر داده های مربوط به اجسام با تندی های ثابت و متغیر را نشان می دهد

سرعت متغیر

سرعت ثابت

در این جا بار دیگر مثال معلم فیزیک را در نظر بگیرید. یک معلم فیزیک 4 متر بسمت شرق، 2 متر بسمت جنوب، 4 متر بسمت غرب و نهایتاً 2 متر بسمت شمال حرکت می کند. کل حرکت او 24 ثانیه طول می کشد. تندی متوسط و سرعت متوسط او را تعیین کنید.

معلم فیزیک در 24 ثانیه یک مسافت 12 متری را می پیماید؛ بنابراین تندی متوسط او 0.5 متربرثانیه ( 24/12) می باشد. ولی از آن جا که جابجایی او صفر است، سرعت متوسطش m/s 0 خواهد بود. به یاد داشته باشید که جابجایی به تغییر مکان مربوط می شود و  سرعت نیز بر اساس تغییر مکان تعریف شده است. در مثال حرکت معلم، تغییر مکان صفر است، پس سرعت متوسط نیز m/s 0 خواهد بود.

---

در این جا مثالی داریم مشابه آن چه در مبحث مسافت و جابجایی مطرح کردیم. شکل زیر مکان یک اسکی باز را در زمان های مختلف نشان می دهد. در هر یک از زمان های نشان داده شده، اسکی باز برمی گردد و در خلاف جهت حرکت می کند. بعبارت دیگر او از A به B، سپس به C و نهایتاً به D می رود.

پرسش:  با استفاده از شکل، تعیین کنید در سه بازه زمانی نامبرده تندی متوسط و سرعت متوسط اسکی باز چقدر بوده است؟

پاسخ:

برای آخرین مثال، داور فوتبالی را در نظربگیرید که در کنار زمین قدم می زند. شکل زیر مکان داور را در زمان های مختلف نشان می دهد. در نقاط مشخص شده داور برمی گردد و در خلاف جهت حرکت می کند. به عبارت دیگر او از A به B، سپس به C و نهایتاً به D می رود.

پرسش:  تندی متوسط و سرعت متوسط داور چقدر بوده است؟

پاسخ      

 به طور خلاصه، تندی و سرعت دو کمیت حرکت هستند که تعاریف مشخص و مجزایی دارند. تندی یک کمیت نرده ای است مفهومش این است که جسم با چه آهنگی مسافت را طی می کند. تندی متوسط نسبت مسافت (کمیت نرده ای) به زمان است. تندی بدون جهت است. از سوی دیگر، سرعت یک کمیت برداری و 

جهت دار است. سرعت به آهنگ تغییرات مکان اطلاق می شود. سرعت متوسط نسبت جابجایی  یا تغییر مکان (کمیت برداری) به زمان است

.

 

مطالبی درباره شتاب دهنده ها 

امروز سوخت و انرژی در دنیا به چند دسته کلی تقسیم می شوند. سوخت های فسیلی و سوخت های غیرفسیلی و انرژی های تجدید پذیر و غیرقابل تجدید.

سوخت های فسیلی

سوخت های فسیلی عبارتند از: نفت، گاز و زغال سنگ که با اکسیژن هوا ترکیب می شوند و ایجاد انرژی به شکل حرارت می کنند. این سوخت ها در مقایسه با سوخت های دیگر انرژی کمتر تولید می کنند. مثلاً یک کیلوگرم زغال سنگ حدود ۸ کیلووات ساعت انرژی تولید می کند و یک کیلوگرم نفت حدود ۱۲ کیلووات ساعت انرژی تولید می کنند. این سوخت ها آلوده کننده محیط زیست نیز هستند.

به علاوه جزء ذخایر غیرقابل تجدید بوده و دارای مشکلات زیادی در حمل و نقل ایمنی نیز هستند. مانند گازگرفتگی (خفگی) یا تولید گاز سمی منوکسید کربن. دسته دیگر از سوخت ها شامل سوخت های هسته ای هستند مانند اورانیوم یا پلوتونیوم یا ایزوتوپ های هیدروژن مانند دوتریوم یا تریتیوم یا فلز سبک لیتیوم. این سوخت ها در مقایسه با سوخت های دسته اول دارای امتیازات مثبت و منفی هستند. اول اینکه در این سوخت ها بعضی ایزوتوپ ها توانایی تولید انرژی به وسیله تکنولوژی فعلی بشر را دارد مانند ایزوتوپ های کمیاب اورانیوم ۲۳۵ یا پلوتونیوم ۲۳۹ یا اورانیوم ۲۳۳ که به این ایزوتوپ ها شکاف پذیر می گویند. امتیازات اینها عبارتند از تولید مقادیر زیاد انرژی به وسیله حجم کم ماده سوختنی. مثلاً از یک کیلوگرم اورانیوم ۲۳۵ یا پلوتونیوم ۲۳۹ می توان مقدار ۲۳میلیون کیلووات ساعت گرما ایجاد کرد، اما مشکلاتی نیز دارند از آن جمله این که: غنی سازی و تولید این ایزوتوپ ها مشکلات و هزینه زیادی دارند. دوم اینکه، این سوخت های هسته ای سنگین پس از تولید انرژی مقادیر زیادی ایزوتوپ های پرتوزا از خود به جای می گذارند که به زباله های هسته ای موسوم است.

این زباله ها برای محیط زیست و سلامت افراد خطرناک هستند و باید برای صدها سال در انبار های محکم نگهداری شوند تا رادیواکتیو آن از بیشامل عناصر سبک مانند دوتریوم یا تریتیوم یا لیتیوم هستند که قرار است در راکتور های گداخت یا همجوش هسته ای تولید انرژی کنند. البته تاکنون از اینها در بمب های هیدروژنی بهره برداری نظامی و تسلیحاتی می شد، اما برای تولید انرژی برای مصارف صلح آمیز تکنولوژی راکتور های گداخت باید تکمیل شود، این سوخت ها معایب و مزایای فراوانی دارند. اول تولید نوترون و تشعشعات نوترونی می کنند که باید در راکتور های همجوشی هسته ای به نحوی جذب و کنترل شوند دوماینکه تریتیوم نباید از راکتور نشت کند زیرا یک ایزوتوپ رادیواکتیو است.مزایای این سوخت ها عبارت از این که فراوان در دسترس هستند و دوم اینکه تولید انرژی زیادتری نسبت به اورانیوم یا پلوتونیوم می کنند. مثلاً انرژی حاصل از گداخت هیدروژن به هلیوم مساوی است با ۱۷۷میلیون کیلووات ساعت در صورتی که انرژی حاصل از اورانیوم برابر است با ۰۰۰/۰۰۰/۲۳ کیلووات ساعت. بنابراین یک کیلوگرم هیدروژن حدود ۸ برابر یک کیلوگرم اورانیوم تولید انرژی می کند.

انواع دیگر انرژی

انواع دیگر انرژی عبارتند از: انرژی خورشیدی، انرژی باد، انرژی زمینگرمایی و انرژی بیوگاز که مشکل بزرگ این انرژی تجدیدپذیر اینکه بازده انرژی اینها پایین است و دوم اینکه دائمی نیستند و سوم اینکه تکنولوژی بشر برای استفاده مقیاس زیاد از اینها تکمیل نیافته است. ما در این مقاله سعی می کنیم جدیدترین طرح تولید انرژی که شاید یکی از منابع انرژی قرن ۲۱ باشد را معرفی کنیم. این طرح تولید انرژی عبارت از شتاب دهنده ذرات اتمی برای تولید انرژی زیاد، عملکرد این سیستم و دستگاه براساس استفاده از میدان های الکتریکی و مغناطیسی برای شتاب دادن و کنترل ذرات باردار الکتریکی تا مرز سرعت نور است. این سیستم ها قادر هستند سرعت الکترون ها و پروتون ها را تا مرز سرعت نور شتاب دهند. وقتی ذرات تا این حد شتاب یافتند سطح انرژی آنها چند میلیون برابر می شود و دارای انرژی عظیم و فراوانی می شود. یک مثال نشان دهنده این مطلب است، به عنوان مثال شتاب دهنده پروتون در آزمایشگاه فرمی آمریکا قادر است ذرات پروتون را تا یک تریلیون الکترون ولت (Tev) شتاب دهد.

اگر ما به وسیله این شتاب دهنده پروتون های یک گرم هیدورژن معمولی که در آب زیاد است را تزریق کنیم و شتاب دهیم انرژی پروتون ها برابر خواهد بود با انرژی ۲۶ میلیارد کیلووات ساعت انرژی، که مساوی است با انرژی تولید شده به وسیله شکافت حدود ۱۲۰۰ کیلوگرم اورانیوم یا ۱۵ میلیون بشکه نفت. همه این انرژی عظیم و غیرقابل باور فقط به وسیله شتاب دادن پروتون های یک گرم هیدروژن تا سطح انرژی یک تریلیون الکترون ولت است. پس با این محاسبات دانستیم که شتاب دهنده ها دارای چه قدرت عظیمی هستند.

انواع شتاب دهنده

شتاب دهنده ها به چند دسته کلی تقسیم بندی می شوند:

۱٫ شتاب دهنده های خطی

۲٫ شتاب دهنده های مداری

۳٫ شتاب دهنده سیلکووترون

علاوه بر آن ساخت و نگهداری شتاب دهنده آسان و کم هزینه است. در ضمن می توان این سیستم های مولد را در ابعاد و مقیاس های مختلف ساخت به عنوان مثال یک شتاب دهنده خطی که طول آن ۱۰۰ متر و ولتاژ آن ۱۰ میلیون ولت است که قادر است انرژی معادل یک گیگا (Gev) الکترون ولت تولید کند. این انرژی معادل است با انرژی ۲۶ میلیون کیلووات ساعت در هر ثانیه. اگر تنها موفق شویم ۵۰ درصد انرژی این شتاب دهنده را استفاده کنیم این شتاب دهنده قادر است معادل ۲۰ هزار نیروگاه اتمی در مقیاس نیروگاه اتمی هزار مگاواتی نیروگاه بوشهر تولید انرژی کند. یعنی قادر خواهد بود ۲۰ میلیون مگاوات انرژی الکتریکی تولید کند.

علاوه بر آن از حرارت و گرمای تولیدی این دستگاه می توان برای بخار کردن آب دریا و تولید آب شیرین استفاده کرد. محاسبات نشان می دهد که این سیستم قادر خواهد بود در سال معادل بارندگی سالیانه کشور آب شیرین تولید کند، بدون اینکه هوا را آلوده کند یا مشکلاتی از قبیل زباله های هسته ای یا پس مانده و آلودگی ایجاد کند، در واقع یکی از بهترین منابع انرژی خواهد بودن برود. دسته دیگر از سوخت های هسته ای سوخت مصرفی این دستگاه تنها چند گرم هیدروژن معمولی است انرژی تولیدی از یک دستگاه شتاب دهنده یک گیگا الکترون ولت (Gev) برابر است با انرژی حاصل از سوختن ۰۰۰/۵۰۰/۲ لیتر بنزین خواهد بود. بنابراین اگر به مدت یک سال کار کند معادل انرژی ۵۰۰ میلیارد بشکه نفت انرژی تولید می کند.

ارزش اقتصادی این مقدار انرژی که ۲ برابر انرژی ذخایر نفت عربستان سعودی است با احتساب قیمت هر بشکه نفت بر مبنای ۲۰ دلار برابر است با ۱۰ تریلیون دلار. در صورتی که ما از این سیستم شتاب دهنده استفاده کنیم نیازی به سوزاندن این حجم عظیم نفت و گاز برای تولید انرژی نداریم. مزایای این سیستم عبارتند از:

۱٫ می توان در ابعاد و اندازه های مختلف ساخت.

۲٫ هزینه ساخت و نگهداری آن کم بوده است.

۳٫ هیچ گونه زباله یا آلودگی محیطی تولید نمی کند. محصول نهایی آن آب خالص یا بخار آب است.

۴٫ با استفاده از این دستگاه عملاً عمر منابع انرژی نامحدود می شود و منبع عظیمی از انرژی در دسترس خواهد بود.

شتاب دهنده خطی

در آزمایشگاههای کوانتمی از ذرات باردار پرتوزایی یا ذرات بنیادی مانندآلفا ، بتا ، پوزیترون ، موئونها و … برای بررسی خواصشان استفاده می‌شود. همچنین از ذرات آلفا ، پروتون و دوتریم که دارای بار مثبت هستند، برای شکافت هسته‌ای استفاده می‌شوند. اما هنگامی که این ذرات را بسوی هسته می‌فرستیم، بر اثر نیروی دافعه الکتروستاتیکی بین هسته و ذرات نامبرده ، این ذرات دفع می‌شوند و در نتیجه شکافتی صورت نمی‌گیرد. برای ایجاد شکافت هسته از طریق بمباران کردن ذرات نامبرده ، بایستی سرعت و انرژی این ذرات را افزایش دهیم. برای این کار از دستگاه شتاب دهنده خطی یا سیکلوترون خطی استفاده می‌کنیم.
جرم الکترون ۱۸۳۶ بار کوچکتر از جرم پروتون است. بطوری که می‌دانیم ‏این امر سبب می‌شود ‏که الکترونها در انرژیهای پایین هم شروع به نسبیتی ‏شدن بکنند، به عبارت دیگر سرعت آنها نزدیک به ‏‏سرعت نور می‌شود. یک ‏الکترون MeV‏۲ دارای انرژی کل‏MeV‏ ‏‎ ۰٫۵۱۲‎است (۰٫۵۱۲ + ۲ = ‏E‏).‏ یعنی حدود ۵ برابر انرژی در حال سکون آن می‌شود و سرعت آن معادل ‏سرعت پروتون ‏GeV‏۴۶۷ خواهد ‏بود یعنی ‏C‏۹۸/۰ =‏V‏ می‌گردد.

ساختمان دستگاه

این دستگاه از مجموعه‌ای از چند استوانه فلزی با اندازه‌های متفاوت تشکیل شده است بطوری که اگر از اولین استوانه کوچک شروع کنیم با پیشروی طول این استوانه‌ها افزایش می‌یابد. این استوانه‌ها به جریان الکتریکی متناوب متصل هستند. نوع بار الکتریکی استوانه‌ها بطور یک در میان یکسان تغییر می‌کند. هنگامی که یک ذره مثبت به اولین استوانه می‌رسد، استوانه بار منفی می‌گیرد و در نتیجه بار مثبت به سمت صفحه استوانه تمایل پیدا می‌کند، اما همین که ذره به صفحه نزدیک شد، نوع بار صفحه از منفی به مثبت تبدیل می‌شود (چون جریان متناوب است)، پس ذره دفع می‌شود.

از طرف استوانه بعدی بار منفی دارد و در نتیجه ذره به سمت استوانه بعدی جذب می‌شود، اما همین که به صفحه استوانه بعدی رسید، نوع بار استوانه تغییر می‌کند و با این تغییر ، ذره به استوانه بعدش منتقل می‌شود. این فرآیند در طی عبور ذره باردار از استوانه تکرار می‌شود تا اینکه سرعت آن به حد مورد نیاز برسد.

مشکلات سر راه شتابش الکترون

شتابش ثانویه الکترون تغییر قابل ملاحظه‌ای روی سرعتش دارد، ولی جرم ‏آن را افزایش می‌دهد. اگر یک ساختار ‏لوله جریان برای یک ماشین الکترونی انتخاب می‌کردند، طول الکترود می‌بایست برای تمام انرژیهای بالای ‏‏MeV‏۱ (‏T‏۱ = ‏B‏) تقریبا یکسان می‌باشد و این طول موج برابر طول موج ‏میدان الکتریکی رادیو ‏فرکانسی در فضای آزاد است. ‏چنین لوله‌های جریان دیگر آنقدر کوچک نبودند که در درون کاواک تشدید ‏اختلال بوجود نیاورند (طول آنها ‏بزرگتر از قطر کاواکها می‌باشد). به کار ‏اندازی یک چنین دستگاه          فوق‌العاده غیر اقتصادی است.

مکانیزمهای نوین شتابش الکترونها

راه مناسبی برای شتابش الکترون بر اساس تقریب بین سرعت الکترون و ‏سرعت انتشار امواج ‏الکترومغناطیسی وجود دارد. طوری که بجای تولید ‏یک موج ایستاده که در درون یک کاواک جلو و عقب ‏بازتاب کننده یک ذره ‏موج رونده‌ای ایجاد و وادار کرد که در طول محور یک استوانه فلزی پراکنش ‏کند. یک ‏چنین استوانه‌ای را ‏‎(wave guide)‎‏ می‌نامند.‏ الکترونها به درون یک موجبر تزریق می‌شوند و پس از آن تحت تأثیر مؤلفه ‏طولی میدان الکتریکی این  موج رونده قرار می‌گیرند و همراه آن به حرکت ‏در می‌آیند. آنها در نتیجه متحمل شتابش پیوسته می‌شوند و ‏شبیه کف ‏که روی امواج دریا منتقل می‌شوند آنها نیز با موج رانده می‌شوند.

پایداری فاز شتاب‌ دهنده‌ الکترونی

پایداری فاز در شتاب‌ دهنده‌های الکترونی نیز بکار می‌رود. هر چند که آنها همان روال شتاب دهنده‌های ‏پروتونی را دقیقا دنبال نمی‌کنند، در مورد ‏اخیر ذره همگام که باید همراه موج یعنی با سرعت نور حرکت کند، ‏یک ذره ‏همگام خیالی است. ‏سرعت نور حد نهایی سرعتی است که الکترونها نمی‌توانند به آن برسند. ‏نوسانات فاز و سرعتهای نوسانی ‏وابسته به بالا و پایین مقدار ترازمندی ‏که در شتاب دهنده خطی پروتونی ظاهر می‌شود، در اینجا ممکن نیست ‏‏بجای آن یک حرکت فاز ایستا‌وار درون ماشین شتاب دهنده صورت می‌گیرد.‏

کاربردهای شتاب دهنده الکترونی

• تولید الکترونهای سریع جهت استفاده در واکنشهای هسته‌ای ، راکتورهای هسته‌ای ، ‏کاربردهای ‏پزشکی و …‏ .

• مطالعه ساختارها و مدلهای ‌هسته‌ای و خواص هسته‌ها‏.

• بررسی پدیده‌های ریز اتمی و تأیید نظریات کوانتومی با استفاده از الکترونهای ‏شتابدار.

• تونل زنی الکترون و کاربردهای متعدد آن در پیوندهای فلزات و نیم رساناها‏

شتابدهنده های هسته ای

ماشینهای شتابدهنده درفیزیک هسته ای

شتاب دهنده های ذرات Particle Accelerators:

در تحقیقات اولیه اتم و هسته اش ، دانشمندان به انرژی ذرات آلفا حاصل از تجزیه طبیعی مواد رادیو اکتیو قانع بودند.اما بعد ها معلوم شد که این انرژی چندان کافی نمی باشد بنابر این دستگاه بسیار پیچیده و مخصوص جهت شتاب مصنوعی ذرات اتمی ساخته می شد .

چگونه ذرات شتابدار می شوند ؟

• اگر ذره بارداری در میدان الکتریکی قرارگیرد حرکتش به تدریج شتابدار «حرکت شتابدار) می شود و با قرار گرفتن در یک میدان مغناطیسی ذره شروع به پیچ خوردن در اطراف خطوط فرضی نیروی این میدان می کند. این پدیده دانشمندان را واداشت که از میدانها ی مغناطیسی برای ساختن یک توپخانه اتمی سنگین ، شتاب دهنده ذرات باردار استفاده نمایند در یک میدان الکتریکی ذرات در خطی مستقیم دارای شتاب می شوند. این نوع شتاب دهنده ها ، شتاب دهنده های خطی خوانده می شود .

• اگر ذرات باردار یک میدان مغناطیسی حرکت کنند البته حرکت ذرات در میدان مغناطیسی بصورت مار پیچی است. این نوع دستگاه ها را شتاب دهنده های مداری ( Circular_ Arbit) گویند.

انواع شتاب دهنده های هسته ای:

• شتاب دهنده های خطی: در این شتاب دهنده ها ذرات باردار توسط میدان الکتریکی در امتداد یک خط مستقیم حرکت می کنند. در این شتاب دهنده ها ذرات را تا انرژی های ۱ مگا الکترون ولت شتاب می دهند. دو نوع از ماشین های شتاب دهنده ای خطی که در آنها ذرات باردار در طول یک خط مستقیم چندین مرتبه شتاب می گیرند عبارتند از :

o شتاب دهنده لوله ـ سوقی:در ماشین لوله سوقی ذرات بوسیله میدان الکتریکی رساناهایی که با عایق از هم جدا شده اند به کرات شتاب می گیرند.

o شتاب دهنده موجبر:در ماشین موجبر ذرات باردار توسط یک میدان الکتریکی که در یک رسانای توخالی برقرار می شود شتاب می گیرد .

• شتاب دهنده های چرخه ای:در این ماشینها ذرات بارداری توسط میدان مغناطیسی به حرکت در قوس های دایره ای مقید شده اند.شتاب دهنده هایی که به شتاب دهنده های چرخه ای معروف اند عبارتند از :

o سیکلوترون

o سنکروسیکلوترون

oسنکروترون

سیکلوترون:

سیکلوترون در سال ۱۹۳۲ توسط لارنس و لیوینگتون اختراع شد در این شتاب دهنده ها ، ذرات باردار تحت تاثیر میدای B مغناطیسی ثابت قرارمی گیرند. و در حالی که در هر نیم چرخه توسط میدان الکتریکی شتاب می گیرند. میدان مغناطیسی مسیر آن را به صورت دایره ای خم می کند.

ذره ای به جرم نسبتی mوبارq که عمود بر B میدان مغناطیسی و در قوس دایره ای به شعاع r حرکت کند بصورت زیر است: p=m v=qBr و v=rw و f=w/6.28 بنابراین f=(q/6.28 m) B که در روابط اخیر w سرعت زاوی های، p اندازه حرکت خطی و f فرکانس حرکت می باشد.در این شتاب دهنده ها فرکانس به فرکانس سیکلوترونی معروف است .

سنکروسیکلوترون Synchrocyclotron:

این نوع شتاب دهنده که ذرات باردار که اصل معروف حالت پایداری مدار دران بکار می رود. این اصل بوسیله دانشمند روسی وکسلر (V.Veksler) پیشنهاد شد. عقیده اساسی او این است که تحت شرایط معین و با انتخاب مناسب شتاب الکتریکی و کنترل میدانهای مغناطیسی می توان هر ذره بارداری را در آن چنان شتاب داد که علی رغم احتمال وجود انحرافات مخصوص ، انرژی ماکزیمم از قبل پیش بینی شده ای را در پایان مسیرش بدست آورد.

برای مثال انجام عمل به کمک کاهش تدریجی فرکانس ولتاژ بکار رفته در عرض شتاب دهنده ممکن می شود.دانستیم که اثر نسبیت جرمی ( افزایش در جرم برای سرعت های نزدیک به سرعت نور) علت اساسی تخلف همزمانی در سیکلوترون است بهمین دلیل فرکانس ولتاژ بکار رفته به تدریج کاهش می یابد تا انرژی نسبیتی (E=mc2) را جبران نماید.

فرکانس طوری تغییر می یابد تا بعد از هر گردش ضربه های ولتاژی که به شکاف شتاب وارد می شود با افزایش تاخیر صورت گرفته و این افزایش تاخیر در توافق دقیق با افزایش جرم نسبیتی و کاهش تدریجی در میزان شتاب ذره می شود. با این وسیله ذراتی مثل پروتون را تا ۷۰۰ مگا الکترون ولت شتاب می دهند .

سنکروترون :

برای افزایش انرژی جنبشی نهایی یک ذره در یک ماشین شتاب دهنده چرخه ای باید اندازه حرکت نسبیتی نهایی P= qBr ذره را زیاد کرد. برای بزرگی میدان مغناطیسی B که در نواحی نسبتاً بزرگی از فضا بدست می آید.محدودیتی وجود دارد زیرا بدلیل خواص مغناطیسی مواد ، B نمی تواند از حدود ۲ وبر بر متر مربع (تسلا) تجاوز کند از این رو تنها افزایش قابل ملاحظه در اندازه حرکت خطی وبنابراین در انرژی جنبشی آن در یک ماشین چرخه ای، بزرگ ترین شعاع مدار نهایی را دارد.

این ذرات در سنکروترونها از مرکز آهنربای الکتریکی شروع به حرکت می کنند و تا شعاع نهایی بسوی خارج حرکت مار پیچی می کنند آهن ربای الکتریکی در تمام این ناحیه میدان مغناطیسی تولید می کند بنابر این هر گاه بخواهیم انرژی نهایی یک ذره در سنکروترون افزایش یابد باید شعاع مدارنهایی و در نتیجه شعاع آهن ربا الکتریکی را متناظراً افزایش دهیم. طرح وساختمان سنکروترون هایی که قادرند به پروتون ها تاانرژی دههاو سرانجام صدها مگاالکترون ولت شتاب دهند

شتاب‌دهنده‌های معمولی در برگیرنده فرآیندهای زرین هستند:

علاوه بر آن ساخت و نگهداری شتاب دهنده آسان و کم هزینه است. در ضمن می توان این سیستم های مولد را در ابعاد و مقیاس های مختلف ساخت به عنوان مثال یک شتاب دهنده خطی که طول آن ۱۰۰ متر و ولتاژ آن ۱۰ میلیون ولت است که قادر است انرژی معادل یک گیگا (Gev) الکترون ولت تولید کند. این انرژی معادل است با انرژی ۲۶ میلیون کیلووات ساعت در هر ثانیه. اگر تنها موفق شویم ۵۰ درصد انرژی این شتاب دهنده را استفاده کنیم این شتاب دهنده قادر است معادل ۲۰ هزار نیروگاه اتمی در مقیاس نیروگاه اتمی هزار مگاواتی نیروگاه بوشهر تولید انرژی کند. یعنی قادر خواهد بود ۲۰ میلیون مگاوات انرژی الکتریکی تولید کند.

علاوه بر آن از حرارت و گرمای تولیدی این دستگاه می توان برای بخار کردن آب دریا و تولید آب شیرین استفاده کرد. محاسبات نشان می دهد که این سیستم قادر خواهد بود در سال معادل بارندگی سالیانه کشور آب شیرین تولید کند، بدون اینکه هوا را آلوده کند یا مشکلاتی از قبیل زباله های هسته ای یا پس مانده و آلودگی ایجاد کند، در واقع یکی از بهترین منابع انرژی خواهد بود. سوخت مصرفی این دستگاه تنها چند گرم هیدروژن معمولی است انرژی تولیدی از یک دستگاه شتاب دهنده یک گیگا الکترون ولت (Gev) برابر است با انرژی حاصل از سوختن ۰۰۰/۵۰۰/۲ لیتر بنزین خواهد بود. بنابراین اگر به مدت یک سال کار کند معادل انرژی ۵۰۰ میلیارد بشکه نفت انرژی تولید می کند.

انواع شتاب دهنده ها

در ساخت شتاب دهنده ها از دو اصل فیزیک استفاده می شود،بنابراین در حالت کلی دو نوع شتاب دهنده خواهیم داشت: خطی و چرخه ای.


شتاب دهنده های خطی:در شتاب دهنده های خطی،ذرات باردار در امتداد یک خط راست شتاب می گیرند.پس هر چه قدر طول بیشتر و میدان الکتریکی قوی تر باشد،ذرات شتاب بیشتری خواهند گرفت. اما طول آنها یک محدودیت به حساب می آید،زیرا در مسافتهای بالا اولا ثابت نگه داشتن میدان الکتریکی بسیار مشکل است و ثانیا به علت انحنای زمین،ذرات مسیری منحنی را طی خواهند کرد که باعث بروز مشکلاتی خواهد شد. مولد واندوگراف و شتاب دهنده لوله -سوقی و موجبر از نوع شتاب دهنده خطی هستند.برای مثال شتاب دهنده خطی 20 جیگا الکترون ولتی استانفورد،از نوع موجبر،دارای طول 3.2 کیلومتر است. مولد واندوگراف در سال 1931 توسط واندوگراف ساخته شد و می توانست به ذرات انرژی در حدود 30 مگا الکترون ولت بدهد.در شتاب دهنده های موجبر،ذرات درون لوله تخلیه شده ای از هوا در اثر یک میدان الکتریکی متغیر سینوسی،شتاب می گیرند.

شتاب دهنده های چرخه ای: تمام شتاب دهنده های نسل جدید و امروزی چرخه ای هستند. در این دستگاه ها ذرات باردار در هر سیکل یا در هر دور یک انرژی اضافی توسط میدانهای مغناطیسی متغیر دریافت می کنند. مانند سنگی که در انتهای یک طناب قرار گرفته شده و شما با چرخاندن طناب در هر دور شتاب و قدرت بیشتری به سنگ می دهید و سنگ می تواند مسافت بیشتری را طی کند. بنابراین در اینگونه شتابدهنده ها محدودیت بر روی خلا لوله ها و شدت میدان مغناطیسی است. لوله هایی که ذرات باردار در آنها حرکت کرده و شتاب می گیرند باید در حد بسیار خوبی تحت خلا باشند،زیرا برخورد ذرات باردار با مولکولهای هوا از سرعت و انرژی آنها خواهد کاست و حتی باعث انحراف آنها خواهد شد. سیکلوترون.سنکروسیکلوترن وسنکروترون از جمله شتاب دهنده های چرخه ای هستند. برای مثال سنکروترون آزمایشگاه ملی بروکهاون که قطری برابر 252 متر دارد،به ذرات شتابی برابر 33 جیگا الکترون می دهد و یا سنکروترون آزمایشگاه ملی باتاوایا در ایلینویز که قطری برابر 2 کیلومتر دارد،به پروتون ها انرژی در حدود400 جیگا الکترون ولت می دهد.


در حال حاضر عظیم ترین شتاب دهنده جهان که در آزمایشگاه سرن(در مرز بین سویس و فرانسه) قرار دارد و از نوع چرخه ای به حساب می آید، انرژی در حدود چندین گیگا الکترون ولت و یا حتی ترا الکترون ولت تولید میکند. وظیفه اصلی این شتاب دهنده،شبیه سازی لحظه خلقت عالم است. در لحظه خلقت که همه چیز در حد شاید یک نقطه بسیار چگال بوده است،بعد از مدت زمان بسیار کوتاهی برخی ذرات بسیار ناپایدار از بین رفته(با هم ترکیب شده) و ذرات دیگری که پایداری بیشتری دارند را تشکیل می دهند. هدف این شتاب دهنده این است که با برخورد بسیار پر انرژی ذرات بنیادی، عمل عکس لحظه خلقت را در کسری از ثانیه به وجود آورد. یعنی ذرات به ظاهر بنیادی ما به ذرات ناپایدار و ناشناخته متلاشی شوند و دوباره به ذرات پایدارتر تشکیل شوند.البته این لحظه در کسری از ثانیه شاید در حد 1 میلیاردم ثانیه صورت می گیرد.ذرات به وجود آمده در آشکارسازهای این دستگاه از خود ردی برجا می گذارند که دانشمندان از روی خواص آنها می توانند پی ببرند چه نوع ذره ای بوده است.در اینجا نقش آشکارسازها مشخص می شود،چون هیچ ذره بارداری حتی الکترون در حال حرکت با چشم قابل مشاهده نیست و ما فقط می توانیم رد آنرا در آشکارساز ببینیم.

شتاب 

دید کلی

غالبا سرعت حرکت یک جسم متحرک در حین حرکت می‌تواند تغییر کند، اما چون سرعت یک کمیت برداری است، لذا علاوه بر اندازه دارای جهت نیز خواهد بود. بنابراین تغییر سرعت می‌تواند به صورت تغییر در بزرگی ، جهت و یا هر دو باشد. در تمام این موارد تغییر موجب ایجاد شتاب می‌گردد. به عنوان مثال ، در حرکت دایره‌ای یکنواخت ، بزرگی سرعت ثابت است، اما جهت آن همواره تغییر می‌کند و این سبب ایجاد یک شتاب جانب مرکز می‌گردد. حال چنانچه در همین مثال حرکت دایره‌ای بزرگی سرعت نیز علاوه بر جهت آن تغییر بکند، علاوه بر شتاب جانب مرکز یک شتاب مماسی نیز خواهیم داشت که این شتاب مماسی از تغییر بزرگی سرعت ناشی می‌شود.

انواع شتاب

از آنجا که در تعریف سرعت ، دو نوع سرعت لحظه‌ای و سرعت متوسط عنوان می‌شود، لذا در تعریف شتاب با دو نوع شتاب لحظه‌ای و شتاب متوسط مواجه خواهیم بود. شتاب متوسط در حین حرکت از نقطه A به نقطه B به صورت تغییر (تفاضل سرعت در نقطه A و B ) بر بازه زمانی که این حرکت طول کشیده است، تعریف می‌شود. اما شتاب لحظه‌ای به صورت مشتق زمانی بردار سرعت تعریف می‌شود. به بیان دیگر ، با توجه به تعریف مشتق می‌توان گفت که در تعریف شتاب لحظه‌ای بازه زمانی بین دو نقطه A و B ، همچنین تغییرات سرعت در فاصله بین دو نقطه A و B باید خیلی خیلی کوچک باشد، یعنی به سمت صفر میل کند.

یکای شتاب

یکا یا ابعاد هر کمیت فیزیکی را می‌توان به صورت ترکیبی از کمیت‌های اصلی مانند جرم ، طول و زمان بیان کرد. یکای سرعت عبارت است از نسبت یکای طول (L) بر یکای زمان (T). بنابراین چون شتاب نیز به صورت نسبت سرعت بر زمان است، یکای آن به صورت زیر خواهد بود:

L/T/T = L/T^2=یکای شتاب

اهمیت دانستن یکای کمیات مختلف در این است که به این طریق می‌توان درستی یا نادرستی یک معادله را بیان کرد. به بیان دیگر ، در یک معادله فیزیکی باید یکای تمام جملات یکسان باشند. منظور این است که نمی‌توانیم مثلا جمله‌ای را که یکای کل آن سرعت است، با جمله دیگری که یکای کل آن شتاب است، مساوی قرار دهیم. نمادهای ابعادی مربوط به کمیت‌های مختلف را می‌توان مانند کمیت‌های جبری در نظر گرفت و آنها را درست مانند عواملی که در معادلات هستند، ترکیب کرد یا حذف نمود.

حرکت با شتاب متغیر

گفتیم که شتاب مانند سرعت یک کمیت برداری است، بنابراین در حرکت با شتاب متغیر در حالت سه بعدی هر سه مولفه سرعت تغییر می‌کنند. لذا متناسب با آنها سه مولفه شتاب نیز حاصل می‌شود. مثلا مولفه x شتاب برابر با مشتق زمانی مولفه x سرعت است.

به عنوان مثالی از حرکت شتاب‌دار متغیر می‌توان به حرکت اتومبیل در خیابان اشاره کرد. سرعت اتومبیل بعد از روشن شدن آن افزایش می‌یابد تا به یک مقدار بیشینه برسد، حال اگر مانعی مانند یک اتومبیل دیگر در برابر اتومبیل قرار گیرد، راننده مجبور است که سرعت خود را کاهش دهد. بنابراین حالت اول را که سرعت پیوسته افزایش پیدا می‌کرد، می‌توان حرکت تند شونده نامید و در حالت دوم را که سرعت کاهش پیدا می‌کند، حرکت کند شونده می‌نامند.

حرکت با شتاب ثابت

در بررسی انواع حرکت ، گاه به مواردی برخورد می‌کنیم که آهنگ تغییرات سرعت ثابت است. به عنوان مثال ، در حرکت پرتابی شتاب اعمال شده ، شتاب جاذبه زمین است. این شتاب معمولا ثابت فرض می‌شود، لذا حرکت پرتابی نوعی از حرکت با شتاب ثابت است.

معرفی چند شتابدهنده

سیکلوترون ها

اشکال اساسی در شتاب دهنده های خطی، طول بلند آنها برای حصول به انرژی های بالا است و این اشکال با ساختن اولین سیکلو ترون در سال1331__1329توسط لارنس و لینوینگستونمرتفع گردید. ذرات در مسیر مارپیچی شکل در داخل دو نیم کره فلزی میان تهی به نام ?دی ها? و در فضای خلاء و در حالی که صفحات دی ها به یک ولتاژ تغییر دهنده علامت متصل هستند، تحت یک میدان مغناطیسی شتاب دار میشوند. لارنس این کار جدید خود که از یک مدار مارپیچی نیم دایره ای به جای مسیر خطی برای شتاب ذرات استفاده کرد، جایزه نوبل سال 1939  را به خود اختصاص داد.

یک سیکلوترون به صورت دو آهن ربای دوقطبی بزرگ طراحی شده برای ایجادیک ناحیه نیم دایره ای میدان مغناطیسی یکنواخت که به طور یکنواخت به طرف پایین جهت گیری دارد، طراحی میشود.

یک ولتاژ نوسانی برای ایجاد یک میدان الکتریکی در عرض این شکاف اعمال می شود. ذرات به ناحیه میدان مغناطیسی یک مسیرِD خارج یک مسیر نیم دایره ای تزریق می شوند تا به شکاف برسند. بدین ترتیب میدان الکتریکی، به ذرات وقتی از آن عبور می کنند، شتاب می دهد.

 حالا ذرات انرژی بالاتری دارند، پس ذر یک مسیر نیم دایره ای دیگر درD بعدی با شعاع بزرگ تر جریان میابند وبنابراین دوباره به شکاف می رسند. بسامد میدان الکتریکی باید درست طوری تنظیم شود که جهت میدان به وسیله زمان ورود آنها در شکاف معکوس شود. میدان در شکاف، آنها را شتاب می دهد و آنها دوباره وارد اولین D می شوند. بدین ترتیب وقتی ذرات به اطراف به طور مارپیچ می چرخند انرژی کسب می کنند. طراحی سیستم چنان است که وقتی آنها سرعت می گیرند، یک قوس بزرگ را دنبال می کنند و لذا همیشه در یک زمان به شکاف می رسند. این راه یک نوسان میدان الکتریکی بسامد ثابت، ادامه میابد تا همواره در عرض شکاف به آنها شتاب داده شود. محدودیت در مورد انرژی که می تواند در چنین وسیله ای به آن رسید به اندازه آهنرباهایی که D ها را تشکیل میدهند وبه شدت میدان مغناطیسی آنها بستگی دارد. این عمل توسط یک سینکروترون انجام میشود، به محض اینکه اصول سینکروترون توسعه یافت، دریافتند که راه خیلی ارزان تری برای دست یابی به انرژی خیلی بالاتر از سیکلوترون وجود دارد و در این صورت روش سیکلوترون اصلی دیگر مورد استفاده قرار نگرفت.

بنابراین سیکلوترونها دارای یک چشمه یونی است، که بین دو صفحه نیم دایره میان تهی (به نام دی)قرار گرفته است. فاصله بین دی ها جایی است که شتاب یون در آنجا صورت می پذیرد. وپایین دی ها وچشمه یون قطب های یک مغناطیس بزرگ قرار دارند.تأثیر میدان مغناطیس بر روی ذرات باردار موجب حرکت آنها در یک مسیر دایره ای میگردد.در هنگام کار سیکلوترون، چشمه یون، ذرات باردار(معمولاً مثبت) را به فضای بین دی ها تزریق می کند که این ذرات به داخل دی دارای بار مخالف شتاب داده می شوند، و فقط مجبور به حرکت در یک مسیر دایره ای به وسیله میدان مغناطیسی می باشند. ابتدا، انرژی ذرات پایین است و مسیر طی شده دارای شعاع کوچکی است. بلافاصله پس از خروج ذرات بوسیله دی اول دفع شده و به سمت دی دوم شتاب داده میشوند. در این زمان، ذرات انرژی جنبشی نسبتاً بیشتری دارند، لذا آنها مسیر دایره شکلی را که دارای شعاع بزرگ تر است طی می کنند، ولی زمانی را که ذره برای بیرون آمدن از دی ها لازم دارد همیشه یکسان است(سرعت آن ها بالا تر است، ولی مسیری که دارای شعاع بزرگتری است،طولانی تر است. ذراتی که هر بار به این طریق شتاب داده میشوند از فاصله بین دی ها عبور می کنند. سرانجام شعاع مسیر مارپیچی که باید سیکلوترون آن را در حرکت بعدی خود نگه دارد، بسیار بزرگ شده و ذرات به صورت بار الکتریکی از داخل سیکلوترون به طرف هدف منحرف می گردند.

بیشینه انرژی که در سیکلوترونهای متعارف وفرکانس ثابت قابل دسترس است حدودMeV25برای پروتن و دوترون ،و MeV50برای ذرات آلفا است. شکل میدان الکترواستاتیک در شکاف یا فاصله بین دی ها و همچنین طراحی میدان مغناطیسی، سبب یک غیر یک نواختی در لبه های بیرونی دی ها میشوند که این خود باعث یک اثر تمرکزی در باریکه ذرات می گردد. بنابراین یون ها در باریکه درونی با شدت کمتر از 5/0 میلی آمپر و در باریکه بیرونی ده برابر کمتر جریان می یابند. هر قدر انرژی های زیاد شود نیبیت جرم هم افزایش میابد. لذا بسامد یا میدان مغناطیسی و یا هر دو باید به نحوی تغییر کنند که افزایش جرم به خاطر ورود باریکه ذرات به شکاف در یک فاز جبران شوند. این تغییر اولی را با سینکروترونها میتوان انجام داد.

سینکروسیکلوترون

افزایش جرم نسبیتی را میتوان با کاستن سر عت زاویه ای میدان الکتریکی درطی فرآیند شتاب، جبران نمود. بنابراین، سرعت زاویه ای یا بسامد میدان الکتریکی میتواند تعدیل گردد، بطوری که سرعت زاویه ای یون و میدان الکتریکی، اگرچه متغیر هستند، همواره در طی فرآیند شتاب، مساوی(یا همزمان) گردند. به این طریق یک بسامد تعدیل شده تا سینکرو _ سیکلوترون تا بدست می آید که تابع محدودیت انرژی بیشینه یک سیکلوترون نمی باشد. با این وجود، شدت باریکه بسیار پایین تر است ( معمولاً با فاکتوری معادل 1000)در واقع، هر گروه از یون ها با تنظیم بسامد میدان الکتریکی تا انرژی بیشینه خود شتاب داده می شود سپس بسامد میدان الکتریکی به مقدار آغازین خود برگشت داده شده و گروه جدیدی از یون ها تا انرژی بیشینه خود شتاب میابند. این امر به یک باریکه پالسی ذارای شتاب میانگین بسیار پایین تر از یک سیکلوترون منجر می گردد. در سال1945 توسعه این تکنولوژی اجازه داد که با تغییر بسامد ولتاژ شتاب داده شده انرژی نسبیتی ذرات نیز تغییر کند. به این در آن زمان شتاب دادن ذرات تاMeV700 میسر گردید. این انرژی حدود یکصد برابر بیش از انرژی کسب شده در گسیل ذرات توسط رادیو اکتیویته طبیعی بود.

سیکلوترون ایزوکرونی

افزایش جرم نسبیتی متنایب با انرژی (یا سرعت) یون است. افزایش جرم نسبیتی میتواند به وسیله القاء مغناطیسی که به عنوان تابعی از شعاع میدان مغناطیسی افزایش میابد جبران گردد. با ثابت ماندن سرعت زاویه ای یون و میدان الکتریکی (پدیده هم زمانی یاایزوکرونی) طی فرآیند شتاب، یک سیکلوترون ایزوکرونی حاصل می گردد. یک سیکلوترون ایزوکرونی تابع محدودیت انرژی بیشینه یک سیکلوترون یا محدودیت شدت بیشینه یک سینکرو _ سیکلوترون نمی باشد.

سینکروترون ها با بسامد تعدیل شده بسامد یک سیکلوترون با توجه به تغییرات سرعت و جرم وقتی پدیده های نسبیتی افزایش می یابند از اهمیت خاصی برخوردار میشود. در انرژی های بالا شعاع قوس زیاد میشود این منجر به پیدایش دو طرح مختلف شتابدهنده می گردد. یکی تعدیل بسامد یا سینکروسیکلوترون که همان اساس سیکلوترون را با مسیر مارپیچی ذره و دیگری سینکرو ترون ها که عبور یا مسیر ذره در دایره های ثابتی جریان دارد. در سینکروترون موازنه ای بین بسامد ومیدان مغناطیسی وجود دارد، یکی یا هر دوی آن ها در طی شتاب گرفتن طبق معادله زیر تغییر می کنند.

                               E_kin=Y?r^2 Bq                                         

Bشدت میدان مغناطیسی، rشعاع مسیر پرتو در انرژی E_kin ، Y=B/mعددی است ثابت وmبه جرم ذره اطلاق میگردد.

سینکروترون ها

 یک سینکروترون  که گاهی اوقات سینکرو_سیکلوترون نامیده می شود، یک شتاب دهنده دایره ای است که دارای یک کاواک مشدد الکترومغناطیس برای شتاب دادن ذرات است. چندین شتابدهنده دایره ای در آزمایشگاه شتابدهنده ملی فرمی وجود دارند. ذرات از طریق هر کاواک به دفعات بسیار عبور می کنند. وقتی آنها حول حلقه میگردنند، هر مرتبه یک شتاب کوچک دریافت می کنند، یا انرژی را افزایش می دهند. وقتی انرژی یا شدت میدان تغییر میکند در نتیجه شعاع مسیر ذرات تغییر می یابند.

بدین ترتیب، افزایش انرژی می یابند شدت میدان مغناطیسی که برای هدایت کردن آنها استفاده می شود باید با هر چرخش برای نگه داشتن ذرات متحرک در یک حلقه، تغییر کند. تغییر در میدان مغناطیسی باید به طور دقیق با تغییر در انرژی همزمان شود یا باریکه تلف خواهد شد. بنابراین نام ?سینکروترون?از گستره انرژی های بالایی کهذرات می توانند در یک تک حلقه شتاب بگیرند بوسیله گستره شدت میدان قابل دستیابی با دقت بالا از یک مجموعه خاص آهنرباها، معین میشود. برای رسیدن به انرژی های بالا، فیزیکدان ها گاهی اوقات از یک مجموعه سینکروترون های با اندازه های متفاوت استفاده می کنند، هر یک، سیستم بزرگتر بعدی را تغذیه می کند. ذرات اغلب پیش از ورود به اولین حلقه، با استفاده از یک شتابدهنده خطی کوچک یا وسیله ای دیگر پیش شتاب می گیرند. تابش سینکروترون نامی است که به تابش الکترومغناطیسی گسیل شده بوسیله ذرات باردار چرخنده در یک سینکروترون اطلاق می شود. این تابش به این علت است که ذرات باردار بوسیله میدان مغناطیسی از آهنرباهای دوقطبی برای به حرکت در آوردن باریکه حول حلقه شتاب می گیرند(منحرف میشوند). هر ذره باردار شتابدار، تابش الکترومغناطیسی تولید می کند.

طول موج و شدت تابش سینکروترون به انرژی و نوع ذره گسیل شده بستگی دارد. اگر منظ.ر انبار کردن یک باریکه انرژی بالا باشد پس تابش سینکروترون یک مشکل است.اتلاف انرژی از باریکه بوسیله این اثر تابش، باید به وسیله معرفی کاواک های شتاب دهنده در یک یا چند مکان در حلقه بازگردانده شود، تا به ذرات هرگاه که عبور می کنند یک تکان در انرژی بدهند. میزان و انرژی تابش به سرعت ذرات تابش کننده و شدت میدان مغناطیسی وابسته است. وقتی ذرات به سرعت نور نزدیک می شوند، این اثر سریعاً افزایش میابد. ضریب نسبیت خاص، گاما، نسبت به انرژی ذره به انرژی جسم سکون، یعنی mC^2 است. اتلاف انرژی برای انرژی یک الکترون معین با گاما یعنی با ??mC?^2  متناسل است.

حتی با پیشرفت های انجام شده بر روی سیکلوترون های با تمرکز قطاعی وسینکروسیکلوترون ها، باز هم یک محدودیت در انرژی نهایی ذرات باقی می ماند وآن اندازه و قدرت مغناطیس است. یک محدودیت عملی از اندازه و قدرت برای یک مغناطیس بزرگ منفرد وجود دارد. پیشرفت بعدی در رابطه با شتاب ذره دستگاهی بود که می توانست قدرت میدان مغناطیسی را همراه با فرکانس تغییر ولتاژ تغییر دهد. چنانچه میدان مغناطیسی و فرکانس هر دو بتوانند تغییر کنند، امکان وادار ساختن ذرات برای حرکت در مدار با اندازه یکسان به جای مارپیچ ممتد در مدارهای با شعاع های بزرگتر و بزرگتر وجود دارد. بزرگترین شتاب دهنده های مدرن که بر اساس این مبانی به وجود آمده اند و به نام سینکروترون ها شناخته می شوند.

به جای دی ها تنها یک لوله بسته انحنا دار وجود دارو که حاوی ذرات است. به جای مغناطیس های بزرگ در بالا و پایین دی ها، یک سری از مغناطیس های با شکلcقرار گرفته در تناوب های طولی لوله جایگزین شده اند. ذرات به وسیله یک شتابدهنده کوچکتر به داخل حلقه تزریق شده و در داخل لوله بوسیله الکترومغناطیس ها نگهداری می شوند. شتاب ذرات به وسیله حفره های شتابدنده که مشابه لوله های غلتان در یک شتابدهنده خطی عمل می کنند، انجام می گیرد.

تواترون در آزمایشگاه ملی شتاب دهنده فرمی نزدیک شیکاگو وبواترون در دانشگاه برکلی بزرگترین سینکروترون های دنیا هستند که پروتن هایی با انرژی در محدوده تریلیون و بلیون الکترون ولت (TeVو GeV) در اختیار می گذارند.

بتا ترون

شتاب دهنده ها برای شتاب دادن یون های ?سنگین? با بار مثبت مانند پروتون ها طراحی شده اند. شتاب دادن الکترون ها نیز، بجز برای سیکلوترون، امکان پذیر است. زیرا افزایش انرژی نسبیتی الکترون ها 2000مرتبه پایین تر از پروتون ها ست. بتاترون یک شتاب دهنده الکترون است که دارای تشابهاتی با سینکروترون می باشد. مدار الکترون در آنها ثابت بوده و میدان مغناطیسی وابسته به زمان است. با وجود این، شتاب الکترون ها مانند شتاب دادن آنها در ترانسفورمرها است که هادی مسی خروجی با باریکه الکترونی جایگزین شده است.

سایر شتاب دهنده ها

گرچه اکثر انواع شتاب دهنده ها از نوع های مختلفی است که طرح عمومی آنها در اینجا مورد بحث قرار گرفت، ولی شتاب دهنده های متعدد دیگری نیز در برخی از مراکز تحقیقاتی جهان قرار دارندکه با وجودی که از انواع فوق هم هستندولی در نوع خود کم نظیر یا منحصر به فرد محسوب میشوند. سیکلوترون آگور هم نتیجه همکاری مشترک دو شرکت گرونتیگس در هلند و اورسی در فرانسه می باشد. سیکلوترون تریمف یک شتاب دهنده غول پیکر است که یون های هیدروژن باردار منفی راتا75 درصد سرعت نور شتاب می دهد.

 

مسله های مقیاس 

فاصله حسن آباد تا بیجار روی نقشه برابر cm6 است اگر فاصله این دوشهر روی زمین برابر با km60 باشد مقیاس نقشه را بدست آورید؟

ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ

2- فاصله دو گوشه یک  دامداری روی زمین  m1500 است اگر مقیاس نقشه ۳۰۰۰/۱ باشد فاصله دو گوشه این دامداری رو ی این نقشه چند سانتیمتر است؟

ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ

3- مقیاس نفشه ای ۱۰۰۰۰/۱ است اگر فاصله غرب تا شرق اصفهان رو ی این  نقشه cm50 باشد فاصله غرب تا شرق اصفهان روی زمین چند کیلومتر است؟

ــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ

4- فاصله دو کوه روی نقشه cm15 است اگر مقیاس نقشه۴۵۰۰۰/۱ باشد فاصله حقیقی این دو کوه  چند کیلومتر است؟

ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ

5- فاصله دو درخت روی زمین km50 است اگر فاصله این دو درخت روی نقشه cm3 باشد مقیاس نقشه را محاسبه نمایید؟

ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ

6- مقیاس نقشه ای ۷۲۰۰۰۰/۱است اگر فاصله دو شهر روی  زمین km32 باشد فاصله این دو شهر روی این نقشه چند سانتی متر است؟

ــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ

7- فاصله دو طرف یک  مرغداری روی زمین  m500 است اگر مقیاس نقشه ای۴۵۰۰۰/۱ باشد فاصله دو طرف این دامداری رو ی این نقشه چند سانتیمتر است؟

ــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ

8- فاصله  زنجان تا بیجار روی نقشه برابر cm6 است اگر فاصله این دوشهر روی زمین برابر با km120 باشد مقیاس نقشه را بدست آورید؟

ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ

9-طول یک جادهkm  150 است اگر مقیاس نقشه  ۶۰۰۰۰/۱ باشد طول این جاده روی نقشه چند سانتیمتر است؟

 

رشد و تکامل حرکتی

هرچقدر که انسان زنده هست حرکت را در پی دارد.زندگی‏ بدون امکانپذیر نیست.حرکت در زندگی انسان قبل‏ از تولد،آغاز و تا آخر عمر ادامه می‏ یابد.حرکت در قالب بازتابی شروع و توسط اعصاب زیر قشری کنترل می‏ شود، سپس آهسته آهسته و به ‏طور فزاینده با پیچیده ‏تر شدن‏ الگوهای حرکتی،به کانون بالاتر عصبی ارتباط پیدا

می کند .در دوره شیرخوارگی با دستکاری ساده‏ اشیاء،الگوهای جا به جایی کسب و در دوره دوم‏ کودکی(۲ تا ۶ سالگی)بسیاری از مهارت‏ های اساسی، به افعال حرکتی کودک اضافه می‏ شود.

الگوهای حرکتی اساسی که ابتدا کودکان فرا می ‏گیرند به صورت مهارت‏ هایی کلی،بعدها به مهارت‏ های ویژه یا ورزشی تبدیل‏ می‏ شود.این فرآیند مداوم تکامل،در مهارت‏ های حرکتی،تا میزان زیادی بدون دخالت دیگران به وقوع می‏ پیوندد.

تا چند سال پیش بررسی رشد و تکامل حرکتی ،فقط در مورد کودکان و نوجوانان انجام می‏ شد،اما امروزه،قلمرو این بررسی چنان‏ توسعه یافته است که حتی رشد و تکامل حرکت را در پهنه حیاب بررسی می‏ کند.مسلما تغییرهایی که در رفتار حرکتی و عملکرد مهارتی‏ اشخاص پدید می ‏آید،به افراد زیر بیست سال محدود نمی‏ شود.یعنی حرکت نه فقط در طول کودکی و نوجوانی،بلکه در طول بزرگسالی‏ و خصوصا کهنسالی نیز تغییر می‏ کند.

بررسی و مطالعه علمی آن تغییرها را رشد و تکامل حرکتی در پهنه حیات گویند.اهمیت رشد و تکامل در این است که تغییرهای حاصله در طول بزرگسالی و کهنسالی،به‏ طور نظامدار نیز بررسی می‏ شود.رشد و تکامل حرکتی در پهنه‏ حیات،به تأمین نیاز رشد و تکامل حرکتی جامع توجه دارد.رشد و تکامل‏ حرکتی عملی‏ است که درباره‏ تغییر رفتار حرکتی انسان، در طول حیات، یعنی از حیات‏ قبل از تولد تا پایان کهنسالی، مطالعه می‏ کند.

رشد و تکامل حرکتی چیست؟

انسان همانند سایر موجودات زنده، پیوسته در حال تغییر است.این تغییر طبیعی و همگانی به صورت افزایش در قد،وزن،پیدایش عادت‏ ها،مهارت‏ ها و به‏ طور کلی تغییر در رفتار حرکتی و عقلانی در طول زمان آشکار می‏ شود. مجموعه این تغییرهای کمی و کیفی را (رشد)می‏ گویند.

به بیان دیگر رشد عبارت از یک‏ سلسله تغییرهای پی در پی است که برای‏ رسیدن،به هدف واحدی انجام می‏ گیرد و آن هدف،تغییرهای طبیعی در طول زمان‏ رسیدن کودک به کمال است که‏ استعدادهای بدنی و عقلانی خود را با گذشت زمان به دست می ‏آورد.

رشد بدین معنا،هرگز سریع و تصادفی انجام‏ نمی‏ گیرد،بلکه تابع قانون،نظم خاص‏ و در حال پیشرفت است و هیچ‏گاه‏ متوقف نمی‏ شود.رشد چنان‏که اشاره‏ کردیم شامل ابعاد کمّی و کیفی است. منظور از ابعاد کمی به تغییرهای بدنی‏ (مانند افزایش قد،وزن،نمو دستگاه‏ های مختلف بدن و…)و ابعاد کیفی به تغییرهای اطلاق می‏ شود که در جنبه‏ های شناختی مانند ادراک،تفکر و حل مسایل اجتماعی مانند روابط با دیگران و عاطفی مانند احساس‏ها و گرایش‏ ها به عمل می‏آید.بدیهی است‏ که این ابعاد کاملا با همدیگر همبستگی‏ دارند.

رشد و تکامل حرکتی،مطالعه‏ فرآیند یادگیری و مهارت حرکتی در کودکان است.یعنی این علم پیشرفت‏ حرکت از شکل ابتدایی و نیمه ماهرانه‏ (در کودکان خیلی خردسال آشکار می‏ شود) تا سطح متوسط مهارت(در خلال دوره کودکی آشکار می‏ شود)و بالاخره عملکرد نسبتا ماهرانه(در اواخر دوره نوجوانی آشکار می‏ شود)را مطالعه می‏ کند.

متخصص رشد حرکتی از این بعد، رشد و تکامل حرکتی سن‏ های متفاوت‏ کودکان را بررسی و بر جریان عمل کسب‏ مهارتشان نظارت می‏ کند.فرضیهء وابسته‏ های رشد و تکامل حرکتی که‏ صرفا در کودکان و نوجوانان توسعه‏ می‏ یابد،به دلیل بیشترین مطالعه‏ ها و بررسی‏ ها در سال‏ های اولیه حیات بوده‏ است.با وجود این محققان بسیاری‏ اکنون تاکید دارند که بررسی و مطالعه‏ رشد عمومی و حرکتی،باید تمام‏ دوره‏ های زندگی را شامل شود.

کهنسالان بخش بزرگی از جامعه ما را تشکیل می‏ دهند و برای اتقای کیفیت‏ زندگی خود،در جهت لذت بخش و سودمند شدن زندگی،از فعالیت‏ های‏ بدنی استفاده می‏ کنند.بنابر این،نباید دوره کهنسالی،دوره گوشه ‏گیری و بیماری قلمداد شود.به‏ طور نظری بیان‏ شده است که رشد در دوره بلوغ،در سن‏ 21 سالگی و اصولا در هیچ گذری از دوره بزرگسالی متوقف نمی‏ شود.

تغییرهای کیفی در رفتار حرکتی،در دوره کهنسالی نیز اتفاق می‏ افتد.اما از آن‏جا که بررسی‏ ها و مطالعه ‏ها در زمینه‏ رشد،جنبه ‏های بسیاری از رفتار حرکتی‏ دوره کهنسالی بررسی نشده است. بنابراین،رشد و تکامل حرکتی علمی‏ است که دربارهء تغییر رفتار حرکتی‏ انسان،در طول حیات،یعنی از حیات‏ قبل از تولد تا پایان کهنسالی مطالعه‏ می‏ کند.

آگاهی از این علم برای مربیان تربیت‏ بدنی از آن جهت ضروری است که‏ یافته‏ های رشد حرکتی پایه و اساس‏ خوبی برای برنامه‏ ریزی تربیت بدنی‏ است.و چون مربیان بیشتر با کودکان، نوجوانان و جوانان سروکار دارند،این‏ آگاهی در محدوده کودکی تا جوانی‏ ضرورت بیشتری پیدا می‏ کند.

شکل حرکت چیست؟

شکل،فرایندی است که در حرکت‏ حمل می‏ شود.به عبارتی،راه،نحوه‏ اجرا یا طرح عملکرد است که اندام‏ ها با حرکت‏ های خود آن را در فضا ترسیم‏ می‏ کنند.به بیانی دیگر،آن تصویر بینایی‏ را« شکل حرکت »گویند که با اجرای‏ مهارت یک ورزشکار در ذهن مربی باقی‏ می‏ ماند.اصطلاح‏ های کیفی مانند غیر پیشرفته یا ابتدایی؛نیمه ماهرانه و ماهرانه اشاره به شکل حرکت دارد که با توجه به اقتصاد حرکت و میزان سازگاری‏ در حرکت‏ شناسی بدن به هر فرد اختصاص داده می‏ شود.

برای نمونه، در عمل پرتاب،یک پسر راست دست‏ که به پای راستش به طرف جلو گام‏ بر می ‏دارد،وقتی آرنجش را تا نزدیک‏ گوشش بلند می‏ کند سپس توپ را پرتاپ‏ می‏ کند تا ساعدش باز شود،می‏ توانیم‏ بگوییم که این فرد هنوز در مهارت پرتاب‏ کردن،به طرح پیشرفته و ماهرانه نرسیده‏ است،اما می‏ت واند عمل پرتاب خود را با انجام دادن عمل پرتاب مؤثرتر، پالایش کند؛یعنی تمرین کند تا به تدریج‏ در فرایند حرکت یا شکل مهارت،تغییر اساسی صورت گیرد و مهارت به‏ صورت پیشرفته اجرا شود.

عملکرد حرکت چیست؟

مؤلفه دیگر حرکت«عملکرد» است.درحالی‏که اصطلاح شکل، برای توصیف فرایند حرکت به کار می‏ رود،اصطلاح«عملکرد»برای نشان‏ دادن نتیجه حرکت به کار می‏ رود. عملکرد را یا برای اشاره به وقوع مانند «کودک توپی را پرتاب کرد»یا برای‏ اهمیت دادن به نتیجه عمل به کار می‏ برند مانند توپ ۴۶ متر پرتاب شد.

عملکرد،مفاهیم توصیفی چون‏ ابتدایی و پیشرفته ندارد،زیرا این‏ اصطلاح،جزء اصطلاح‏ های مطلق‏ است.خوب و بد بودن آن بستگی دارد به مسافتی که فرد به نتیجه مورد انتظار نایل می‏ شود.برای نمونه ۵/۲ متر پرش‏ برای کودک،عملکرد خوبی است،اما برای بزرگسال یا نوجوان معمولا اجرا و عملکرد خوبی نیست،زیرا تفاوت‏ هایی‏ در معیارهای معمول وجود داردبرای آشنایی بیشتر مربیان با مفاهیم‏ شکل و عملکرد که دو مولفه مهم رفتار حرکتی هستند،می‏ توان در فرآیند تدریس آن‏ ها را بهتر ملاحظه کرد..

وقتی مربی در کلاس تربیت بدنی، به دانش ‏آموزان اجرای مهارت دریبل‏ کردن را آموزش می‏ دهد و به دنبال آن به‏ دانش ‏آموزان فرصتی می ‏دهد تا آن‏ مهارت را تمرین کنند و در آخر درستی‏ آن مهارت را ارزیابی می‏ کند،این‏جا مربی بر جنبه«شکل»حرکت تأکید کرده‏ است.اما وقتی دانش ‏آموزان را برای‏ مشارکت فعال،در تحمل یک برنامه‏ بدن سازی،در طول سه ماه فرا می‏ خواند و خود کاملا بر اجرای صحیح‏ تمرین‏ ها نظارت دارد،این‏جا تأکید مربی بر افزایش عملکرد و قدرت است. البته این تجزیه حرکت به شکل و عملکرد دانشمندان؛برای شناسایی،توسعه، اصلاح،ارزیابی و پیش‏بینی علمی رفتار حرکتی است و این‏که آن دو جنبه و بعدشکل حرکت‏ به تجارب‏ آموزشی، یادگیری و آموزش مربی‏ بستگی دارد.در حالی که عملکرد حرکت به عوامل‏ آمادگی‏ جسمانی مربوط است.

حرکت به خوبی در طول حیات بررسی‏ و مطالعه می‏ شود.در واقع،حرکت یک‏ پدیده و رویداد بیش نیست و نمی‏ توان‏ آن عناصر را در حرکت به‏ طور مجزا ملاحظه کرد.

یک رابطه مثبت میان شکل و عملکرد وجود دارد،اما این رابطه، رابطه سببی مستقیم نیست.شکل‏ پیشرفته،تمایل به پیشرفت به عملکرد دارد،اما عمکرد خوب می‏ تواند به‏ شکل پیشرفته بستگی نداشته باشد.اگر دو کودک از نظر سن و جنس مشابه‏ باشند و از شکل یکسانی،برای پرتاب‏ کردن،استفاده کنند؛این احتمال وجود دارد که یکی از آن‏ ها نسبت به دیگری‏ بیشتر پرتاب کند.در این نمونه‏ ها که‏ کیفیت شکل ثابت،اما نتیجه عملکرد متفاوت است،عموما تفاوت‏ ها در اثر مجموعه عواملی است که«قابلیت‏ های‏ جسمانی»نام دارد.قدرت؛سرعت‏ حرکت؛زمان واکنش؛هماهنگی چشم‏ و دست،از جمله صفات جسمانی به‏ شمار می‏روند که به‏ طور مستقیم به‏ چگونگی عملکرد مربوط می ‏شود.

جنبه دیگر روابط بین شکل و عملکرد نیز مبتنی بر عوامل توانشی‏ است،این عوامل در شرایطی بررسی‏ می‏ شود که دو بازیکن در سطح بالایی از عملکرد،مشابه باشند،ولی یکی از آن‏ ها نقصی در شکل داشته باشد. هرچند،یکی از آن دو از شکل خوبی‏ نسبت به دیگری استفاده کند.در چنین‏ شرایطی،احتمال برابری عملکرد وجود دارد،زیرا منشأ تفاوت‏ها در عوامل‏ توانشی است و بازیکنی که به شکل‏ نا درست عمل می‏ کند،برای اجرای‏ مهارت به عوامل توانشی بیشتری نیاز دارد.

این امتیاز و برتری در عوامل‏ مزبور،نقص در شکل را جبران می‏ کند و قدرت یکی از عوامل توانشی مثبت‏ است و بازیکن را به سطح عملکرد افرادی می‏ رساند که از شکل خوب‏ برخوردارند.این نوع جبران،هرچند موفقیت آمیز است،ولی به دلیل موقتی‏ بودن،نمی‏ تواند در فعالیت‏ هایی که دایم‏ پایین‏ تر از الگوهای عالی مهارت حرکتی‏ انجام می‏ شود،عامل پیروزی باشد. برای عملکرد بهتر،در صورتی نقص‏ شکل حرکت جبران می‏ شود که همه‏ توانایی‏ ها به‏ طور مستقیم برای تکلیف به‏ کار رود زمانی که مهارت‏ های اساسی‏ فراگرفته شد،لازم است به ویژگی‏ های‏ اساسی شکل خوب هم تأکید شود.زیرا در هر حال،عملکرد خوب با شکل‏ خوب از عملکرد خوب با شکل ضعیف‏ سازنده‏ تر است

 

فیلم بسیار جالب حرکت ستارگان در فضا 

حرکت زمین در فضا 

) حرکت وضعی: حرکتی است که ما به دلیل چرخش زمین به دور محورش داریم. وقتی زمین در هر ۲۴ ساعت یک بار به دور خود می چرخد، هرنقطه ای روی سطحش دایره ای را در فضا طی می کند که شعاع این دایره برابر است با فاصله عمودی آن نقطه تا محور چرخش زمین. در دو قطب زمین این شعاع صفر و سرعت صفر و در استوا برابر با شعاع زمین است و بنابراین با سرعتی معادل ۱۶۰۰ کیلومتر بر ساعت می چرخد.

۲) حرکت انتقالی زمین به دور خورشید: حرکت سالانه زمین به دور خورشید از غرب به شرق است. فاصله ای که زمین در مدت یک سال به دور خورشید که مقدار آن ۳۶۵٫۲۵۶۴ شبانه‌روز معادل ۳۶۵ شبانه‌روز و ۶ ساعت و ۹ دقیقه و ۱۰ ثانیه‌ طی می کند و حدود ۹۴۲ میلیون کیلومتر می باشد، پس سرعت زمین در مدارش به دور خورشید، ۱۰۷۵۳۵ کیلومتر در ساعت و بیشتر از سرعت حرکت سطح زمین به دور خودش است. باز هم متوجه این سرعت نمی شویم چون ما و زمین همزمان با این سرعت ، حرکت می کنیم اما اگر کسی روی سطح خورشید باشد، این سرعت را تشخیص می دهد.

۳) حرکت تقدیمی: حرکتی است که به موجب خم بودن محور زمین نسبت به مدار خود ایجاد می‌شود و در نتیجهٔ کشش گرانشی خورشید، ماه و سیاره ها بر برآمدگی استوای زمین به‌ وجود می‌آید. این جابجایی و تغییر محور دوران زمین را حرکت تقدیمی می‌نامند و هر ۲۶ هزار سال یک بار یک دایره را در آسمان تکمیل می‌کند. این حرکت به خاطر تاثیر برآیند نیروهای گرانشی وارد بر زمین است و تاثیری که از آن مشاهده می‌شود تغییر امتداد قطبین سماوی است. در حال حاضر محور چرخشی زمین تقریباً در امتداد ستاره قطبی است ولی به‌دلیل این حرکت طی ۲۶ هزار سال آینده جا به جا می شود.

۴) حرکت رقص محوری: وجود ماه به عنوان یک قمر طبیعی حرکات زمین را پیچیده می کند، این حرکت تنها یک لرزش سینوسی در مدار زمین ایجاد می‌کند. که دلیل این امر جاذبه و چرخش ماه به دور زمین است. مدار ماه نسبت به دائرهالبروج کج است؛ در نتیجه، صفحهٔ مداری آن دارای حرکت تقدیمی می‌باشد. یک چرخش، ۱۸.۶ سال طول می‌کشد و اختلالی با همین دوره تناوب در حرکت تقدیمی زمین ایجاد می‌کند. این اثر، معروف به رقص محوری، طول دائرهالبروجی را همراه با کجی دائرهالبروج تغییر می‌دهد. در اینجا محاسبات بسیار پیچیده‌تر است؛ اما خوشبختانه اختلالات ناشی از رقص محوری نسبتاً کوچک می‌باشد؛ یعنی تنها کسری از یک دقیقه قوسی.

۵) حرکت در کهکشان راه شیری: حرکت بعدی زمین در راه شیری میباشد، منظومه‌ی شمسی ، شامل خورشید، سیاره‌ها و همه‌ی اجرامی که تحت تاثیر گرانش خورشید قرار دارند و از جمله زمین در حال حرکت در کهکشان راه شیری هستند. همانطوری که می دانید یک سیاه چاله عظیم و شگفت انگیز در مرکز کهکشان راه شیری قرار دارد که خورشید و سیاراتش و البته همه ستاره های دیگر کهکشان راه شیری، به دور آن می چرخند. خورشید ما و همه خانواده اش، با سرعت متوسط ۲۲۰ کیلومتر در ثانیه هر ۲۵۰ میلیون سال یک بار به دور آن می گردند، یعنی از ۶۵ میلیون سال پیش که دایناسورها از بین رفتند ، کمی بیش از ۱٫۴ یک دایره کامل را طی کرده ایم.

۶) حرکت در خوشه کهکشانی: حرکت بعدی، حرکتی است که با زمین، خورشید و کهکشان راه شیری شریک هستیم. کهکشان ما یکی از ۳۳ عضو گروه محلی کهکشان است که در حجمی از فضا به قطر ۱۰ میلیون سال نوری پراکنده هستند. کلیه اعضای این گروه بدور مرکز ثقل آن که نقطه ای مابین کهکشان راه شیری و کهکشان آندرامدا است در حال گردش می باشند. کل گروه محلی با سرعت تقریبا ۶۰۰ کیلومتر در ثانیه به سمت جایی در ابر خوشه سنبله در حرکت است و رفتن کهکشانی از انتهای خوشه ای به انتهای دیگر آن، ۵ میلیارد سال طول می کشد.

۷) حرکت انبساط کیهان: حرکت آخر، انبساط کیهان میباشد که همه اجرام کائنات آن را به نسبت نقطه بیگ بنگ ( انفجار بزرگ) شریک اند و آن تابش میکروویو زمینه کیهانی است. به نظر می رسد که همه ما، از جمله کهکشان راه شیری با سرعت انبساط باور نکردنی که توسط ماهواره پلانک محاسبه شده است برابر ۶۷٫۱۵ مثبت/منفی ۱٫۲ کیلومتر در ثانیه در مگا پارسک  در حال حرکت ایم. انبساط کیهان فقط در مقیاسهای بزرگ قابل تشخیص است و در خوشه ها و کهکشانهای نزدیک به هم تاثیر چندانی روی حرکت و ادغام کهکشانها نخواهد داشت.

انبساط کیهان به معنی افزایش فاصلهٔ متریک بین اجسام جهان با گذشت زمان است. این انبساط درونی است، یعنی به فاصلهٔ نسبی بین اجزای جهان برمی‌گردد، و به معنی حرکت اجسام به سمت فضای بیرون نیست. انبساط جهان از ویژگی‌های مهم کیهان‌شناسی نظریه بیگ بنگ است و ریاضیات آن با متریک FLRW و نظریه میدان اسکالر برای توضیح فرم شتابدار آن توصیف می‌شود. بخشی از این انبساط به خاطر اثر اینرسی است که جهان در گذشته منبسط شده‌است، و بخش دیگر به خاطر نیروی رانش ناشناخته‌ای است که شاید از یک ثابت کیهان‌شناسی یا انرژی تاریک آمده باشد. انبساط جهان به سرعت‌های بالاتر از سرعت نور می‌انجامد که برای تازه‌واردان گمراه‌کننده است.