انرژی یکیاز بنیادیترین مفاهیم در فیزیک میباشد و به ذکر ظریفخیس، معیاری برای قابلیت و امکانپذیر بودن تغییرو تحول در یک سیستم به شمار میاید. هر تغییری که در طبیعت چهره می دهد—از جنبش یک جسم معمولی گرفته تا عکس العملهای هستهای در ستارگان—یار و همدم با جابجایی، ذخیره یا این که تبدیل انرژی میباشد. انرژی خیر یک «چیز» قابل لمس، بلکه کمیتی میباشد که موقعیت سیستمها را تعریف مینماید و به ما میگوید چه تغییراتی میتوانند صورت دهند و کدام تغییرات غیر معلم خصوصی فیزیک در مشهد ممکناند.
انرژی میتواند در صورتهای مختلفی ظواهر خواهد شد: جنبشی به جهت تکان، پتانسیل به جهت شرایط یا این که پیرایش، حرارتی به جهت تکان ذرات، و الکتریکی به جهت بارها و میدانها. آنچه این انواع را به هم لینک میدهد، اصل پایستگی انرژی میباشد: انرژی خیر کردار می گردد و خیر از در بین میرود، بلکه صرفا از شکلی به صورت دیگر تبدیل میگردد. این اصل یکی عمیقترین ضوابط طبیعت میباشد و چارچوبی مشترک برای تعریف پدیدهها در مقیاسهای بسیار خرد تا کیهانی مهیا مینماید.
تعلق انرژی به تکان و نیرو دوطرفه میباشد. نیرو میتواند منجر جابجایی یا این که تبدیل انرژی گردد و انرژی گزینش مینماید که یک نیرو تا چه حد میتواند جنبش یا این که تغییرو تحول ساختوساز نماید. به همین برهان، تکان سوای انرژی تنهاً یک تعریف ناقص میباشد و نیرو سوای انرژی به فیضای استوار سبب ساز نمی شود. انرژی، گویش مشترکی میباشد که جنبش و نیرو را به یک تصویر دارای انسجام از خوی سیستمها لینک میدهد.
ادراک انرژی همینطور به ادراک مفاهیمی مانند پایداری، راندمان، اتلاف و تعادل سبب میگردد. این مفاهیم توضیح میدهند چرا بعضا فرایندها خودبهخویش صورت می دهند و بعضی دیگر مستلزم تأمین انرژی فرنگی می باشند. همین نگاه انرژیاساس میباشد که به فیزیک قابلیت و امکان می دهد پیشبینی نماید یک سیستم به کدام موقعیت رغبت دارااست و چرا.
نمونه کاربردی: در فناوریهای انرژیهای تجدیدپذیر، مانند توربینهای بادی و پنلهای شمسی، مورد اساسی خیر ساخت و ساز انرژی، بلکه تبدیل، ذخیره و جابجایی مؤثر آن میباشد. پیاده سازی باتریها، کانالهای هوشمند برق و حتی سیستمهای خنککننده مرکز ها داده، تمامی بر ادراک عمیق انرژی و پایستگی آن توکل دارا هستند. همین اصول در مقیاس بلندمرتبهخیس برای پژوهش دگرگونی ستارگان و کهکشانها نیز به شغل میروند، جایی که انرژی انتخابکننده چرخه حیات ساختارهای کیهانی میباشد.
۴.۴ میدان
میدان یکیاز عمیقترین مفاهیم در فیزیک امروزی میباشد و راهی برای تعریف این سوال بنیادی آماده مینماید که «اجسام چه گونه سوای تماس بی واسطه بر یکدیگر تاثیر میگذارند؟». به ذکر ظریفخیس، میدان یک خصوصیت فیزیکی دور و اطراف میباشد که در هرجا از گوشه و کنار مقدار و جهت مشخصی دارااست و معین مینماید در حالتی که جسمی در آن نقطه قرار گیرد، چه اثری را تجربیات خواهد کرد. درین نگاه، گوشه و کنار دیگر تنهاً یک بستر خالی وجود ندارد، بلکه خویش حمل کننده داده ها فیزیکی میباشد.
میدانهای گرانشی، الکتریکی و مغناطیسی مثالهایی از این چارچوب میباشند که هرمورد نوعی برهمکنش بنیادی را تعریف مینمایند. بهمکان آنکه بگوییم دو جسم «مستقیماً» به هم نیرو وارد مینمایند، فیزیک میدانمبنا توضیح میدهد که هر جسم میدان خاص خویش را در اطراف ساخت مینماید و اجسام دیگر به میدان مو جود در محل خویش جواب می دهند. این تغییر تحول نگاه، گذار از تعریف معمولی نیرو به یک سبک ظریفخیس و پیشبینیپذیرتر از طبیعت میباشد.
تعلق میدان به نیرو و انرژی بسیار بنیادی میباشد. نیرو در واقع پیامد حضور جسم در یک میدان میباشد و بخش اعظمی از گونه های انرژی به طور انرژی ذخیرهگردیده در میدانها تعبیروتفسیر می گردند. به عنوان مثال، انرژی پتانسیل گرانشی یا این که الکتریکی را میقدرت به توزیع میدان در دور و اطراف نسبت بخشید. بهاین مفهوم، میدان پلی دربین انرژی و نیرو میباشد و قابلیت میدهد اخلاق و رفتار سیستمها بهشکل پیوسته و کلاً گوشه و کنار ارزیابی گردد، خیر تنها در نقاط تماس.
معنی میدان همینطور موردساز فهم و شعور پدیدههای توسعه یافتهخیس مانند جابجایی انرژی فارغ از جابهجایی ماده، تکثیر امواج و حتی ساختارهای بنیادی اطراف-فرصت میباشد. نوروروشنایی، بهتیتر یک موج الکترومغناطیسی، مثالای از نوسان میدانهاست و نشانه میدهد که میدانها می توانند جداگانه از وجود ماده نیز وجود داشته باشند. این نگرش، نقش میدان را از یک ابزار محاسباتی بی آلایش به یک موجودیت فیزیکی حقیقی و واقعی ارتقاء می دهد.
نمونه کاربردی: در مهندسی فضایی، مسیر جنبش ماهوارهها و کاوشگرها مبنی بر آنالیز ظریف میدان گرانشی زمین و اجرام دیگر انتخاب میگردد. فارغ از تعریف میدان، پیشبینی استوار مدارها، اصلاح مسیر فضاپیماها و حتی ناوبری سامانههای GPS ممکن نخواهد بود. همین مضمون در مقیاسهای خردخیس، در پیاده سازی موتورهای الکتریکی، پیوندها بیسیم و تصویربرداری پزشکی نیز نقش کلیدی اجرا مینماید.
۴.۵ بلکه ابزار فکری قدرتمندی برای ارزیابی هر پدیده غامضای در دست داراست.
کیهانی مهیا مینماید.