فهرستی از کاربردهای فیزیک در فناوری و نقش آن‌ها در زندگی امروزی

یکی از علوم پرکاربرد در زندگی بشر علم فیزیک است که از گذشته تاکنون نقش بسیار مهمی در بروز رویدادهای مهم و اساسی دنیا داشته‌ است. گستردگی علم فیزیک به اندازه‌ای بوده که شاخه‌های مختلف آن با علوم دیگر مانند ریاضی، بیولوژی و اخترشناسی پیوستگی بسیاری داشته و به کمک هم توانسته‌اند تغییرات شگرفی در دنیای مدرن امروزی ایجاد کنند. فیزیک یکی از مهم‌ترین درس های دوران تحصیل تمامی دانش‌آموزان و دانشجویان هم بوده‌است. به دلیل اهمیت نقش فیزیک در زندگی بشر امروز، در کتاب فیزیک پایه دهم به کاربردهای فیزیک در فناوری اشاره شده و از دانش‌آموزان خواسته شده درباره این موضوع تحقیقی انجام دهند. برای آشنایی با روابط فیزیک با سایر علوم و نقشی که در پیشرفت دنیا داشته‌است با این نوشته از ستاره همراه شوید.

فیزیک و ارتباط آن با سایر علوم

علم فیزیک به مطالعه طبیعت، قوانین حاکم بر آن، ارتباط میان آن‌ها و انواع مختلف انرژی می‌پردازد. علم فیزیک بر این باور است که هر آن‌چه در طبیعت رخ می‌دهد، اتفاقی نیست و بر اساس یک‌سری قوانین و علت‌هایی اتفاق می‌افتد.

پیشرفت‌های تکنولوژی در دنیای امروز نشات گرفته از کشفیات علم فیزیک در شاخه‌های مختلف آن است که در نهایت منجر به خلق فناوری های جدید و مدرن (همانگونه که در مقاله تبدیل علم به فناوری به آن اشاره کردیم) شده‌ است. به عنوان مثال، مدل‌سازی، تجزیه و تحلیل ترمودینامیک که شاخه‌ای از علم فیزیک بوده منجر به پیشرفت‌های گسترده‌ای در موتورهای حرارتی ماشین‌ها شده‌است و یا ماشین بخار که نقش مهمی در انقلاب صنعتی انگلستان داشته و منجر به توسعه و شکل‌گیری کسب‌وکارهای فراوانی در صنعت شده است را می‌توان بخشی از نتایج کاربردهای فیزیک و ارتباط آن با تکنولوژی دانست که منجر به آسان‌تر شدن زندگی جوامع بشری شده‌است.

از این رو می‌توان گفت که علم فیزیک و تکنولوژی بی‌شک همواره به یک‌دیگر مرتبط بوده، به طوریکه در شرایطی، فیزیک می‌تواند باعث ایجاد فناوری جدید شود و در مواقع دیگر فناوری‌ها و تکنولوژی می‌تواند منجر به پیدایش نظریه‌ها و کشفیات جدیدی در علم فیزیک شود.

فناوری‌های جدیدی که به کمک علم فیزیک ایجاد شد

1. قوانین حرکت نیوتن توانست باعث پیشرفت فناوری و عملکرد موشک‌ها شود.
2. اصل برنولی منجر به بهتر شدن و توسعه بال هواپیما شد.
3. مدل‌سازی ترمودینامیکی توانست به عملکرد بهتر موتورهای حرارتی کمک کند.
4. اثر حرارتی جریان الکتریکی منجر به پیشرفت لامپ‌های رشته‌ای و دیودهای خلاء شد.
5. از اثر شیمیایی جریان الکتریکی در انجام فرآیندهایی ماند آبکاری، الکترو تایپینگ و پالایش الکتریکی استفاده می‌شود.
6. از پدیده القای الکترومغناطیسی در ژنراتورهای الکتریکی، موتورهای الکتریکی و کوره‌های الکتریکی آزمایشگاهی بهره می‌برند.
7. قانون پایستگی انرژی در نیروگاه‌های تولید انرژی کاربرد دارد.
8. نظریه‌ی انتشار امواج الکترومغناطیسی در تلویزیون، امواج رادیویی و در ارتباطات سیمی و بی‌سیم کاربرد دارد.
9. از سیستم‌های الکترونیک دیجیتال در سیستم‌های کامپیوتری و ماشین حساب استفاده می‌شود.
10. واکنش شکاف هسته‌ای یکی از بزرگ‌ترین منابع انرژی است. در راکتورهای هسته‌ای (دستگاه انجام واکنش‌های هسته‌ای) با انجام واکنش شکافه هسته‌ای انرژی فراوانی آزاد شده که می‌توان از آن برای تولید برق در نیروگاه‌های هسته‌ای یا تولید بمب‌های هسته‌ای استفاده کرد.
11. از انرژی خورشیدی و انرژی حاصل از جزر و مد دریاها (دو نمونه از منابع انرژی تجدید پذیر) می‌‌توان برای تولید انرژی الکتریکی استفاده کرد.

مسائل و کشفیات فیزیک که به کمک فناوری‌های جدید خلق شد

1. کشف اشعه ایکس یکی از مهم‌ترین اتفاقات برای علم فیزیک است. این اشعه می‌تواند با کمک به مطالعه‌ ساختار اتم، تجزیه و تحلیل طیفی و بسیاری از پدیده‌های دیگر منجر به توسعه علم فیزیک شود. اشعه ایکس در نتیجه‌ی توقف پرتوهای کاتدی (قطب منفی) در صفحه تنگستن ایجاد می‌شود.
2. جیمز ماکسول و هاینریش هرتز با استفاده از امواج الکترومغناطیسی توانستند فناوری بی‌سیم (wireless) را ایجاد کنند. پس از آن از تکنولوژی وایرلس در زمینه‌های گوناگونی همچون پدیده انتشار الکتریکی، بهبود نظریه اتم و پیدایش نظریه‌های جدیدی درباره وضعیت فلزات استفاده شد.

ارتباط فیزیک و فناوری

تکنولوژی/ابزار/دستگاه	اصول به کار رفته در تولید
ماشین بخار	ترمودینامیک
هواپیما	اصل برنولی
موشک‌های جت	قوانین دوم و سوم نیوتون
انرژی هیدروالکتریک (انرژی برق آبی)	قانون پایستگی انرژی
موتورهای حرارتی	قوانین ترمودینامیک
یخچال	قوانین ترمودینامیک
ژنراتور الکتریکی	پدیده القای الکترومغناطیسی
رادیو	امواج الکترو مغناطیسی
تلویزیون	امواج الکترومغناطیسی
دستگاه سیکلوترون (شتاب‌دهنده قوی)	همکاری میدان مغناطیسی و الکتریکی
راکتور هسته‌ای	واکنش شکاف هسته‌ای
لیزر	پدیده وارونگی جمعیت
ماشین حساب	مدارهای منطقی
سیستم‌های کامپیوتری	مدارهای منطقی
بمب اتم	واکنش شکاف هسته‌ای
بمب هیدروژنی	واکنش شکاف هسته‌ای
مهندسی ژنتیک	نقش DNA در وراثت
تولید قوی‌ترین میدان مغناطیسی	ابر رسانایی

فیزیک و ارتباط آن با سایر علوم

فیزیک و شیمی

به کمک فیزیک می‌توان به درک بهتری در بسیاری از بخش‌های علم شیمی از جمله ساختار اتمی، ساختار مولکولی، تکنیک پراش اشعه پرتو ایکس، رادیواکتیو، خواص عناصر، پیوندهای شیمیایی در مولکول‌ها، ساختار جامدات و بسیاری از زمینه‌های دیگر رسید.

فیزیک و زیست‌شناسی

به کمک علم فیزیک و کشف میکروسکوپ نوری و الکترونی، مطالعه‌ی میکرو ارگانیسم‌ها و ساختار سلول‌ها ساده‌تر شد. از سوی دیگر از اشعه ایکس در دنیای پزشکی و درمان بیماران استفاده می‌شود. از سونوگرافی برای بررسی اندام‌های داخلی انسان‌ها و از رادیوگرافی برای درمان سرطان استفاده می‌شود.

فیزیک و علم نجوم

یکی از مهم‌ترین ساخته‌های بشر، تلسکوپ است که انواع مختلفی دارد. تلسکوپ نوری توسط گالیله توسعه یافته و می‌توان از آن در اخترشناسی و بررسی سیاره‌ها و ستاره‌ها استفاده کرد. نوع دیگر تلسکوپ‌ها، تلسکوپ رادیویی بوده که در کشف تپ‌اختر (نوعی ستاره) و اختروش (هسته‌های فعال نورانی در کهکشان‌های دیگر) کاربرد داشته‌است.

فیزیک و ریاضی

علم فیزیک و علم ریاضی همواره ارتباط تنگاتنگی با یک‌دیگر داشته‌اند. بسیاری ریاضی را به عنوان زبان یا ستون علم فیزیک در نظر می‌گیرند. زیرا معتقدند بسیاری از نظریه‌های فیزیک بر اساس مفاهیم مختلف ریاضی ارائه شده‌است.

فیزیک و جامعه

بخشی از پایه و اساس زندگی مدرن امروزی در جوامع پیشرفته، علم فیزیک است. به کمک علم فیزیک، فناوری‌هایی ایجاد شد که توانست امکانات مدرن و پیشرفته‌ای را در اختیار بشر امروزی قرار دهد. بخشی از فناوری‌های امروزی که به کمک علم فیزیک توسعه یافته را در ادامه به آن اشاره می‌کنیم:

• ساخت هواپیما برای سفر به تمام نقاط کره زمین در زمانی بسیار کوتاه
• کشف وسایل ارتباط جمعی پیشرفته و مدرن مانند تلفن، فکس، گوشی‌های هوشمند و کامپیوترهای مدرن امروزی
• ابزار سرگرمی پیشرفته مانند تلویزیون، تبلت، لپ‌تاپ و بسیاری از دستگاه‌های بازی
• پیشرفت ابزار و دستگاه‌های پزشکی و کمک به تشخیص و درمان موثر بسیاری از بیماری‌ها
• کشف انرژی هسته‌ای به عنوان یکی از بهترین روش های تولید برق

با توجه به آن‌چه تا این بخش از مقاله گفته شد، می‌توان نتیجه گرفت که علم فیزیک به خوبی توانسته نقش بسیار موثر و کلیدی در پیشرفت جامعه بشری و ایجاد فناوری‌های جدید به جهت بهبود کیفیت زندگی انسان ایفا کند. با این حال، از این پیشرفت‌ها در برخی مواقع در جهت منفی و آسیب‌زا هم استفاده شده که باعث به خطر افتادن زندگی و جان موجودات کره زمین شده‌است:

• ساخت بمب‌های هسته‌ای قدرت‌مند به کمک علم فیزیک که می‌تواند باعث نابودی زندگی انسان شود. نمونه‌ی این حوادث را در انفجار هسته‌ای هیروشیما می‌توان دید که بمب هسته‌ای ساخته‌ی دست بشر و انفجار آن باعث کشته شدن هزاران انسان بی‌گناه و آسیب‌های همیشگی مانند معلولیت در میان تعداد زیادی از بازماندگان آن حادثه شده‌است.
• زیاده‌روی در مصرف انرژی منجر به افزایش گازهای گلخانه‌ای و افزایش گرمایش کره زمین می‌شود.
• پیشرفت تکنولوژی و ماشینی شدن زندگی منجر به کاهش فعالیت جسمی انسان‌ها شده که می‌تواند در درازمدت باعث بروز بیماری‌های مختلف شود.

سخن پایانی

بخش قابل توجهی از پیشرفت دنیای امروز مدیون علم فیزیک است. دانشی که به کمک سایر علوم و تکنولوژی‌ها نقش مهمی در راحت‌تر شدن زندگی انسان‌ها دارد.

برگرفته از: thefactfactor