معلومات عن علم الفيزياء

تعد علم الفيزياء واحدة من أكثر العلوم تأثيراً على حياتنا اليومية، وتهتم بدراسة العالم المادي من حولنا وكذلك المواد وظاهرة الطاقة والحركة والقوى التي تؤثر عليها. يعتبر الفيزيائيون مدرسة العلماء الأصلية والذين تمكنوا من استكشاف الأسرار المحيطة بنا وتحرير قوى كبيرة من الطاقة والحركة التي تغذي حضاراتنا.

في هذا المقال، سنناقش عددًا من المواضيع الرئيسية التي تهتم بها علم الفيزياء، وذلك من خلال عناوين فرعية متعددة ومنظمة ومنقطة ومرقمة.

• - كيف يعملون المركبات الفضائية والأقمار الصناعية؟ 

تعتمد آلية عمل الأقمار الصناعية والمركبات الفضائية على إطلاقها إلى الفضاء عبر صاروخ أو مركبة فضائية، ثم تدور حول الأرض بسرعة كبيرة وتستخدم أنظمة الدفع والتحكم للحركة والميلان والتوجيه الدقيق. تتمثل مهمة الأقمار الصناعية في إجراء ملاحظات عن الأرض ومراقبتها، بما في ذلك جمع البيانات الجوية والبيئية والجيولوجية والبحرية والعسكرية والتجارية والتواصل والاتصال وتزويد البشر بالمعلومات والخدمات المختلفة من خلال الأقمار الصناعية وبرامج الفضاء.

• - كيف يتم تشغيل المحركات النفاثة في الفضاء؟

هناك طريقتان لتحديد ما إذا كانت المحركات النفاثة أكثر كفاءة من محركات الصواريخ، المقياس الأول للمقارنة هو استهلاك الوقود الخاص بالدفع الذي يحدد مدى كفاءة تصميم المحرك في استهلاك الوقود، كما يعطي رقمًا يخبرنا عن مقدار الوقود المستهلك لكل وحدة دفع.

• - ما هي المخاطر البيئية للاستكشاف الفضائي؟

يوجد العديد من الآثار البيئية للاستكشاف الفضائي، وهي تتراوح من التأثيرات المؤقتة والمحدودة إلى التأثيرات الدائمة والواسعة النطاق. وقد تشمل هذه الآثار:

1. الغازات الدفيئة: يمكن أن تؤدي مركبات الوقود التي تستخدم في الصواريخ والمركبات الفضائية إلى إصدار غازات الدفيئة في الغلاف الجوي العلوي، والتي يمكن أن تؤدي إلى تغيير المناخ وزيادة حدوث التغيرات المناخية والطقسية.
2. النفايات الفضائية: يتم إطلاق العديد من الأقمار الصناعية والمركبات الفضائية إلى المدارات حول الأرض، وقد تتسبب في النفايات الفضائية التي تتركب من الأجزاء الداخلية للمركبات الفضائية والأدوات المساعدة والمحمولة على متنها في تشكيل مخاطر غير متوقعة للفضاء وهو حيز حرج خال من الغبار الكوني والإشعاعات االكونية.
3. الآثار على الحياة البرية: يمكن أن يؤثر الاستكشاف الفضائي على الحياة البرية من خلال تغيير النظام الإيكولوجي وتدمير الموائل الطبيعية للحيوانات والنباتات.
4. الآثار على المساحات الزراعية: يمكن أن يؤثر الاستكشاف الفضائي على المساحات الزراعية والموارد الطبيعية المتاحية، وذلك من خلال الاستنزاف والاستغلال الزائد للموارد، وتدمير الأراضي الزراعية بسبب العواقب السلبية للتقنيات المتطورة.
5. تغيير معدلات الحرارة والرطوبة: يمكن أن تؤدي الآلات والأدوات المستخدمة في الاستكشاف الفضائي والاطلاق نفسه إلى تغيير معدلات الحرارة والرطوبة في مناطق محددة، وهذا يمكن أن يؤدي إلى تأثيرات على النباتات والحيوانات والبشر.
6. الآثار على الموارد المائية: يمكن أن يؤثر الاستكشاف الفضائي على الموارد المائية بشكل مباشر وغير مباشر، وذلك من خلال تغيير الأنهار ومجاري المياه الجوفية وتدمير المصادر المائية بسبب التلوث والاستغلال الزائد.

تذكر أن هذه الآثار ليست شديدة الخطورة فقط، ولكنها يمكن أن تؤثر على بيئتنا بشكل كبير ولفترة طويلة. لذلك، يتعين على العلماء والمهندسين والحكومات وجميع المعنيين بالقضايا البيئية العمل سوياً لتطوير حلول استدامة للاستكشاف الفضائي والحد من الآثار السلبية على البيئة.

• - ما هي استخدامات التقنيات الفضائية في حياتنا اليومية؟

أصبح استخدام الأدوات والأجهزة التقنية ركيزةً أساسيةً في حياتنا؛ فلم يتوقّف الإنسان يوماً عن تطوير ما يخترعه ليزيد من مقدار الاستفادة منه، وقد كانت الثورة الزراعيّة والصّناعيّة في القديم محور التطوّر الهائل الذي حصل، ولا يُمكن لأحدٍ أن يَعزل نفسه عن التطوّرات التي تحدث، ولا بُدّ من إدخالها بشكلٍ من الأشكال إلى نظام الحياة، فنجد الطّبيب مثلاً أصبَح يعتمدُ على التّقنيات الحديثة في العمل وتطوير كل ما لديه.

إنّ المُعلّم في المدرسة أيضاً أصبح يعتمدُ على الأساليب الحديثةِ في التّعليم باستخدام التّقنيات الحديثة؛ للتمكّن من التّواصل مع الطلّاب والهيئات التّعليميّة المُختلفة، وحتى الفلاح أدخل التّقنيات المُتطوّرة في الزّراعة ليَستطيع الحصولِ على محصولٍ جيّدٍ، ولكن لا بُدَّ للإنسان أن يستخدم هذه التّقنيات بالشّكل الجيّد؛ لتحقيق النّتائج الإيجابيّة والمُفيدة للبشريّة، ولا يحتاج سوى للتّدريب والتمرّس على استخدامها.

تتعدّد أنواع التقنيات التي نستخدمها في حياتنا منذ لحظة الاستيقاظ في الصباح إلى لحظة النوم آخر الليل، ومن الأمثلة على ذلك:

كان لاختراع السّيارات والقطارات والطّائرات الأثر الكبير في حياة الإنسان؛ فأصبح يُمكن لأيّ شخصٍ أن يَقطع المسافات الكبيرة في دقائق أو ساعاتٍ محدودةٍ، ولم يكتفِ الإنسانُ بما وصل إليه، وإنّما يُحاول باستمرارٍ زيادةَ الامتيازات على هذه الوسائل من خلال زيادة السُّرعة، والتّقليل من اعتمادها على الإنسان، فأصبحت بعض الأنواع من المُواصلات تعتمد على القيادة الآليّة؛ فيجلس السّائق ويأخذ فترةً من الرّاحة بينما يُبرمج الوسيلة على مكان السّفر، كما أنّ هذه الآلات أصبحت تُفتح تقنياً وتُغلق تقنياً وآلياً بعيداً عن مجهود الإنسان.

من أبرز التّقنيات التي دخلت إلى جميع البيوت، وفي الشّوارع، ومجالات الأعمال المختلفة ثورة المعلومات التي حدثت عندما اختُرِعَت الشّبكة العنكبوتيّة، فأصبح العالم جميعه يرتبط معاً من خلال خطّ انترنت سلكيٍّ أو لاسلكيّ؛ بحيث يُمكن لأيّ شخصٍ أن يصل إلى أيّ مكانٍ في العالم مَربوطٌ على الشّبكة المعلوماتيّة، وكلُّ ما يحتاج إليه توفُّر خدمة الإنترنت، ووجود جهازٍ يدعم هذه الخدمة، وقد تطوّرت الأجهزة وتعدّدت الميّزات الموجودة فيها؛ لتخدم مُتطلّبات العصر، واحتياجات الإنسان المُتزايدة، ويمكن استخدام هذه الشبكة للتعلّم والاطّلاع على ثقافات الشّعوب الأُخرى التي تقطُن في الجانب الآخر من العالم.

لم تقتصر الثّورة المعلوماتيّةُ واستخدام الإنترنت على المعلومات التي يُمكن الحُصول عليها، وإنّما أصبحت تدعم وسائلَ الاتّصالات؛ فيمكن التّخاطب بين الأشخاص، وعقد المحادثات الصّوتية والمرئيّة، ومُتابعة أخبار الآخرين في بثٍ حيٍّ ومباشر.

• - ما هي مصادر الطاقة المتاحة وكيف يتم استخدامها؟

1. تكاليف الطاقة المتجددة تنخفض بمعدل مستدام ، في حين أن اتجاه التكلفة العامة للوقود الأحفوري يسير في الاتجاه المعاكس على الرغم من التقلبات الحالية، وهذا يرفع شأن أهمية الطاقة المتجددة.
2. وصول الكهرباء إلى عدد أكبر من الناس هو أهم مميزات الطاقة المتجددة، وذلك لأن الدراسات أثبتت أن حوالي 1.1 مليار نسمة (17٪ من سكان العالم) لا يحصلون على الكهرباء، وأيضًا  يستخدم 2.7 مليار شخص (38 ٪ من السكان) الكتلة الحيوية التقليدية للطهي والتدفئة والإضاءة في منازلهم ،مما يمثل خطرًا كبيرًا على صحتهم، لذلك فإن أحد الأهداف التي حددتها الأمم المتحدة هو تحقيق الوصول إلى الكهرباء للجميع بحلول عام 2030 ، وهو هدف طموح بالنظر إلى أنه بحلول ذلك الوقت ولن يتحقق إلا بالاعتماد على الطاقة المتجددة، وفقًا لتقديرات وكالة الطاقة الدولية، لن يتمكن 800 مليون شخص من الحصول على إمدادات الكهرباء إذا استمرت الاتجاهات الحالية.
3. أهمية الطاقة المتجددة في أنها غير قابلة للنفاذ وذلك عند مقارنتها بمصادر الأخرى للطاقة مثل الفحم، والغاز، والنفط، بعكس مصادر الطاقة المتجددة الطبيعية فهي متاحة مادامت الحياة على الأرض لأنها تعتمد على الشمس والرياح والماء والمواد العضوية التي تُنتج الطاقة، وتندرج ضمن الدورات الطبيعية، مما يجعل الطاقة المتجددة أحد أهم العناصر الأساسية في نظام الطاقة المُستدامة أي أنها قابلة للتنمية والتطور، وذلك  دون أي نسبة مخاطرة، أو إلحاق الضرر بالأجيال القادمة.
4. الطاقة المتجددة النظيفة من أهم مميزاتها والتي يجعلها أهم مصدر للطاقة هي أنا لا تعمل على تغيير المناخ وذلك لأنها لا تنتج غازات الدفيئة تلك التي تسبب تغير المناخ ولا عوادم ملوثة، فإن تطوير الطاقة النظيفة أمر حيوي لمكافحة تغير المناخ والحد من آثاره المدمرة، فبحسب ما ذكرت ناشيونال جيوغرافيك في عددها الخاص في نوفمبر 2015 حول تغير المناخ، أن كان عام 2014 أكثر الأعوام دفئًا على الإطلاق، حيث ارتفعت درجة حرارة الأرض بمتوسط 0.85 درجة مئوية منذ نهاية القرن التاسع عشر، وكل هذا بسبب استخدام الوقود الأحفوري.

• - كيف يتم تحويل الطاقة من شكل إلى آخر؟ 

تحول الطاقة من شكل لآخر يتبع قانون الحفاظ على الطاقة، والمعروف أيضًا باسم قانون الطاقة الأول.

• - ما هو أثر الأنشطة البشرية على البيئة وكيف يمكن تحسينها؟ 

البيئة لفظة شائعة الاستخدام يرتبط مدلولها بنمط العلاقة بينها وبين مستخدمها البيئةفنقول:- البيئة الزرعية، والبيئة الصناعية، والبيئة الصحية، والبيئة الاجتماعية والبيئة الثقافية، والسياسية. ويعنى ذلك علاقة النشاطات البشرية المتعلقة بهذه المجالات.

وقد ترجمت كلمة Ecology إلى اللغة العربية بعبارة “علم البيئة” التي وضعها العالم الألماني ارنست هيجل Ernest Haeckel عام 1866م بعد دمج كلمتين يونانيتين هما Oikes ومعناها مسكن، و Logos ومعناها علم وعرفها بأنها “العلم الذي يدرس علاقة الكائنات الحية بالوسط الذي تعيش فيه ويهتم هذا العلم بالكائنات الحية وتغذيتها، وطرق معيشتها وتواجدها في مجتمعات أو تجمعات سكنية أو شعوب، كما يتضمن أيضاَ دراسة العوامل غير الحية مثل خصائص المناخ (الحرارة، الرطوبة، الإشعاعات، غازات المياه والهواء) والخصائص الفيزيائية والكيميائية للأرض والماء والهواء.

ويتفق العلماء في الوقت الحاضر على أن مفهوم البيئة يشمل جميع الظروف والعوامل الخارجية التي تعيش فيها الكائنات الحية وتؤثر في العمليات التي تقوم بها. فالبيئة بالنسبة للإنسان- “الإطار الذي يعيش فيه والذي يحتوي على التربة والماء والهواء وما يتضمنه كل عنصر من هذه العناصر الثلاثة من مكونات جمادية، وكائنات تنبض بالحياة. وما يسود هذا الإطار من مظاهر شتى من طقس ومناخ ورياح وأمطار وجاذبية و مغناطيسية..الخ ومن علاقات متبادلة بين هذه العناصر.
فالحديث عن مفهوم البيئة إذن هو الحديث عن مكوناتها الطبيعية وعن الظروف والعوامل التي تعيش فيها الكائنات الحية.

صناعة التكنولوجيا والحضارة الحديثة لا يخلوان من علم الفيزياء، ويتضح ذلك من وجود علماء الفيزياء الذين يعملون على استكشاف الأسرار حولنا وتحرير الكميات الضخمة من الطاقة والحركة. في هذا المقال، تم تناول عدة موضوعات من علم الفيزياء، وتم تنظيمها بعناوين فرعية ومنقطة ومرقمة، لدينا الأمل في أن يكون هذا المقال دليل جيد في مساعدة القارئ على فهم كيفية عمل الكون والعالم في حياتنا اليومية.