السبت، 17 أغسطس 2013

تكنولوجيا النانو

تقنية الصغائر أو تقنية النانو هي العلم الذي يهتم بدراسة معالجة المادة على المقياس الذري والجزيئي. تهتم تقنية النانو بابتكار تقنيات ووسائل جديدة تقاس أبعادها بالنانومتر وهو جزء من الألف من الميكرومتر أي جزء من المليون من الميليمتر. عادة تتعامل تقنية النانو مع قياسات بين 0.1 إلى 100 نانومتر أي تتعامل مع تجمعات ذرية تتراوح بين خمس ذرات إلى ألف ذرة. وهي أبعاد أقل كثيرا من أبعاد البكتيريا والخلية الحية. حتى الآن لا تختص هذه التقانة بعلم الأحياء بل تهتم بخواص المواد، وتتنوع مجالاتها بشكل واسع من أشباه الموصلات إلى طرق حديثة تماما معتمدة على التجميع الذاتي الجزيئي. هذا التحديد بالقياس يقابله اتساع في طبيعة المواد المستخدمة، فتقنية النانو تتعامل مع أي ظواهر أو بنايات على مستوى النانوالصغير. مثل هذه الظواهر النانوية يمكن أن تتضمن تقييد كمي quantum confinement التي تؤدي إلى ظواهر كهرومغناطيسية وبصرية جديدة للمادة التي يبلغ حجمها بين بين حجم الجزيء وحجم المادة الصلبة المرئي. تتضمن الظواهر النانوية أيضا تأثير جيبس-تومسون - وهو انخفاض درجة انصهار مادة ما عندما يصبح قياسها نانويا، اما عن بنايات النانو فأهمها أنابيب النانوالكربونية.
يستخدم بعض الكتاب الصحفيين أحيانا مصطلح (تقنية الصغائر للتعبير عن النانو) رغم عدم دقته، فهو لا يحدد مجاله في تقنية النانو أو الميكرونية إضافة إلى التباس كلمة صغائر مع جسيم أو الدقائق Particles.
علوم النانو وتقنية النانو إحدى مجالات علوم المواد واتصالات هذه العلوم مع الفيزياء، الهندسة الميكانيكية والهندسة الحيوية والهندسة الكيميائية تشكل تفرعات واختصاصات فرعية متعددة ضمن هذه العلوم وجميعها يتعلق ببحث خواص المادة على هذا المستوى الصغير

ثورة النانو في العالم[عدل]

انطلقت بعض الدول لعمل دراسات حول هذه التقنية, وقامت دول أخرى بعمل مراكز بحوث ودراسات وجامعات مخصصة لتقنية النانو, وكلفت مجموعة من الخبراء المميزين لدراسة هذه التقنية.
في مجال الصحة سوف يكون لدى الأطباء القدرة على السيطرة على بعض الأورام الصغير التي لايمكن التأثير عليها في السابق، وأيضا في مجالات أخرى...

النانو تقني[عدل]

أنابيب النانو الكربونية
لقد كان التطور التقني الهائل هو السمة الفريدة في القرن العشرين الذي ودعناه قبل بضع سنوات، وقد أجمع الخبراء على أن أهم تطور تقني في النصف الأخير من القرن الحالي هو اختراع إلكترونيات السيليكون أو الترانزيستور والمعامل الإلكتروني، فقد أدى تطويرها إلى ظهور ما يسمى بالشرائح الصغرية أو الـ(MicroChips) والتي أدت إلى ثورة تقنية في جميع المجالات مثل الاتصالات والحاسوب والطب وغيرها. فحتى عام 1950 لم يوجد سوى التلفاز الأبيض والأسود، وكانت هناك فقط عشرة حواسيب في العالم أجمع. ولم تكن هناك هواتف نقالة أو ساعات رقمية أو الإنترنت، كل هذه الاختراعات يعود الفضل فيها إلى الشرائح الصغرية والتي أدى ازدياد الطلب عليها إلى انخفاض أسعارها بشكل سهل دخولها في تصنيع جميع الإلكترونيات الاستهلاكية التي تحيط بنا اليوم. وخلال السنوات القليلة الفائتة، برز إلى الأضواء مصطلح جديد ألقى بثقله على العالم وأصبح محط الاهتمام بشكل كبير، هذا المصطلح هو "تقنية النانو".
هذه التقنية الواعدة تبشر بقفزة هائلة في جميع فروع العلوم والهندسة، ويرى المتفائلون أنها ستلقي بظلالها على كافة مجالات الطب الحديث والاقتصاد العالمي والعلاقات الدولية وحتى الحياة اليومية للفرد العادي فهي وبكل بساطة ستمكننا من صنع أي شيء نتخيله وذلك عن طريق صف جزيئات المادة إلى جانب بعضها البعض بشكل لا نتخيله وبأقل كلفة ممكنة، فلنتخيل حواسيباً خارقة الأداء يمكن وضعها على رؤوس الأقلام والدبابيس، ولنتخيل أسطولا من روبوتات النانو الطبية والتي يمكن لنا حقنها في الدم أو ابتلاعها لتعالج الجلطات الدموية والأورام والأمراض المستعصية.
والنانو هي مجال العلوم التطبيقية والتقنية تغطي مجموعة واسعة من المواضيع. توحيد الموضوع الرئيسي هو السيطرة على أي أمر من حجم أصغر من الميكروميتر، كذلك تصنيع الأجهزة نفسه على طول هذا الجدول. وهو ميدان متعدد الاختصاصات العالية، مستفيدا من المجالات مثل علم صمغي الجهاز مدد الفيزياء والكيمياء. هناك الكثير من التكهنات حول ما جديد العلم والتقنية قد تنتج عن هذه الخطوط البحثية. فالبعض يرى النانو تسويق مصطلح يصف موجودة من قبل الخطوط البحوث التطبيقية إلى اللجنة الفرعية حجم ميكرون واسع. رغم بساطة ما لهذا التعريف، النانو عليا تضم مختلف مجالات التحقيق. النانو يتخلل مجالات عديدة، بما فيها صمغي العلوم والكيمياء والبيولوجيا والفيزياء التطبيقية. فانه يمكن أن يعتبر امتدادا للعلوم في القائمة، تقدر إما إعادة صياغة العلوم القائمة باستخدام أحدث وأكثر الوسائل عصرية. فهناك نهجين رئيسيين تستخدم تقنية النانو : فهو "القاعدة" التي هي مواد وأدوات البناء من الجزيئات التي تجمع بينها عناصر كيميائية تستخدم مبادئ الاعتراف الجزيئي ؛ الآخر "من القمة إلى القاعدة" التي تعارض هي نانو مبنى أكبر من الكيانات دون المستوى الذري. زخم النانو نابعة من اهتمام جديد صمغي العلوم إضافة جيل جديد من الأدوات التحليلية مثل مجهر القوة الذرية (ساحة) ومسح حفر نفق المجهر (آلية المتابعة. العمليات المشتركة والمكررة مثل شعاع الإلكترون والطباعة الحجرية هاتين الأداتين في التلاعب المتعمد، نانوستروستوريس وهذا بدوره أدى إلى رصد ظواهر جديدة. النانو أيضا مظله وصف التطورات التقنية الناشئة المرتبطة الفرعية المجهري الأبعاد. على الرغم من الوعد العظيم التقنيات المتناهية الدقة عديدة مثل حجم النقاط والنانومتريه، حقيقي الطلبات التي خرجت من المختبر إلى السوق والتي تستخدم أساسا مزايا صمغي نانوبارتيكليس في معظم شكل مثل سمرة الشمس المستحضر ومستحضرات التجميل والطلاءات الواقية وصمة المقاومة الملابس. يعتقد العلماء ان تقنية النانو ستحل مجموعة من التحديات التي تواجه البشرية كالأمراض وتوفير المياه النظيفة للجميع فضلا عن رحلات فضائية رخيصة لا تؤثر فيها الاشعاعات

ماهو النانو[عدل]

يعني مصطلح نانو الجزء من المليار ؛ فالنانومتر هو واحد على المليار من المتر ولكي نتخيل صغر النانو متر نذكر ما يلي ؛ تبلغ سماكة الشعرة الواحدة للإنسان 50 ميكرومترا أي 50,000 نانو متر, وأصغر الأشياء التي يمكن للإنسان رؤيتها بالعين المجردة يبلغ عرضها حوالي 10,000 نانو متر، وعندما تصطف عشر ذرات من الهيدروجين فإن طولها يبلغ نانو مترا واحدا فيا له من شيء دقيق للغاية.
قد يكون من المفيد أن نذكر التعاريف التالية:
  • مقياس النانو : يشمل الأبعاد التي يبلغ طولها نانومترا واحدا إلى غاية الـ100 نانو متر
  • علم النانو : هو دراسة خواص الجزيئات والمركبات التي لا يتجاوز مقاييسها الـ100 نانو متر.
  • تقنية النانو : هو تطبيق لهذه العلوم وهندستها لإنتاج مخترعات مفيدة.
الشيءالفريد في مقياس النانو أو الـ”Nano Scale” هو أن معظم الخصائص الأساسية للمواد والآلات كالتوصيلية الحرارية أو الكهربائية، والصلابة ونقطة الانصهار تعتمد على الحجم (size dependant) بشكل لا مثيل له في أي مقياس آخر أكبر من النانو، فعلى سبيل المثال السلك أو الموصل النانوي الحجم لا يتبع بالضرورة قانون أوم الذي تربط معادلته التيار والجهد والمقاومة، فهو يعتمد على مبدأ تدفق الالكترونات في السلك كما تتدفق المياه في النهر ؛ فالإلكترونات لا تستطيع المرور عبر سلك يبلغ عرضه ذرة واحدة بأن تمر عبره إلكترونا بعد الآخر. إن أخذ مقياس الحجم بالاعتبار بالإضافة إلى المبادئ الأساسية للكيمياء والفيزياء والكهرباء هو المفتاح إلى فهم علم النانو الواسع.

ضآلة متناهية[عدل]

لنتخيل شيئا في متناول أيدينا على سبيل المثال مكعب من الذهب طول ضلعه متر واحد ولنقطعه بأداة ما طولا وعرضا وارتفاعا سيكون لدينا ثمانية مكعبات طول ضلع الواحد منها 50 سنتيمترا، وبمقارنة هذه المكعبات بالمكعب الأصلي نجد أنها ستحمل جميع خصائصه كاللون الأصفر اللامع والنعومة وجودة التوصيل ودرجة الانصهار وغيرها من الخصائص ماعدا القيمة النقدية بالطبع، ثم سنقوم بقطع واحد من هذه المكعبات إلى ثمانية مكعبات أخرى، وسيصبح طول ضلع الواحد منها 25 سنتيمترا وستحمل نفس الخصائص بالطبع، وسنقوم بتكرار هذه العملية عدة مرات وسيصغر المقياس في كل مرة من السنتيمتر إلى المليمتر وصولا إلى الميكرومتر. وبالاستعانة بمكبر مجهري وأداة قطع دقيقة سنجد أن الخواص ستبقى كما هي عليه وهذا واقع مجرب في الحياة العملية, فخصائص المادة على مقياس الميكرومتر فأكبر لا تعتمد على الحجم.

تحديات تواجه النانو[عدل]

عودة إلى موضوع الشرائح الصغرية، قد يكون من المناسب أن نذكر القانونين التجريبين الذين وضعهما جوردون مور رئيس شركة إنتل العالمية ليصف بهما التغير المذهل في إلكترونيات الدوائر المتكاملة.
فقانون مور الأول ينص على أن المساحة اللازمة لوضع الترانزيستور في شريحة يتضاءل بحوالي النصف كل 18 شهرا. هذا يعني أن المساحة التي كانت تتسع لترانزستور واحد فقط قبل 15 سنة يمكنها أن تحمل حوالي 1’000 ترانزستور في أيامنا هذه، ويمكن توضيح القانون بالنظر إلى الرسم البياني التالي :
قانون مور الثاني يحمل أخبارا قد تكون غير مشجعة ؛ كنتيجة طبيعية للأول فهو يتنبأ بأن كلفة بناء خطوط تصنيع الشرائح تتزايد بمقدار الضعف كل 36 شهرا.
إن مصنعي الشرائح قلقون بشأن ما سيحدث عندما تبدأ مصانعهم بتصنيع شرائح تحمل خصائصاً نانوية. ليس بسبب ازدياد التكلفة الهائل فحسب، بل لأن خصائص المادة على مقياس النانو تتغير مع الحجم، ولا يوجد هناك سبب محدد يجعلنا نصدق أن الشرائح ستعمل كما هو مطلوب منها، إلا إذا تم اعتماد طرق جديدة ثورية لتصميم الشرائح المتكاملة. في العام 2010 سوف تصبح جميع المبادئ الأساسية في صناعة الشرائح قابلة للتغيير وإعادة النظر فيها بمجرد أن نبدأ بالانتقال إلى الشرائح النانوية منذ أن وضع مور قانونيه التجريبيين، إن إعادة تصميم وصناعة الشرائح لن تحتاج إلى التطوير فحسب ؛ بل ستحتاج إلى ثورة تتغير معها المفاهيم والتطلعات. هذه المعضلات استرعت انتباه عدد من كبرى الشركات وجعلتهم يبدؤون بإعادة حساباتهم وتسابقهم لحجز موقع استراتيجي في مستقبل شرائح النانو.

تاريخ تقنية النانو[عدل]

  • كشفت أبحاث ماريان ريبولد وزملائها في جامعة درسدن الألمانية الغطاء عن سر السيف الدمشقي المشهور بقدرته الكبيرة على القطع ومتانته المذهلة ومرونته الكبيرة، فقد تبين لها أنه مصنوع من مواد مركبة بمقياس النانومتر، فأنابيب الكربون النانوية التي تعتبر من أقوى المواد المعروفة وذات المرونة ومقاومة الشد المرتفعة، أحاطت بالأسلاك النانوية من السمنتيت (Fe3C) وهو مركب قاس وقصف.[1]
  • منذ آلاف السنين قصد البشر استخدام تقنية النانو. فعلى سبيل المثال أستخدم في صناعة الصلب والمطاط. كلها تمت اعتمادا على خصائص مجموعات ذرية نانوميترية في تشكيلات عشوائية.وتتميز عن الكيمياء في أنها لا تعتمد على الخواص الفردية للجزيئات.. الأولى إلى بعض المفاهيم المميزة في النانو تقنية(تسبيق لكن استخدام هذا الاسم) في عام 1867 كاتب جيمس ماكسويل عندما اقترحت فكرة تجربة صغيرة كيان يعرف ماكسويل للشيطان من معالجة الجزيئات الفردية. في عام 1920 أدخل ارفنغ لانجميور وكاثرين بلودغيت مفهوم نظام monolayer أي طبقة ذرية واحدة أو طبقة مادة يبلغ سمكها مقاييس الذرة. وحصل لانجميور على جائزة نوبل في الكيمياء لعمله.

تطبيقات النانو تقني[عدل]

يمكن من خلال تقنية النانو تقني صنع سفينة فضائية في حجم الذرة يمكنها الإبحار في جسد الإنسان لإجراء عملية جراحية والخروج من دون جراحة. كما تتمكن من صنع سيارة في حجم الحشرة وطائرة في حجم البعوضة وزجاج طارد للأتربة وغير موصل للحرارة وأيضا صناعة الأقمشة التي لا يخترقها الماء بالرغم من سهولة خروج العرق منها. و قد ورد في بعض البرامج التسجيلية أنه يمكن صناعة خلايا أقوى 200 مرة من خلايا الدم ويمكنك من خلالها حقن جسم الإنسان بـ 10% من دمه بهذه الخلايا فتمكنه من العدو لمدة 15 دقيقة بدون تنفس !!.

الصناعه التي بدأت فعلا[عدل]

دخلت صناعة النانو حيز التطبيق في مجموعه من السلع التي تستخدم نانو جزيئات الأكسيد على أنواعه "الألمنيوم والتيتانيوم وغيرها ". خصوصا في مواد التجميل والمراهم المضادة للأشعة. فهذه النانو جزيئات تحجب الأشعة فوق البنفسجية UVكلها ويبقى المرهم في الوقت نفسه شفافا وتستعمل في بعض الألبسة المضادة للتبقع.
وقد تمكن باحثون في جامعة هانج يانج في سيئوول من إدخال نانو الفضه إلى المضادات الحيوية.
وسينزل عملاق الكمبيوتر "هاولت باكارد " قريبا إلى السوق رقاقات يدخل في صنعها نانو اليكترونات قادرة على حفظ المعلومات أكثر بآلاف المرات من الذاكرة الموجوده حاليا. وقد تمكن باحثون في IBM وجامعة كولومبيا وجامعة نيو أورليانز من تملق وجمع جزيئين غير قابلين للاجتماع إلى بلور ثلاثي الأبعاد. وبذلك تم اختراع ماده غير موجودة في الطبيعة " ملغنسيوم مع خصائص مولده للضوء مصنوعة من نانو " و" أوكسيد الحديد محاطا برصاص السيلينايد ". وهذا هو نصف موصل للحرارة قادر على توليد الضوء. وهذه الميزة الخاصة لها استعمالات كثيرة في مجالات الطاقة والبطاريات. وقد أوردت مجله الايكونوميست مؤخرا أن الكلام بدأ عن ماده جديدة مصنوعة من نانو جزيئات تدعى قسم " Quasam " تضاف إلى البلاستيك والسيراميك والمعادن فتصبح قويه كالفولاذ خفيفة كالعظام وستكون لها استعمالات كثيرة خصوصا في هيكل الطائرات والأجنحة، فهي مضادة للجليد ومقاومه للحرارة حتى 900درجه مئوية
وأنشأت شركة كرافت Kraft المتخصصة في الأغذية السنة الماضية اتحاد الأقسام البحوث العلمية لاختراع مشروبات مبرمجه.
ويقول الدكتور اريك دريكسلر " ليس هناك من حدود، استعدوا للرواصف الذين سيبنون كل شيء. من أجهزة التلفزيون إلى شرائح اللحم بواسطة تركيب الذرات ومركباتها واحده واحده كقطع القرميد، بينما سيتجول آخرون في أجسامنا وفي مجارى الدم محطمين كل جسم غريب أو مرض عضال، وسيقومون مقام الإنزيمات والمضادات الحيوية الموجودة في أجسامنا. وسيكون بإمكاننا إطلاق جيش من الرواصف غير المرئية لتتجول في بيتنا على السجاد والرفوف والأوعية محوله الوسخ والغبار إلى ذرات يمكن إعادة تركيبها إلى محارم وصابون وأي شيء آخر بحاجه إليه ".
وقد أحدث برنامج في الولايات المتحدة باسم مبادرة تقانة نانوية أمريكية لتنسيق الجهود المتعددة في هذا الحقل العلمي الجديد.

انتقادات وردود[عدل]

تحصل دوما عند كل تطور علمي أو تقني انتقادات وتنتشر المخاوف. كما حصل في الثورة الصناعية الأولى وعند اختراع الكمبيوتر وظهور الهندسة الوراثية وغيرها. تتركز الانتقادات هنا على عنصرين : الأول هو أن النانو جزيئات صغيره جدًا إلى الحد الذي يمكنها من التسلل وراء جهاز المناعة في الجسم البشري، وبإمكانها أيضًا أن تنسل من خلال غشاء خلايا الجلد والرئة، وما هو أكثر إثارة للقلق أن بإمكانها أن تتخطى حاجز دم الدماغ !. في سنة 1997م أظهرت دراسة في جامعة أكسفورد أن نانو جزيئات ثاني أكسيد التيتانيوم الموجودة في المراهم المضادة للشمس أصابت الحمض النووي DNA للجلد بالضرر. كما أظهرت دراسة في شهر مارس الماضي من مركز جونسون للفضاء والتابع لناسا أن نانو أنابيب الكربون هي أكثر ضررًا من غبار الكوارتز الذي يسبب السيليكوسيس وهو مرض مميت يحصل في أماكن العمل. الثاني من المخاوف هي أن يصبح النانو بوت ذاتي التكاثر, أي: يشبه التكاثر الموجود في الحياة الطبيعية فيمكنه أن يتكاثر بلا حدود ويسيطر على كل شيء في الكره الأرضية. وقد بدأت منظمات البيئة والصحة العالمية تنظم المؤتمرات لبحث هذه المخاطر بالذات. وعقد اجتماع في بروكسل في شهر يونيو من عام 2008 برئاسة الأمير تشارلز، وهو أول اجتماعٍ عالميٍّ ينظم لهذا الهدف، كما أصدرت منظمة غرين بيس مؤخرًا بيانا تشير فيه إلى أنها لن تدعو إلى حظر على أبحاث النانو. ومهما كان، فالإنسان على أبواب مرحلةٍ جديدةٍ تختلف نوعياً من جميع النواحي عما سبقها جديدة بايجابياتها وكبيرة بسلبياتها وكما يقول معظم العلماء: " لا يمكن لأي كان الوقوف في وجه هذا التطور الكبير، فلنحاول تقليص السلبيات ".
    • النانو غدا**
  • مواد نانو: انابيب كاربونية نانو، مواد خفيفة يمكن ان تحدث ثورة في تصميم السيارات بسبب قوتها وقدرتها على توصيل الكهرباء والحرارة.
  • نانو روبوت: المرحلة المقبلة في عمليات التصغير يمكن ان تؤدي إلى تصنيع محركات أو روبوتات ميكروسكوبية للمساعدة في دراسة الخلايا والنظم البيولوجية، بالإضافة إلى الألياف.
  • عربات ميكرو: عربات متناهية في الصغر يمكن تطويرها لأبحاث الفضاء العميق، والمدارات والمناخ أو استكشاف الأسطح المتحركة.
  • مجسات نانو: مجسات متناهية في الصغر ولاسلكية وسريعة وفي غاية الحساسية، يمكن وضعها مع المجسات الالكترونية والكيميائية أو البصرية لاستخدامها في المهام العلمية، ولاسيما في التحليل الفوري وعمليات الروبوت.
  • يمكن إدماج تقنية النانو في شبكات بشرية مثل أجهزة الرعاية وشبكات المراقبة البيئية.
  • إدارة الأوضاع الصحية لرواد الفضاء: يمكن لرواد الفضاء في رحلات طويلة استخدام تقنية النانو لمواجهة الأوضاع المناخية ذات الاشعاعات المرتفعة وتصنيع أجهزة رقابة طبية ومعدات للعلاج، والمساعدة في خفض أو التغلب على الضغوط والتوتر الناشئ عن رحلات الفضاء الطويلة. ويمكن تحقيق ذلك عن طريقتين. الاولى هي تصنيع المواد النانو التي يمكن استخدامها للتغلب على اختراق الأشعة الكونية للسفن. والطريقة الأخرى هي المجسات النانو لتحديد مستويات الأشعة.
  • أوضح سكوت مايز رئيس معهد فورسايت في بالو التو بولاية كاليفورنيا «اعتقد انه على المدى القصير سنشاهد زيادة تدريجية في التقدم». وتجدر الإشارة إلى ان هذا المعهد هيئة لا تسعى للربح هدفه تعليم الرأي العام بخصوص نتائج التقدم في تقنيات النانو. واضاف مايز لا تتوقعوا قفزات هائلة في تقنية النانو في الوقت الراهن، بل زيادات تدريجية ـ التي بدأت تظهر بالفعل في مجالات المجسات، بل والمنتجات التجارية من مستحضرات التجميل إلى المعدات الرياضية. وذكر ان معهد فورسايت يفحص في الوقت الراهن كيف يمكن لتقنية النانو مواجهة مجموعة من التحديات التي تواجه البشرية اليوم. ومن بين قائمة أهم 10 موضوعات بالإضافة إلى مواجهة الأمراض المعدية وعلاج السرطان، وتوفير المياه النظيفة للجميع ـ هي توفير رحلات فضائية رخيصة للفضاء. وقال انه من الصعب القول ان تطبيقا معينا أكثر أهمية من التطبيقات الأخرى.
  • أحلام أنابيب النانو
  • واحد من الأفكار العظيمة لتطبيق تقنية النانو هو المصعد الفضائي. تخيل كابل مرتبط بالأرض على منصة عائمة في خط الاستواء، وفي الناحية الأخرى معلقة في الفضاء فيما بعد المدار. ويستخدم المصعد الفضائي مصاعد كهربائية تتحرك على الكابل لوضع صواريخ ومحطات فضائية ومعدات في مدار الأرض.
وستتيح أنابيب النانو للمهندسين بناء مصاعد فضائية والتحرك بسرعة في الفضاء. ويمكن لنفس المادة خفض كلفة نقل المعدات عبر المصاعد وتخفيف وزن الاقمار التي تعمل بالطاقة الشمسية ومحطات الفضاء

المراجع[عدل]

انظر أيضًا[عدل]

وصلات خارجية[عدل]

السبت، 2 يوليو 2011

المفاهيم الخطأ والمفاهيم البديلة في الفيزياء


فيما يلي قائمة بالمفاهيم الخطأ والمفاهيم البديلة التي يلاحظها معلمو الفيزياء في المرحلة الثانوية وأساتذة الجامعات لدى طلابهم.

1-   علم الحركة

-         لا يؤخذ التاريخ بعين الاعتبار في العلم

-         الجسمان المتجاوران يجب ان يكون لهما نفس السرعة

-         التسارع والسرعة لهما نفس الاتجاه  دائما.

-         تعد السرعة قوة

-         اذا كانت السرعة تساوي صفراً، فان التسارع يجب ان يساوي صفراً



2-   الاجسام الساقطة

-         تسقط الاجسام الاثقل بشكل أسرع من الاجسام الاخف

-         السرعة والتسارع مترادفان.

-         يعتمد تسارع الجسم الساقط على كتلته

-         تتحرك الاجسام الساقطة سقوطا حرا الى اسفل دائماً

-         لا يوجد جاذبية في الفراغ

-         تؤثر الجاذبية على الاشياء عند سقوطها فقط



3-   القصور الذاتي

-         يلزم التأثير بقوة لاحداث حركة بسرعة ثابتة

-         يعبر مفهوم القصور الذاتي عن الحالة الحركية ( في حالة السكون أو الحركة )

-         تتحرك جميع الاجسام بنفس السهولة في حالة عدم وجود جاذبية

-         تؤول جميع الاجسام المتحركة إلى السكون إذا غيبت القوة.

-         القصور الذاتي هي القوة التي تحافظ على الاجسام في حالة حركة

-         اذا وجد جسمان في حالة سكون، فان كليهما يمتلكان نفس كمية القصور الذاتي

-         السرعة متغير مطلق ولا يتأثر بالإطار المرجعي.







4-   قوانين نيوتن

-         تؤثر قوى الفعل ورد الفعل على نفس الجسم

-         لا يوجد ارتباط بين قوانين نيوتن وعلم الحركة

-         حاصل الضرب العددي للكتلة والتسارع ma يعطي القوة

-         لا يمكن ان يكون اتجاه الاحتكاك في ذات اتجاه الحركة.

-         قوة رد فعل الاسطح على جسم ما تساوي وزن الجسم بحسب قانون نيوتن الثالث

-         الاتزان يعني ان جميع القوى على جسم ما متساوية

-         الاتزان هو نتيجة حتمية لقانون نيوتن الثالث

-         فقط الاشياء الحية ( الناس، الحيوانات ) يمكنها التأثير بقوة، أما الاشياء غير الحية (الطاولات، الارضيات) فلا يمكنها التأثير بقوة

-         بمجرد أن تصبح الأجسام في حالة حركة فان الاجسام الاثقل تدفع بشكل اكبر من الاجسام الاخف

-         يمكن التغلب على قانون نيوتن الثالث بالحركة ( الحركة السريعة التي يتغير فيها اتجاه الجسم بشكل مفاجئ ( jerking motion )

-         القوة التي يؤثر بها جسم ما، كاليد مثلاً، يستمر تأثيرها بعد ان يغادر الجسم اليد



5-   الجاذبية

-         لا يعد القمر من الاجسام الساقطة

-         لا يعد القمر في حالة سقوط حر

-         القوة التي تؤثر على التفاحة ليست مثل القوة التي تؤثر على القمر

-         قوة الجاذبية الارضية متساوية لجميع الاجسام الساقطة

-         لا يوجد تأثير لقوة التجاذب الكتلي في الفضاء

-         قوة التجاذب الكتلي المؤثرة على المكوك الفضائي تساوي صفر تقريبا

-         تؤثر قوة التجاذب الكتلي على كتلة واحدة الوقت نفسه

-         يبقى القمر في مداره لان قوة الجاذبية الارضية تتوازن مع قوة الطرد عن المركز المؤثرة عليه

-         انعدام الوزن يعني عدم وجود جاذبية

-         تنتج جاذبية الارض عن دورانها حول محورها.







6-   حفظ الطاقة

-         يمكن استهلاك الطاقة او استنفادها

-         الجسم غير المتحرك لا يمتلك طاقة

-         القوة المؤثرة على جسم ما تنجز شغلا حتى في حالة عدم وجود حركة للجسم

-         تفنى الطاقة عندما تتحول من شكل الى آخر

-         يمكن اعادة تدوير الطاقة

-         طاقة الوضع الناتجة عن الجاذبية الارضية هي النوع الوحيد لطاقة الوضع

-         عندما يترك جسم ما ليسقط فان طاقة الوضع تتحول فورا  بشكل تام الى طاقة حركة

-         لا يوجد ارتباط بين قوانين نيوتن والطاقة

-         يمكن اعتبار الطاقة على انها قوة



7-   حفظ الزخم

-         الزخم ليس متجها

-         ينطبق حفظ الزخم فقط عند حدوث التصادمات

-         الزخم والقوة مترادفان.

-         الكتل المتحركة في حالة عدم وجود جاذبية ليس لديها زخم

-         مركز الكتلة يجب ان يكون في داخل الجسم

-         دائما يكون مركز الكتلة هو نفسه مركز الجاذبية

-         لا يحفظ الزخم في حالة التصادم مع الاجسام غير القابلة للتحريك

-         الزخم وطاقة الحركة مترادفان.



8-   الحركة الدورانية

-         لا تحتاج الحركة الدورانية الى قوة

-         قوى الطرد عن المركز قوى حقيقية

-         الجسم الذي يتحرك حركة دائرية بسرعة ثابتة لا يكون له تسارع

-         الجسم الذي يتحرك حركة دائرية سيستمر بالحركة الدورانية في حالة تحريره

-         الجسم الذي يتحرك حركة دورانية ينطلق خارجا باتجاه نصف قطر المدار عند تحريره





9-   الزخم الزاوّي

-         اي قوة تؤثر على جسم ما ستنتج عزما دورانيا

-         الاجسام التي تتحرك في خط مستقيم لا يكون لها زخم زاوي

-         العزم الدوراني مماثل للقوة وله نفس اتجاهها

-         الزخم الزاوّي ليس متجهاً

-         يكون اتجاه الزخم الزاوي في نفس اتجاه الزخم الخطي



10-      قوانين كبلر

-         المدارات حول الكواكب عبارة عن دوائر

-         لا يمكن ان تتغير سرعة الكوكب في المدار

-         يجب ان يتواجد جسم مادي في احد بؤرتي المدار الاهليجي

-         تتحرك جميع الكواكب في مداراتها بنفس السرعة

-         لا تنجز الشمس شغلاً على الكواكب السيارة

-         تقع مدارات الكواكب تماما في نفس المستوى

-         تستغرق الكواكب نفس الفترة الزمنية في دورانها حول الشمس

-         دوران الجسم حول نفسه مثل دوران الجسم حول جسم آخر (Revolution is the same as rotation )



11-      الابحار في الفضاء

-         تنتقل عربة الفضاء من كوكب الى آخر في خطوط مستقيمة

-         يمكن لعربة الفضاء ان تنطلق في اي وقت من كوكب الى آخر

-         لا تؤثر الشمس على العربة الفضائية

-         حركة جسم ما بالنسبة للارض مماثلة تماما لحركته بالنسبة للشمس

-         يمكن أن تطير الطائرات النفاثة في الفضاء

-         لا تتبع العربة الفضائية التي تدور حول الارض مسارا جيبيا بالنسبة للشمس

-         تحتاج الصواريخ الى شيء ما كالهواء لتدفع ضده









12-      الفضاء المنحني والثقوب السوداء

-         الفضاء ليس مادة

-         الثقوب السوداء كبيرة

-         يرتحل الضوء دائما في خطوط مستقيمة

-         قوة الجاذبية التي تؤثر بها الثقوب السوداء على الاجسام البعيدة اكبر من القوة التي تؤثر بها النجوم التي تشكلت الثقوب السوداء منها

-         الملاحظات المأخوذة في مجال الجاذبية تختلف عن تلك المأخوذة في نظام يسير بتسارع ثابت

-         تصدر الاشياء اصواتا في الفضاء

-         اذا تحولت الشمس الى ثقب اسود فان الارض سوف تسقط به



13-      درجة الحرارة وقوانين الغازات

-         لا يحتوي الجسم البارد على حرارة

-         لا يوجد حدود لدرجة الحرارة الدنيا

-         عند درجة الصفر المطلق تتوقف حركة كل جزء في الجسم

-         عند درجة الصفر المطلق تصبح كتلة الجسم صفرا

-         ارتداء الكنزة يمكن أن يشعرك بالدفء

-         يمكن للبرودة ان تنتقل

-         يمكن ضغط الغازات حتى يصبح حجمها صفرا

-         الحرارة ودرجة الحرارة هما نفس الشيء

-         تنساب الحرارة والبرودة كما تنساب السوائل

-         الضغط مرادف للقوة

-         يتحسس الجلد الحرارة كما يفعل ميزان الحرارة  الجيد



14-       الحركة الاهتزازية

-         يعتمد الزمن الدوري للاهتزازة على سعة الاهتزازة.

-         تكون القوة المستعيدة ثابتة في جميع نقاط الذبذبة.

-         كلما ازداد ثقل البندول قصر زمنه الدوري.

-         تكون حركة البندول حركة اهتزازية بسيطة مثالية مهما كانت زاويته الابتدائية.

-         الأجسام المتحركة حركة اهتزازية بسيطة تستمر قي اهتزازها إلى الأبد.

-         يتسارع البندول عند مروره بأدنى نقطة في تأرجحه.

-         تقاس سعة الاهتزاز ة على اعتبار أنها المسافة بين قمتين متتاليتين.

-         يكون التسارع صفرا عند نهايتي الحركة الاهتزازية للبندول. (أقصى إزاحة)



15- مدخل إلى الموجات

-         تقوم الموجات بنقل المادة.

-         يشترط وجود وسط مادي لانتقال الموجات.

-         لا تمتلك الموجات طاقة.

-         تنتقل جميع الموجات بالآلية ذاتها.

-         يرتبط التردد بالعلو(شدة الصوت) عند جميع سعات الاهتزازات.

-         الموجات الكبيرة ترتحل أسرع من الموجات الصغيرة في الوسط ذاته.

-         الألون المختلفة من الطيف المرئي هي أنواع مختلفة من الموجات.

-         الدرجة ( درجة الصوت) مرتبطة بالشدة (علو الصوت).



16- الطبيعة الموجية للضوء

-         لا يصدر الضوء عن مصدر ما وإنما له كينونته الذاتية

-         الضوء جسيم

-         الضوء خليط من الموجات والجسيمات

-         الموجات الراديوية مختلفة عن موجات الضوء.

-         تتغير خصائص الضوء عندما يحدث الانكسار.

-         لاتتغير سرعة الضوء مطلقا.

-         الإشعاعات وجبهات الموجات شيئان مترادفان.

-         لا يوجد اي تفاعل بين الضوء والمادة.

-         عند خلط جميع ألوان الطيف معا ينتج الأسود

-         نمط تداخل موجات الضوء الناتج عن الشقين يظهر قمم وقيعان موجة الضوء.

-         يتواجد الضوء في قمة الموجة، والعتمة في قاعها.

-         يتغير تردد الضوء (لونه) عندما يحدث الانكسار.

-         الانكسار هو انحناء للموجات.



17- تجربة ميكلسون و مورلي

-         عندما تكون نتيجة التجربة صفرية فهذا يعني فشل التجربة.

-         لابد وأن الأثير موجود، لأنه لابد من وجود وسط ناقل للضوء

-         لم تتم ملاحظة أي تغير في سرعة الضوء بسبب الظواهر النسبية (كتقلص الطول).





18- النسبية الخاصة

-         تجمع سرعات الضوء كما هو الحال مع سرعات الأجسام

-         لا يمكن استخدام الفرضيات لبناء النظريات.

-         التغيرات في الطول، والكتلة، والزمن هي تغيرات ظاهرية فقط.

-         الزمن متغير مطلق.

-         يتغير الطول والزمن بالنسبة لمشاهد واحد فقط.

-         يعزى التمدد الزمني لوجود ساعتين في إطارين مرجعيين  مختلفين (different frames of reference).

-         لم يتم إثبات أي من التمدد الزمني، أو التقلص الطولي تجريبيا.

-         يوجد إطار مرجعي مفضل في الكون.

-         الكتلة التي تتحرك بسرعة الضوء تتحول إلى طاقة.

-         الكتلة متغير مطلق، أي أن لها قيمة ثابتة مهما تغير الإطار المرجعي.



19- القوى الأساسية

-         جميع القوى هي قوى تلامس.

-         قوة التجاذب الكتلي (كالجاذبية الأرضية) هي القوة الطبيعية الوحيدة.

-         كل القوى هي قوى فريدة من نوعها لذلك لا يوجد قوى أساسية

-         قوة التجاذب الكتلي (كقوة الجاذبية الأرضية) هي القوة الأكبر.

-         قوى التجاذب الكتلي، والقوى الكهرومغناطيسية هي قوى أساسية بشكل أكبر من القوى النووية (القوية والضعيفة منها)

-         القوة الكهربائية، والقوة المغناطيسية هما قوتان مختلفتان.

-         قوى الربط النووي القوية، والضعيفة هما في الواقع  القوة ذاتها.

-         جميع القوى لها الفعالية ذاتها في أي مدى.

-         لم يتم إثبات وجود أي من القوى الأساسية.

-         القوة الكهربائية هي ذاتها قوة التجاذب الكتلي.



20- المجال الكهربائي، والقوى

-         لابد للشحنة المتحركة أن تتبع أحد خطوط المجال أثناء تسارعها.

-         إذا لم تكن الشحنة على أحد خطوط المجال، فهي غير واقعة تحت تأثير قوة.

-         خطوط المجال هي خطوط حقيقية.

-         ينطبق قانون كولوم على أنظمة الشحنات التي تتكون من أشياء تختلف عن الشحنات النقطية.

-         الجسم المشحون يحتوي على نوع واحد من الشحنات.

-         المجال الكهربائي، والقوة الكهربائية هما الشيء ذاته، ولهما الاتجاه ذاته.

-         يمكن لخطوط المجال أن تبدأ أو تنتهي عند أي نقطة.

-         يوجد عدد محدد من خطوط المجال.

-         وجود المجالات مرهون بوجود ما يكشف عنها.

-         وجود القوى عند نقطة ما غير مرهون بوجود شحنات عند النقطة ذاتها.

-         خطوط المجال هي مسارات حركة الشحنات.

-         القوة الكهربائية مماثلة لقوة التجاذب الكتلي.

-         خطوط المجال هي في الواقع إشعاعات من الشحنات الموجبة إلى السالبة، حيث تتابع مسارها (بعد وصولها الشحنات السالبة)

-         تتواجد خطوط المجال بشكل ثنائي الأبعاد فقط.



21- تجربة ميليكان

-         الشحنة غير مكممة، ويمكن أن تتواجد بأي مقدار.

-         الإلكترون هو شحنة سالبة خالصة،  أي ليس له كتلة.

-         قطرات الزيت هي الكترونات

-         الطريقة العلمية لا تشوبها شائبة، وهي طريقة مطلقة

-         العلماء يترددون دائما عندما يكون لديهم اكتشافات جديدة.

-         قاس ميليكان كتلة الالكترون.



22- نقاط تساوي الجهود، والمجالات

-         يتدفق الجهد الكهربائي عبر الدوائر الكهربائية

-         لا توجد علاقة بين الجهد الكهربائي، والمجال الكهربائي

-         الجهد الكهربائي هو طاقة

-         نقاط تساوي الجهود تعني مجالات متساوية أو مجالات منتظمة

-         الجهد الكهربائي العالي خطر بحد ذاته.

-         نقل شحنة كهربائية حقيقية على خطوط تساوي الجهد الكهربائي يتطلب بذل شغل.

-         تتحرك الشحنات من تلقاء ذاتها.

-         تحدث الشرارات الكهربائية عندما يبعد المجال الكهربائي الشحنات عن بعضها.







23- فرق الجهد الكهربائي، والسعة الكهربائية

-         تعمل كل من البطارية الكهربائية، والمواسع الكهربائي (capacitor) وفقا للمبدأ ذاته

-         يوجد فرق في الجهد الكهربائي بين صفيحتي المواسع فقط، ولايوجد في الحيز المحصور بينهما

-         تتدفق الشحنات عبر المواد العازلة كالزجاج

-         تحديد شحنات الأجسام كأجسام موجبة أو سالبة هو عملية مطلقة

-         (الشحنة = السعة×فرق الجهد)  هو قانون أساسي له بعد مرتبط بالمفاهيم.

-         شحن المواسع لا يتطلب بذل شغل.

-         لعمل المواسع لابد من وجود قطعتين منفصلتين.

-         المواسع يكون مشحونا بشحنة محصلة ( ليست صفرا)

-         تعتمد سعة المواسع على كمية الشحنة

-         صفيحة المواسع الموجبة تحتوي على شحنات موجبة فقط

-         تتدفق الشحنات عبر المواسع



24- دائرة التيار المستمر البسيطة

-         تُستهلك الشحنة في المقاومات.

-         تتحرك الالكترونات بسرعات كبيرة (مقاربة لسرعة الضوء) عبر الدوائر الكهربائية

-         تتباطأ حركة الشحنات عندما تعبر خلال مقاومة كهربائية.

-         التيار الكهربائي هو ذاته الجهد الكهربائي.

-         لا يمر تيار بين قطبي البطارية.

-         كلما كبر الوعاء كبرت مقاومته.

-         لا يستوجب مرور التيار في الدوائر الكهربائية وجود مسارات مغلقة.

-         يستهلك التيار عندما يتدفق عبر الدائرة.

-         الأجسام الموصلة لا تقاوم مرور التيار.

-         المقاومة المكافئة لمجموعة مقاومات موصولة على التوازي أكبر من أكبر مقاومة في المجموعة.

-         التيار هو شحنة فائضة

-         مصدر الشحنات المتدفقة في الدوائر الكهربائية هو البطارية الكهربائية

-         كلما كبرت البطارية زاد الجهد الكهربائي.

-         القدرة والطاقة مفهومان مترادفان

-         تولّد البطاريات الطاقة من العدم.



25- المجالات الكهربائية

-         القطبان المغناطيسيان الشمالي والجنوبي مماثلان لشحنتين موجبة وسالبة.

-         خطوط المجال المغناطيسي تبدأ بقطب وتنتهي بالآخر.

-         يمكن عزل الأقطاب المغناطيسية عن بعضها. (يمكن وجود قطب مغناطيسي مفرد)

-         التدفق مماثل لخطوط المجال.

-         التدفق هو فعليا مرور (أو تدفق) خطوط المجال

-         المجالات المغناطيسية مماثلة للمجالات الكهربائية.

-         يمكن للشحنات الساكنة أن تتأثر بالقوى المغناطيسية

-         المجالات المغناطيسية الناتجة عن المغناطيسات لا تنشأ عن حركة الشحنات.

-         المجالات المغناطيسية ليست ثلاثية الأبعاد

-         خطوط المجال المغناطيسي هي التي تثبتنا على سطح الأرض

-         عندما تطلق الشحنات فإنها تتحرك نحو أقطاب المغناطيس



26- الحث الكهرومغناطيسي

-         لا يستلزم توليد الكهرباء بذل أي شغل

-         عند توليد الكهرباء فإنه يمكن تحريك المغناطيس وحسب.

-         يمكن توليد جهد كهربائي حثي في الدوائر المغلقة فقط.

-         التدفق المغناطيسي، وليس التغير في التدفق المغناطيسي، هو المسؤول عن تولد قوة دافعة كهربائية حثية.

-         لابد لجميع المجالات الكهربائية أن تبدأ بشحنة موجبة وتنتهي بشحنة سالبة

-         الماء الموجود في السدود ينتج الكهرباء



27- التيار المتردد

-         تتحرك الشحنات في الدائرة الكهربائية المترددة، بحيث تقطعها حتى نهايتها ذهابا، ثم تقطعها حتى نهايتها إيابا.

-         يكون الجهد والتيار في الدوائر المترددة ثابتين كما هو الحال في دوائر التيار المستمر

-         لا يحدث فقد للطاقة في المحولات

-         المحول الرافع يعطي كناتج أكثر مما يأخذ كمدخل.

-         يمكن استخدام المحولات لتغيير الجهود المستمرة

-         شركات الكهرباء تزود المنازل بالالكترونات لتسيير التيار الكهربائي المنزلي

28- الطبيعة المزدوجة الجسيمية الموجية

-         طبيعة الضوء إما موجية، وإما جسيمية، وليس الاثنتين معا

-         يمكن أن تكون طبيعة الضوء جسيمية في وقت ما وموجية في وقت آخر.

-         لا يمكن أن تكون للجسيمات طبيعة موجية

-         لا يمكن أن تكون للموجات طبيعة جسيمية

-         يمكن تحديد موقع الجسم بدقة متناهية دائما.

-         الفوتون هو جسيم يحصر بداخله موجة

-         الفوتونات ذات الترددات الأعلى أكبر من الفوتونات ذات الترددات الأقل.

-         جميع الفوتونات متساوية في طاقتها.

-         الشدة العالية تعني أن سعة الاهتزاز للفوتون أكبر

-         مبدأ اللاحتمية ناتج عن محدودية أجهزة القياس.

-         أشعة الليزر مرئية دائما

-         أحيانا يكون لك طبيعة موجية، وأحيانا لا يكون لك طبيعة موجية



29- نماذج الذرة

-         يوجد نموذج واحد صحيح للذرة

-         تدور الالكترونات حول أنوية الذرات كما تدور الكواكب حول الشمس

-         الغيمة الالكترونية هي صورة للمدار

-         يمكن للالكترونات أن تتواجد في أي مدار ترغب فيه

-         ذرة الهيدروجين ذرة نموذجية.

-         تصف الدالة الموجية (wave function) مسار الالكترون.

-         الالكترونات أكبر من البروتونات

-         الالكترونات والبروتونات هي الجسيمات الأساسية الوحيدة.

-         لدى الفيزيائيون الحاليون النموذج الصحيح للذرة.

-         يمكن للذرات أن تختفي (تضمحل).