Thursday, June 18, 2009

ΦΥΣΙΚΗ ΙΙΙ

Αρνητική ανάδραση. Γενικά ανάδραση είναι το φαινόμενο κατά το οποίο σε ενισχυτική διάταξη, μέρος του σήματος εξόδου επαναφέρεται στην είσοδο, οπότε προστίθεται στο σήμα εισόδου. Όταν το σήμα εξόδου που προκύπτει μετά την ανάμειξη των δύο παραπάνω σημάτων και την ενίσχυσή τους είναι ισχυρότερο από το αρχικό σήμα εξόδου, τότε λέμε ότι έχουμε «θετική ανάδραση», ενώ όταν είναι ασθενέστερο τότε έχουμε «αρνητική ανάδραση».
Στο σχήμα παρατηρούμε όλη την ενέργεια της ανάδρασης. Το σήμα εισόδου είναι η τάση ei, το ενισχυμένο σήμα εξόδου είναι η τάση e0. Την ενίσχυση την προκαλεί το «κύκλωμα ενίσχυσης», με συνάρτηση μεταφοράς, όπου α η διαφορά φάσης του σήματος e0 ως προς το σήμα es. Στο βρόγχο ανάδρασης παρατηρούμε ότι η τάση εξόδου διακλαδίζεται και πορεύεται προς τη διάταξη ανάδρασης, η οποία έχει συνάρτηση μεταφοράς, όπου θ η διαφορά φάσης του εξερχόμενου σήματος efb ως προς το εισερχόμενο e0. Το μέρος της τάσης εξόδου e0 που εξέρχεται από τη διάταξη της ανάδρασης πορεύεται προς τον αθροιστή Σ, όπου αναμειγνύεται με το εισερχόμενο σήμα e1 και δίνει τελικά το σήμα es=ei+efb. Τώρα πια συνδυάζοντας τους τρεις παραπάνω τύπους μπορούμε να βγάλουμε τη συνάρτηση μεταφοράς όλου του ενισχυτικού συστήματος με την αντίδραση, η οποία είναι:. Εάν α + θ = 180°, δηλαδή εάν το μέρος του σήματος εξόδου που αναδράται, έχει διαφορά φάσης ως προς το εισερχόμενο σήμα 180°, τότε είναι: και η ανάδραση ονομάζεται «αρνητική». Όπως φαίνεται από τον τύπο, η τελική ενίσχυση είναι μικρότερη από την αρχική κατά τον παράγοντα. Αυτό το μειονέκτημα της μείωσης της ενίσχυσης, εξουδετερώνεται με τα πλεονεκτήματα τα οποία αναφέρονται παρακάτω:
1. Προκαλεί σταθερότητα της ενίσχυσης. Με την απλή ενίσχυση, μια διάταξη ενισχυτική φθείρεται πολύ πιο εύκολα από ό,τι αν λειτουργεί με αρνητική ανάδραση. Όταν λέμε φθορά εννοούμε αλλαγή των χαρακτηριστικών των λυχνιών και των τρανζίστορ λόγω μεταβολής της θερμοκρασίας ή λόγω παλαίωσης των διάφορων στοιχείων, παθητικών ή ενεργητικών, της διάταξης. Εάν ΑΒ > 1 τότε είναι: και συμπεραίνεται εύκολα ότι η ενίσχυση λόγω της ανάδρασης είναι ανεξάρτητη των μεταβολών και φθοράς των στοιχείων του κυκλώματος.
2. Διευρύνεται η απόκριση συχνότητας. Με την αρνητική ανάδραση βελτιώνεται η καμπύλη απόκρισης ενισχυτικής διάταξης. Όταν λέμε καμπύλη απόκρισης εννοούμε την καμπύλη ενίσχυσης Α διάφορων συχνοτήτων από έναν ενισχυτή. Υπάρχουν δύο συχνότητες fκ1 και fκ2, που ονομάζονται ορικές, μεταξύ των οποίων έχουμε σχεδόν ευθύγραμμη οριζόντια ενίσχυση. Η διαφορά αυτών fκ1 – fκ2 ονομάζεται «εύρος ζώνης ακουστών συχνοτήτων».
Αριστερά από την πρώτη και δεξιά από τη δεύτερη η ενίσχυση πέφτει σχεδόν απότομα. Με την αρνητική ανάδραση, το εύρος ζώνης ακουστών συχνοτήτων μεγαλώνει, γιατί από τη μια η fκ1 ελαττώνεται και γίνεται: και από την άλλη η fκ2 μεγαλώνει και γίνεται f2f = fκ2(1 + AB).
3. Βελτιώνεται η «αρμονική παραμόρφωση». Όπως γνωρίζουμε, η αρμονική παραμόρφωση εμφανίζει στην έξοδο ενός ενισχυμένου ημιτονοειδούς σήματος και συνιστώσες ανώτερων αρμονικών οι οποίες πρέπει να παραληφθούν. Τα πλάτη αυτών των συνιστωσών είναι Β2, Β3, Β4 κτλ. Με την αρνητική ανάδραση όλα αυτά τα πλάτη ελαττώνονται κατά τον παράγοντα και γίνονται: όπου ν = 2, 3, 4, ...
4. Ελαττώνεται ο θόρυβος. Ο θόρυβος σε μια ενισχυτική διάταξη υπάρχει πάντα σε μια χαμηλή στάθμη. Είναι όμως πολλών ειδών: α) Ο θόρυβος των εξαρτημάτων του ενισχυτή, των νημάτων θέρμανσης κτλ. β) Ο θόρυβος ο οφειλόμενος στη μη γραμμικότητα των λυχνιών, τρανζίστορ κτλ. γ) Ο θόρυβος ο περιεχόμενος στο προς ενίσχυση σήμα εισόδου. Απ’ αυτούς μόνο το δεύτερο μειώνει η αρνητική ανάδραση κατά κλάσμα. Έτσι, αν R είναι ο θόρυβος σε μια απλή ενισχυτική διάταξη, τότε με την εφαρμογή αρνητικής ανάδρασης ο θόρυβος είναι:
5. Αυξάνεται η αντίσταση εισόδου και ελαττώνεται η αντίσταση εξόδου. Αντίσταση εισόδου είναι ο λόγος της μεταβολής της τάσης εισόδου του ενισχυτή προς την αντίστοιχη μεταβολή της έντασης του εισερχόμενου ρεύματος. Δηλαδή είναι. Με την αρνητική ανάδραση γίνεται η αντίσταση εισόδου Ri f = Ri(1 + ΑΒ). Δηλαδή αυξάνεται κατά τον παράγοντα (1 + ΑΒ) που μειώνεται η ενίσχυση. β) Αντίσταση εξόδου είναι ο λόγος της μεταβολής της τάσης εξόδου του ενισχυτή προς την αντίστοιχη μεταβολή της έντασης του εξερχόμενου ρεύματος. Είναι δηλαδή:. Με την αρνητική ανάδραση η αντίσταση εξόδου γίνεται:, δηλαδή κατά το κλάσμα.
6. Διορθώνεται η διαφορά φάσης που υπεισέρχεται λόγω της ενίσχυσης. Η αρνητική ανάδραση εξουδετερώνει την καθυστέρηση φάσης που εισάγει ο ενισχυτής στο σήμα εξόδου, σε σχέση με το σήμα εισόδου, και μάλιστα τόσο η εξουδετέρωση αυτή είναι μεγαλύτερη όσο ΑΒ > 1, γιατί τότε η ενίσχυση του ενισχυτή ανάδρασης γίνεται ανεξάρτητη του ενισχυτή και εξαρτάται περισσότερο από το κύκλωμα ανάδρασης.
Αιώνας (ΧΡΟΝΟΣ), ο. Χρονική περίοδος εκατό ετών ή μια χαρακτηριστική ιστορική περίοδος (π.χ. «Χρυσός αιώνας» του Περικλή). Η χρονολογική σημασία της λέξης, που ορίζει ακριβώς εκατό έτη, είναι νεότερη. Ο Οράτιος υπολόγιζε τον αιώνα σε εκατόν δέκα έτη, ενώ ο εκκλησιαστικός πατέρας Ιερώνυμος τον περιόριζε σε εβδομήντα. Στην Καινή Διαθήκη ο όρος αιώνας αναφέρεται στη διάρκεια της ανθρώπινης ζωής. Η συνηθισμένη πάντως σημασία της λέξης είναι η εκατονταετία. Κατά αιώνα αριθμούνται σήμερα οι χρονικές περίοδοι πριν και μετά τη γέννηση του Χριστού.
Στην αστρονομία ο αιώνας αποτελεί μονάδα μέτρησης του χρόνου, που περιλαμβάνει 100 μέσα ηλιακά έτη από 365 μέρες και 366 ανά τετραετία. Το σύνολο των ημερών ενός αιώνα είναι 36.524.
Αρμονική ανάλυση. Οποιαδήποτε ταλάντωση, η οποία μπορεί να παρασταθεί από αντίστοιχη καμπύλη, είναι δυνατό να αναλυθεί σε απλές αρμονικές ταλαντώσεις, που παριστάνονται από ημιτονοειδείς καμπύλες και των οποίων οι συχνότητες είναι ακέραια πολλαπλάσια μίας βασικής θεμελιώδους συχνότητας.
Έστω ότι ένα υλικό σημείο Ρ κινείται με μία τυχαία περιοδική ταλάντωση με συχνότητα. Ο Φουριέ απέδειξε ότι η κίνηση αυτή μπορεί να αναλυθεί σε πλήθος αρμονικών ταλαντώσεων, οι οποίες έχουν συχνότητα Ν, 2Ν, 3Ν, ..., νΝ. Έτσι η χρονική εξίσωση κάθε μορφής ταλάντωσης του υλικού σημείου Ρ δίνεται ως εξής:
x = α1ημ(ωt+φ1) + α2ημ(2ωt+φ2) + α3ημ(3ωt+φ3) + ...
Οι προσθετέοι του δεύτερου μέλους μπορούν να είναι στον αριθμό άπειροι. Παρατηρούμε ότι η πρώτη αρμονική ταλάντωση έχει συχνότητα ίση με τη συχνότητα (Ν) της αρχικής περιοδικής ταλάντωσης και καλείται «θεμελιώδης ταλάντωση» ή πρώτη αρμονική, ενώ οι υπόλοιπες συνιστώσες με συχνότητες αντίστοιχα 2Ν, 3Ν, 4Ν, ... ονομάζονται «δεύτερη αρμονική», «τρίτη αρμονική», «τέταρτη αρμονική» ... και γενικά «ανώτερες αρμονικές». Συμπεραίνουμε εύκολα ότι οι συχνότητες των παραπάνω αρμονικών είναι ακέραια πολλαπλάσια της συχνότητας της «θεμελιώδους συχνότητας». Ως προς τα πλάτη και τις φάσεις, αυτά διαφέρουν από αρμονική σε αρμονική και μάλιστα μειώνεται το μέγεθός τους, όσο αυξάνεται η τάξη των αρμονικών. Στο σχήμα φαίνεται πώς αναλύεται μία ταλάντωση, στη θεμελιώδη της και στις δύο πρώτες αρμονικές.
Αρμονική παραμόρφωση. Η παραμόρφωση της τάσης και έντασης και επομένως της ενίσχυσης ηλεκτρονικών λυχνιών, κυρίως των τριόδων. Οφείλεται σε μη γραμμικά χαρακτηριστικά των στοιχείων από τα οποία αποτελούνται οι λυχνίες, με αποτέλεσμα την εμφάνιση παρασιτικών αρμονικών συνιστωσών συχνοτήτων κατά την ενίσχυση ενός ημιτονοειδούς σήματος που πάρθηκε.
Αρμονική ταλάντωση. Ειδικής μορφής ευθύγραμμη και περιοδική κίνηση, κατά την οποία το κινούμενο σώμα καταλαμβάνει θέσεις συμμετρικές γύρω από τη μέση θέση ισορροπίας. Η κίνηση οφείλεται στη δράση δύναμης, που διευθύνεται πάντα προς το κέντρο της κίνησης και έχει ένταση ανάλογη με την απόσταση του κινητού από το κέντρο κίνησης. Θεωρούμε κινητό ένα σημείο Μ το οποίο διαγράφει περιφέρεια (Ο, α) με σταθερή γωνιακή ταχύτητα ω (βλ. σχήμα). Η προβολή Ρ του κινητού Μ στη διάμετρο ΑΒ εκτελεί τότε μία παλινδρομική κίνηση από το Α στο Β και αντίθετα.
Η κίνηση αυτή της προβολής Ρ του σημείου Μ λέγεται αρμονική ταλάντωση. Σύμφωνα με το γενικό ορισμό της περιόδου Τ και της συχνότητας ν κάθε ταλάντωσης, θα έχουμε ότι η αρμονική αυτή ταλάντωση έχει ως περίοδο το χρόνο που κάνει η προβολή Ρ να διανύσει τη διαδρομή Β-Ο-Α-Ο και συχνότητα τον αριθμό αυτών των διαδρομών στη μονάδα του χρόνου. Πλάτος της αρμονικής ταλάντωσης του σημείου Ρ λέγεται η μέγιστη απομάκρυνση ΟΑ = ΟΒ = α του Ρ από το κέντρο Ο. Γενικά η κίνηση αυτή εκφράζεται με την εξίσωση ΟΡ = x = αημ(ωt + φ0), όπου x η στιγμιαία απομάκρυνση του κινητού Ρ, α το πλάτος της ταλάντωσης, η κυκλική συχνότητα και φ0 η αρχική φάση. Όλη η γωνία (ωt + φ0) λέγεται φάση της αρμονικής ταλάντωσης κατά τη χρονική στιγμή t. Η φάση μεταβάλλεται μαζί με το χρόνο και η στιγμιαία τιμή της καθορίζει τη θέση του Ρ. Η φ0 είναι η φάση κατά την αρχή της κίνησης. Από την εξίσωση της κίνησης παρατηρούμε ότι αυτή είναι ημιτονοειδής και, εάν θελήσουμε να την παραστήσουμε γραφικά, παίρνουμε μία καμπύλη, η οποία επίσης λέγεται ημιτονοειδής (βλ. γραφική παράσταση).
Στη γενική περίπτωση έχουμε αρμονική ταλάντωση ενός φυσικού ποσού, όταν η μεταβολή του μπορεί να παρασταθεί με μία ημιτονοειδή καμπύλη.
Αστιγματισμός. Φυσικό φαινόμενο που συμβαίνει όταν ένα σημειακό αντικείμενο βρίσκεται μακριά από τον οπτικό άξονα ενός κυρτού φακού και κατά τη σύγκλιση των ακτίνων που εκπέμπονται απ’ αυτό πίσω από το φακό δε λαμβάνεται είδωλο σημειακό, αλλά οι ακτίνες διέρχονται από δύο γραμμές κάθετες μεταξύ τους, οι οποίες δε βρίσκονται στο ίδιο επίπεδο και ονομάζονται «αστιγματικές». Το αστιγματικό αυτό σφάλμα διορθώνεται, όσο το σημειακό αντικείμενο βρίσκεται πλησιέστερα προς τον οπτικό άξονα του φακού.
Ασύμφωνο φως. Το φως που εκπέμπεται από περισσότερες από μία πηγές και δεν έχει ενιαία συχνότητα· επομένως, δεν παρουσιάζει το φαινόμενο της περίθλασης, δηλαδή της ευθύγραμμης διάδοσής του. Γενικά, το φυσικό φως είναι ασύμφωνο (δεν έχει δηλαδή ενιαία συχνότητα και μήκος κύματος), ακόμα και αν προέρχεται από την ίδια πηγή. Εντελώς σύμφωνο φως θεωρούνται μόνο οι ακτίνες λέιζερ.
Ασύρματη επικοινωνία. Είναι η επικοινωνία που πραγματοποιείται με τη χρήση των ραδιοκυμάτων (ερτζιανών κυμάτων). Η ιστορία της ασύρματης επικοινωνίας δε θα πρέπει να έχει την αρχή της μόνο στην εκπομπή του γράμματος «S» από τη συσκευή του Μαρκόνι. Οι ασύρματες επικοινωνίες επιτεύχθηκαν με τη συσσώρευση των εργασιών πολλών ερευνητών. Θα πρέπει να αναφερθούν ο Χέρι και ο Φαραντέι, ενώ πρώτος ο Τζέιμς Μάξγουελ εδραίωσε τη θεωρητική πιθανότητα της ραδιοεπικοινωνίας στο σύγγραμμά του «Δυναμική θεωρία του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου», με την παραδοχή ότι τα ηλεκτρικά κύματα που είναι δυνατό να παραχθούν διαφέρουν από τα φωτεινά κύματα μόνο ως προς το μήκος κύματος και τη συχνότητα. Το 1888 οι μελέτες του Γερμανού φυσικού Χερτς επαλήθευσαν τις θεωρίες του Μάξγουελ. Το 1894 ο Ιταλός Μαρκόνι, με βάση τις έρευνες του Χερτς, σκέφτηκε να χρησιμοποιήσει τα «ερτζιανά κύματα» για επικοινωνία. Το πείραμα πέτυχε και ο Μαρκόνι θεωρείται γενικά ο εφευρέτης της ασύρματης επικοινωνίας. Τα κύματα με τα οποία γίνεται δυνατή η επικοινωνία είναι ηλεκτρομαγνητικής φύσης και παράγονται από ορισμένα κυκλώματα, τα οποία εκτελούν ηλεκτρικές ταλαντώσεις. Η μετάδοσή τους γίνεται και μέσα στον ατμοσφαιρικό αέρα αλλά και στο κενό, γιατί ο αέρας δεν αποτελεί το μέσο διάδοσής τους. Είναι ιδανικά για ταχύτατη επικοινωνία και έχουν τη δυνατότητα να διατρέξουν εφτά φορές την περιφέρεια της Γης σε ένα δευτερόλεπτο.
Η εκπομπή των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων γίνεται με πολλά ιδιαίτερα κύματα, καθένα από τα οποία έχει μια καθορισμένη συχνότητα. Τα κύματα που χρησιμοποιούνται ως φορείς ομιλίας ή μουσικής εξαναγκάζονται να μεταβάλλουν το πλάτος ή τη συχνότητά τους και γι’ αυτό λέγονται «διαμορφωμένα κύματα».
Ανάλογα με το μεταβαλλόμενο χαρακτηριστικό ενός κύματος έχουν τη «διαμόρφωση πλάτους» (ΑΜ) και τη «διαμόρφωση κατά συχνότητα» (FM). Στη διαμόρφωση πλάτους, το πλάτος του εκπεμπόμενου σήματος είναι μεταβλητό σύμφωνα με τη συχνότητα του ήχου που προσπίπτει στο μικρόφωνο και μεταβιβάζεται. Στη διαμόρφωση συχνότητας, το πλάτος του εκπεμπόμενου κύματος παραμένει σταθερό, αλλά μεταβάλλεται η συχνότητά του με ρυθμό που εξαρτάται από τη συχνότητα των ήχων στο μικρόφωνο.
Μια μελέτη της συμπεριφοράς των ραδιοκυμάτων κατά τη διάρκεια της διάδοσής τους μας βοηθάει στην κατανόηση της χρησιμοποίησης των διάφορων μεθόδων ραδιοφωνικής επικοινωνίας. Τα ραδιοκύματα, καθώς εγκαταλείπουν την κεραία του πομπού, προχωρούν ως «κύματα επιφάνειας», «κύματα ενδιάμεσα» και «κύματα χώρου». Τα συνηθισμένα ραδιόφωνα εξαρτούν τη λήψη τους από τα ενδιάμεσα και τα κύματα επιφάνειας, όταν πρόκειται για γειτονικούς σταθμούς. Στην περίπτωση των μακρινών σταθμών η λήψη γίνεται δυνατή με την επίδραση των κυμάτων χώρου.
Τα κύματα επιφάνειας χάνουν γρήγορα την ενέργειά τους, καθώς προχωρούν στην επιφάνεια της Γης, γίνονται περισσότερο ασθενικά, μέχρις ότου δεν είναι δυνατή η λήψη τους με τα συνηθισμένα ραδιόφωνα. Η φύση της επιφάνειας του εδάφους και του περιβάλλοντος καθορίζουν την απόσταση στην οποία μπορεί να ληφθεί ένα κύμα επιφάνειας. Επίσης, η συχνότητα των ραδιοκυμάτων επηρεάζει την απόσταση λήψης. Τα κύματα χαμηλής συχνότητας χάνουν αργά την ενέργειά τους, ενώ τα υψηλής συχνότητας κύματα χάνουν τόσο γρήγορα την ενέργειά τους, όσο προχωρούν ως κύματα επιφάνειας, ώστε δεν έχουν αξία για την επικοινωνία.
Τα κύματα χώρου επηρεάζονται από το στρώμα της ιονόσφαιρας που λέγεται στρώμα Kennely - Heaviside και το οποίο βρίσκεται σε ύψος από 100-400 χλμ. Τόσο το ύψος όσο και η σύσταση του στρώματος αλλάζουν από το φως της μέρας στο σκοτάδι, από τις εποχές και από τις περιόδους δράσης των ηλιακών κηλίδων. Η σημασία αυτού του στρώματος είναι ότι δρα σαν κάτοπτρο για τα ραδιοφωνικά κύματα, μερικά από τα οποία παθαίνουν ανάκλαση και επιστρέφουν στη Γη. Το ποσοστό των ραδιοφωνικών κυμάτων που παθαίνει διάθλαση και ανάκλαση εξαρτάται από τη γωνία με την οποία αυτά προσπίπτουν στο στρώμα, καθώς επίσης και από το μήκος κύματός τους. Πολλές φορές τα ραδιοκύματα, αφού ανακλαστούν στο στρώμα Kennely - Heaviside και επιστρέψουν στη Γη, ανακλώνται για δεύτερη φορά και ξαναγυρίζουν προς τα ανώτερα ατμοσφαιρικά στρώματα. Οι πολλαπλές αυτές ανακλάσεις προκαλούν περιοχές καλής και κακής λήψης των κυμάτων. Έτσι δημιουργείται το φαινόμενο των διαδοχικών περιοχών καλής και ασθενικής λήψης. Η απόσταση ανάμεσα σε δύο τέτοιες περιοχές λέγεται «ζώνη σιγής». Όταν ένα σημείο της Γης προσβάλλεται τόσο από το κύμα χώρου όσο και από το κύμα εδάφους, σύμφωνα με το φαινόμενο της συμβολής, ανάλογα με τη διαφορά φάσης των δύο κυμάτων, προκαλείται ενίσχυση ή εξασθένηση της λήψης. Η συμβολή αυτή των κυμάτων δεν είναι χρονικά σταθερή, αλλά εμφανίζεται και εξαφανίζεται δημιουργώντας έτσι ένα φαινόμενο, το οποίο στην ασύρματη επικοινωνία λέγεται «διάλειψη» (fading).
Ραδιοεπικοινωνία. Τα κύρια στοιχεία ενός κυκλώματος ραδιοεπικοινωνίας είναι τρία: ο πομπός, το μέσο μετάδοσης και ο δέκτης. Οι συχνότητες που χρησιμοποιούνται λέγονται ραδιοφωνικές συχνότητες και δεν είναι δυνατό να γίνουν αντιληπτές από το αισθητήριο της ακοής, γιατί είναι πολύ υψηλές. Για να εκπεμφθούν σήματα που μπορούν να προσβάλλουν το αισθητήριο της ακοής, πρέπει το μικρόφωνο να αποστέλλει κύματα ακουστικών συχνοτήτων, τα οποία να επιδρούν πάνω στις ραδιοφωνικές συχνότητες. Η διαδικασία αυτή λέγεται «διαμόρφωση». Ανεξάρτητα από το πόσο πολύπλοκος φαίνεται ένας ραδιοφωνικός δέκτης, είτε ως συσκευή είτε ως διάγραμμα, αποτελείται από τέσσερα μόνο βασικά κυκλώματα: το κύκλωμα κεραίας και γείωσης, το κύκλωμα ταλάντωσης (συντονισμός), το φωρατή και τους αναπαραγωγούς.
Το κύκλωμα κεραίας - γείωσης έχει ως προορισμό τη συλλογή των ραδιοκυμάτων. Ο συντονιστής κάνει την εκλογή του σήματος, ενώ ο φωρατής μετατρέπει το υψηλής συχνότητας ραδιοφωνικό κύμα σε σήμα ακουστικής συχνότητας. Τελικά, ο αναπαραγωγός είναι ο μηχανισμός ο οποίος μετατρέπει το ακουστικό σήμα σε ηχητικά κύματα.
Οι δέκτες διακρίνονται σε: α) δέκτες με μεταβολή συχνότητας, β) δέκτες υπερθέσεως κυμάτων (υπερετερώδυνοι) και γ) δέκτες διαμόρφωσης συχνότητας.
Για την εκπομπή των κυμάτων της ασύρματης επικοινωνίας χρησιμοποιούνται διάφοροι τύποι κεραιών, όπως επίσης αντίστοιχες κεραίες χρησιμοποιούνται για τη λήψη των ραδιοκυμάτων. Πολλές φορές είναι απαραίτητη η κατεύθυνση των κεραιών προς ένα σημείο, οπότε λέγονται κατευθυνόμενες και αυξάνουν την αποτελεσματικότητά τους. Για να γίνει δυνατή η λήψη του σήματος που εκπέμπεται από έναν πομπό πρέπει να υπάρξει συντονισμός ανάμεσα στην κεραία του πομπού και την κεραία του δέκτη, η οποία πρέπει να έχει κατάλληλο μήκος.
Όταν η ασύρματη επικοινωνία μπορεί να γίνει ανάμεσα σε δύο τοποθεσίες, τα χρησιμοποιούμενα συστήματα λέγονται «συστήματα δύο θέσεων». Βασικά χρησιμοποιούνται τέσσερις τύποι ασύρματης επικοινωνίας δύο θέσεων: 1) φέρον - οδηγούμενο, 2) μέσης συχνότητας, 3) υπέρ - υψηλής συχνότητας και 4) μικροκύματα. Από την άποψη του τρόπου επικοινωνίας έχουμε: α) ζεύξη με κύματα εδάφους, β) ζεύξη με οπτική επαφή, γ) ζεύξη μέσω τεχνητού δορυφόρου, δ) ζεύξη μέσω μετεωρικής περίθλασης, ε) ζεύξη με ανάκλαση πάνω στη Σελήνη και στ) ζεύξη με ιονοσφαιρική διάδοση.
Ο πιο σύγχρονος τρόπος ζεύξης ανάμεσα σε μακρινές περιοχές είναι η χρησιμοποίηση δορυφόρων (π.χ. Ηχώ, Τέλσταρ κτλ.) από άποψη επαγγελματικών επικοινωνιών. Οι ερασιτέχνες ασυρματιστές, από τον Οκτώβριο του 1972, χρησιμοποιούν το δορυφόρο του προγράμματος AMSAT, OSCAR - 6 για τις επικοινωνίες τους, γιατί γίνεται δυνατή η ραδιοσύνδεση με διατάξεις σχετικά μικρής ισχύος, ακόμη και με φορητούς απομακρυσμένους σταθμούς.
Σύστημα φέρον - οδηγούμενο. Ηλεκτρικές και σιδηροδρομικές εταιρείες χρησιμοποιούν συχνά αυτό το σύστημα επικοινωνίας. Χρησιμοποιούνται πομποί και δέκτες, αλλά τα κύματα που φέρουν το σήμα οδηγούνται από τις ηλεκτροφόρες γραμμές ή τα τηλεγραφικά σύρματα. Αν και το σύστημα αυτό δεν είναι απολύτως ασύρματο, υπολογίζεται ανάμεσα σ’ εκείνα, γιατί τα ραδιοκύματα χρησιμοποιούν αγωγούς που δεν κατασκευάστηκαν για το σκοπό αυτό.
Σύστημα μέσης συχνότητας. Λειτουργεί συνήθως σε συχνότητες ανάμεσα σε 2.000-4.000 χιλιόκυκλους. Αποτελείται από πομπό με διαμορφούμενο πλάτος και διαμορφούμενη συχνότητα, ένα δέκτη και μια κατάλληλη κεραία εγκαταστημένη στη μία ή και στις δύο θέσεις ανάμεσα στις οποίες γίνεται η επικοινωνία. Χρησιμοποιούνται τόσο τα κύματα εδάφους όσο και τα κύματα χώρου. Το σύστημα αυτό είναι χρήσιμο σε περιπτώσεις κακοκαιρίας, οπότε δημιουργούνται ανωμαλίες στις κανονικές επικοινωνίες.
Όσο αυξάνεται η συχνότητα του ραδιοκύματος, τόσο μικρότερη γίνεται η εμβέλειά του, οπότε στην περιοχή των συστημάτων που χρησιμοποιούν υπέρ υψηλές συχνότητες και μικροκύματα η διάδοση είναι σχεδόν ευθύγραμμη και η λήψη σε μακρινές αποστάσεις γίνεται μόνο με ενδιάμεσους γήινους ή διαστημικούς επαναλήπτες. Γενικά, από άποψη συχνότητας, τα ραδιοκύματα μπορούν να ταξινομηθούν στις εξής κατηγορίες:
1. Υπέρ-μακρά κύματα με πολύ χαμηλή συχνότητα (VLF) από 10 Κc/s-30 Kc/s.
2. Μακρά κύματα με χαμηλή συχνότητα (LF) από 30 Kc/s-300 Κc/s.
3. Μεσαία κύματα με μέση συχνότητα (MF) από 300 Kc/s–3 Mc/s.
4. Βραχέα κύματα με υψηλή συχνότητα (HF) από 3 Mc/s-30 Mc/s.
5. Υπερβραχέα κύματα με πολύ υψηλή συχνότητα (VHF) από 30 Mc/s-300 Mc/s.
6. Πολύ βραχέα κύματα με πολύ υψηλή συχνότητα (UHF) από 300 Mc/s-3.000 Mc/s.
7. Μικροκύματα με υπέρ υψηλή συχνότητα (SHF) από 3.000 Mc/s-30.000 Mc/s.
8. Μικροκύματα με εξαιρετικά υψηλή συχνότητα (EHF) από 30.000 Mc/s-300.000 Mc/s.
Η ανάπτυξη της ασύρματης επικοινωνίας έδωσε τη δυνατότητα πραγματοποίησης των διαστημικών πτήσεων και των εξερευνητικών αποστολών. Έγινε δυνατός ο τηλεχειρισμός πολλών συσκευών, ενώ υπηρεσίες κοινής ωφέλειας μπορούν κάθε στιγμή να βρίσκονται σε ακουστική επαφή με νευραλγικά κέντρα δραστηριότητας. Η ασύρματη επικοινωνία είναι τόσο απαραίτητη, ώστε δεν επιτρέπεται η απογείωση σε αεροπλάνα που παρουσιάζουν βλάβη στον ασύρματο. Τα μικρά ραδιοτηλέφωνα προσφέρουν τεράστιες υπηρεσίες σε κάθε τομέα της σύγχρονης ζωής, ενώ τα ισχυρά συστήματα ασύρματης επικοινωνίας φέρνουν πιο κοντά τους ανθρώπους στην ενημέρωση και στην πρόοδο. Κι ένα μικρό ακόμη ραδιόφωνο - τρανζίστορ είναι ένα «παράθυρο στον κόσμο». Στη σύγχρονη τεχνολογία οι δέσμες λέιζερ, οι οποίες κινούνται με την ταχύτητα του φωτός, δίνουν μεγάλες δυνατότητες ασύρματης επικοινωνίας, γιατί με τη σωστή χρησιμοποίηση μία και μόνο δέσμη μπορεί να μεταφέρει ταυτόχρονα όλα τα τηλεοπτικά προγράμματα του κόσμου και όλα τα τηλεφωνήματα. Από τις τελευταίες εξελίξεις στο τομέα της ασύρματης επικοινωνίας είναι η κινητή τηλεφωνία και το διαδίκτυο.
Ασφάλεια ηλεκτρική. Το σύστημα προστασίας από βραχυκύκλωμα ενός ηλεκτρικού κυκλώματος. Στην πιο απλή μορφή της είναι ένα μικρό κομμάτι από λεπτό σύρμα που λιώνει εύκολα και διακόπτει τη ροή του ρεύματος μέσα στο κύκλωμα, όταν περάσει από αυτό ρεύμα μεγαλύτερης έντασης από την προβλεπόμενη. Οι απλές ασφάλειες οικιακής χρήσης αποτελούνται από ένα πορσελάνινο «φυσίγγιο», το οποίο στη θέση του άξονα έχει το λεπτό σύρμα, ενώ το διάκενο εσωτερικό του γεμίζεται με κόκκους πορσελάνης. Η ασφάλεια στην εξωτερική της επιφάνεια γράφει τη μέγιστη ένταση ρεύματος, για την οποία το σύρμα δε λιώνει (π.χ. 20 Α ή 30 Α κτλ.). Με το βραχυκύκλωμα ο μικρός χρωματιστός ενδεικτικός δίσκος που βρίσκεται στη βάση του φυσιγγίου πέφτει, δείχνοντας έτσι ότι η ασφάλεια καταστράφηκε και χρειάζεται αντικατάσταση.
Η ανάγκη αντικατάστασης της ασφάλειας αποφεύγεται με τη χρησιμοποίηση των αυτόματων ασφαλειών. Υπάρχουν δύο τύποι αυτόματων ασφαλειών, ο ηλεκτρομαγνητικός και ο θερμικός. Στον πρώτο τύπο η αύξηση της έντασης του ρεύματος προκαλεί αύξηση του μαγνητικού πεδίου, έλξη του μεταλλικού οπλισμού και διακοπή του κυκλώματος. Στο δεύτερο τύπο η διακοπή του κυκλώματος γίνεται δυνατή με τη χρήση ενός διμεταλλικού ελάσματος. Και στους δύο τύπους με το πάτημα ενός κουμπιού ή τη χρήση διακόπτη οι ασφάλειες μπαίνουν σε λειτουργία και κλείνουν το κύκλωμα.
Στην ηλεκτρονική και την ηλεκτρολογία χρησιμοποιείται ένα άλλο είδος ασφαλειών, που αποτελούνται από γυάλινο κύλινδρο, ο οποίος φέρει στα άκρα του μεταλλικές επαφές. Μεταξύ των επαφών συνδέεται αγωγός, η διατομή του οποίου καθορίζει το μέγεθος του διερχόμενου ρεύματος. Οι ασφάλειες αυτές είτε τοποθετούνται σε ασφαλειοθήκες είτε κολλώνται απευθείας στα κυκλώματα.
Ατμός.Η αέρια φάση ενός σώματος, που στις κανονικές συνθήκες είναι στερεό ή υγρό. Η φυσική κατάσταση των σωμάτων μεταβάλλεται, όταν μεταβληθούν οι συνθήκες πίεσης και θερμοκρασίας. Έτσι, όταν προσδώσουμε θερμότητα σ’ ένα στερεό ή υγρό σώμα είναι δυνατό αυτό να μεταβληθεί σε αέριο. Π.χ. έχουμε ατμό νερού (υδρατμούς), βενζίνης, οινοπνεύματος κτλ., που στη φυσική τους κατάσταση είναι υγρά, και ατμό φωσφόρου, αρσενικού κτλ., που στη φυσική τους κατάσταση είναι στερεά. Οι ατμοί παράγονται: α) κατά την εξαέρωση των υγρών και β) κατά την εξάχνωση των στερεών. Το φαινόμενο της εξαέρωσης διακρίνεται σε δύο περιπτώσεις: της εξάτμισης και του βρασμού. Η εξάτμιση γίνεται από την επιφάνεια των υγρών. Όσο περισσότερη θερμότητα δίνουμε σε ένα υγρό, τόσο το φαινόμενο της εξάτμισης γίνεται εντονότερο. Όταν η θερμοκρασία του υγρού φτάσει σε ένα ορισμένο όριο, τότε παρατηρείται εξαέρωση απ’ όλη τη μάζα του, οπότε έχουμε το φαινόμενο του βρασμού. Η θερμοκρασία κατά την οποία έχουμε βρασμό λέγεται «σημείο βρασμού». Αν ένα υγρό βρεθεί μέσα σε κενό, εξαερώνεται ακαριαία, γιατί καμιά εξωτερική πίεση δεν εμποδίζει το σχηματισμό ατμού. Η εξαέρωση εξακολουθεί μέχρις ότου η πίεση του ατμού εμποδίσει τη συνέχιση της παραγωγής του. Στην περίπτωση αυτή, στο χώρο υπάρχει κορεσμένος ατμός και η πίεση που ασκεί λέγεται μέγιστη τάση του ατμού. Κατά την εξάχνωση, μερικά στερεά σώματα όταν θερμανθούν, περνούν αμέσως στην αέρια φάση, χωρίς να πάρουν την ενδιάμεση υγρή μορφή. Το φαινόμενο αυτό παρατηρείται στη ναφθαλίνη, στο στερεό ιώδιο, στο αρσενικό κτλ.
Ατμοστρόβιλος. Είναι είδος ατμομηχανής, το οποίο χρησιμοποιεί τον υπέρθερμο υδρατμό ως κινητήριο αέριο. Ονομάζεται επίσης τουρμπίνα. Είναι ένας τροχός ο οποίος έχει στην περιφέρειά του πτερύγια και περιστρέφεται γύρω από έναν άξονα, ο οποίος διαπερνά το κέντρο του. Το μέρος που έχει τα πτερύγια λέγεται μεριστής. Ο υδρατμός, ο οποίος παράγεται σ’ ένα λέβητα που θερμαίνεται ισχυρά, αποχτά υψηλή πίεση και μεγάλη θερμοκρασία (250°-300°C) και είναι ικανός να παράγει μεγάλο έργο. Από το λέβητα ο ατμός διοχετεύεται πάνω στα πτερύγια του ατμοστρόβιλου, όπου εκτονώνεται, και το έργο που μπορεί να παράγει μετατρέπεται σε κινητική ενέργεια του τροχού, ο οποίος περιστρέφεται ταχύτατα. Από τον πρώτο ατμοστρόβιλο, ο ατμός μεταφέρεται σε ένα δεύτερο ή τρίτο και αναγκάζει και αυτούς επίσης να περιστραφούν, αφού κατά τον ίδιο τρόπο εκτονώνεται διαδοχικά στα πτερύγιά τους. Οι ατμοστρόβιλοι αυτοί εφαρμόζουν στον ίδιο άξονα για να προστίθεται η δράση τους, δηλαδή η περιστροφική τους κίνηση. Γενικά, ο ατμοστρόβιλος χρησιμοποιείται για την κίνηση των πλοίων και στους μεγάλους σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής.
Ατμοσφαιρική πίεση. Η πίεση που ασκείται από το βάρος του αέρα σε οποιοδήποτε σώμα που βρίσκεται στην ατμόσφαιρα. Μια σειρά από απλά πειράματα δείχνουν την ύπαρξη της ατμοσφαιρικής πίεσης, ενώ το πιο ονομαστό από ιστορική άποψη είναι το πείραμα των «ημισφαιρίων του Μαγδεμβούργου», με το οποίο ο δήμαρχος της ομώνυμης πόλης Ότο Φον Γκίρικε έδειξε τα αποτελέσματά της.
Πρώτος ο Ιταλός Ε. Τοριτσέλι (1643), μαθητής και βοηθός του Γαλιλαίου, πέτυχε να μετρήσει την ατμοσφαιρική πίεση με τη βοήθεια γυάλινου σωλήνα μήκους 90 εκ. και υδραργύρου, πραγματοποιώντας το κλασικό πείραμα της αναστροφής του γεμάτου από υδράργυρο σωλήνα σε μια λεκάνη με υδράργυρο επίσης. Όταν το πείραμα γίνεται στην επιφάνεια της θάλασσας και σε κανονικές συνθήκες, ο υδράργυρος ισορροπεί σε ύψος 76 εκ. = 760 χλστ. Η πίεση αυτή, που δημιουργείται από τη στήλη υδραργύρου ύψους 760 mm, λέγεται κανονική ατμοσφαιρική πίεση και αντιστοιχεί σε 760 Torr. Η σταθερή τιμή της ατμοσφαιρικής πίεσης στο επίπεδο της θάλασσας σε μονάδες του Διεθνούς Συστήματος (S.I.) είναι 101.325 pascals.
Η ατμοσφαιρική πίεση ελαττώνεται με το ύψος και η τιμή της επηρεάζεται από την πυκνότητα του αέρα, η οποία επίσης ελαττώνεται με το ύψος, καθώς επίσης και από την επιτάχυνση της βαρύτητας g. Έτσι ο νόμος της μεταβολής της ατμοσφαιρικής πίεσης με το ύψος δίνεται από μια εκθετική μαθηματική σχέση. Σε ύψος περίπου 8,5 χλμ. η τιμή της είναι 460 mm Hg.
Οι μεταβολές της ατμοσφαιρικής πίεσης σε έναν τόπο, που μετριούνται με ειδικά όργανα, τα βαρόμετρα, είναι χρήσιμες στη μετεωρολογία για την πρόβλεψη του καιρού. Τα γνωστά από τα δελτία καιρού «βαρομετρικά χαμηλά» είναι περιοχές της Γης, όπου σημειώνονται χαμηλές τιμές ατμοσφαιρικής πίεσης, γεγονός που σημαίνει μικρότερες τιμές πυκνότητας του ατμοσφαιρικού αέρα. Αντίθετα, σε περιοχές με «βαρομετρικά υψηλά» η ατμοσφαιρική πίεση έχει υψηλότερες τιμές. Σε περιοχές όπου εμφανίζονται βαρομετρικά χαμηλά ο καιρός είναι ευμετάβλητος και αναμένεται κακοκαιρία, ενώ σε περιοχές με βαρομετρικά υψηλά ο καιρός διατηρείται καλός.
Ατμοσφαιρική ρύπανση. Η επιβάρυνση της ατμόσφαιρας με διάφορους ρύπους σε ποσότητα, συγκέντρωση ή διάρκεια που μπορούν να προκαλέσουν αρνητικές επιπτώσεις στους ζωντανούς οργανισμούς και στα οικοσυστήματα. Οι ρύποι συγκεντρώνονται κυρίως στα κατώτερα ατμοσφαιρικά στρώματα στις πόλεις και τις περισσότερες βιομηχανικές περιοχές αναπτυγμένων χωρών. Σε πολλές περιπτώσεις παρατηρείται μεταφορά των ατμοσφαιρικών ρύπων σε μεγάλες αποστάσεις, με αποτέλεσμα οι επιπτώσεις να είναι σοβαρές και σε απομακρυσμένες περιοχές.
Η ρύπανση της ατμόσφαιρας προέρχεται κυρίως από βιομηχανικές δραστηριότητες, με κύριους ρυπαντές τις εγκαταστάσεις παραγωγής ενέργειας (ηλεκτρικής, θερμικής) και τις εκπομπές ρύπων από αυτοκίνητα. Ακολουθούν η μεταλλουργική και η χημική βιομηχανία, η καύση σκουπιδιών, η εξόρυξη (λατομεία, επιφανειακά ορυχεία) κτλ. Οι σημαντικότεροι αέριοι ρύποι που εκπέμπονται από αυτές τις δραστηριότητες είναι το διοξείδιο και το μονοξείδιο του άνθρακα, το διοξείδιο του θείου, τα οξείδια του αζώτου, οι υδρογονάνθρακες, το όζον, οι αλογονούχες ενώσεις και μια μεγάλη ποικιλία αιωρούμενων στερεών σωματιδίων.
Κάθε χρόνο η βιομηχανία των αναπτυγμένων χωρών παράγει δισεκατομμύρια τόνους ρύπων. Τα επίπεδά τους συνήθως δίνονται σε μονάδες ατμοσφαιρικής συγκέντρωσης (μικρογραμμάρια ρύπου ανά κυβικό μέτρο αέρα) ή για τα αέρια σε μέρη ανά εκατομμύριο (ppm), αριθμός δηλαδή μορίων του ρύπου ανά εκατομμύριο μορίων αέρα. Πολλοί ρύποι σχηματίζονται με την επίδραση ηλιακού φωτός.
Μια από τις πιο επικίνδυνες μακροπρόθεσμες συνέπειες της ατμοσφαιρικής ρύπανσης είναι οι διαταραχές του κλίματος λόγω αυξανόμενης συσσώρευσης διοξειδίου του άνθρακα. Το φαινόμενο του θερμοκηπίου που δημιουργείται προκαλεί σταδιακά αύξηση της μέσης θερμοκρασίας του πλανήτη, αύξηση της ξηρασίας, λιώσιμο των πάγων και ανύψωση της επιφάνειας των θαλασσών, ενώ η διαταραχή του βιογεωχημικού κύκλου του άνθρακα προκαλεί σταδιακές αλλαγές στη σύνθεση της βλάστησης. Με τη συσσώρευση άλλων ατμοσφαιρικών ρύπων, όπως τα αιωρούμενα σωματίδια, προκύπτουν πρόσθετες κλιματικές μεταβολές. Η καταστροφή του στρώματος στρατοσφαιρικού όζοντος οφείλεται σε μεγάλο βαθμό στη χημική ρύπανση από χλωριωμένους υδρογονάνθρακες (φρεόν), η οποία οδηγεί σε αύξηση της ποσότητας υπεριώδους ακτινοβολίας που φτάνει στην επιφάνεια της Γης με βλαβερές συνέπειες για την ανθρώπινη ζωή.
Εξαιρετικά επικίνδυνο είναι επίσης το φαινόμενο της όξινης βροχής, που οφείλεται στη ρύπανση της ατμόσφαιρας από τις καύσεις άνθρακα, πετρελαίου, βενζίνης και απειλεί με υποβάθμιση τα οικοσυστήματα λιμνών, τις γεωργικές καλλιέργειες καθώς και τα μαρμάρινα μνημεία. Εξίσου σοβαρές είναι οι συνέπειες σε τοπικό επίπεδο όπως η βαριά ατμοσφαιρική ρύπανση ορισμένων βιομηχανικών περιοχών και η δημιουργία καπνομίχλης ή φωτοχημικού νέφους σε μεγαλουπόλεις με ειδικά γεωγραφικά χαρακτηριστικά. Οι συνέπειες για την υγεία των κατοίκων αυτών των περιοχών είναι πολύ σημαντικές, με κυριότερες τις παθήσεις του αναπνευστικού συστήματος, διάφορες μορφές καρκίνου, γενετικές μεταλλάξεις κτλ.
Η συγκέντρωση ρύπων ελαττώνεται με την ανάμειξη ατμοσφαιρικών στρωμάτων, η οποία εξαρτάται από τις καιρικές συνθήκες, όπως η θερμοκρασία, η ταχύτητα του αέρα, η κίνηση των υψηλών και χαμηλών βαρομετρικών συστημάτων κτλ. Κανονικά η θερμοκρασία ελαττώνεται με το υψόμετρο. Όταν όμως μια ψυχρότερη στιβάδα αέρα τοποθετείται κάτω από μία θερμή, προκαλώντας τη λεγόμενη θερμοκρασιακή αναστροφή, η ατμοσφαιρική ανάμειξη επιβραδύνεται και οι ρύποι συγκεντρώνονται πιο κοντά στο έδαφος. Μία τέτοια θερμοκρασιακή αναστροφή στην Πενσιλβανία το 1948 προκάλεσε αναπνευστικά προβλήματα σε 6.000 ανθρώπους και οδήγησε στο θάνατο περίπου 20. Σοβαρή ρύπανση στο Λονδίνο το 1952 οδήγησε στο θάνατο 4.000 ανθρώπους και άλλους 700 το 1962. Εκπομπή του μεθυλοϊσοκυανικού εστέρα στην ατμόσφαιρα κατά τη διάρκεια θερμοκρασιακής αναστροφής προκάλεσε μεγάλη καταστροφή στις Ινδίες (Bhopal) το Δεκέμβριο του 1984 με 3.300 θανάτους και 20.000 ανθρώπους να νοσούν.Οι επιπτώσεις της μακροχρόνιας έκθεσης σε χαμηλές συγκεντρώσεις ρύπων είναι εντονότερη σε ανθρώπους μεγάλης ηλικίας, σε παιδιά, καπνιστές, άτομα με καρδιακές ή άλλες χρόνιες παθήσεις. Σημαντική ρύπανση προκαλείται ορισμένες φορές και σε εσωτερικούς χώρους (κατοικίες, δημόσιους χώρους κτλ.) από την παρουσία ινών αμιάντου, την επίδραση του καπνού των τσιγάρων, καθώς και διάφορων χημικών ουσιών που προέρχονται από υλικά κατασκευής ή οικιακές δραστηριότητες. Ειδική περίπτωση ατμοσφαιρικής ρύπανσης αποτελεί και ο θόρυβος. Η έκθεση στο θόρυβο προκαλεί φυσιολογικές βλάβες και ψυχολογικά προβλήματα. Οι επιπτώσεις του εξαρτώνται από αρκετά υποκειμενικά χαρακτηριστικά και επομένως η εκτίμηση της έκτασης του προβλήματος δύσκολα μπορεί να είναι αντικειμενική.
Ατομική βόμβα, η. Είναι το όπλο το οποίο χρησιμοποιεί την ενέργεια που απελευθερώνεται από μια αλυσιδωτή αντίδραση σχάσης ή σύντηξης ατομικών πυρήνων.
Ο μηχανισμός σχάσης. Κατά τη διάρκεια αυτής της αντίδρασης προσπίπτουν νετρόνια πάνω σε πυρήνες ουρανίου -235 ή πλουτωνίου -239, με αποτέλεσμα να προκύπτουν δύο πυρήνες άλλων στοιχείων, σχεδόν της ίδιας μάζας μεταξύ τους, με σύγχρονη εκπομπή δευτερογενών νετρονίων και φωτονίων. Το έλλειμμα της μάζας το οποίο παρουσιάζεται στις αντιδράσεις σχάσης είναι πολύ μεγάλο, γι’ αυτό και το ισοδύναμο ποσό ενέργειας που απελευθερώνεται είναι τεράστιο, σύμφωνα με την εξίσωση W = Δm • c2, όπου (W) το ποσό ενέργειας που εκλύεται (Δm) το έλλειμμα μάζας και (c) η ταχύτητα του φωτός. Η ενέργεια αυτή, που εμφανίζεται στις αντιδράσεις σχάσης, είναι η ατομική ενέργεια. Στην ατομική βόμβα ως κύριο υλικό για σχάση χρησιμοποιείται το φυσικό ουράνιο. Αυτό αποτελείται από τρία ισότοπα: Ο αριθμός 92 εκφράζει τον ατομικό αριθμό του στοιχείου και οι αριθμοί στο επάνω αριστερό μέρος εκφράζουν το μαζικό αριθμό. Η περιεκτικότητα του φυσικού ουρανίου σε είναι πολύ μεγάλη (99%), ενώ σε είναι 0,72% και σε είναι 0,006%.
Η πυρηνική αντίδραση μέσα στην ατομική βόμβα ακολουθεί τα εξής στάδια: Στην αρχή ένα νετρόνιο προσπίπτει πάνω σε πυρήνα και προκύπτει ο ασταθής πυρήνας, ο οποίος μετά διασπάται σε δύο πυρήνες της ίδιας περίπου μάζας και σε μερικά δευτερογενή νετρόνια. Τα ζεύγη πυρήνων που προκύπτουν ποικίλλουν, όπως και ο αριθμός των δευτερογενών νετρονίων. Έτσι, έχουμε τις εξής αντιδράσεις σχάσης πυρήνα.
Στη δεύτερη αντίδραση, ενώ το ζεύγος πυρήνων αποτελείται από Ba και Kr και τα νετρόνια είναι τρία, στην τρίτη αντίδραση το ζεύγος πυρήνων αποτελείται από ξένο (Xe) και στρόντιο (Sr) και τα νετρόνια είναι εννιά. Οι πυρήνες των προϊόντων που προκύπτουν είναι ασταθείς και με διαδοχικές μεταστοιχειώσεις μεταπίπτουν σε σταθερούς πυρήνες. Η ενέργεια που απελευθερώνεται είναι πολύ μεγάλη, της τάξης των 200 MeV.
Αν ένα τουλάχιστον από τα δευτερογενή νετρόνια προκαλέσει σχάση πυρήνα, τότε η αντίδραση συνεχίζεται, χωρίς να απαιτείται βομβαρδισμός με άλλα εξωτερικά νετρόνια. Μια τέτοια αυτοσυντήρητη πυρηνική αντίδραση λέγεται «αλυσιδωτή αντίδραση».
Παράγοντες. Τρεις παράγοντες επηρεάζουν το χρόνο διατήρησης της αλυσιδωτής αντίδρασης ουρανίου -235 και την ταχύτητά της.
α) Η κρίσιμη μάζα ή κρίσιμη ποσότητα του υλικού για σχάση. Αυτή είναι η μικρότερη ποσότητα μάζας που πρέπει να έχει το υλικό για να αρχίσει και να διατηρηθεί η αλυσιδωτή αντίδραση. Η τιμή της κρίσιμης μάζας εξαρτάται από το σχήμα και την περιεκτικότητα του ουρανίου που χρησιμοποιείται. Σε καμιά περίπτωση δεν είναι δυνατό να πραγματοποιηθεί μια αντίδραση σχάσης, αν η μάζα του σχάσιμου υλικού είναι μικρότερη της κρίσιμης.
β) Ο παράγοντας πολλαπλασιασμού Κ. Εκφράζει το πηλίκο του πλήθους των νετρονίων (Ν) που παράγονται από μια αντίδραση προς τον αριθμό των νετρονίων Νο που προκάλεσαν αυτή την αντίδραση. Είναι δηλαδή Κ = Ν/Νο. Διακρίνουμε τρεις περιπτώσεις: 1. Κ<1, οπότε η αλυσιδωτή αντίδραση σταματά. 2. Κ = 1, οπότε το πλήθος των διασπάσεων παραμένει σταθερό και η αλυσιδωτή αντίδραση διατηρεί σταθερό ρυθμό. 3) Κ>1, οπότε το πλήθος των διασπάσεων αυξάνεται με μεγάλη ταχύτητα, καθώς και η ενέργεια που εκλύεται, οπότε η αντίδραση παίρνει τη μορφή ακαριαίας έκρηξης.
γ) Ο επιβραδυντής νετρονίων. Χρησιμοποιείται για την ελάττωση της ταχύτητας των δευτερογενών νετρονίων ανάλογα με τον επιθυμητό χρόνο διατήρησης της αντίδρασης. Ως υλικό επιβραδυντή χρησιμοποιείται το βηρύλλιο, ο γραφίτης ή το βαρύ ύδωρ. Από τους τρεις παράγοντες διατήρησης και ρύθμισης της ταχύτητας μιας αλυσιδωτής αντίδρασης σχάσης πυρήνων, η κρίσιμη μάζα βρίσκει μεγάλη εφαρμογή στην ατομική βόμβα. Για λόγους ασφαλείας, το υλικό για σχάση χωρίζεται σε δύο μέρη, έτσι ώστε η μάζα του καθενός να είναι μικρότερη της κρίσιμης. Με αυτό τον τρόπο δεν υπάρχει κίνδυνος να λειτουργήσει η ατομική βόμβα κατά τη μετακίνηση ή εναποθήκευσή της. Η συνολική μάζα των δύο μερών είναι μεγαλύτερη της κρίσιμης. Ο παράγοντας πολλαπλασιασμού Κ επίσης ρυθμίζεται έτσι ώστε να είναι Κ>1, γιατί επιδίωξη είναι τα νετρόνια να πολλαπλασιάζονται όσο το δυνατόν περισσότερο για να επιτευχθεί μεγάλος αριθμός διασπάσεων πυρήνων και ακαριαία έκρηξη.
Αντίθετα, είναι φανερό ότι επιβραδυντές νετρονίων δε χρειάζονται στην ατομική βόμβα, γιατί επιδιώκεται να τελειώσει σε πολύ μικρό χρονικό διάστημα η αλυσιδωτή αντίδραση.
Περίβλημα. Εκτός από την εφαρμογή των παραπάνω παραγόντων παίρνονται προστατευτικά μέτρα, έτσι ώστε το σχάσιμο υλικό να είναι απαλλαγμένο από προσμείξεις ξένων ουσιών. Επίσης, το σχήμα της ατομικής βόμβας πρέπει να είναι ατρακτοειδές, γιατί αυτό προσφέρεται για την καλύτερη εκμετάλλευση του δυναμικού της. Στο σχηματικό διάγραμμα φαίνεται ότι κοντά στα πτερύγια υπάρχει μια ορισμένη ποσότητα εκρηκτικής ύλης, η οποία αναφλέγεται με κατάλληλο μηχανισμό (έναυσμα). Προς την περιοχή του κώνου τοποθετείται το σχάσιμο υλικό, χωρισμένο σε δύο μέρη. Το κάθε μέρος έχει μάζα μικρότερη της κρίσιμης. Μεταξύ των δύο τεμαχίων και κοντά στο περίβλημα της βόμβας υπάρχει μια πηγή εξωτερικών νετρονίων για την αρχή της αλυσιδωτής αντίδρασης. Το σύνολο αυτών περιβάλλεται από παχύ και ισχυρό τοίχωμα, έτσι ώστε να αντέχει η βόμβα σε μεγάλες εξωτερικές πιέσεις και να μη σκάζει πριν από την καθορισμένη στιγμή. Για να αρχίσει η λειτουργία της ατομικής βόμβας, πρέπει να δοθεί έναυσμα στην εκρηκτική ύλη. Με την έκρηξή της, τα δύο μέρη του σχάσιμου υλικού ενώνονται, η ολική μάζα γίνεται μεγαλύτερη από την κρίσιμη και με τη βοήθεια της πηγής των νετρονίων αρχίζει η αλυσιδωτή αντίδραση των πυρήνων ουρανίου -235, όπως περιγράφτηκε πιο πάνω, η οποία καταλήγει σε ακαριαία έκρηξη.
Αποτελέσματα. Η ατομική βόμβα έχει μεγαλύτερη αποτελεσματικότητα, όταν εκραγεί πάνω από το έδαφος και σε ύψος περίπου 300 μ. Αμέσως μετά την έκρηξή της υψώνεται στην ατμόσφαιρα αέρια μάζα σε σχήμα μανιταριού. Αυτό προέρχεται από τη στερεοποίηση σε κρυστάλλους πάγου της τεράστιας μάζας αερίων που πυρακτώθηκαν από την έκρηξη και μετά ψύχτηκαν διαδοχικά, καθώς ανέβαιναν προς τα ανώτερα στρώματα της ατμόσφαιρας. Τα καταστρεπτικά αποτελέσματα της ατομικής βόμβας οφείλονται στο τεράστιο ποσό ενέργειας που ελευθερώνεται κατά την έκρηξη. Αυτά χωρίζονται σε δύο κατηγορίες, τα άμεσα και τα έμμεσα. Τα άμεσα αποτελέσματα οφείλονται: α) Στη μηχανική δράση του αέρα. Αυτή εμφανίζεται με τη μορφή τεράστιας υπερπίεσης πολλών εκατομμυρίων ατμοσφαιρών και οφείλεται στην απότομη διαστολή του αέρα (ωστικό κύμα ή κύμα κρούσης). Η ακτίνα καταστροφής λόγω της μηχανικής δράσης αυξάνεται κατά την κυβική ρίζα της ισχύος της βόμβας. β) Στην τεράστια έκλυση θερμότητας. Η θερμότητα περιλαμβάνει το 85% περίπου της ενέργειας της βόμβας και αποτέλεσμά της είναι η αύξηση της θερμοκρασίας σε πολλά εκατομμύρια βαθμών, στο κέντρο της έκρηξης. γ) Στην πολύ ισχυρή ακτινοβολία των ακτίνων γ και των νετρονίων. Τα έμμεσα αποτελέσματα οφείλονται στο ότι τα προϊόντα της σχάσης είναι ραδιενεργά και καθιστούν τον τόπο της έκρηξης ακατοίκητο για πολύ μεγάλο χρονικό διάστημα.
Μηχανισμός σύντηξης. Τα όπλα πυρηνικής σύντηξης (βόμβες υδρογόνου ή θερμοπυρηνικές βόμβες) βασίζονται στην αρχή της δημιουργίας συνθηκών κατάλληλων για την πραγματοποίηση θερμοπυρηνικής αντίδρασης μεταξύ πυρήνων δευτερίου (ενός ισοτόπου του υδρογόνου). Η ενέργεια που εκπέμπει ο ήλιος οφείλεται σε αντιδράσεις θερμοπυρηνικές σύντηξης που συμβαίνουν στο εσωτερικό του, οι οποίες για να πραγματοποιηθούν απαιτούν θερμοκρασίες της τάξης των 107°C. Το κύριο καύσιμο είναι το δευτέριο που μετατρέπεται σε ήλιο. Για να υπάρξουν παρόμοιες συνθήκες σε μια βόμβα πυρηνικής σύντηξης (υδρογονοβόμβα) χρησιμοποιείται ως πυροδοτικός μηχανισμός (καψούλι) μια ατομική βόμβα.
Ιστορία. Τα ολέθρια αποτελέσματα των ατομικών βομβών μπορούμε να διαπιστώσουμε απ’ αυτές που έπεσαν στην Ιαπωνία προς το τέλος του β’ παγκόσμιου πολέμου. Αφού η πρώτη ατομική βόμβα δοκιμάστηκε με επιτυχία στην έρημο του Νέου Μεξικού (ΗΠΑ, 16 Ιουλίου 1945), με την καθοδήγηση του μεγάλου ατομικού επιστήμονα Οπενχάιμερ, στις 6 Αυγούστου 1945 έπεσε η δεύτερη βόμβα στην ιαπωνική πόλη Χιροσίμα σκοτώνοντας 92.100 άτομα και τραυματίζοντας άλλα 100.000, περίπου. Η ισχύς αυτής της βόμβας ήταν 20 κιλοτόνων (ισοδύναμη με την ισχύ 20.000 τόνων τρινιτροτολουόλης) και έσκασε 300 μέτρα πάνω από το έδαφος για πλήρη εκμετάλλευση του δυναμικού της. Μερικά από τα καταστροφικά αποτελέσματα ήταν τα εξής: Σε ακτίνα 750 μ. από το κέντρο της έκρηξης (σημείο μηδέν) τα κτίρια καταστράφηκαν εντελώς και ο δείκτης θνησιμότητας έφτασε στο 100%. Μεταξύ 750 και 1.250 μ. τα κτίρια επίσης καταστράφηκαν εντελώς και ο δείκτης θνησιμότητας έφτασε στο 50%. Μεταξύ 1.250 και 1.600 μ. τα άτομα έπαθαν εγκαύματα τρίτου βαθμού και μεταξύ 1.600 μ. και 3.900 μ. έπαθαν εγκαύματα δεύτερου βαθμού και πρώτου βαθμού. Πολλοί απ’ αυτούς που κατόρθωσαν να επιζήσουν, προσβλήθηκαν από ραδιενεργές παθήσεις, έχασαν τα λευκά αιμοσφαίριά τους, έπαθαν στείρωση και από την επίδραση των ακτινοβολιών προσβλήθηκαν από καρκίνο και πέθαναν, άλλοι γρήγορα και άλλοι ύστερα από μερικά χρόνια. Τα ίδια αποτελέσματα, αλλά σε μικρότερο βαθμό δράσης, παρουσιάστηκαν στην τρίτη έκρηξη στο Ναγκασάκι της Ιαπωνίας, στις 9 Αυγούστου 1945, με 39.000 νεκρούς και 25.000 τραυματίες. Οι μικρότεροι αυτοί αριθμοί οφείλονται στο ότι η βόμβα έσκασε από λάθος στο έδαφος και όχι σε ύψος 300 μ. απ’ αυτό.
Η καταστροφή της Χιροσίμα και του Ναγκασάκι προκάλεσε πολλές αντιδράσεις στον κόσμο, από πολιτικούς άντρες, στρατιωτικούς και επιστήμονες. Πολλοί από τους τελευταίους εξέφρασαν τις αντιρρήσεις τους πριν να χρησιμοποιηθεί η ατομική βόμβα, όπως ο Αϊνστάιν, αλλά τελικά συνεργάστηκαν για την παραγωγή της από το φόβο μήπως οι Γερμανοί προλάβουν να κατασκευάσουν τη δική τους ατομική βόμβα, οπότε το τέλος του πολέμου θα έπαιρνε διαφορετική μορφή.
Στη μεταπολεμική εποχή συνέχισαν να κατασκευάζονται πολλά ατομικά όπλα μεγάλης ισχύος, όπως η βόμβα υδρογόνου, νετρονίων, πλουτωνίου, κοβαλτίου, πύραυλοι με πυρηνικές κεφαλές κτλ. Μετά τη γενίκευση των πυρηνικών δοκιμών, μπροστά στον κίνδυνο της ραδιενεργού μόλυνσης της ατμόσφαιρας, οι μεγάλες ατομικές δυνάμεις το 1963 αποφάσισαν την απαγόρευση των μη υπόγειων πυρηνικών δοκιμών. Έγιναν επανειλημμένες διασκέψεις μεταξύ των πυρηνικών δυνάμεων του πλανήτη για τον περιορισμό των πυρηνικών οπλοστασίων (Γενεύη, Ελσίνκι κτλ.), χωρίς όμως ουσιαστικά αποτελέσματα. Σύμφωνα με Συνθήκη που υπογράφτηκε στις 24 Μαΐου 2002, η Ρωσία και οι ΗΠΑ δεσμεύτηκαν να μειώσουν μέχρι το 2012 το πυρηνικό οπλοστάσιό τους από 6.000-7.000 πυρηνικές κεφαλές (που ήταν την ημέρα της συμφωνίας) σε 1.700-2.200.
Ατομική στήλη. Συσκευή με τη βοήθεια της οποίας παράγεται ατομική ενέργεια με ελεγχόμενη πυρηνική αντίδραση σχάσης.
Για βασικό σχάσιμο υλικό χρησιμοποιείται το φυσικό ουράνιο -235 (ισότοπο U-235), το οποίο βομβαρδίζεται αρχικά από εξωτερικά νετρόνια. Κατά τη σχάση των πυρήνων U-235 παράγονται τα δευτερογενή νετρόνια, τα οποία προσπίπτουν πάνω σε άλλους πυρήνες U-235 και προκαλείται έτσι μια αλυσιδωτή αντίδραση, κατά την οποία εκλύεται ενέργεια πολλών εκατομμυρίων ηλεκτρονιοβόλτς.
Η ατομική στήλη αποτελείται από ράβδους φυσικού ουρανίου, μεταξύ των οποίων υπάρχει υλικό που δρα ως επιβραδυντής της ταχύτητας των νετρονίων (βαρύ ύδωρ, γραφίτης, βηρύλλιο). Η επιβράδυνση αυτή είναι απαραίτητη, γιατί διαφορετικά με τη μεγάλη ταχύτητα που έχουν τα δευτερογενή νετρόνια, μετά τη σχάση των πυρήνων U-235, δεν μπορούν να ενσωματωθούν με άλλους όμοιους πυρήνες και έτσι η αντίδραση δε συντηρείται. Το σύνολο αυτό περιβάλλεται με τοίχωμα από γραφίτη, το οποίο χρησιμοποιείται ως ανακλαστήρας νετρονίων και τα εμποδίζει να βγουν από την ατομική στήλη. Για τον έλεγχο της αλυσιδωτής αντίδρασης χρησιμοποιούνται οι ράβδοι ελέγχου, οι οποίες αποτελούνται από υλικό που μπορεί να δεσμεύει νετρόνια (κάδμιο, βόριο). Επίσης, υπάρχει μια ράβδος ασφαλείας, η οποία μπαίνει μέσα στη στήλη μετά το τέλος της λειτουργίας της. Το όλο σύστημα, για μεγαλύτερη προφύλαξη, καλύπτεται από παχύ τοίχωμα σκυροκονιάματος. Σε δυο μέρη αυτού του τοιχώματος υπάρχουν δυο σωλήνες. Ο ένας από αυτούς είναι η είσοδος αερίου και ο άλλος η έξοδός του. Χρησιμοποιούνται για την κυκλοφορία ενός αερίου μέσα στη συσκευή, έτσι ώστε να αποφευχθεί η υπερθέρμανσή της από την ατομική ενέργεια που εκλύεται. Η ατομική στήλη ονομάζεται και πυρηνικός αντιδραστήρας και χρησιμοποιείται για την παραγωγή ενέργειας που είναι εκμεταλλεύσιμη. Έτσι π.χ. η παραγόμενη ενέργεια με τη βοήθεια ενός ρευστού μεταφέρεται από την ατομική στήλη σε ατμοστρόβιλο, τον περιστρέφει και τελικά μετατρέπεται σε ηλεκτρική ενέργεια. Επίσης, χρησιμοποιείται για την παραγωγή ραδιενεργών ισοτόπων. Αυτά χρησιμοποιούνται στην ιατρική για θεραπευτικούς σκοπούς, όπως π.χ. για την καταπολέμηση καρκινογόνων όγκων. Έτσι, αν αντί του ουρανίου βομβαρδιστεί κοβάλτιο, παίρνουμε ραδιοκοβάλτιο κατά την πυρηνική αντίδραση:
27Co59 + 0n1 → 27Co60
Αυτοϊονισμός. Φαινόμενο κατά το οποίο ένα απλά φορτισμένο συστατικό μετατρέπεται σε διπλά φορτισμένο, στην περίπτωση των φωτοηλεκτρικών φασμάτων. Η μετατροπή αυτή στηρίζεται στην ενέργεια που ελευθερώνεται κατά τη μετάπτωση ενός ηλεκτρονίου από υψηλότερη σε χαμηλότερη ατομική στιβάδα, κυρίως στα φάσματα Auger.
Αυτοκρατορικές μονάδες. Μετρικό σύστημα βάρους και μήκους που αναπτύχθηκε στο Ηνωμένο Βασίλειο. Μονάδες του συστήματος είναι η λίμπρα (pound) και η γιάρδα (yard). Μετά το β΄ παγκόσμιο πόλεμο το σύστημα αντικαταστάθηκε από τις μονάδες του μετρικού συστήματος, ενώ για κάθε επιστημονικό σκοπό χρησιμοποιούνται οι μονάδες του Διεθνούς Συστήματος (SI).
Αυτοραδιογραφία. Πειραματική τεχνική κατά την οποία ένα ραδιενεργό δείγμα τοποθετείται εφαπτόμενο (ή πολύ κοντά) σε μια φωτογραφική πλάκα, έτσι ώστε να αποδοθεί ένα αποτύπωμα της κατανομής της ραδιενέργειας στο σώμα. Το φιλμ μαυρίζει από την ιονίζουσα ραδιενέργεια των ραδιενεργών τμημάτων του δείγματος. Η αυτοραδιογραφία έχει έναν αριθμό εφαρμογών, ιδίως κατά τη μελέτη των ζωντανών ιστών και κυττάρων.
Αφθαρσία της ύλης. Θεμελιώδης νόμος της κλασικής φυσικής, σύμφωνα με τον οποίο η ύλη μπορεί να αλλάξει μορφή, η συνολική ποσότητά της όμως παραμένει σταθερή. Στις αρχές του 20ού αι. ο Αϊνστάιν υποστήριξε με τη θεωρία της σχετικότητας την «αρχή ισοδυναμίας μάζας και ενέργειας». Έτσι, μια ποσότητα ενέργειας μπορεί να μετατραπεί σε μάζα και, αντίστροφα, μια ποσότητα ύλης μπορεί, κάτω από ορισμένες συνθήκες, να εξαφανιστεί και να μετατραπεί σε ενέργεια.
Βαλλιστική. Η μελέτη της πτήσης των βλημάτων, ιδίως εκείνων που έχουν παραβολική τροχιά κίνησης από κάποιο σημείο της γήινης επιφάνειας σε κάποιο άλλο.
Βαν Άλεν, Ζώνες. Δύο ισχυρά ιονισμένες περιοχές της γήινης εξώσφαιρας, που παρουσιάζουν έντονη σωματιδιακή ακτινοβολία. Ανακαλύφθηκαν το 1958 από τον Αμερικανό φυσικό Τζ. Βαν Άλεν, διευθυντή του Ινστιτούτου Φυσικής του πανεπιστημίου της Αϊόβα. Οι περιοχές αυτές ονομάστηκαν προς τιμή του Ζώνες Van Allen. Προτού ανακαλυφτούν οι ζώνες, οι επιστήμονες πίστευαν με βεβαιότητα ότι μόνο η κοσμική ακτινοβολία μπορεί να παρατηρηθεί από μετρητές γκάιγκερ που μεταφέρουν οι δορυφόροι στο διάστημα.
Η πρώτη (εσωτερική) ζώνη καταλαμβάνει την περιοχή από 1.000 μέχρι 8.000 χλμ. ύψ. από τη γήινη επιφάνεια και παρουσιάζει τη μεγαλύτερη πυκνότητά της σε ύψος 3.600 χλμ. Βασικά συστατικά της ζώνης είναι πρωτόνια με ενέργεια 106eV. Τα σωματίδια αυτά έχουν την προέλευσή τους στη γήινη ατμόσφαιρα, γιατί δημιουργούνται από τα νετρόνια που ελευθερώνονται από την κοσμική ακτινοβολία. Τα νετρόνια αυτά μέσα σε περίπου 12 λεπτά διασπώνται και δίνουν ένα ηλεκτρόνιο και ένα πρωτόνιο, τα οποία δεσμεύονται από το γεωμαγνητικό πεδίο της Γης. Η κανονικότητα στην παραγωγή των σωματιδίων δίνει και σταθερότητα στην εσωτερική ζώνη.
Η δεύτερη (εξωτερική) ζώνη καταλαμβάνει το χώρο από 10.000 μέχρι 65.000 χλμ. ύψ. και περιέχει κυρίως ηλεκτρόνια με μικρότερες τιμές ενέργειας. Πηγή αυτών των ηλεκτρονίων είναι ο ήλιος και γι’ αυτό έχουμε διακυμάνσεις στην πυκνότητα της ζώνης, όταν υπάρχει έξαρση στην ηλιακή δραστηριότητα (κηλίδες κτλ.). Η ροή ηλεκτρονίων της εξωτερικής ζώνης είναι αρκετά μεταβλητή και συνδέεται με πολύπλοκο τρόπο με τα φαινόμενα των μαγνητικών καταιγίδων. Ηλεκτρόνια που διαφεύγουν από αυτή τη ζώνη κατά τη διάρκεια των μαγνητικών καταιγίδων συντελούν στην εμφάνιση του πολικού σέλαος.
Η έντονη σωματιδιακή ακτινοβολία των ζωνών οφείλεται στην ταχύτατη κίνηση των φορτισμένων σωματιδίων πάνω στις δυναμικές γραμμές του γήινου μαγνητικού πεδίου. Εξαιρετική βοήθεια πρόσφερε στο Βαν Άλεν ο πρώτος επιστημονικός δορυφόρος των ΗΠΑ, ο «Εξπλόρερ 1», χάρη στον οποίο έγινε δυνατή η ανακάλυψη των ζωνών. Πειραματική επαλήθευση της θεωρίας των ζωνών έγινε με ασθενή ατομική έκρηξη σε ύψος 500 χλμ., όπου με την απελευθέρωση των ηλεκτρονίων σχηματίστηκε μια μικρή τεχνητή ζώνη Βαν Άλεν. Τα ηλεκτρόνια διατηρήθηκαν στη ζώνη για χρονικό διάστημα μερικών ημερών και έπειτα παρουσίασαν φαινόμενα πολικού σέλαος.
Το 1959, με το δορυφόρο «Λούνικ 2», ο K. Gringauz ανακάλυψε μια τρίτη ζώνη ακτινοβολίας παρόμοια με τις ζώνες Βαν Άλεν. Οι ζώνες ακτινοβολίας, οι αιτίες που τις συντηρούν και τα φαινόμενα που δημιουργούνται απ’ αυτές είναι αντικείμενα της αστροφυσικής έρευνας. Η πτήση του «Μάρινερ ΙΙ» προς την Αφροδίτη επιβεβαίωσε την ύπαρξη αδιάκοπης ροής σωματιδίων, που οφείλονται στον «ηλιακό άνεμο» και τα οποία, καθώς παγιδεύονται στο γήινο μαγνητικό πεδίο, δημιουργούν τις ζώνες Βαν Άλεν. Εκτός από την επιστημονική τους σημασία, οι ζώνες αυτές έχουν και πρακτικό ενδιαφέρον, γιατί απειλούν τους αστροναύτες με τους κινδύνους της ακτινοβολίας στο πρώτο σκαλοπάτι του διαστήματος, όπως αποδεικνύουν οι μετρήσεις που έγιναν από τις πρώτες κιόλας επανδρωμένες πτήσεις.
Βαριόμετρο. 1) Μεταβλητό, επαγωγικό πηνίο, που αποτελείται από δύο πηνία συνδεδεμένα σε σειρά και με δυνατότητα να κινούνται το ένα προς το άλλο. Χρησιμοποιείται στη μέτρηση αυτεπαγωγής.
2) Κάθε συσκευή για την ανίχνευση και μέτρηση των μεταβολών στα γεωμαγνητικά στοιχεία.
Βαρόμετρο. Όργανο με το οποίο γίνεται δυνατός ο προσδιορισμός της τιμής της ατμοσφαιρικής πίεσης. Το πρώτο βαρόμετρο, το οποίο χρησιμοποιήθηκε για την παρατήρηση των μεταβολών της ατμοσφαιρικής πίεσης, κατασκευάστηκε από τον Ιταλό Ε. Τοριτσέλι ως εφαρμογή του κλασικού πειράματός του για τη μέτρηση της ατμοσφαιρικής πίεσης. Ένας λεπτός γυάλινος σωλήνας, κλειστός στη μια άκρη, και μια μικρή λεκάνη ήταν τα βασικά μέρη του πρώτου βαρόμετρου. Η μεταβολή του ύψους της στήλης του υδραργύρου που υπήρχε μέσα στο σωλήνα και στη λεκάνη ήταν συνέπεια της μεταβολής της εξωτερικής πίεσης. Για κανονικές ατμοσφαιρικές συνθήκες στο επίπεδο της επιφάνειας της θάλασσας η στήλη του υδραργύρου ισορροπεί σε ύψος 76 εκ. μέσα στον κατακόρυφο σωλήνα.
Ένας από τους πιο παράξενους τύπους βαρόμετρου ήταν το βαρόμετρο που εγκατέστησε το 1650 στο σπίτι του ο Von Guerike, δήμαρχος του Μαγδεμβούργου. Αυτό το βαρόμετρο είχε ως βασικό εξάρτημα έναν υψηλό σωλήνα γεμάτο με νερό, του οποίου το κατώτερο ανοιχτό άκρο ήταν βυθισμένο σ’ έναν κάδο με νερό. Το ανώτερο κλειστό άκρο περνούσε μέσα από τη στέγη του σπιτιού και έφτανε πάνω απ’ αυτή. Στην ελεύθερη επιφάνεια του νερού τοποθέτησε ένα χρωματιστό ξύλινο είδωλο. Όταν ο καιρός ήταν καλός, η στήλη του νερού περνούσε το ύψος της στέγης και το είδωλο ξεχώριζε από μακριά. Με τα πρώτα συμπτώματα της κακοκαιρίας η στήλη του νερού κατέβαινε και το είδωλο εξαφανιζόταν από τα μάτια των γειτόνων. Το παράξενο αυτό για την εποχή του γεγονός έκανε τους κατοίκους της πόλης να κατηγορήσουν το δήμαρχό τους για συνεργασία με το σατανά.
Ο άλλος τύπος του υδραυλικού βαρόμετρου, το βαρόμετρο του Φορτέν, αποτελείται ουσιαστικά από το σωλήνα και τη λεκάνη του Τοριτσέλι με την ανάλογη ποσότητα υδραργύρου. Για τη μεταφορά του με μεγαλύτερη ασφάλεια ο σωλήνας και η λεκάνη του ήταν τοποθετημένα μέσα σε μια ορειχάλκινη θήκη, η οποία είχε κλίμακα σε εκατοστά και χιλιοστά. Για να πάρουμε την ένδειξη του βαρόμετρου, αρκεί να μετρήσουμε ακριβώς το ύψος της υδραργυρικής στήλης από τη στάθμη του υδραργύρου της λεκάνης μέχρι την ελεύθερη επιφάνεια του υδραργύρου μέσα στο σωλήνα. Στον ίδιο τόπο όμως η ατμοσφαιρική πίεση αλλάζει, οπότε παρουσιάζεται και αντίστοιχη μεταβολή στο ύψος της υδραργυρικής στήλης. Για το λόγο αυτό, πρέπει πριν από κάθε μέτρηση να επαναφέρεται η στάθμη της στήλης στο μηδέν της κλίμακας, το οποίο δείχνει μια μύτη από ελεφαντόδοντο στερεωμένη στην κορυφή της λεκάνης. Αυτή η επαναφορά μπορεί να γίνει με μια βίδα, με την οποία μετακινείται ο μαλακός δερμάτινος πυθμένας της λεκάνης, ώσπου να ακουμπήσει η στάθμη του υδραργύρου την άκρη της μύτης. Ένας κινητός βερνιέρος, που βρίσκεται στο ακάλυπτο μέρος του σωλήνα, βοηθάει στην ανάγνωση με μεγαλύτερη ακρίβεια. Το βαρόμετρο Φορτέν συνοδεύεται συνήθως από ένα θερμόμετρο και χρησιμοποιείται κυρίως σε επιστημονικά εργαστήρια για μετρήσεις μεγάλης ακρίβειας.
Τα υδραργυρικά βαρόμετρα έχουν οπωσδήποτε μεγάλο μήκος και μεταφέρονται δύσκολα. Για μετρήσεις χωρίς απαιτήσεις μεγάλης ακρίβειας χρησιμοποιούνται τα μεταλλικά βαρόμετρα, τα οποία είναι πολύ πιο εύχρηστα, γιατί δεν περιέχουν υδράργυρο και έχουν μικρές διαστάσεις. Το όργανο αυτό αποτελείται από ένα αεροστεγές και αερόκενο μεταλλικό κουτί, που έχει ως κάλυμμα ένα ελαστικό μεταλλικό διάφραγμα, το οποίο λυγίζει με την επίδραση των μεταβολών της ατμοσφαιρικής πίεσης. Η ατμοσφαιρική πίεση μετριέται από το μέγεθος της παραμόρφωσης που προκαλείται στο μεταλλικό διάφραγμα. Η κίνηση του διαφράγματος πολλαπλασιάζεται με ένα σύστημα μοχλών και μεταδίδεται σε ένα δείκτη, ο οποίος στρέφεται πάνω από μια κυκλική βαθμολογημένη κλίμακα. Τα μεταλλικά βαρόμετρα βαθμολογούνται σε σύγκριση με υδραργυρικά βαρόμετρα ή με άλλες διατάξεις που επιτρέπουν τη δημιουργία γνωστών πιέσεων. Ένας ειδικός τύπος βαρόμετρου είναι και ο βαρογράφος.
Τα μεταλλικά βαρόμετρα χρησιμοποιούνται από την αεροπορία για τη μέτρηση του ύψους. Αφού η ατμοσφαιρική πίεση είναι συνάρτηση του ύψους, και μάλιστα, όσο αυξάνεται το ύψος, τόσο ελαττώνεται η ατμοσφαιρική πίεση, τα μεταλλικά βαρόμετρα-υψοδείχτες έχουν διπλή βαθμολογία, μία σε χιλιοστά στήλης υδραργύρου και μία σε μέτρα για το ύψος.
Πρέπει να σημειωθεί ότι το βαρόμετρο δεν κάνει απευθείας πρόγνωση του καιρού. Παρατηρήθηκε, ωστόσο, ότι μια απότομη πτώση της ατμοσφαιρικής πίεσης συνοδεύεται ή ακολουθείται από καιρικές συνθήκες που προμηνύουν θύελλα. Επομένως το βαρόμετρο, χωρίς να είναι αλάνθαστος «προφήτης» του καιρού, είναι αξιόλογο βοηθητικό μέσο για την πρόβλεψη των αμέσως επόμενων μελλοντικών καιρικών συνθηκών. Οι ραδιοβολίδες, τα όργανα με τα οποία γίνεται η έρευνα των ανώτερων ατμοσφαιρικών στρωμάτων, έχουν πάντοτε ως κύριο όργανό τους το απλό μεταλλικό βαρόμετρο, οι ενδείξεις του οποίου στέλνονται με πομπό στους αντίστοιχους γήινους δέκτες.
Βάρος. Η δύναμη με την οποία η Γη έλκει ένα σώμα, όταν αυτό βρίσκεται μέσα στο γήινο πεδίο βαρύτητας.
Το βάρος Β ενός σώματος αποτελεί μερική περίπτωση του νόμου της παγκόσμιας έλξης (νευτώνεια έλξη) και είναι η ελκτική δύναμη F, η οποία ασκείται αμοιβαία ανάμεσα στο σώμα και στη Γη. Αν ονομάσουμε m τη μάζα του σώματος, MΓ τη μάζα της Γης συγκεντρωμένη στο κέντρο της, RΓ την ακτίνα της Γης και h την απόσταση του σώματος από την επιφάνεια της Γης, τότε με βάση τον τύπο της νευτώνειας δύναμης (όπου G = παγκόσμια σταθερά της βαρύτητας) θα έχουμε . Αυτός ο τύπος δείχνει ότι: α) Το βάρος του σώματος ελαττώνεται με το ύψος h και είναι αντιστρόφως ανάλογο με το τετράγωνο της απόστασής του από το κέντρο της Γης. β) Το βάρος ενός σώματος αυξάνεται σε μικρή ποσότητα, όταν μεταφέρεται σ’ έναν από τους πόλους της Γης, γιατί πλησιάζει λόγω του σχήματος της Γης στο κέντρο της. Αντίθετα, ελαττώνεται όταν μεταφέρεται προς τον Ισημερινό, γιατί απομακρύνεται από το κέντρο της Γης. Είναι φανερό ότι το βάρος και η μάζα είναι δύο τελείως διαφορετικά μεγέθη. Το βάρος είναι μέγεθος μεταβλητό, π.χ. μηδενίζεται όταν το σώμα βρεθεί έξω από το πεδίο βαρύτητας, ενώ η μάζα του παραμένει σταθερή, γιατί δεν εξαρτάται από τη θέση του σώματος μέσα ή έξω από το πεδίο βαρύτητας.
Το βάρος των σωμάτων μετριέται χωρίς λάθος με το δυναμόμετρο. Για να μετρηθεί με τον ζυγό, πρέπει να ξέρουμε το ακριβές βάρος των σταθμών που χρησιμοποιούνται στον τόπο της ζύγισης.
Όταν ένα σώμα πέφτει ελεύθερα προς τη Γη με την επίδραση μόνο του βάρους του, τότε κινείται με ομαλή επιταχυνόμενη κίνηση (ελεύθερη πτώση) που μεγαλώνει καθώς αυτό περνά την απόσταση h, με σταθερή την επιτάχυνση της βαρύτητας g = 9,81 m/sec2. Οι νόμοι που ρυθμίζουν την πτώση του σώματος δίνονται από τους τύπους h = 1/2 • gt2 και υ = g • t, αν η αρχή της κίνησης γίνεται σε χρόνο t = 0.
Κέντρο βάρους ενός σώματος είναι το σημείο στο οποίο εφαρμόζεται η συνισταμένη των βαρών από όλες τις στοιχειώδεις μάζες του σώματος. Αν ένα ομογενές σώμα έχει κέντρο συμμετρίας (σφαίρα, κύκλος) ή άξονα συμμετρίας (κυκλικός τομέας) ή επίπεδο συμμετρίας (κώνος, κύλινδρος κτλ.), τότε το κέντρο βάρους βρίσκεται αντίστοιχα στο παραπάνω κέντρο ή άξονα ή επίπεδο συμμετρίας. Είναι φανερό ότι, όταν υπάρχουν στο ίδιο σώμα δύο άξονες ή δύο επίπεδα συμμετρίας, τότε το κέντρο βάρους βρίσκεται στην τομή τους.
Όταν η μάζα ενός σώματος είναι ομοιόμορφα μοιρασμένη στο χώρο (ομογενές σώμα), τότε το βάρος του που αντιστοιχεί στη μονάδα του όγκου του έχει σταθερή τιμή και βρίσκεται, αν διαιρέσουμε το βάρος του σώματος Β με τον όγκο V. Το σταθερό αυτό πηλίκο για κάθε σώμα είναι χαρακτηριστικό του σώματος και ονομάζεται «ειδικό βάρος». Η σχέση που συνδέει τα παραπάνω μεγέθη δίνεται από τον τύπο. Σήμερα χρησιμοποιούμε την έννοια της «πυκνότητας» ρ, η οποία δίνεται από τη σχέση, όπου m η μάζα του σώματος και V ο όγκος του. Το ειδικό βάρος βρίσκεται με τα πυκνόμετρα ή αραιόμετρα, με τη μέθοδο της ληκύθου, με τη μέθοδο της άνωσης κτλ.
Οι μονάδες του βάρους που χρησιμοποιούνται συνήθως είναι το Νιούτον (Nt) στο Διεθνές Σύστημα (SI) και η δύνη (dyne) στο σύστημα C.G.S.

Βαροσκόπιο. Όργανο με το οποίο αποδεικνύεται πως η άνωση που δέχονται τα σώματα μέσα στα αέρια είναι ίση με το βάρος του όγκου που εκτοπίζουν. Αυτό πειραματικά φαίνεται, όταν εξαρτήσουμε από τα άκρα της φάλαγγας μιας ζυγαριάς δύο σώματα ίδιου βάρους, αλλά ανόμοιου όγκου και τοποθετήσουμε όλο το σύστημα κάτω από το κουδούνι αεραντλίας χωρίς αέρα. Τότε η φάλαγγα κλίνει προς το μέρος του σώματος που έχει το μεγαλύτερο όγκο.
Βαρούλκο. Το βαρούλκο είναι μηχανική κατασκευή, με την οποία γίνεται δυνατό να ανασηκωθούν διάφορα μεγάλα βάρη, τα οποία θα ήταν δύσκολο να ανασηκωθούν μόνο με την ανθρώπινη δύναμη. Υπάρχουν πολλά είδη βαρούλκου και παραλλαγές του. Τα σπουδαιότερα είναι τα εξής:
α) Κοινό βαρούλκο (μαγκάνι). Είναι το πιο διαδομένο από όλα τα είδη. Αποτελείται από ένα τύμπανο γύρω από το οποίο τυλίγεται σχοινί ή καλώδιο ή αλυσίδα και στο άκρο τους υπάρχει ένας γάντζος όπου κρέμονται τα διάφορα βάρη. Στο κέντρο του τύμπανου και κάθετα σ’ αυτό υπάρχει ένας άξονας οριζόντιος για να περιστρέφεται εύκολα το τύμπανο και στην άκρη του άξονα υπάρχει ένας μοχλός (μανιβέλα), ο οποίος περιστρέφεται με το χέρι.
β) Διαφορικό βαρούλκο. Έχει στον οριζόντιο άξονα δύο κυλίνδρους διαφορετικής ακτίνας, στους οποίους το σχοινί τυλίγεται αντίστροφα, αφού περάσει μέσα από τροχαλία, η οποία φέρει το βάρος που θα υψωθεί. Μ’ αυτό το σύστημα χάνεται ο κίνδυνος να περιστραφεί αντίθετα προς το τύμπανο και να ξετυλιχτεί το σχοινί, όπως συμβαίνει στα κοινά βαρούλκα. Εξάλλου στα τελευταία, για να αποτραπεί ο κίνδυνος της αντιστρεπτότητάς τους, παρεμβάλλονται συστήματα οδοντωτών τροχών για να παρεμποδιστεί η κίνηση του φορτίου προς τα κάτω.
Γενικά, για όλα τα είδη των βαρούλκων ισχύει το θεώρημα των ροπών. Όπως παρατηρούμε στο σχήμα, αν R η ακτίνα περιστροφής της χειρολαβής, r η ακτίνα του τύμπανου, F η κινητήρια δύναμη που καταβάλλει ο χειριστής και Β το βάρος που κρέμεται από το σχοινί και πρόκειται να ανασηκωθεί, τότε με την εφαρμογή του θεωρήματος των ροπών έχουμε: F • R – B • r = 0 ή F • B. Από αυτόν τον τύπο παρατηρούμε ότι η κινητήρια δύναμη F είναι τόσο μικρότερη από το βάρος Β που υψώνεται, όσο μεγαλύτερος είναι ο βραχίονας R της δύναμης από την ακτίνα r του κυλίνδρου. Ό,τι όμως κερδίζουμε σε δύναμη, το χάνουμε βέβαια σε δρόμο.
Τα βαρούλκα χρησιμοποιούνται ευρέως για την άντληση νερού από πηγάδια, για την ύψωση μεγάλων βαρών σε βιομηχανίες, σε συνδυασμό με γερανογέφυρες, γερανούς κτλ., καθώς και στα λατομεία για την ανέλιξη και μεταφορά μεταλλευμάτων, ασβέστη κ.ά. Στα λατομεία χρησιμοποιείται ένα ειδικό βαρούλκο, το οποίο έχει ένα μεγάλο τροχό με διάμετρο 5-6 μ. Σ’ αυτόν υπάρχουν σιδερένια στελέχη σε μορφή κλίμακας, επάνω στα οποία ανεβαίνουν 1 ή 2 άτομα έτσι ώστε λόγω της ροπής που δημιουργείται από το βάρος τους να ανεβαίνει από την άλλη πλευρά το υλικό που βρίσκεται στο βάθος του λατομείου.
Βαρυόνια. Γενική ονομασία στοιχειωδών υποατομικών σωματιδίων, που εμφανίζουν ισχυρές αλληλεπιδράσεις και ανήκουν στη γενική κατηγορία των αδρονίων. Τα βαρυόνια περιλαμβάνουν τα νουκλεόνια και μια σειρά από σωματίδια που λέγονται υπερόνια, όπως είναι το Λ, το Σ, το Ξ και το Ω. Τα τελευταία έχουν ομοιότητες με τα νουκλεόνια αλλά είναι βαρύτερα, ενώ παρουσιάζουν έντονη αστάθεια και διασπώνται με διάφορους τρόπους σε άλλα υπερόνια ή σε νουκλεόνια. Πρέπει να σημειωθεί ότι τα αδρόνια δε θεωρούνται θεμελιώδη σωματίδια, αλλά αποτελούν σύνθετες δομές με βασικά συστατικά τα φερμιόνια (spiu 1/2), που λέγονται κουάρκ (quark). Κάθε βαρυόνιο αποτελείται από τρία κουάρκ (qqq) και θεωρητικά μπορούμε να συναντήσουμε το αντισωματίδιό του στις διάφορες ισχυρές αλληλεπιδράσεις.
Τα βαρυόνια σε κάθε περίπτωση υπακούουν στην αρχή διατήρησης του βαρυονικού αριθμού. Έτσι κάθε βαρυόνιο (Ρ, Η, Λ, Σ, Ξ) έχει βαρυονικό αριθμό Β=+1, σε αντίθεση με τα αντισωματίδιά τους που έχουν βαρυονικό αριθμό Β=-1, ενώ σε όλα τα είδη των αλληλεπιδράσεων ο συνολικός βαρυονικός αριθμός διατηρείται. Με βάση αυτή την αρχή γίνεται φανερό γιατί πρέπει σε κάθε πυρηνική αντίδραση να διατηρείται σταθερός ο μαζικός αριθμός.
Βαρύτητα. Βαρύτητα είναι το αίτιο το οποίο προκαλεί την έλξη των σωμάτων από τη Γη.
Ο παραπάνω ορισμός ισχύει για όλους τους αστέρες του σύμπαντος, γιατί όλοι περιβάλλονται από ένα πεδίο μέσα στο οποίο ασκούνται ελκτικές δυνάμεις και το οποίο ονομάζεται «πεδίο βαρύτητας». Αυτό αποδείχτηκε και με τους δορυφόρους, πύραυλους κτλ., οι οποίοι πρέπει να έχουν ωστική δύναμη πάνω από ένα ορισμένο όριο για να ξεφεύγουν από τα πεδία βαρύτητας των διάφορων πλανητών που εξερευνούν.
Ο ορισμός του γήινου πεδίου βαρύτητας γίνεται ως εξής: «Ονομάζουμε πεδίο βαρύτητας της Γης το χώρο ο οποίος την περιβάλλει· οποιοδήποτε σώμα που βρίσκεται σε κάθε σημείο του χώρου αυτού υφίσταται έλξη από τη Γη».
Ένα πεδίο βαρύτητας διακρίνεται από δύο χαρακτηριστικά: Το δυναμικό και την ένταση.
1. Δυναμικό UΣ πεδίου βαρύτητας σε ένα σημείο Σ είναι το πηλίκο του έργου WΣ, το οποίο χρειάζεται από το πεδίο για να μεταφερθεί ένα σώμα από το σημείο Σ μέχρι το άπειρο, διά τη μάζα m του σώματος. Είναι δηλαδή: UΣ = . Το δυναμικό είναι μονόμετρο μέγεθος.
2. Ένταση βαρύτητας g ονομάζουμε σε ένα σημείο του πεδίου βαρύτητας το πηλίκο του βάρους ΒΣ του σώματος, όταν αυτό βρίσκεται στο σημείο Σ, διά τη μάζα m του σώματος. Είναι δηλαδή: gΣ = . Η ένταση είναι διανυσματικό μέγεθος.
Νόμος του Νεύτωνα. Για να εξηγήσει ο Νεύτωνας τους νόμους κίνησης των πλανητών και τα φαινόμενα βαρύτητας, δέχτηκε ότι ανάμεσα σε δύο υλικά σώματα ασκούνται ελκτικές δυνάμεις. Οι έλξεις αυτές διέπονται από τον ακόλουθο νόμο του Νεύτωνα ή νόμο της παγκόσμιας έλξης: «Δύο υλικά σώματα μάζας m1 και m2 αντίστοιχα έλκονται μεταξύ τους με δύναμη, της οποίας το μέτρο F είναι ανάλογο των μαζών m1 και m2 και αντιστρόφως ανάλογο του τετραγώνου της απόστασής τους R. Είναι δηλαδή: , όπου G συμβολίζει την παγκόσμια σταθερά της βαρύτητας· η τιμή της οπουδήποτε στο σύμπαν είναι G = 6,67 • 10-11 N(m2/Kg2). Προφανώς η έλξη την οποία ασκεί η Γη στα διάφορα σώματα είναι μερική περίπτωση του νόμου της παγκόσμιας νευτώνειας έλξης. Έτσι, αν υποθέσουμε ότι MΓ είναι η μάζα της Γης στο κέντρο της, m η μάζα ενός σώματος που βρίσκεται μέσα στο πεδίο της Γης, RΓ η ακτίνα της Γης και h το ύψος του σώματος από την επιφάνειά της, τότε η νευτώνεια έλξη είναι το βάρος του σώματος.
Από την ένταση βαρύτητας όμως έχουμε ΒΣ = m • gΣ.
Άρα, εξισώνοντας τα δεύτερα μέλη, βρίσκουμε .
Από αυτόν τον τύπο συμπεραίνουμε ότι η ένταση βαρύτητας ή αλλιώς επιτάχυνση βαρύτητας υφίσταται τις εξής μεταβολές:
α) Ελαττώνεται με το ύψος h στον ίδιο τόπο, γιατί είναι αντιστρόφως ανάλογη του τετραγώνου της απόστασης r+h.
β) Είναι μικρότερη στον Ισημερινό και μεγαλύτερη στους πόλους, επειδή η Γη είναι πλατυσμένη στον Ισημερινό και επομένως η ακτίνα της εκεί είναι μεγαλύτερη απ’ ό,τι στους πόλους. Επειδή κάθε τόπος της Γης έχει δική του τιμή επιτάχυνσης βαρύτητας, στους διάφορους υπολογισμούς χρησιμοποιούμε την τιμή 9,81 Nt/Kgr, η οποία αντιστοιχεί σε γεωγραφικό πλάτος 45° και στο ύψος της θάλασσας. Παρακάτω δίνεται πίνακας τιμών της επιτάχυνσης βαρύτητας σε διάφορα μέρη της Γης, ο οποίος αποδείχνει και πρακτικά τη νευτώνεια θεωρία της παγκόσμιας έλξης.

Θέση Γεωγραφικό πλάτος Επιτάχυνση βαρύτητας (Nt/Kg)
Βόρειος Πόλος 90° 9,832
Γροιλανδία 70° 9,825
Βρυξέλλες 51° 9,811
Σικάγο 42° 9,803
Νέα Υόρκη 41° 9,803
Νέα Ζηλανδία 37° νότια 9,800

Συνθήκες έλλειψης βαρύτητας. Στην περίπτωση των διαστημικών οχημάτων ή των διαστημικών σταθμών που βρίσκονται σε τροχιά γύρω από τη Γη, είναι διαδομένη η έκφραση ότι «επικρατούν συνθήκες έλλειψης βαρύτητας». Η έκφραση αυτή μας οδηγεί στην εντύπωση ότι όλα τα σώματα που συμμετέχουν στην κίνηση των διαστημικών οχημάτων δεν έχουν βάρος, δηλαδή δεν έλκονται από τη Γη. Τα σώματα όμως που βρίσκονται σε τροχιά, όπως π.χ. οι αστροναύτες των διαστημικών σταθμών, δε χάνουν το βάρος τους, επειδή η βαρυτική έλξη της Γης εξακολουθεί να δρα επάνω τους ακριβώς όπως θα δρούσε και αν ήταν ακίνητα. Η ερμηνεία της κατάστασης που ορίζεται ως «συνθήκες έλλειψης βαρύτητας» στηρίζεται σε ορισμένους απλούς υπολογισμούς και συλλογισμούς. Το διαστημικό όχημα και όλα τα σώματα που βρίσκονται μέσα σ’ αυτό κινούνται με κεντρομόλο επιτάχυνση γκ = g, όπου g είναι η επιτάχυνση της βαρύτητας στο ύψος της συγκεκριμένης τροχιάς. Ένας αστροναύτης που πατάει στο δάπεδο του διαστημόπλοιου δέχεται δύο δυνάμεις: τη δύναμη (ελκτική) του βάρους Β από τη Γη και την αντίδραση Τ του δαπέδου. Η διαφορά των δύο αυτών δυνάμεων παίζει το ρόλο της κεντρομόλου δύναμης, οπότε: Β – Τ = mγκ ή σύμφωνα με ό,τι δεχτήκαμε παραπάνω για την επιτάχυνση:
mg – T = mg ή mg – mg = T T = 0.
Αυτό σημαίνει ότι το δάπεδο δεν ασκεί δύναμη στο σώμα του αστροναύτη, γεγονός που φαίνεται ως έλλειψη βαρύτητας. Έτσι, κάθε σώμα που αφήνεται ελεύθερο μέσα σε διαστημόπλοιο το οποίο βρίσκεται σε τροχιά γύρω από τη Γη δεν πέφτει σε σχέση με αυτό, αλλά φαίνεται να χάνει το βάρος του και να αιωρείται ελεύθερα.
Κάτι παρόμοιο παρουσιάζεται και σ’ ένα ασανσέρ που κινείται με επιτάχυνση προς τα κάτω. Αν είχε κοπεί το συρματόσχοινο και έπεφτε το ασανσέρ ελεύθερα προς τα κάτω, ο επιβάτης θα φαινόταν να μην έχει βάρος, παρότι θα δεχόταν τη βαρυτική έλξη της Γης.
Βατ (μονάδα μέτρησης). Πρακτική μονάδα μέτρησης της ηλεκτρικής ισχύος. Συμβολίζεται με W και παριστάνει την ισχύ που καταναλώνεται από έναν αγωγό, όταν αυτός διαρρέεται από ρεύμα έντασης ενός αμπέρ (1Α) και η διαφορά δυναμικού που επικρατεί στα άκρα του είναι ίση με ένα βολτ (1V). Ένας άλλος ορισμός προσδιορίζει ως W την ισχύ που καταναλώνεται από έναν αγωγό αντίστασης 1 ομ, ο οποίος διαρρέεται από ρεύμα έντασης 1 αμπέρ. Πολλαπλάσια μονάδα είναι το κιλοβάτ (ΚW), το οποίο ισούται με 1.000 W. Ως παράδειγμα αναφέρουμε ότι η ισχύς ενός ραδιοφώνου είναι περίπου 40 W, μιας συσκευής τηλεόρασης 150 W, μιας ηλεκτρικής κουζίνας 2,5 ΚW κτλ.
Βατόμετρο. Όργανο μέτρησης ισχύος σε βατ, σ’ ένα ηλεκτρικό κύκλωμα εναλλασσόμενου ρεύματος. Σ’ ένα κύκλωμα συνεχούς ρεύματος η ισχύς προσδιορίζεται συνήθως από ξεχωριστές μετρήσεις τάσης και ρεύματος.
Το ηλεκτροδυναμικό βατόμετρο αποτελείται από δύο πηνία, ένα σταθερό πηνίο (ρεύματος) και ένα κινητό (δυναμικό) πηνίο. Το σταθερό πηνίο φέρει το ρεύμα φορτίου, ενώ το κινητό φέρει ρεύμα ανάλογο προς την τάση που ασκείται στο κύκλωμα μέτρησης. Η μετατόπιση της βελόνας, που είναι προσαρμοσμένη στο κινητό πηνίο, μας δείχνει την ισχύ σε μία βαθμονομημένη κλίμακα.
Βεληνεκές. Η οριζόντια απόσταση την οποία διανύει ένα βλήμα από την εκτόξευσή του μέχρι την πτώση του στο έδαφος.
Ιδιαίτερο πρόβλημα της κινητικής αποτελεί ο υπολογισμός του βεληνεκούς ενός βλήματος που εκτοξεύεται με ορισμένη γωνία σε σχέση με το έδαφος, όπως τα βλήματα των πυροβόλων. Αν δεν πάρουμε υπόψη μας την αντίσταση του αέρα, το βεληνεκές αυτό εξαρτάται μόνο από την αρχική ταχύτητα του βλήματος, τη γωνία βολής και την επιτάχυνση της βαρύτητας. Η τροχιά έχει σχήμα παραβολής, με τη διευθετούσα παράλληλη προς το έδαφος και το κυρτό της καμπύλης προς τα επάνω.
Στην πράξη το βεληνεκές είναι μικρότερο από εκείνο που προκύπτει θεωρητικά, γιατί ελαττώνεται σημαντικά από την αντίσταση του αέρα (βλ. και λ. βολή).
Το βεληνεκές όπλων ευθυτενούς τροχιάς (τουφεκιών, πολυβόλων κ.ά.) διακρίνεται σε: α) «μέγιστο» (μέγιστη απόσταση ρίψης του βλήματος), β) «ωφέλιμο» (απόσταση, μέχρι την οποία το βλήμα μπορεί να πλήξει αποτελεσματικά στόχο) και γ) «δραστικό» (απόσταση, στην οποία το βλήμα χωρίς απόκλιση σκόπευσης είναι αποτελεσματικό).
Βέμπερ, νόμος. Ο νόμος της ακουστικής που προσδιορίζει τη σχέση ανάμεσα στην ένταση του ήχου και την ένταση του ακουστικού αισθήματος. Στην πραγματικότητα δεν είναι ένας καθαρά φυσικός νόμος με απόλυτο προσδιορισμό αλλά ένας ψυχοφυσιολογικός νόμος που συνήθως λέγεται «νόμος Weber-Fechner». Η σχέση που καθορίζεται από το νόμο γεφυρώνει το αντικειμενικό γνώρισμα του ήχου με το υποκειμενικό, που εξαρτάται από τη λειτουργία του αισθητηρίου της ακοής. Ο νόμος ορίζει ότι «η ένταση του υποκειμενικού αισθήματος είναι ανάλογη με το λογάριθμο του αντικειμενικού ερεθισμού». Αν δηλαδή ο αντικειμενικός ερεθισμός πολλαπλασιαστεί επί 10, 100, 1.000 κτλ., τότε η ένταση του υποκειμενικού αισθήματος γίνεται 1, 2, 3 κτλ. φορές μεγαλύτερη από την αρχική. Με τη χρησιμοποίηση του νόμου γίνεται δυνατή η μέτρηση της έντασης του ακουστικού αισθήματος (J). Διεθνώς, ως «κατώφλι ακουστότητας», για απλό ήχο συχνότητας 1.000 Ηz, θεωρείται η ένταση Ιο = 10-16 Watt/cm2. Η σχέση εξάρτησης J = k • log I/Io που εκφράζει το νόμο του Βέμπερ με βάση την προηγούμενη συνθήκη, παίρνει τη μορφή J = 10 log I/10-16 από την οποία και καθορίζεται η μονάδα ακουστότητας, που λέγεται Phon (φον). Το Phon είναι μονάδα υποκειμενικής έντασης του ήχου και ορίζεται έτσι: Αν η αντικειμενική ένταση του μόλις ακουστού ήχου είναι (Ιο), τότε υποθέτουμε ότι η ένταση του υποκειμενικού αισθήματος ορίζεται ως 0 Phon. Όταν η αντικειμενική ένταση γίνει 10 Ιο, τότε η υποκειμενική γίνεται 10 Phon, όταν γίνει 100 Ιο, η υποκειμενική ένταση γίνεται 20 Phon κ.ο.κ. Στο όριο του πόνου αντιστοιχεί υποκειμενική ένταση J = 120 Phon. Δηλαδή το πεδίο ακουστότητας εκτείνεται από 0 ως 120 Phon. Μια άλλη υποκειμενική μονάδα έντασης του ήχου που πηγάζει από το νόμο του Βέμπερ είναι το ντεσιμπέλ. Οι υποκειμενικές εντάσεις δύο ήχων διαφέρουν κατά 1 ντεσιμπέλ, όταν το δεκαπλάσιο του λογάριθμου του λόγου των αντικειμενικών εντάσεών τους ισούται με τη μονάδα. Στην περίπτωση απλού ήχου με συχνότητα 1.000 Ηz, η κλίμακα Phon συμπίπτει με την κλίμακα ντεσιμπέλ.
Βεντουρίμετρο. Λέγεται και σωλήνας του Βεντούρι. Είναι όργανο που χρησιμοποιείται για τη μέτρηση της ταχύτητας ροής ενός υγρού μέσα σε σωλήνα. Το όργανο αποτελείται από έναν οριζόντιο σωλήνα, ο οποίος σε ένα τμήμα του παρουσιάζει στένωση (βλ. σχήμα). Με τη χρήση ενός μανόμετρου βρίσκουμε τη διαφορά πίεσης (Ρ΄-Ρ) που υπάρχει ανάμεσα στις δύο τομές Α και Β του σωλήνα. Σύμφωνα με το θεώρημα του Μπερνουγί στα σημεία Α και Β θα έχουμε τη σχέση
Βήτα, διάσπαση. Ραδιενεργός διάσπαση που παρατηρείται σε ασταθείς ατομικούς πυρήνες, μεγάλου συνήθως μεγέθους, οι οποίοι λόγω του υψηλού ενεργειακού τους περιεχομένου αποβάλλουν ενέργεια και, ενώ διατηρούν σταθερό το μαζικό τους αριθμό, διαφοροποιούν κατά μία μονάδα τον ατομικό τους αριθμό. Η διάσπαση βήτα εκδηλώνεται είτε με εκπομπή ηλεκτρονίου (e-) είτε με εκπομπή ποζιτρονίου (e+) ή με ηλεκτρονιακή σύλληψη.
Η εκπομπή ενός σωματιδίου β- (ηλεκτρονίου) οφείλεται στο μετασχηματισμό ενός νετρονίου σε ένα πρωτόνιο, ένα ηλεκτρόνιο και ένα αντινετρίνο του ηλεκτρονίου. Η διάσπαση βήτα παρατηρείται σε πυρήνες στους οποίους ο λόγος του αριθμού νετρονίων προς τον αριθμό των πρωτονίων είναι πολύ μεγάλος, οπότε τα νετρόνια ελαττώνονται κατά ένα και ο ατομικός αριθμός αυξάνεται κατά μία μονάδα. Αυτό σημαίνει ότι έχουμε φαινόμενο «μεταστοιχείωσης», δηλαδή μετατροπή του αρχικού πυρήνα σε πυρήνα ενός άλλου στοιχείου ισοβαρούς αλλά με μεγαλύτερο ατομικό αριθμό.
Βήτατρο. Η δημιουργία ηλεκτρικού πεδίου από μεταβαλλόμενη μαγνητική ροή χρησιμοποιείται για την επιτάχυνση ηλεκτρονίων στη συσκευή που ονομάζεται βήτατρο (ονομάζεται έτσι, επειδή τα ηλεκτρόνια λέγονται και σωμάτια βήτα) ή επιταχυντής από επαγωγή. Αυτό το είδος επιταχυντή πρωτοκατασκευάστηκε το 1939 από τον Κερστ.
Το βήτατρο αποτελείται από έναν ισχυρό ηλεκτρομαγνήτη, έναν αερόκενο δακτύλιο, μέσα στον οποίο επιταχύνονται τα ηλεκτρόνια, και μικρούς ηλεκτρομαγνήτες που τοποθετούνται στην περιφέρεια του δακτυλίου, για να εξασφαλίσουν την κυκλική κίνηση στα ηλεκτρόνια.
Όταν ο ηλεκτρομαγνήτης τροφοδοτηθεί με εναλλασσόμενο ρεύμα, η μαγνητική επαγωγή του παραγόμενου μαγνητικού πεδίου είναι μεγάλη και μεταβάλλεται με τη συχνότητα του ρεύματος. Κατά συνέπεια και το ηλεκτρικό πεδίο που δημιουργείται λόγω της μεταβαλλόμενης μαγνητικής ροής θα μεταβάλλεται με την ίδια συχνότητα.
Τα ηλεκτρόνια που φέρονται μέσα στο δακτύλιο επιταχύνονται με την επίδραση του ηλεκτρικού πεδίου κατά το χρονικό διάστημα 0 - Τ/4 της περιόδου του ρεύματος. Σε αυτό το χρονικό διάστημα η ένταση του ρεύματος συνεχώς αυξάνεται, με αποτέλεσμα να αυξάνεται η μαγνητική επαγωγή. Η αύξηση της μαγνητικής επαγωγής προκαλεί ηλεκτρικό πεδίο σταθερής φοράς που επιταχύνει τα ηλεκτρόνια στον αερόκενο δακτύλιο. Όταν συμπληρωθεί χρόνος Τ/4, τα ηλεκτρόνια εξέρχονται από το δακτύλιο με ειδική διάταξη και ταχύτητα που πλησιάζει την ταχύτητα του φωτός (μέγιστη ενέργεια μέχρι 340 MeV). Τα ηλεκτρόνια που έχουν την ταχύτητα αυτή χρησιμοποιούνται για την παραγωγή ακτίνων Χ πολύ υψηλής ενέργειας, για θεραπεία του καρκίνου και τον προσδιορισμό της δομής των κρυστάλλων.
Βλητική. Η επιστήμη η οποία μελετά τις κινήσεις των βλημάτων που εκτοξεύονται στο χώρο και τις τροχιές τους υπό την επίδραση διάφορων δυνάμεων, όπως του βάρους, της προωστικής δύναμης, της αντίστασης του αέρα κτλ.
Η βλητική έχει αναπτυχθεί κυρίως στο στρατιωτικό τομέα, γιατί είναι φανερό ότι η μεγάλη ευστοχία των πολεμικών βλημάτων ενός στρατού στις εχθρικές θέσεις αποφέρει πολλά οφέλη κατά τη μάχη.
Το βλήμα εκτοξεύεται από διάφορους βλητικούς σωλήνες πυροβόλων, τηλεβόλων κτλ. Επομένως διαφορετικές συνθήκες επικρατούν κατά τη διάρκεια της κίνησης του βλήματος μέσα στο σωλήνα και διαφορετικές όταν ήδη έχει εκτοξευτεί και διανύει την προϋπολογισμένη τροχιά του. Γι’ αυτό ακριβώς η βλητική διαιρείται σε δύο μέρη: την «εσωτερική» και την «εξωτερική» βλητική. Η πρώτη ασχολείται με την κίνηση του βλήματος μέσα στο βλητικό σωλήνα και η δεύτερη με την κίνηση του βλήματος στον ελεύθερο χώρο. Αναλυτικότερα αυτές αναπτύσσονται:
α) Εσωτερική βλητική. Ένα βλήμα για να εκτοξευτεί σε μακρινή απόσταση χρειάζεται μια ανάλογη προωστική ισχυρή δύναμη, η οποία παράγεται μέσα στο βλητικό σωλήνα. Η εσωτερική βλητική ασχολείται με προβλήματα του τύπου τι χρειάζεται για να δημιουργηθεί μια ισχυρή δύναμη εκτόξευσης, πόση διάμετρο πρέπει να έχει η κάνη ενός πυροβόλου, πόσο μήκος πρέπει να έχει ο βλητικός σωλήνας για να έχουμε τα καλύτερα αποτελέσματα σκόπευσης κτλ.
Μετά από πολλές μελέτες, συμπεράσματα και μετρήσεις βρέθηκε ο ακριβής χρόνος της ανάφλεξης και καύσης της πυρίτιδας μέσα στο σωλήνα, η οποία δεν πρέπει να είναι ακαριαία αλλά βαθμιαία. Η βαθμιαία αυτή ανάφλεξη της πυρίτιδας παράγει αέρια, των οποίων ο όγκος αυξάνεται με το χρόνο. Όσο αυξάνεται ο όγκος των αερίων, τόσο αυξάνεται η πίεσή τους P επάνω στην επιφάνεια Ε του βλήματος και σύμφωνα με τον τύπο, τόσο αυξάνεται η προωστική δύναμη F. Έρχεται μια στιγμή κατά την οποία η πίεση γίνεται μέγιστη, καθώς επίσης γίνεται μέγιστη και η δύναμη εκτόξευσης, οπότε το βλήμα που ωθείται διανύει το υπόλοιπο μήκος του σωλήνα (βλ. σχήμα) και βγαίνει με μια αρχική ταχύτητα υο, από την οποία εξαρτάται η τροχιά του. Η ταχύτητα αυτή ποικίλλει ανάλογα με το μήκος του σωλήνα. Παρατηρούμε ότι η μελέτη της εσωτερικής βλητικής βασίζεται στις σχέσεις που υπάρχουν μεταξύ της μέγιστης πίεσης και του μήκους του σωλήνα ή αλλιώς μεταξύ της μέγιστης προωστικής δύναμης και της αρχικής ταχύτητας υο κατά την έξοδο του βλήματος από το σωλήνα.
Εκτός από τα παραπάνω, η εσωτερική βλητική ασχολείται και με θέματα κατασκευής του πυροβόλου, όπως π.χ. το υλικό και το πάχος των τοιχωμάτων του, ώστε να αντέχει στις μεγάλες πιέσεις των εσωτερικών αερίων, τη διάμετρο του στρογγυλού σωλήνα, η οποία δεν είναι σταθερή κατά μήκος αυτού, την εσωτερική επιφάνεια του σωλήνα, δηλαδή αν πρέπει να είναι λεία ή ελικοειδής κτλ. Τέλος, σύμφωνα με την αρχή της «διατήρησης της ορμής», υπολογίζεται η οπισθοδρόμηση όλου του πυροβόλου κατά τη στιγμή της πυροδότησης για την προστασία των χειριστών αλλά και του ίδιου του πυροβόλου.
β) Εξωτερική βλητική. Ασχολείται με την τροχιά ενός βλήματος, όταν πια αυτό έχει βγει από το βλητικό σωλήνα και κινείται στον ελεύθερο χώρο με αρχική ταχύτητα υο. Εξετάζει τους τρόπους με τους οποίους μπορεί να εκτοξευτεί ένα βλήμα από το πυροβόλο (οριζόντια, υπό γωνία κτλ.), το βεληνεκές των διάφορων βολών (βλ. λ. βολή), αναπτύσσει με μαθηματικό και φυσικό λογισμό τα διάφορα στοιχεία των τροχιών και ασχολείται με το σχήμα των βλημάτων, χάρη στο οποίο υπερνικάται η αντίσταση του αέρα που αλλοιώνει τις τροχιές των βλημάτων.
Αξιοσημείωτο είναι ότι στις αρχές, όταν πρωτοεκτοξεύθηκαν βλήματα, πιστευόταν ότι η τροχιά τους είναι ευθύγραμμη, αλλά κατά το 16ο αι. με την ανάπτυξη της φυσικής και των μαθηματικών βρέθηκε από το Βενετό Ταρταλιά ότι η τροχιά ήταν καμπύλη, ενώ με τη βοήθεια των νόμων του Γαλιλαίου και του Νεύτωνα καθορίστηκε ότι είναι παραβολή με κάθετο άξονα, αν δεν υπολογιστεί η αντίσταση του αέρα. Γενικά, η τροχιά του βλήματος στον ελεύθερο χώρο εξαρτάται από πολλούς παράγοντες, οι σπουδαιότεροι από τους οποίους είναι οι καιρικές συνθήκες που επικρατούν, η ταχύτητα του βλήματος και ένας σπουδαιότατος συντελεστής, ο οποίος λέγεται «βαλλιστικός συντελεστής» και εξαρτάται από το σχήμα του βλήματος, το διαμέτρημά του, το βάρος του και γενικά από την υλική κατασκευή του. (Περισσότερες λεπτομέρειες για τις τροχιές των βλημάτων αναπτύσσονται στο λ. βολή).
Βολή. Η εκτόξευση αντικειμένου ή βλήματος ή γενικά ενός σώματος από όργανα ή μηχανές που μπορούν να παράγουν ώση εκσφενδόνισης, όπως π.χ. οι αλτήρες, τα πυροβόλα όπλα κ.ά. Οι κυρίως βολές είναι δύο ειδών: α) οριζόντιες και β) υπό γωνίαν.
α) Οριζόντια βολή. Όταν ένα βλήμα βγαίνει οριζόντια και με ταχύτητα U0 από το βλητικό σωλήνα, ο οποίος βρίσκεται σε ύψος h από το έδαφος, τότε αυτό εκτελεί συγχρόνως δύο ευθύγραμμες κινήσεις: α) Μια ευθύγραμμη και ομαλή με ταχύτητα U0 κατά την οριζόντια κατεύθυνση και β) μια κατακόρυφη και επιταχυνόμενη λόγω του βάρους του, με σταθερή επιτάχυνση g. Σύμφωνα με την αρχή «της ανεξαρτησίας των κινήσεων», η μια κίνηση από τις παραπάνω δεν επηρεάζει την άλλη, αλλά δίνουν και οι δύο μια συνισταμένη κίνηση, η οποία είναι καμπυλόγραμμη. Αν πάρουμε ως άξονες αναφοράς τον οριζόντιο άξονα x και τον κατακόρυφο ψ, τοποθετημένους έτσι ώστε η αρχή (x = 0, ψ = 0) να είναι στο σημείο από όπου βάλλεται το βλήμα σε χρόνο t = 0 (βλ. σχήμα 1), μετά από χρόνο t η θέση του βλήματος θα καθορίζεται από τις τιμές του x και του ψ, όπου x = U0•t και ψ =gt2 (τo σημείο πλην δείχνει ότι το βλήμα κινείται προς τα κάτω). Από την πρώτη εξίσωση, αν το χρόνο t = τον βάλουμε στη δεύτερη, έχουμε την εξίσωση της τροχιάς του βλήματος, η οποία είναι ψ και δείχνει μια παραβολή με κορυφή την αρχή των συντεταγμένων, δηλαδή το σημείο εκτόξευσης του βλήματος. Παρατηρούμε ότι η μορφή της παραβολής εξαρτάται από την αρχική ταχύτητα U0 (βλ. σχήμα 1). Το διάστημα που διανύει το βλήμα οριζόντια ονομάζεται βεληνεκές και δίνεται από τον τύπο. Αυτός ο τύπος είναι σπουδαιότατος για την ακριβή σκόπευση των εχθρικών θέσεων.
β) Βολή υπό γωνίαν. Ο κυριότερος τρόπος εκτόξευσης ενός βλήματος είναι η βολή υπό γωνίαν α ως προς το οριζόντιο επίπεδο. Τότε το βλήμα εκτελεί συγχρόνως δύο κινήσεις: α) μια οριζόντια ομαλή με σταθερή ταχύτητα U0 και β) μια κατακόρυφη που επιβραδύνεται ομαλά. Αν θεωρήσουμε τους κάθετους άξονες ως συντεταγμένες x, ψ (βλ. σχήμα 2) και την αρχή τους (x = 0, ψ = 0) ως το σημείο εκτόξευσης σε χρόνο t = 0, τότε μετά από χρόνο t το βλήμα έχει διανύσει διάστημα οριζόντιο x = U0•t•ημα και κατακόρυφο ψ = U0•t•συνα-½gt2. Απαλείφοντας το t μεταξύ των δύο εξισώσεων βρίσκουμε την εξίσωση της τροχιάς, η οποία είναι: ψ = xεφα- δηλαδή της μορφής ψ = Ax + Bx2, η οποία δείχνει ότι η τροχιά είναι παραβολή με κατακόρυφο άξονα. Το μέγιστο ύψος του βλήματος κατά την κίνησή του δίνεται από τον τύπο Η=•ημ2α και το βεληνεκές του από τον τύπο Β=•ημ2α.
Παρατηρούμε ότι η τροχιά του βλήματος, το μέγιστο ύψος του και το βεληνεκές εξαρτώνται από την αρχική του ταχύτητα και από τη γωνία α (βλ. σχήμα 2). Για τιμή της γωνίας α = 45° έχουμε το μέγιστο βεληνεκές: Βμεγ =.
Όπως τονίσαμε στην αρχή, θεωρήθηκε ότι η βολή γίνεται χωρίς να παίρνεται υπόψη η αντίσταση του ατμοσφαιρικού αέρα. Στην πραγματικότητα όμως ο αέρας υπάρχει και μάλιστα προβάλλει αντίσταση στην κίνηση του βλήματος, η οποία είναι τόσο μεγαλύτερη όσο η ταχύτητα του βλήματος είναι μεγαλύτερη και όσο η μετωπική επιφάνεια πιο πλατιά. Αποτέλεσμα αυτών είναι να παρεκκλίνει η τροχιά του βλήματος από την παραβολή και το βεληνεκές να είναι μικρότερο από αυτό που υπολογίστηκε (βλ. σχήμα 3). Η τροχιά τότε λέγεται «βλητική». Για να μην αλλοιώνεται η τροχιά του βλήματος από την αντίσταση του αέρα, δίνεται σ’ αυτό αφενός κατάλληλο σχήμα (τις περισσότερες φορές κωνικό) και αφετέρου γρήγορη περιστροφική κίνηση γύρω από τον άξονά του, μέσω συστήματος ελικώσεων που υπάρχουν στα εσωτερικά τοιχώματα της κάννης. Έτσι, το βλήμα αποκτά γραμμική ταχύτητα περιστροφής περίπου 100 μ. το δευτερόλεπτο και κατά την πτήση του συμπεριφέρεται σαν «σβούρα». Το σχήμα του βλήματος, η ταχύτητα εκσφενδόνισης και η ταχύτητα περιστροφής του υπολογίζονται κατάλληλα, ώστε το βλήμα να προσκρούει στο στόχο με την κορυφή του. Τέλος, λόγω της στροφικής κίνησης, το βλήμα υφίσταται απόκλιση από την κανονική του πορεία λόγω της «μετάπτωσης» και της «κλόνισης» κατά τη διάρκεια της πτήσης του. Αυτό το σφάλμα αποφεύγεται μέσω κατάλληλων μαθηματικών υπολογισμών, οι οποίοι δίνουν πρακτικά εφαρμόσιμες λύσεις στην κατασκευή των βλημάτων.
Μπορούμε να διαχωρίσουμε τη βολή σε πολλά είδη, ανάλογα με το βλητικό σωλήνα, τον τύπο του βλήματος, τον καθορισμένο στόχο κτλ. Τέτοια είδη είναι:
α) «Βολή κάλυψης». Μ’ αυτή καλύπτεται επίθεση του φιλικού στρατού.
β) «Βολή παρενόχλησης». Μ’ αυτή προκαλείται αναταραχή στις κινήσεις του εχθρού και στους ανεφοδιασμούς του.
γ) «Βολή άμυνας». Μ’ αυτή αναχαιτίζεται επίθεση του εχθρικού στρατού.
δ) «Βολή καταστροφής». Αυτό το είδος αποβλέπει στον αφανισμό ή στην καταστροφή των αμυντικών εχθρικών θέσεων.
ε) «Βολή επισήμανσης». Είναι η βολή που αποβλέπει στην εξεύρεση των αδύνατων στόχων του εχθρού, έτσι ώστε η δραστική βολή που επακολουθεί να φέρει όσο το δυνατόν καταστροφικότερα αποτελέσματα.
στ) «Βολή δραστική». Μ’ αυτή βάλλεται εντατικά ο στόχος που εντοπίστηκε, αφού έχουν ρυθμιστεί ανάλογα τα πυροβόλα με τη βολή επισήμανσης.
ζ) «Βολή κρουσιφλεγής». Στην περίπτωση αυτή τα βλήματα σκάζουν, αφού πέσουν στο έδαφος.
η) «Βολή εγκαιροφλεγής». Σύμφωνα με αυτή τα βλήματα σκάζουν στον αέρα, πριν πέσουν στο έδαφος.
θ) «Βολή αντιαεροπορική». Γίνεται κατά αεροπλάνων, είτε με κλασικό αντιαεροπορικό βλήμα είτε με βλήμα που προωθείται αυτόματα.
ι) «Βολή αντιαρματική». Γίνεται εναντίον επιτιθέμενων αρμάτων εχθρού.
ια) «Βολή αεροπορική». Γίνεται κατά την αερομαχία από αντιμαχόμενα αεροπλάνα.
ιβ) «Βολή πυραύλων». Αντί βλημάτων χρησιμοποιούνται αυτοπροωθούμενοι πύραυλοι οι οποίοι έχουν στην κεφαλή τους πυρηνική γόμωση.
ιγ) «Βολή βαλλιστικών πυραύλων». Χρησιμοποιούνται αντί των κλασικών βλημάτων τα βαλλιστικά βλήματα.
Γαλβανοπλαστική. Ειδική μορφή επιμετάλλωσης, η οποία χρησιμεύει κυρίως για την αναπαραγωγή διάφορων αντικειμένων με ηλεκτρολυτικό τρόπο. Στην όλη διαδικασία χρησιμοποιείται γουταπέρκα, η οποία γίνεται μαλακή με θέρμανση, περιτυλίγει το αντικείμενο και όταν αποχωριστεί μας δίνει το αρνητικό αποτύπωμα της μορφής του αντικειμένου (καλούπι). Στη συνέχεια, αφού η γουταπέρκα γίνει σκληρή με ψύξη, καλύπτεται από λεπτό στρώμα γραφίτη και η επιφάνειά της γίνεται καλός αγωγός του ηλεκτρισμού. Το αγώγιμο αυτό καλούπι χρησιμοποιείται ως κάθοδος σε ηλεκτρολυτικό διάλυμα του μετάλλου επικάλυψης, ενώ ως άνοδος χρησιμοποιείται πλάκα από ίδιο μέταλλο. Αν διαβιβάσουμε συνεχές ρεύμα στα δύο ηλεκτρόδια, κλείνει το κύκλωμα, γιατί στο εσωτερικό του διαλύματος αρχίζει η μετακίνηση των ιόντων. Έτσι στην επιφάνεια της γουταπέρκας αρχίζει η συγκέντρωση ποσοτήτων από το μέταλλο που χρησιμοποιείται, και το μεταλλικό στρώμα που δημιουργείται έχει τόσο περισσότερο πάχος, όσο περισσότερο χρόνο περνάει ηλεκτρικό ρεύμα από τη συσκευή. Μετά από υπολογισμένο χρονικό διάστημα, απομακρύνεται το ηλεκτρόδιο της καθόδου και βυθίζεται σε ζεστό νερό, όπου λιώνει η γουταπέρκα και μένει η ηλεκτρολυτικά αποτυπωμένη θετική όψη του αντικειμένου.
Η γουταπέρκα χρησιμοποιείται επίσης στη δημιουργία των μόνιμων τυπογραφικών στοιχείων, τα οποία χρησιμοποιούνται στις διαδοχικές εκδόσεις διάφορων βιβλίων. Οι σελίδες εκτυπώνονται με το χέρι ή με μηχανή και έπειτα γίνεται ένα αρνητικό αποτύπωμά τους (καλούπι) με κερί. Το κερί καλύπτεται με στρώμα από γραφίτη, γίνεται αγώγιμο και επιχαλκώνεται σύμφωνα με την προηγούμενη διαδικασία. Με θέρμανση απομακρύνεται το κερί, η χάλκινη απομίμηση στερεώνεται με μεταλλική πύρωση και χρησιμοποιείται για την τσιγκογραφία. Οι επιμεταλλώσεις αυτές γίνονται μόνιμα πρότυπα για μελλοντική αναπαραγωγή. Με τη μέθοδο της γαλβανοπλαστικής κατασκευάζονται χάλκινα αντίγραφα σπάνιων νομισμάτων κτλ.
Γυροσκόπιο. Τροχός του οποίου η ροπή αδράνειας γίνεται αρκετά μεγάλη με τη συγκέντρωση του μεγαλύτερου μέρους της μάζας του στην περιφέρεια και ο οποίος περιστρέφεται ελεύθερα. Η ελευθερία της κίνησής του σε κάθε διεύθυνση εξασφαλίζεται από τρεις δακτυλίους, των οποίων οι άξονες περιστροφής είναι κάθετοι μεταξύ τους. Το σύστημα Gardano δίνει στο γυροσκόπιο τρεις «βαθμούς ελευθερίας» περιστροφής. Αν δεν επιδρούν εξωτερικές δυνάμεις και το γυροσκόπιο περιστρέφεται γρήγορα, ο άξονάς του διατηρεί σταθερή διεύθυνση και παραμένει πάντοτε παράλληλος στον εαυτό του, ανεξάρτητα από την κίνηση και τη θέση του συστήματος εξάρτησης. Αν όμως το γυροσκόπιο δέχεται τη δράση μιας ροπής (π.χ. ροπής στρέψης), ενώ περιστρέφεται π.χ. με μια ορισμένη κλίση σε σχέση με την κατακόρυφη γραμμή, αντί να υποχωρήσει στη δράση της ροπής και να μεταβάλει την κλίση του άξονα, διατηρεί την τελευταία, ο άξονάς του όμως διαγράφει μια κωνική επιφάνεια. Η κίνηση αυτή λέγεται «μετάπτωση». Φαινόμενο γυροσκοπίου έχουμε στην κοινή παιδική σβούρα. Όταν αυτή δεν περιστρέφεται, δεν μπορεί να ισορροπήσει κατακόρυφα στην ακίδα της. Όταν όμως αρχίσει η περιστροφική κίνηση και η σβούρα τοποθετείται κατακόρυφα, ώστε το βάρος της εξουδετερώνεται από την αντίδραση του υπόβαθρου, λειτουργεί ως γυροσκόπιο χωρίς τη δράση εξωτερικών δυνάμεων. Ο άξονας περιστροφής είναι ένας ελεύθερος άξονας και διατηρεί τη θέση του στο χώρο. Με την παραμικρή όμως κλίση της σβούρας εμφανίζεται η δράση του βάρους· η σβούρα δεν πέφτει, αλλά ο άξονάς της εκτελεί κίνηση μετάπτωσης. Η Γη είναι ένα τεράστιο γυροσκόπιο και αν δεν υπήρχαν οι εξωτερικές δυνάμεις βαρύτητας, η διεύθυνση του άξονα θα παρέμενε σταθερή στο χώρο συνεχώς.
Επειδή όμως η Γη είναι πλατυσμένη στους πόλους και ο άξονας περιστροφής της δεν είναι κάθετος στο επίπεδο της εκλειπτικής, δέχεται δυνάμεις ροπής από τη βαρυτική επίδραση κυρίως του Ηλίου και της Σελήνης. Αποτέλεσμά της είναι η περιοδική μεταβολή της διεύθυνσης του άξονα της Γης και επομένως η μετακίνηση του ουράνιου πόλου σε μια περίπου κυκλική τροχιά (αν δε ληφθεί υπόψη το φαινόμενο της κλόνισης).
Από τις σπουδαιότερες εφαρμογές του γυροσκοπίου είναι η «γυροσκοπική πυξίδα». Το γυροσκόπιο τοποθετείται μέσα σε μια σφαίρα, η οποία αιωρείται σε ένα πηχτό υγρό και περιβάλλεται από μια μεταλλική σφαιρική θήκη, που συνδέεται με το δίσκο ενός ανεμολογίου. Η γυροσκοπική πυξίδα είναι απαλλαγμένη από τα σφάλματα της μαγνητικής πυξίδας και χρησιμοποιείται πάντοτε στα υποβρύχια, συχνά σε άλλα πλοία και ιδιαίτερα στην αεροπορία. Άλλη εφαρμογή είναι η εγκατάσταση γυροσκοπίου στα πλοία, η οποία περιλαμβάνει ένα «γυροσκόπιο ευσταθείας», για την καταπολέμηση των πλάγιων κλυδωνισμών με κατακόρυφο άξονα και ένα «γυροσκόπιο ελέγχου» με οριζόντιο άξονα. Στα αεροπλάνα το γυροσκόπιο διατηρείται πάντοτε σε περιστροφική κίνηση και ανεξάρτητα από τη θέση ή τους κλονισμούς του αεροσκάφους διατηρεί την ίδια διεύθυνση και λειτουργεί ως πυξίδα προσανατολισμού. Επίσης τα γυροσκόπια χρησιμοποιούνται στην αυτόματη πλοήγηση των αεροπλάνων.
Διάθλαση. Η παρέκκλιση φωτεινών ή άλλης μορφής κυμάνσεων, σχετικά με την προηγούμενή τους πορεία, καθώς μπαίνουν από ένα μέσο σε άλλο.
Διάθλαση του φωτός. Το φως διαδίδεται ευθύγραμμα σ’ ένα μέσο, όταν αυτό παρουσιάζει σ’ όλη την έκτασή του τις ίδιες φυσικές ιδιότητες. Δηλαδή ισχύει ο νόμος της ευθύγραμμης διάδοσης, όταν η ταχύτητα του φωτός στο μέσο είναι πάντοτε η ίδια. Όταν μια φωτεινή ακτίνα περνά από την επιφάνεια διαχωρισμού δύο διαφανών μέσων με διάφορες οπτικές πυκνότητες, τότε παρουσιάζεται στην επιφάνεια διαχωρισμού παρέκκλιση από την ευθύγραμμη πορεία. Στην πρόσπτωση των φωτεινών ακτίνων επάνω σε επιφάνειες μέσων με διάφορες ταχύτητες διάδοσης του φωτός παρουσιάζεται μια μερική ανάκλαση ενός μέρους της φωτεινής ακτινοβολίας, ενώ το υπόλοιπο τμήμα της δέσμης διαθλάται. Η φαινόμενη ανύψωση των αντικειμένων που είναι βυθισμένα στο νερό, όταν παρατηρούνται απ’ έξω, η φαινόμενη κάμψη ενός μολυβιού που είναι μισοβυθισμένο σ’ ένα ποτήρι με νερό κ.ά. είναι τα καθημερινά φαινόμενα που δημιουργεί η διάθλαση.
Για τη μελέτη των φαινομένων της διάθλασης είναι απαραίτητος ο διαχωρισμός των μέσων σε οπτικά πυκνότερα ή οπτικά αραιότερα, σε σχέση με τον αέρα, χωρίς η έννοια αυτής της πυκνότητας να έχει σχέση με τη φυσική πυκνότητα του μέσου, η οποία μπορεί να είναι αντίστροφα ανάλογη προς την οπτική πυκνότητα. Είναι απαραίτητο να σημειωθεί ότι για την εμφάνιση του φαινομένου της διάθλασης πρέπει οι φωτεινές ακτίνες να προσπίπτουν πλάγια στην ορική επιφάνεια των δύο μέσων. Στην περίπτωση της κάθετης πρόσπτωσης δεν αλλάζει η διεύθυνση διάδοσης, αλλά μεταβάλλεται μόνο η ταχύτητα της φωτεινής ακτινοβολίας. Η θεωρητική και πειραματική έρευνα του φαινομένου της διάθλασης καταλήγει σε δύο νόμους. 1. «Η προσπίπτουσα και η διαθλώμενη ακτίνα βρίσκονται στο ίδιο επίπεδο, το οποίο είναι κάθετο στη διαχωριστική επιφάνεια των δύο μέσων». 2. Το πηλίκο του ημίτονου της γωνίας πρόσπτωσης προς το ημίτονο της γωνίας διάθλασης είναι σταθερό για τα δύο μέσα και λέγεται δείκτης διάθλασης (n). Η αναλυτική έκφραση του δεύτερου νόμου είναι η εξής:
Ο δείκτης αυτός είναι ο σχετικός δείκτης διάθλασης του μέσου στο οποίο συμβαίνει η διάθλαση, σε σχέση με το μέσο από το οποίο προέρχονται οι φωτεινές ακτίνες. Ο απόλυτος δείκτης διάθλασης δίνεται από τη σχέση και ορίζεται ως το πηλίκο της ταχύτητας διάδοσης (Co) του φωτός στο κενό προς την ταχύτητα (C2) στο δεύτερο μέσο. Στην πράξη, επειδή η ταχύτητα με την οποία διαδίδεται το φως στον αέρα δε διαφέρει πολύ από την ταχύτητα του φωτός στο κενό, οπότε ο απόλυτος δείκτης διάθλασης του αέρα ισούται σχεδόν με τη μονάδα, χρησιμοποιείται ο ένας αντί για τον άλλο χωρίς λογιστικό σφάλμα. Ο δείκτης διάθλασης μιας καθαρής διάφανης ουσίας είναι σταθερό μέγεθος, που χαρακτηρίζει ορισμένη φυσική ιδιότητα της ουσίας και καθορίζει ακριβώς την ταχύτητα διάδοσης του φωτός στο μέσο όταν αυτό είναι ισότροπο. Ο δείκτης διάθλασης ενός μέσου εξαρτάται από τη φυσική του πυκνότητα, γιατί καθώς μεταβάλλεται η θερμοκρασία ή η πίεση στο μέσο, μεταβάλλεται και η φυσική πυκνότητα και κατά συνέπεια ο δείκτης διάθλασής του. Εξαρτάται επίσης από την οπτική πυκνότητα και για το ίδιο οπτικό μέσο από το μήκος κύματος του φωτός, όπως φαίνεται από τη σχέση [α και β σταθερές, που υπολογίζονται πειραματικά και εξαρτώνται από τη φύση του οπτικού μέσου].
Από το δεύτερο νόμο της διάθλασης εξάγεται το συμπέρασμα ότι, όταν το φως περνά από αραιότερο μέσο και πηγαίνει προς το πυκνότερο, τότε η γωνία διάθλασης είναι πάντοτε μικρότερη από τη γωνία πρόσπτωσης. Η αντίθετη σχέση γωνιών υπάρχει, όταν έχουμε διάδοση από πυκνότερο μέσο σε αραιότερο. Στην πρώτη περίπτωση η μέγιστη τιμή, την οποία μπορεί να πάρει η γωνία πρόσπτωσης, είναι 90ο. Σ’ αυτή την τιμή αντιστοιχεί μια μέγιστη γωνία διάθλασης, η οποία λέγεται ορική γωνία και για την οποία ισχύει η σχέση:. Δηλαδή το ημίτονο της ορικής γωνίας (δορ) ισούται με το αντίστροφο του δείκτη διάθλασης. Όταν το φως κινείται από οπτικά πυκνότερο σε οπτικά αραιότερο μέσο και προσπίπτει στη διαχωριστική επιφάνεια των δύο μέσων σχηματίζοντας γωνία μεγαλύτερη από την ορική, τότε συμβαίνει το φαινόμενο της ολικής ανάκλασης, δηλαδή δεν υπάρχει διαθλώμενη ακτίνα, αλλά το φως ξαναγυρίζει με ανάκλαση στο μέσο από το οποίο ξεκίνησε. Εφαρμογή του φαινομένου της ολικής ανάκλασης έχουμε στους φωτοαγωγούς ή οπτικές ίνες.
Αποτέλεσμα της διάθλασης είναι η ατμοσφαιρική διάθλαση, η φαινομενική ανύψωση και ο αντικατοπτρισμός. Στην περίπτωση της ατμοσφαιρικής διάθλασης παρουσιάζεται φαινομενική ανύψωση στη θέση των αστεριών ή του Ήλιου, γιατί οι φωτεινές ακτίνες που ξεκινούν από τα ουράνια σώματα κινούνται από ατμοσφαιρικά στρώματα μικρής πυκνότητας σε στρώματα με μεγαλύτερη πυκνότητα όσο πλησιάζουν προς τη Γη. Έτσι, η φωτεινή ακτίνα παίρνει καμπύλη μορφή και το μάτι τοποθετεί το αστέρι στη διεύθυνση της εφαπτομένης της καμπύλης τροχιάς, δηλαδή ουσιαστικά σε ψηλότερη θέση σε σχέση με την πραγματική. Το φαινόμενο είναι γνωστό στους αστρονόμους ως αστρονομική διάθλαση, οπότε και κάνουν τις απαραίτητες διορθώσεις στις παρατηρήσεις και τις μετρήσεις τους (βλ. και λ. αντικατοπτρισμός).
Διάθλαση ειδική. Δίνεται από τη σχέση:. Η έννοια αυτή χρησιμοποιείται στην οργανική χημεία για την ανίχνευση των διπλών δεσμών που υπάρχουν στο μόριο μιας ουσίας. Το γινόμενο της ειδικής διάθλασης μιας ουσίας επί το ατομικό της βάρος λέγεται «ατομική διάθλαση», ενώ το γινόμενο της ειδικής διάθλασης επί το μοριακό βάρος της ουσίας λέγεται «μοριακή διάθλαση».
Διάθλαση διπλή. Είναι το φαινόμενο κατά το οποίο μια φωτεινή ακτίνα προσπίπτει σ’ ένα διπλοθλαστικό σώμα και διασπάται σε δύο άλλες. Αυτό συμβαίνει όταν η πρόσπτωση δε συμπίπτει με τη διεύθυνση του οπτικού άξονα. Η πρώτη ακτίνα λέγεται τακτική και ακολουθεί τους νόμους της διάθλασης, ενώ η άλλη λέγεται έκτακτη και δε συμπεριφέρεται σύμφωνα με τους νόμους της διάθλασης. Οι δύο αυτές ακτίνες παρουσιάζουν ολική πόλωση και τα επίπεδα πόλωσης είναι κάθετα μεταξύ τους. Το φαινόμενο της διπλής διάθλασης με μια τακτική και μια έκτακτη ακτίνα συμβαίνει στους μονοάξονες κρυστάλλους, ενώ στους διάξονες και οι δύο ακτίνες είναι έκτακτες. Διπλοθλαστικά σώματα είναι όλοι οι κρύσταλλοι, εκτός από εκείνους που κρυσταλλώνονται στο κυβικό σύστημα. Η παρατήρηση του φαινομένου έγινε για πρώτη φορά σε μια ποικιλία ασβεστίτη, που λέγεται «ισλανδική κρύσταλλος». Τα αντικείμενα που παρατηρούνται μέσα από διπλοθλαστικά σώματα φαίνονται διπλά.
Διάθλαση ηχητικών κυμάτων. Όταν ένα ηχητικό κύμα διαδίδεται στον αέρα, υπάρχει περίπτωση να εμφανιστεί το φαινόμενο της διάθλασης κατά δύο τρόπους. Αν φυσάει άνεμος, δηλαδή ο αέρας δεν είναι ακίνητος, η μεταβολή της ταχύτητας σε σχέση με την απόσταση των αέριων στρωμάτων από τη Γη έχει ως αποτέλεσμα την κάμψη της διεύθυνσης διάδοσης του κύματος, ανάλογα με τη φορά του ανέμου, οπότε η ηχητική κύμανση πλησιάζει ή απομακρύνεται από το έδαφος. Γενικά, όταν το ηχητικό κύμα διαπερνά πλάγια την ορική επιφάνεια των ατμοσφαιρικών στρωμάτων διαφορετικής πυκνότητας, τότε ένα μέρος από την ηχητική ενέργεια παθαίνει ανάκλαση, ενώ το υπόλοιπο διαθλάται και περνά στο πυκνότερο στρώμα. Οι ζώνες σιγής, δηλαδή περιοχές οι οποίες παρόλο που βρίσκονται κοντά στην ηχητική πηγή δεν αντιλαμβάνονται το ηχητικό σήμα, οφείλουν τη δημιουργία τους στο φαινόμενο της ολικής ανάκλασης της κύμανσης στα ανώτερα στρώματα. Η καμπύλωση αυτή των ηχητικών ακτίνων έχει ως αποτέλεσμα ο ήχος να ακούγεται σε μακρινές αποστάσεις, ενώ είναι αδύνατο να γίνει αντιληπτός σε κοντινές.
Διάθλαση ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων. Τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα διαθλώνται σύμφωνα με τους νόμους της διάθλασης, όταν προσπίπτουν στις επιφάνειας των διηλεκτρικών.
Διαμαγνητισμός. Είναι η ιδιότητα ορισμένων σωμάτων, όταν σε αυτά επιδράσει ένα εξωτερικό μαγνητικό πεδίο, να αναπτύσσουν «εξ επαγωγής» μαγνήτιση αντίθετη της φοράς του πεδίου. Όλες οι ουσίες, στερεές, υγρές ή αέριες, διεγείρονται μαγνητικά από εξωτερικά πεδία, αλλά η διέγερση παρουσιάζει σημαντικές διαφορές, ώστε, ανάλογα με την τιμή του συντελεστή μαγνήτισης, διαιρούνται σε τρεις κατηγορίες: α) Τιμή του συντελεστή μικρή θετική (μ>1). Μαγνήτιση παράλληλη και της ίδιας φοράς με το πεδίο. Ουσίες «παραμαγνητικές». β) Τιμή του συντελεστή μικρή αρνητική (μ<1).Μαγνήτιση με φορά αντίθετη προς το πεδίο. Ουσίες «διαμαγνητικές». γ) Τιμή του συντελεστή πολύ μεγάλη θετική (μ>>1). Ισχυρή μαγνήτιση ανάλογη και με τη φορά του πεδίου. Ουσίες «σιδηρομαγνητικές». Αν ανάμεσα στους πόλους ενός ισχυρού μαγνήτη φέρουμε μια ράβδο από διαμαγνητική ουσία, π.χ. βισμούθιο, τότε η ράβδος παίρνει θέση κάθετη στις δυναμικές γραμμές του πεδίου. Εκτός από το βισμούθιο, διαμαγνητικά υλικά από τα στερεά είναι ο χαλκός, το αντιμόνιο, ο άργυρος, ο χρυσός και ο υδράργυρος, ενώ τα αέρια είναι βασικά διαμαγνητικά εκτός από το οξυγόνο. Γενικά, οι δυνάμεις που αναπτύσσονται, είτε κατά την παραμαγνητική έλξη είτε κατά τη διαμαγνητική άπωση, είναι πάρα πολύ μικρές και γι’ αυτό χρειάζονται υπολογισμοί και διατάξεις με μεγάλη ακρίβεια για την ανίχνευσή τους.

Οι τιμές του συντελεστή μαγνήτισης διαφόρων ουσιών
ΔΙΑΜΑΓΝΗΤΙΚΑ ΠΑΡΑΜΑΓΝΗΤΙΚΑ ΣΙΔΗΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΑ
Υλικό μ Υλικό μ Υλικό μ
Βισμούθιο 0,999848 Αργίλιο 1,000020 Κοβάλτιο 70
Χαλκός 0,999990 Λευκόχρυσος 1,000264 Νικέλιο 220
Νερό 0,999991 Οξυγόνο 1,0000019 Σίδηρος 200
Υδρογόνο 0,999999998 Χρώμιο 1,000330 Κράμα Ni-Fe ως 300.000

Διαμόρφωση κύματος. Μεταβολές του πλάτους ή της συχνότητας των υψίσυχνων κυμάτων με την επενέργεια κυμάτων χαμηλής συχνότητας. Επειδή η εκπομπή του μικροφωνικού ρεύματος είναι αδύνατη, λόγω της χαμηλής του συχνότητας, ακολουθείται η εξής διαδικασία: Τα ηχητικά κύματα που προσπίπτουν επάνω στη μεμβράνη του μικροφώνου μετατρέπονται σε ηλεκτρικό ρεύμα με μεταβαλλόμενη ένταση. Η εκπομπή των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων δεν αποτελείται βέβαια από ρεύμα με μεταβαλλόμενη ένταση, αλλά από συρμό κυμάτων, τα οποία εξαπλώνονται στο χώρο. Όταν ο πομπός λειτουργεί χωρίς να υπάρχει σήμα από το μικρόφωνο, τότε παρατηρούμε ότι εκπέμπεται ένα συνεχές κύμα που δεν παράγει ήχο και λέγεται φέρον κύμα. Στην περίπτωση της λειτουργίας του μικροφώνου, το ρεύμα χαμηλής συχνότητας που παράγεται και το οποίο λέγεται μικροφωνικό ρεύμα παίζει το ρόλο του διαμορφωτή της κύμανσης. Τη στιγμή κατά την οποία δημιουργείται το φέρον κύμα στον ταλαντωτή του πομπού, εμφανίζεται στην είσοδο και το μικροφωνικό ρεύμα. Έτσι, μέσα στον πομπό οι δύο κυμάνσεις, λόγω της σύνθεσης, διαμορφώνονται και το τελικό αποτέλεσμα είναι ένα διαμορφωμένο ραδιοφωνικό κύμα, το οποίο έχει σταθερή συχνότητα, αλλά το πλάτος ποικίλλει ανάλογα με τις διακυμάνσεις του μικροφωνικού ρεύματος. Τελικά, το διαμορφωμένο κύμα ενισχύεται και διαδίδεται με μορφή ραδιοφωνικού κύματος.
Το διαμορφωμένο ραδιοφωνικό κύμα αποτελείται από δέσμη συχνοτήτων. Στο δέκτη οι συχνότητες συμπλέκονται κατά τέτοιο τρόπο, ώστε να αναπαράγονται οι ακουστικές συχνότητες που προκάλεσαν διέγερση του μικροφώνου. Η ικανότητα του δέκτη εξαρτάται από την ευαισθησία και τη δυνατότητα που έχει στην ενίσχυση των επιθυμητών συχνοτήτων.
Η διαμόρφωση που αναφέρθηκε επηρεάζει το πλάτος του κύματος και γι' αυτό λέγεται διαμόρφωση πλάτους (ΑΜ).
Εκτός από τη διαμόρφωση πλάτους, είναι δυνατή και η περιοδική μεταβολή της συχνότητας με σύγχρονη διατήρηση του πλάτους. Στην προκειμένη περίπτωση έχουμε τη διαμόρφωση κατά συχνότητα (FM).
Η μεταβολή της συχνότητας εξαρτάται από τα χαρακτηριστικά του ήχου ο οποίος διεγείρει το μικρόφωνο. Η μορφή αυτή της ραδιοφωνικής εκπομπής διαφέρει από την εκπομπή διαμορφωμένου πλάτους σε δύο σημεία: στο είδος του κύματος που εκπέμπεται και στον τρόπο με τον οποίο γίνεται η αποδιαμόρφωση στο δέκτη. Η διακύμανση της συχνότητας της κύμανσης που εκπέμπεται γίνεται με κατάλληλο σύστημα ταλαντωτή, ενώ στο δέκτη υπάρχει ο φωρατής διαμόρφωσης συχνότητας ή διευκρινιστής, ο οποίος μετατρέπει τις μεταβολές συχνότητας της κύμανσης σε κανονικό ηχητικό σήμα.
Η διαμόρφωση κατά συχνότητα χρησιμοποιείται κυρίως στην εκπομπή υπερβραχέων κυμάτων ραδιοφωνίας και τηλεόρασης. Έχει το πλεονέκτημα ότι είναι «καθαρή» εκπομπή, δηλαδή είναι απαλλαγμένη από παρασιτικούς θορύβους, οι οποίοι προκαλούνται από τη λειτουργία ηλεκτρικών μηχανών ή από ηλεκτρικά ατμοσφαιρικά φαινόμενα (αστραπές, κεραυνούς κτλ.). Με τη χρησιμοποίηση της διαμόρφωσης κατά συχνότητα έγινε δυνατή η στερεοφωνική εκπομπή με μεγάλη πιστότητα.
Ένας σύγχρονος ραδιοφωνικός δέκτης πρέπει οπωσδήποτε να έχει τη δυνατότητα λήψης εκπομπών FM.

No comments:

Post a Comment