Thursday, June 18, 2009

ΦΥΣΙΚΗ VIΙI

Σωλήνας Μπράουν. Σωλήνας ο οποίος με κατάλληλη συνδεσμολογία χρησιμοποιείται για την παρακολούθηση φαινομένων μεταβαλλόμενων με μεγάλη ταχύτητα (π.χ. της μορφής εναλλασσόμενης τάσης). Ο σωλήνας Μπράουν (βλ. σχήμα) αποτελείται από γυάλινο αερόκενο δοχείο, το οποίο έχει στο ένα άκρο την κάθοδο Κ, ενώ στο άλλο πλαταίνει και καταλήγει σε διάφραγμα, το οποίο έχει στην εσωτερική του επιφάνεια επίχρισμα από φθορίζουσα ουσία. Σε μικρή απόσταση από την κάθοδο βρίσκεται η άνοδος Α, σε κυλινδρικό σχήμα ή δίσκου με μικρή τρύπα στο μέσο. Η άνοδος φέρεται σε δυναμικό θετικότερο της καθόδου κατά μερικές χιλιάδες βολτ και έτσι επιταχύνει τα εκπεμπόμενα ηλεκτρόνια από την κάθοδο. Όσα από αυτά περνούν διαμέσου της οπής σχηματίζουν δέσμη, η οποία, όταν πέφτει στο φθορίζον διάφραγμα, προκαλεί φωτεινή κηλίδα πάνω σε αυτό. Μετά την άνοδο υπάρχει ένα ζεύγος οριζόντιων παράλληλων μεταλλικών πλακών μεταξύ των οποίων περνά η ηλεκτρονική δέσμη. Όταν οι δύο πλάκες τροφοδοτηθούν με συνεχή τάση, θα προκληθεί καμπύλωση της τροχιάς των ηλεκτρονίων, η οποία εκδηλώνεται με τη μετακίνηση της κηλίδας στο φθορίζον διάφραγμα. Μετά το πρώτο υπάρχει και δεύτερο ζεύγος πλακών κατακόρυφων, έτσι ώστε η απόκλιση της δέσμης η προκαλούμενη απ’ αυτό το ζεύγος να είναι κάθετη στην πρώτη.
Για την κατανόηση της λειτουργίας του μελετάμε την κίνηση της φωτεινής κηλίδας στο φθορίζον διάφραγμα. Όταν η τάση η εφαρμοζόμενη σε ένα ζεύγος πλακών (του οριζόντιου στο σχήμα Μπράουν) είναι συνεχής, η κηλίδα μετατοπίζεται κάθετα και μένει ακίνητη στη νέα θέση της. Όταν η τάση είναι εναλλασσόμενη, η κηλίδα κινείται παλινδρομικά κατακόρυφα πάνω στο ευθύγραμμο φωτεινό τμήμα. Αν η συχνότητα είναι μεγαλύτερη των 25 Ηz, το μάτι παρατηρεί τότε μια φωτεινή γραμμή. Αν συγχρόνως, στο δεύτερο ζεύγος των κατακόρυφων πλακών, εφαρμοστεί μια συνέχεια αυξανόμενη τάση, αυτή θα προκαλεί συνεχή μετακίνηση της κηλίδας κάθετα προς τη φωτεινή γραμμή, με αποτέλεσμα αυτή η μετακίνηση να είναι ανάλογη προς το χρόνο t. Επομένως, η κατακόρυφη απόκλιση της κηλίδας εξαρτάται από την τιμή της τάσης U που ερευνάται, ενώ η οριζόντια απόκλιση εξαρτάται από το χρόνο t. Η καμπύλη λοιπόν που διαγράφεται στην οθόνη είναι της σχέσης U = F(t). Αν η εξεταζόμενη τάση είναι ημιτονοειδής, στο φθορίζον διάφραγμα θα εμφανιστεί ημιτονοειδής καμπύλη. Όταν η τάση του δεύτερου ζεύγους γίνει τόσο μεγάλη ώστε η κηλίδα να φτάσει στο άκρο του φθορίζοντος διαφράγματος, αυτή φέρεται απότομα στην τιμή την αρχική, οπότε αρχίζει πάλι η διαγραφή της ίδιας καμπύλης.
Συσσωρευτής (ή μπαταρία). Συσκευή στην οποία γίνεται δυνατή η αποταμίευση ηλεκτρικής ενέργειας με τη μορφή χημικής ενέργειας. Ο συσσωρευτής επομένως λειτουργεί ως γεννήτρια και μπορεί να αποδίδει ηλεκτρικό ρεύμα ορισμένης τάσης σε κατάλληλο τόπο και χρόνο.
Όταν ο Βόλτα κατασκεύασε την πρώτη ηλεκτρική στήλη, απέδειξε ότι είναι δυνατό να λαμβάνεται ηλεκτρικό ρεύμα από μια σειρά χημικών αντιδράσεων. Την ύπαρξη του αντιστρεπτού φαινομένου, δηλαδή τη μετατροπή χημικής ενέργειας σε ηλεκτρική, ανακάλυψε ο Πλαντέ, οπότε εμφανίστηκε ο πρώτος συσσωρευτής μολύβδου που χρησιμοποιείται και σήμερα. Στο είδος αυτό του συσσωρευτή οι θετικές πλάκες παίζουν ρόλο ανόδου και οι αρνητικές ρόλο καθόδου στην ηλεκτρόλυση του διαλύματος θειικού οξέος. Στη φάση εκφόρτισης παράγεται νερό και θειικός μόλυβδος. Η αντίδραση όμως αυτή είναι αντιστρεπτή, οπότε με την προσφορά μιας ορισμένης ποσότητας ηλεκτρικής ενέργειας στο συσσωρευτή ξανασχηματίζονται τα αρχικά συστατικά του.
Ένας συσσωρευτής μολύβδου αποτελείται από ένα δοχείο (συνήθως από βακελίτη) σε σχήμα ορθογώνιου παραλληλεπίπεδου, στο εσωτερικό του οποίου υπάρχουν στοιχεία που αποτελούνται από πλάκες με βάση το μόλυβδο. Τα στοιχεία αυτά είναι βυθισμένα σε έναν ηλεκτρολύτη (διάλυμα αραιού θειικού οξέος). Κάθε στοιχείο έχει μια σειρά από πλάκες, αρνητικές και θετικές, τοποθετημένες εναλλάξ και σε ορισμένη απόσταση μεταξύ τους. Ανάμεσα στις πλάκες υπάρχουν κατάλληλα χωρίσματα. Όλες οι θετικές πλάκες καταλήγουν στο θετικό πόλο της μπαταρίας (όπως συνήθως λέγεται ο συσσωρευτής), ενώ όλες οι αρνητικές στον αρνητικό πόλο. Κάθε πλάκα έχει τη μορφή πλέγματος, στις κυψέλες του οποίου είναι τοποθετημένο το δραστικό υλικό με μορφή σπογγώδους μάζας. Το δραστικό υλικό αποτελείται από οξείδιο του μολύβδου, που μετατράπηκε μερικά σε θειικό μόλυβδο και είναι ανακατεμένο με ελεύθερο μόλυβδο.
Οι θετικές πλάκες διαφέρουν από τις αρνητικές στη σύνθεση και την πυκνότητα των δραστικών τους υλικών. Ο διαχωριστής πλακών εκτός του ότι κρατά σταθερά τις πλάκες σε ορισμένη μεταξύ τους απόσταση, επιτρέπει τη δίοδο των ιόντων που κινούνται από τις θετικές στις αρνητικές πλάκες και των φυσαλίδων που δημιουργούνται από τις χημικές αντιδράσεις. Επίσης αποτελεί ανάσχεση και συγκρατεί τα μόρια του διοξειδίου του μολύβδου που έχουν τάση να φεύγουν από τις θετικές πλάκες.
Η μέση τάση κάθε στοιχείου του συσσωρευτή είναι περίπου 2 βολτ. Επομένως ένας συσσωρευτής των 12 βολτ έχει 6 στοιχεία.
Το ηλεκτρολυτικό διάλυμα ενός τελείως φορτισμένου συσσωρευτή έχει πυκνότητα περίπου 1,3 gr/cm3 (ειδική πυκνότητα, 30° Μπομέ), ενώ ενός φορτισμένου συσσωρευτή 1,15 gr/cm3 (ειδική πυκνότητα, 20° Μπομέ).
Χαρακτηριστικά μεγέθη του συσσωρευτή είναι η ηλεκτρεγερτική δύναμη, η χωρητικότητα, η μέγιστη επιτρεπόμενη ένταση φόρτισης και η αντίστοιχη εκφόρτισης. Η χωρητικότητα μετριέται σε αμπερώρια και υπολογίζεται ανά 100 cm2 της επιφάνειας των θετικών πλακών. Το 1 αμπερώριο είναι ίσο με 3.600 Cb, δηλαδή είναι το ηλεκτρικό φορτίο το οποίο σε μια ώρα μεταφέρει ρεύμα έντασης 1 Αμπέρ.
Εκτός από το συσσωρευτή μολύβδου, υπάρχει και ο συσσωρευτής Έντισον, όπου ως ηλεκτρολυτικό υγρό χρησιμοποιείται υδροξείδιο του καλίου, ενώ ως ηλεκτρόδια χρησιμοποιούνται οξείδιο του νικελίου (θετικό) και οξείδιο του σιδήρου (αρνητικό). Ο συσσωρευτής αυτός λέγεται και αλκαλικός.
Κατασκευάστηκαν επίσης πολλοί τύποι συσσωρευτή με εξαιρετικά καλές αποδόσεις, αλλά ψηλό κόστος παραγωγής, οπότε και η ηλεκτροκίνηση των μεταφορικών μέσων, η οποία βασικά στηρίζεται στην ανακάλυψη συσσωρευτών με μικρό βάρος, υψηλές επιδόσεις και χαμηλό κόστος παραγωγής, δεν έγινε ακόμα πραγματικότητα πλατιάς εφαρμογής.
Αναφέρουμε τους συσσωρευτές νικελίου-καδμίου, αργύρου-ψευδαργύρου, ψευδαργύρου-αέρα, λιθίου-αλογόνου του νικελίου και θειούχου νάτριου, των οποίων γίνεται χρήση περισσότερο σε ειδικές τεχνολογικές εργασίες παρά σε βιομηχανική κλίμακα.
Η κοινή μπαταρία αυτοκινήτου ή συσσωρευτής αποτελείται συνήθως από έξι δευτερεύοντα στοιχεία σε σειρά συνδεδεμένα, ώστε να αποδοθεί μία συνολική ΗΕΔ (ηλεκτρεγερτική δύναμη) 12 βολτ.
Η μπαταρία φακού συνήθως είναι μια εφαρμογή σε στερεή όμως κατάσταση του αρχικού στοιχείου Leclanché. Οι μπαταρίες μπορούν επίσης να έχουν στοιχεία συνδεδεμένα παράλληλα. Σε αυτή την περίπτωση έχουν την ίδια ΗΕΔ, όπως και ένα μονό στοιχείο, αλλά η χωρητικότητά τους έχει αυξηθεί, θα αποδώσουν δηλαδή περισσότερο συνολικό φορτίο.
Συστήματα μονάδων. Σύνολα μονάδων μέτρησης, σε καθένα από τα οποία οι μονάδες μέτρησης των διάφορων φυσικών μεγεθών συνδέονται μεταξύ τους με τις ίδιες εξισώσεις με τις οποίες συνδέονται τα αντίστοιχα φυσικά μεγέθη.
Η μέθοδος του καθορισμού των μονάδων των διάφορων φυσικών μεγεθών σε συνάρτηση με άλλα, μέσω των εξισώσεων της φυσικής, εφαρμόστηκε για πρώτη φορά στην επαναστατική Γαλλία του 1791 από την Επιτροπή Μέτρων και Σταθμών που είχε συγκροτήσει η Εθνοσυνέλευση. Μερικές δεκαετίες αργότερα (1832-1846) οι Βέμπερ και Γκάους στη Γερμανία εφάρμοσαν την ίδια μέθοδο στον τομέα του ηλεκτρισμού. Μέχρι τότε οι μονάδες των διάφορων μεγεθών της φυσικής καθορίζονταν αυθαίρετα, με αποτέλεσμα την πολυπλοκότητα των σχέσεων μεταξύ τους.
Σε κάθε σύστημα μονάδων περιλαμβάνεται μία μόνο μονάδα για κάθε φυσικό μέγεθος. Σε μερικές περιπτώσεις η εκλογή του συστήματος μέτρησης επηρεάζει τη μορφή των εξισώσεων που μεταβάλλονται κατά έναν παράγοντα (σταθερό) στο γινόμενο που βρίσκεται στο ένα ή στο άλλο μέλος της εξίσωσης. Αυτό συμβαίνει κυρίως στα ηλεκτρομαγνητικά μεγέθη, όπου, ανάλογα με το σύστημα που θα εκλέξουμε, εμφανίζεται ή εξαφανίζεται σταθερός παράγοντας ίσος με μια δύναμη της ταχύτητας του φωτός, ή και άλλοι παράγοντες που περιλαμβάνουν φυσικές σταθερές, τον αριθμό π κ.ά.
Τα συστήματα μέτρησης είναι άμεσα συνδεμένα με τον ορισμό κάθε φυσικού μεγέθους, καθώς και με το διαχωρισμό τους σε θεμελιώδη και παράγωγα. Με βάση τις εξισώσεις της φυσικής, δίνουμε τον ορισμό ενός φυσικού μεγέθους σε συνάρτηση με τα άλλα που περιέχονται μαζί με αυτό σε μια εξίσωση. Έτσι, π.χ. από την εξίσωση ταχύτητα = μήκος/χρόνος, το φυσικό μέγεθος «ταχύτητα» ορίζεται ως το πηλίκο του μήκους διά του χρόνου.
Στην προκειμένη περίπτωση η ταχύτητα είναι παράγωγο μέγεθος που εκφράζεται σε συνάρτηση με τα δύο άλλα μεγέθη. Φυσικά, τίποτε δε μας εμποδίζει να ορίσουμε π.χ. το διάστημα σε συνάρτηση με την ταχύτητα, οπότε το διάστημα γίνεται παράγωγο μέγεθος και η ταχύτητα θεμελιώδες (τουλάχιστον στην περίπτωση αυτή). Κατά συνέπεια, τα λεγόμενα «θεμελιώδη» φυσικά μεγέθη ορίζονται κατά τρόπο απόλυτα συμβατικό που δεν έχει καμιά σχέση με την πραγματική φυσική τους υπόσταση.
Αν από το σύνολο των φυσικών μεγεθών εκλέξουμε τρία (ή το πολύ τέσσερα) ως θεμελιώδη, τότε όλα τα υπόλοιπα εκφράζονται μέσω των εξισώσεων της φυσικής σε συνάρτηση με τα θεμελιώδη και, ειδικότερα, ως γινόμενα δυνάμεων των θεμελιωδών εκείνων μεγεθών.
Όπως αναφέραμε πιο πάνω, η εκλογή αυτή των θεμελιωδών μεγεθών είναι απόλυτα συμβατική. Έτσι π.χ., στο σύστημα CGS εκλέχτηκαν ως αρχικά θεμελιώδη μεγέθη το μήκος, η μάζα και ο χρόνος και οι αντίστοιχες μονάδες μέτρησής τους, επίσης συμβατικά, που είναι το εκατοστόμετρο (cm), το γραμμάριο μάζας (gr) και το δευτερόλεπτο (sec). Τότε ως μονάδα δύναμης π.χ. στο σύστημα CGS ήταν η δύνη (παράγωγο μέγεθος).
Με βάση τα παράγωγα μεγέθη ορίζουμε άλλα φυσικά μεγέθη, καθώς και τις μονάδες τους. Αντικαθιστώντας σε μια εξίσωση όλα τα φυσικά μεγέθη, εκτός από ένα, με τις αντίστοιχες μονάδες τους στο ίδιο σύστημα μονάδων, βρίσκουμε τη μονάδα του φυσικού μεγέθους που είναι άγνωστο, με συνάρτηση των μονάδων των γνωστών φυσικών μεγεθών. Τα μόνα φυσικά μεγέθη που δεν μπορούμε να ορίσουμε είναι τα αρχικά θεμελιώδη, στοιχείο εντελώς ανάλογο με το αδύνατο απόδειξης ενός αξιώματος στα μαθηματικά.
Εκτός από το CGS ή απόλυτο μετρικό σύστημα, χρησιμοποιήθηκε και το ΜΚS με τα ίδια θεμελιώδη φυσικά μεγέθη, αλλά με διαφορετικές μονάδες μήκους και μάζας (μέτρο και χιλιόγραμμο αντίστοιχα), ενώ το τεχνικό σύστημα (ΤS) είχε ως θεμελιώδη μεγέθη το μήκος, τη δύναμη και το χρόνο με αντίστοιχες μονάδες το μέτρο, το χιλιόγραμμο βάρους και το δευτερόλεπτο.
Τα παραπάνω συστήματα χρησιμοποιήθηκαν σε όλους τους τομείς της φυσικής είτε αυτούσια, είτε τροποποιημένα (με την αντικατάσταση ενός θεμελιώδους φυσικού μεγέθους από ένα άλλο) είτε με την υιοθέτηση ενός ακόμα φυσικού μεγέθους με την αντίστοιχη μονάδα του (π.χ. το MKS στον ηλεκτρισμό γίνεται MKSA με την αναγωγή της έντασης του ηλεκτρικού ρεύματος σε θεμελιώδες μέγεθος και την υιοθέτηση του αμπέρ ως μονάδας μέτρησής του).
Ειδικότερα στον ηλεκτρομαγνητισμό χρησιμοποιήθηκαν πέντε τουλάχιστον συστήματα μονάδων. Από αυτά, τα δύο (ηλεκτροστατικό και ηλεκτρομαγνητικό) προέκυψαν από το CGS και τα υπόλοιπα από το MKS. Αποτέλεσαν ηλεκτρικά ανάλογα του τεχνικού συστήματος.
Στη σύγχρονη εποχή στις περισσότερες χώρες του κόσμου χρησιμοποιείται το Διεθνές Σύστημα Μονάδων, το οποίο αναπτύχθηκε από τη Γενική Συνδιάσκεψη Μέτρων και Σταθμών. Βάση του Διεθνούς Συστήματος (SI) αποτέλεσε το σύστημα MKSA.
Σχετικότητας, θεωρία. Φυσική θεωρία η οποία προσπαθεί να δώσει τους συνδυαστικούς νόμους, σύμφωνα με τους οποίους μετρήσεις που αναφέρονται στη μάζα, το μήκος, το χρόνο και την ενέργεια είναι δυνατό να καταλήξουν σε θεωρητικά συμπεράσματα που δεν απέχουν πολύ από την πραγματική εικόνα των φυσικών φαινομένων. Η θεωρία της σχετικότητας προσφέρει νέες δυνατότητες εκεί όπου η κλασική μηχανική είναι ανεπαρκής. Τα προβλήματα που γεννήθηκαν στις αρχές του 20ού αιώνα από την ηλεκτρομαγνητική θεωρία του Μάξγουελ, η αδυναμία της κλασικής φυσικής να συναρτήσει φαινόμενα που ανήκαν σε διαφορετικά κινούμενα συστήματα αναφοράς και η προσπάθεια του Αϊνστάιν να αναμορφώσει την κλασική αντίληψη για το σύμπαν, οδήγησαν στην παρουσίαση από τον ίδιο της Ειδικής θεωρίας της Σχετικότητας (1905). Αν και η εισαγωγή της έννοιας της σχετικότητας στη φυσική οφείλεται στο Γαλιλαίο, όπως και αρκετές μελέτες σχετικά με την εφαρμογή νόμων της μηχανικής σε κινούμενα συστήματα αναφοράς, ο Αϊνστάιν προχώρησε στη ριζική μεταβολή των εννοιών του χώρου και του χρόνου και στη διαφορετική θεώρηση των γεγονότων, ανάλογα με το σύστημα αναφοράς όπου βρίσκεται ο παρατηρητής.
Η αναγνώριση της ύπαρξης του αιθέρα, του υποθετικού αυτού μέσου που θεωρήθηκε απαραίτητο για την κίνηση των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων (π.χ. φως) στο χώρο, δημιούργησε λίγο πριν το 1900 μεγάλα προβλήματα στο χώρο της φυσικής έρευνας. Το μέσο αυτό αφενός θα έπρεπε να ήταν τόσο αραιό, διάχυτο και αόρατο, ώστε τα ουράνια σώματα να μπορούν να κυκλοφορούν ανεμπόδιστα μέσα σε αυτό, αφετέρου όμως όφειλε να έχει ελαστικότητα μεγαλύτερη από το ατσάλι για να αντέχει στις παλμικές κινήσεις των ραδιοφωνικών και φωτεινών κυμάτων.
Το 1887 οι φυσικοί Μάικελσον και Μόρλεϊ με την έξυπνη κατασκευή τους, το συμβολόμετρο, κατόρθωσαν να επισημάνουν τις αδυναμίες της θεωρίας για την ύπαρξη του αιθέρα. Το 1893 οι Λόρεντς και Φιτζέραλντ, εργαζόμενοι ξεχωριστά, ισχυρίστηκαν ότι ένα αντικείμενο που θα κινηθεί μέσα στον αιθέρα θα συσταλθεί στην κατεύθυνση της κίνησής του κατά ένα ποσοστό που εξαρτάται από το πόσο πλησιάζει η ταχύτητα του κινούμενου σώματος προς την ταχύτητα του φωτός. Έτσι όμως δημιουργήθηκε το ερώτημα αν μπορεί η κίνηση να προκαλέσει συστολή του μήκους, οπότε ο χρόνος παρουσιάστηκε ως διάσταση του χώρου. Με την Ειδική Σχετικότητα ο χρόνος και ο χώρος δεν είναι δύο ανεξάρτητα μεγέθη, αλλά όψεις της ίδιας οντότητας, του χωροχρόνου. Τα συμπεράσματα του Αϊνστάιν ήταν επανάσταση για τις τότε αντιλήψεις της κλασικής μηχανικής και του ηλεκτρομαγνητισμού. Αποκρούστηκε η ιδέα του αιθέρα και η παραδοχή της σταθερότητας του χώρου, ενώ παρουσιάστηκε η ταχύτητα του φωτός ως μια παγκόσμια σταθερά. Έτσι, οι μετρήσεις του κάθε παρατηρητή ήταν συνάρτηση του συστήματος αναφοράς είτε αυτό ήταν το γραφείο του είτε η Γη είτε ο γαλαξίας, οπότε δημιουργήθηκε η έννοια της σχετικής κίνησης. Από πρακτική άποψη το κάθε αντικείμενο στο σύμπαν μετακινείται με τη δική του ταχύτητα. Ουσιαστικό συμπέρασμα όμως είναι ότι οποιοσδήποτε, ανεξάρτητα από το χώρο όπου βρίσκεται και την κινητική του κατάσταση, θα βρει την ίδια τιμή στην προσπάθειά του να μετρήσει την ταχύτητα του φωτός. Από μαθηματική άποψη για την έρευνα των σχετικών μεταβολών μήκους ή χρόνου ανάμεσα σε δύο κινούμενα συστήματα συντεταγμένων χρησιμοποιείται ο μετασχηματισμός του Λόρεντς, ο οποίος είναι από τους κυριότερους συντελεστές εξερεύνησης των συστημάτων που κινούνται με την ταχύτητα του φωτός. Με την ανάπτυξη αυτού του μετασχηματισμού εξετάζονται περιπτώσεις κατά τις οποίες σε δύο συστήματα αναφοράς βρίσκονται παρατηρητές εφοδιασμένοι με ίδια μέτρα για τη μέτρηση μηκών και ρολόγια για τη μέτρηση χρόνων, οι οποίοι ακολουθούν την ίδια διαδικασία σε μια σειρά μετρήσεων. Από τα βασικά προβλήματα της «συστολής του μήκους», της «διαστολής του χρόνου» (βλ. λ. διαστολή του σύμπαντος) και της ισοδυναμίας μάζας και ενέργειας η λύση του τελευταίου μπορεί και πρακτικά να εφαρμοστεί.


Η τιμή της μάζας ενός υλικού είναι συνάρτηση της ταχύτητάς του, ενώ οι αλλαγές της ίδιας της μάζας συνοδεύονται από μεταβολές στην ενέργεια. Αυτή η αλληλεξάρτηση ανάμεσα στη μάζα και την ενέργεια οδήγησε τον Αϊνστάιν στη σκέψη ότι είναι δυνατή η μετατροπή της μάζας σε χρήσιμη μορφή ενέργειας.
Τα περισσότερα από τα συμπεράσματα της Ειδικής Σχετικότητας είναι από πρώτη ματιά παράδοξα, γιατί δεν είναι δυνατό να επιβεβαιωθούν πειραματικά ή και να παρατηρηθούν στο μακρόκοσμο. Αυτό είναι συνέπεια του ότι οι ταχύτητες που επιτυγχάνονται είναι πολύ μικρές σε σχέση με την οριακή ταχύτητα του φωτός. Ακόμη και οι πυραυλικές ταχύτητες είναι απειροελάχιστες συγκριτικά με την ταχύτητα του φωτός. Ο σχετικιστικός συντελεστής μεταβολής μάζας, χρόνου ή μήκους σε χαμηλές ταχύτητες έχει πολύ μικρές τιμές. Έτσι, αν ένας πύραυλος μήκους 100 μ. και βάρους 10.000 τόνων που κινείται με ταχύτητα 10 km/sec περάσει μπροστά από έναν ακίνητο παρατηρητή στη Γη, θα πρέπει να παρουσιάσει ελάττωση μήκους ίση με χιλιοστόμετρα και αύξηση μάζας ίση με 2 χιλιοστά του γραμμαρίου. Αυτές όμως οι τιμές δεν είναι δυνατό να μετρηθούν. Επιβεβαίωση των συμπερασμάτων υπάρχει μόνο σε φαινόμενα του μικρόκοσμου και στην κίνηση των υποατομικών σωματιδίων (π.χ. π+ μεσόνια).
Μετά την Ειδική Σχετικότητα ο Αϊνστάιν παρουσίασε (1912) τη Γενική Θεωρία της Σχετικότητας, στην οποία εξετάζονται οι ιδιότητες των σωμάτων που βρίσκονται σε επιταχυνόμενα συστήματα αναφοράς, καθώς και το πρόβλημα της επίδρασης της βαρύτητας στην έννοια του χωροχρόνου. Έξω από το πεδίο βαρύτητας τόσο τα υλικά σωματίδια όσο και το φως κινούνται ευθύγραμμα. Αυτή όμως η συμπεριφορά διαφοροποιείται μέσα σε πεδίο βαρύτητας και παρουσιάζονται εκτροπές από την ευθύγραμμη διάδοση. Το φως, όταν περάσει πολύ κοντά από ύλη, εκτρέπεται από την ευθύγραμμη πορεία του. Μια π.χ. φωτεινή ακτίνα που περνά κοντά από το χείλος του ηλιακού δίσκου παρουσιάζει απόκλιση 1,74΄΄. Έτσι η βαρύτητα δημιουργεί καμπύλωση του χωροχρόνου με αποτέλεσμα η ευκλείδεια γεωμετρία να μην μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την περιγραφή και την έρευνα του Σύμπαντος, το οποίο θεωρείται καμπύλο. Για να περιγραφεί με ακρίβεια ο καμπύλος χώρος, πρέπει να χρησιμοποιηθεί η τανυστική ανάλυση, ενώ δεν είναι δυνατή η χρησιμοποίηση συστημάτων καρτεσιανών συντεταγμένων.
Η Γενική Σχετικότητα αποτελεί τη βάση για πολλές κοσμολογικές θεωρίες, όπως των προτύπων του Σύμπαντος, της διαστολής του Σύμπαντος κ.ά. (βλ. και λ. κοσμολογία).
Η Ειδική Σχετικότητα, μετά την παρουσίαση της Γενικής, αποτέλεσε οριακή της περίπτωση για περιοχές του χώρου όπου το πεδίο βαρύτητας είναι ίσο με μηδέν.
Υδρογονοβόμβα. Όπλο που ανήκει στην κατηγορία των ατομικών. Σε αντίθεση με την ατομική βόμβα, στην οποία η παραγόμενη ενέργεια είναι αποτέλεσμα σχάσης ουρανίου, πλουτωνίου κτλ., η ενέργεια της υδρογονοβόμβας οφείλεται στο φαινόμενο της σύντηξης πυρήνων ισοτόπων στοιχείων, κυρίως υδρογόνου, με αποτέλεσμα το σχηματισμό πυρήνων στοιχείου ηλίου. Αν τα ισότοπα του υδρογόνου δευτέριο (Η) και τρίτιο (Η) συνενωθούν σε κατάλληλη θερμοκρασία σύμφωνα με την αντίδραση Η + Η He + n + 17,6 MeV, παράγονται ένας πυρήνας ηλίου, ένα νετρόνιο και τεράστια ποσότητα ενέργειας. Η βόμβα Η, όπως χαρακτηρίζεται η υδρογονοβόμβα, έχει ως γόμωση υδρίδια του λιθίου, τα οποία με την επίδραση νετρονίων δίνουν το τρίτιο, που δε βρίσκεται στη φύση. Τα νετρόνια παράγονται από πολλές ατομικές εκρήξεις που οφείλονται στις μικροβόμβες ουρανίου ή πλουτωνίου που υπάρχουν στο εσωτερικό της υδρογονοβόμβας. Τα νετρόνια που εκπέμπονται από την πρωταρχική έκρηξη των μικροβομβών και η θερμοκρασία που αναπτύσσεται δημιουργούν τις κατάλληλες συνθήκες για την αρχή της αντίδρασης σύντηξης. Το περίβλημα της βασικής γόμωσης είναι από ουράνιο 238, του οποίου η ατομική σχάση, που είναι αποτέλεσμα της έκρηξης, προκαλεί αύξηση της ισχύος της υδρογονοβόμβας.
Η θεωρητική πρόβλεψη της δυνατότητας κατασκευής υδρογονοβόμβας με τη χρησιμοποίηση της υψηλής θερμοκρασίας που συνοδεύει μια ατομική έκρηξη, οφείλεται στο φυσικό Ενρίκο Φέρμι (1942). Σε σχέση με την ατομική βόμβα η υδρογονοβόμβα είναι περισσότερο «καθαρή», γιατί δεν αφήνει ραδιενεργά κατάλοιπα με έντονη ακτινοβολία, έχει μεγαλύτερη εκλυόμενη ενέργεια ανά μονάδα μάζας και η ισχύς της μπορεί να μεγαλώσει απεριόριστα. Από πολεμική άποψη τα καταστρεπτικά αποτελέσματα της υδρογονοβόμβας είναι τριπλάσια από ό,τι της ατομικής βόμβας.
Το 1952 στο νησί Ενίβετοκ του Ειρηνικού ωκεανού έγινε η πρώτη αμερικανική δοκιμή έκρηξης υδρογονοβόμβας.
Σωματίδια, στοιχειώδη. Τα θεμελιώδη συστατικά όλης της ύλης στο σύμπαν. Μέχρι την ανακάλυψη του ηλεκτρονίου από τον Τόμσον το 1898 θεωρούσαν ως θεμελιώδη συστατικά της ύλης τα άτομα. Η ανακάλυψη αυτή μαζί με την ανακάλυψη του Ράδερφορντ του πυρήνα του ατόμου και του πρωτονίου το 1914 κατέστησαν προφανές ότι τα άτομα δεν ήταν πραγματικά στοιχειώδη υπό την έννοια ότι έχουν εσωτερική δομή. Η ανακάλυψη του νετρονίου από τον Τσάντγουικ το 1932 συμπλήρωσε το πρότυπο του ατόμου βασισμένο σε έναν πυρήνα αποτελούμενο από πρωτόνια και νετρόνια περιβαλλόμενα από αρκετά ηλεκτρόνια, ώστε να εξισορροπείται το πυρηνικό φορτίο. Ωστόσο, δεν ήταν αρκετό να ερμηνεύσει τη μεγάλη σταθερότητα του πυρήνα, που σαφώς δεν μπορούσε να έχει τέτοια συνοχή με μια ηλεκτρομαγνητική αλληλεπίδραση, καθώς το νετρόνιο δεν έχει ηλεκτρικό φορτίο. Το 1935 ο Yokawa ανακοίνωσε ότι οι δυνάμεις ανταλλαγής (exchange forces) που διατηρούν τη συνοχή των πυρήνων περιλαμβάνουν και βραχύβια σωματίδια, που ονομάζονται μεσόνια (mesons), τα οποία μεταπηδούν συνεχώς από το πρωτόνιο στο νετρόνιο και αντίστροφα. Η σύλληψη αυτή οδήγησε στην ανακάλυψη ισχυρών αλληλεπιδράσεων (interactions) και ασθενών αλληλεπιδράσεων, που φθάνουν τον αριθμό των θεμελιωδών (fundamental) αλληλεπιδράσεων στο τέσσερα. Οδήγησε επίσης στην ανακάλυψη περίπου 200 βραχύβιων στοιχειωδών σωματιδίων, μερικά από τα οποία ήταν σαφώς περισσότερο στοιχειώδη από κάποια άλλα. Στην ταξινόμηση, που ισχύει σήμερα, αναγνωρίζονται δύο κύριες κατηγορίες σωματιδίων: τα λεπτόνια (leptons) –ηλεκτρόνια, μιόνια, νετρίνα, σωματίδια r– που αλληλεπιδρούν είτε με ηλεκτρομαγνητική αλληλεπίδραση είτε με ασθενή και δεν έχουν εμφανή εσωτερική δομή, και τα αδρόνια (hadrons) –νουκλεόνια, πιόνια κ.ά.– που αλληλεπιδρούν με ισχυρή αλληλεπίδραση και παρουσιάζουν πολύπλοκη εσωτερική δομή. Η δομή του αδρονίου βασίζεται τώρα στη σύλληψη του Μάρι Γκελ Μαν περί του κουάρκ, την οποία εισήγαγε το 1963. Σύμφωνα με αυτό το μοντέλο, τα αδρόνια διακρίνονται σε βαρυόνια (baryons), τα οποία διασπώνται σε πρωτόνια και σε μεσόνια, τα οποία διασπώνται σε λεπτόνια και φωτόνια. Τα βαρυόνια αποτελούνται από τρία κουάρκς, ενώ τα μεσόνια από δύο (ένα κουάρκ και ένα αντικουάρκ). Συνεπώς κατά τη θεωρία των κουάρκ τα μόνα γνήσια στοιχειώδη σωματίδια είναι τα λεπτόνια και τα κουάρκς. Σε αντίθεση με τα ηλεκτρόνια και τα πρωτόνια, που έχουν ακριβώς ίσα αλλά αντίθετα φορτία, τα κουάρκς φέρουν φορτία που είναι κλάσματα του ηλεκτρονικού φορτίου (+2/3 ή –1/3 του ηλεκτρονικού φορτίου). Τα κουάρκς συναντούνται σε έξι γεύσεις (flavours) –καμία σχέση με την αίσθηση της γεύσης– α) πάνω (up, u) +2/3 φορτίου, β) κάτω (down, d) –1/3 γ) γοητεία ή έλξη (charmed, c) +2/3, δ) παράξενο (strange, s) –1/3, ε) κορυφή (top, t) +2/3, στ) πάτος (bottom, b) –1/3. Τα στοιχεία για την ύπαρξη του πάνω δεν έχουν καθοριστεί πλήρως. Το πρωτόνιο, ως βαρυόνιο, αποτελείται από τρία κουάρκς uud (2/3+2/3–1/3=3/3=1) και το νετρόνιο αποτελείται από udd (2/3–1/3–1/3=0). Για κάθε γεύση υπάρχουν αντίστοιχα αντικουάρκς (ũ, , non), που φέρουν αντίθετες τιμές ηλεκτρικού φορτίου (ũ=2/3 non). Για να αποφύγουμε τη σύγχυση με την απαγορευτική αρχή του Πάουλι αποδείχτηκε απαραίτητο να προσθέσουμε την έννοια του έγχρωμου φορτίου στις έξι γεύσεις. Κάθε γεύση κουάρκ συναντάται στα τρία βασικά χρώματα (κόκκινο, πράσινο και μπλε), ενώ κάθε αντικουάρκ έχει τα συμπληρωματικά αντιχρώματα (κυανό, ιώδες και κίτρινο). Κατά συνέπεια υπάρχουν 18 κουάρκ συνολικά και 18 αντικουάρκ. Οι κανόνες συνδυασμού για το σχηματισμό αδρονίων είναι ότι οι συνδυασμοί των χρωμάτων πρέπει να μας δίνουν πάντοτε το λευκό είτε αναμειγνύοντας ένα βασικό χρώμα με το συμπληρωματικό αντίχρωμα, για να κάνουμε μεσόνια. Η χρήση της λέξης «χρώμα» με αυτό το περιεχόμενο υποδηλώνει μια αναλογία προς τα οπτικά χρώματα και όχι ότι τα σωματίδια είναι χρωματισμένα. Η θεωρία που ελέγχει τους συνδυασμούς αυτούς έχει ως πρότυπο την κβαντοηλεκτροδυναμική και ονομάζεται κβαντοχρωμοδυναμική. Η ισχυρή αλληλεπίδραση ανάμεσα στα κουάρκς απεικονίζεται νοερά ότι συμβαίνει από την ανταλλαγή οκτώ τύπων αφόρτιστων σωματιδίων, χωρίς μάζα ηρεμίας, που ονομάζονται γκλουόνια (gluons), επειδή κολλούν τα κουάρκς μεταξύ τους. Μολονότι τα γκλουόνια, όπως και τα φωτόνια που παρουσιάζουν ανάλογη δράση ανάμεσα στα λεπτά, δε φέρουν ηλεκτρικό φορτίο, έχουν όμως έγχρωμο φορτίο. Κάθε γκλουόνιο φέρει ένα χρώμα και ένα αντίχρωμα. Υπάρχουν εννέα ζεύγη χρώματος-αντιχρώματος, αλλά ένα από αυτά αποκλείεται ως αντίστοιχο προς το λευκό. Κατά την αλληλεπίδραση ένα κουάρκ μπορεί να αλλάξει το χρώμα του, αλλά όλες οι χρωματικές αλλαγές συνοδεύονται από την αποβολή ενός γκλουονίου. Αυτό το γκλουόνιο απορροφάται στη συνέχεια από κάποιο άλλο κουάρκ, το χρώμα του οποίου αλλάζει, για να αντισταθμίσει την αρχική αλλαγή. Αν, για παράδειγμα, ένα κόκκινο κουάρκ γίνει πράσινο, αποβάλλει ένα γκλουόνιο, που φέρει τα χρώματα κόκκινο+αντιπράσινο. Όταν απορροφηθεί αυτό από ένα πράσινο κουάρκ, το πράσινο του κουάρκ και το αντιπράσινο του γκλουονίου αλληλοεξουδετερώνονται, εγκαταλείποντας το δεύτερο κουάρκ με το κόκκινο χρώμα, που προσαρτήθηκε από το γκλουόνιο. Η καθαρή αλλαγή ισούται προς το μηδέν, επειδή ως αποτέλεσμα της αλληλεπίδρασης υπάρχει ακόμη ένα πράσινο κουάρκ και ένα κόκκινο κουάρκ. Συνεπώς όλα τα αδρόνια παραμένουν λευκά, παρόλο που τα έγχρωμα κουάρκ μετακινούνται από το ένα σημείο στο άλλο. Η ισχυρή δύναμη μπορεί να πιθανολογηθεί ως το σύστημα των αλληλεπιδράσεων που απαιτούνται, για να διατηρήσουν αυτή την κατάσταση. Η όλη περίπλοκη θεωρία κουάρκ έχει πλέον εδραιωθεί από εμπεριστατωμένες αποδείξεις. Τα μεμονωμένα κουάρκς έχουν την περίεργη ιδιότητα να είναι πολύ περισσότερο συμπαγή από τα αδρόνια που σχηματίζουν συνήθως (εξαιτίας του τεράστιου δυναμικού ενέργειας, που έχουν όταν αποχωρίζονται) και ορισμένοι ερευνητές πιστεύουν ότι κατά λογική ακολουθία είναι θεμελιωδώς αδύνατο να υπάρξουν τα κουάρκς μεμονωμένα. Ορισμένοι όμως επιστήμονες που διεξάγουν πειράματα ανέφεραν σταθερά και συνεπή αποτελέσματα ως προς την παρουσία των κλασματικών φορτίων, που πιθανόν να φέρουν τα αδέσμευτα κουάρκς.



Τάση. Η διαφορά των δυναμικών ενεργειών τις οποίες έχει η μονάδα θετικού ηλεκτρικού φορτίου, αν τοποθετηθεί διαδοχικά και στα δύο σημεία. Λέγεται και διαφορά δυναμικού ανάμεσα σε δύο σημεία του ηλεκτρικού πεδίου. Η έννοια της τάσης χρησιμοποιείται στις πρακτικές εφαρμογές του ηλεκτρισμού σε αντικατάσταση της έννοιας του δυναμικού. Εκφράζεται με τις ίδιες μονάδες όπως και το δυναμικό, δηλαδή σε βολτ, κιλοβόλτ, μιλιβόλτ κ.ά. Αν θεωρήσουμε δύο σημεία Α και Β ενός ηλεκτρικού πεδίου, τότε τα δύο σημεία θα έχουν αντίστοιχα δυναμικά UΑ και UΒ. Αν η μονάδα θετικού ηλεκτρικού φορτίου +q κινηθεί από το σημείο Α προς το σημείο Β, τότε θα παραχθεί έργο W και αν επιπλέον υποθέσουμε ότι UA > UB, τότε η τάση προκύπτει από την εξής μαθηματική εξίσωση:. Συνεπώς η τάση UΑ - UΒ εκφράζει το έργο που παράγεται στη μετακίνηση του φορτίου +q από το σημείο Α προς το Β (βλ. και λ. δυναμικό). Γενικά, η τάση είναι η αιτία που προκαλεί την κίνηση των ηλεκτρικών φορτίων. Για τη μέτρησή της χρησιμοποιούνται είτε τα ηλεκτρόμετρα είτε τα βολτόμετρα.
Τάση αγωγού. Όταν ένας αγωγός διαρρέεται από ηλεκτρικό ρεύμα, τότε ανάμεσα σε δύο σημεία του Α και του Β υπάρχει διαφορά δυναμικού ή τάση ίση με την τιμή UΑ - UΒ. Αν θεωρήσουμε σταθερή ροή ηλεκτρονίων (δηλαδή συνεχές ρεύμα) με ένταση Ι κατά μήκος του αγωγού, τότε μεταξύ των δύο σημείων θα υπάρχει σταθερή τάση UΑ - UΒ = UAB που εμφανίζεται ως πτώση τάσης (δηλαδή συνεχής ελάττωση της τάσης) στα άκρα μιας αντίστασης R, την οποία παρεμβάλλουμε ανάμεσα στα Α και Β. Για το τμήμα αυτό του αγωγού η πτώση τάσης προκύπτει από το νόμο του Ohm ίση με UAB = I  R.
Τάση ατμών. Η πίεση των ατμών του υγρού ή του στερεού σώματος, όταν ο ατμός και το υγρό ή στερεό βρίσκονται σε δυναμική ισορροπία. Κατάσταση δυναμικής ισορροπίας είναι εκείνη κατά την οποία όσα μόρια ελευθερώνονται στο χώρο σε κάποια χρονική στιγμή, τόσα επανέρχονται στην αρχική τους φάση. Οι ατμοί που δημιουργούνται ασκούν πιέσεις στα τοιχώματα των δοχείων που περιέχονται και κατά συνέπεια ισχύουν οι ίδιοι νόμοι που ισχύουν και για τα αέρια. Σε κάθε περίπτωση η τάση των ατμών ενός υγρού εξαρτάται από τη θερμοκρασία. Έτσι, καθώς αυξάνεται η θερμοκρασία, γίνεται μεγαλύτερη και η τάση των ατμών, ενώ για κάθε συγκεκριμένη θερμοκρασία η τάση των ατμών έχει σταθερή τιμή που είναι ανεξάρτητη από τον όγκο του δοχείου και την ποσότητα του υγρού. Η χαρακτηριστική θερμοκρασία στην οποία η τάση των ατμών ενός υγρού γίνεται ίση με την ατμοσφαιρική, λέγεται «σημείο βρασμού» του νερού. Η τάση των ατμών ενός διαλύματος ελαττώνεται όταν στο διάλυμα προσθέτουμε στερεά ευδιάλυτη ουσία, η οποία έχει αμελητέα τάση ατμών. Η ελάττωση της τάσης των ατμών, σε συνάρτηση με τη συγκέντρωση του διαλύματος, δίνεται από το νόμο του Ραούλ, σύμφωνα με τον οποίο «ο λόγος της τάσης των ατμών του διαλύματος προς την τάση των ατμών του καθαρού διαλύτη, στην ίδια θερμοκρασία, είναι ίσος προς το γραμμοριακό κλάσμα του διαλύτη στο διάλυμα».
Ταχύτητα. Χαρακτηριστικό διανυσματικό μέγεθος, το οποίο αναφέρεται σε ένα κινητό σώμα και του οποίου η αριθμητική τιμή είναι ίση με το λόγο του διαστήματος που διάνυσε το κινητό προς το χρόνο που χρειάστηκε γι’ αυτήν την κίνηση.
Η ταχύτητα θεωρείται αμετάβλητη σε ένα καθορισμένο χρονικό διάστημα, όταν παραμένουν σταθερά στο ίδιο χρονικό διάστημα το μέτρο, η φορά και η διεύθυνση του διανύσματος. Μπορούμε να διακρίνουμε την ταχύτητα σε μέση και στιγμιαία.
Η ταχύτητα ενός αυτοκινήτου προσδιορίζεται σε κάθε χρονική στιγμή από την ένδειξη του «κοντέρ». Έτσι είναι δυνατό, όταν παρατηρούμε κατά τη διάρκεια ενός ταξιδιού το «κοντέρ» (π.χ. 100 χλμ./ώρα κτλ.), να έχουμε διάφορες ενδείξεις σε κάθε παρατήρηση. Η κάθε ένδειξη δίνει τη στιγμιαία ταχύτητα του αυτοκινήτου. Αν τελικά το ταξίδι διαρκέσει 2 ώρες και η συνολική απόσταση είναι 140 χλμ., μπορούμε να πούμε, σύμφωνα με τον ορισμό, ότι η μέση ταχύτητα του αυτοκινήτου ήταν 70 χλμ. Η σταθερότητα του διανύσματος της ταχύτητας κατά τη διάρκεια της κίνησης είναι κριτήριο για τον προσδιορισμό του είδους της κίνησης. Έτσι π.χ. όταν η ταχύτητα είναι σταθερή σε κάθε χρονική στιγμή, η κίνηση είναι ευθύγραμμη και ομαλή, ενώ όταν η ταχύτητα είναι συνάρτηση του χρόνου, η κίνηση είναι μεταβαλλόμενη.
Μονάδες ταχύτητας είναι το 1 cm/sec, κυρίως σε πειράματα, το 1 m/sec και το 1 km/sec στις πρακτικές εφαρμογές.
Στην κυκλική κίνηση, εκτός από τη γραμμική ταχύτητα, χρησιμοποιείται και η έννοια της γωνιακής ταχύτητας, η οποία συνδέεται με τη γραμμική με τη σχέση υ = ω  R, όπου υ η γραμμική ταχύτητα, ω η γωνιακή ταχύτητα και R η ακτίνα του κύκλου.
Η ταχύτητα είναι μέγεθος που εξαρτάται από το σύστημα αναφοράς του κινητού και του παρατηρητή. Αν ο παρατηρητής και το κινητό βρίσκονται σε διαφορετικά συστήματα αναφοράς, καθένα από τα οποία έχει δική του κίνηση, τότε η ταχύτητα του ενός ως προς το άλλο είναι τελείως σχετική και εξαρτάται από τις ταχύτητες και τη διεύθυνση κίνησης.
Ως ταχύτητα διαφυγής θεωρείται η απαραίτητη ταχύτητα που πρέπει να αποκτήσει ένα σώμα για να ξεφύγει από την έλξη της Γης (11,18 km/sec).
Ορική ταχύτητα είναι η σταθερή ταχύτητα την οποία αποκτά ένα σώμα όταν πέφτει ελεύθερα στην ατμόσφαιρα. Η σταθερότητα της ταχύτητας και η έλλειψη επιτάχυνσης ύστερα από ορισμένη στιγμή είναι αποτέλεσμα του ότι εκείνη ακριβώς τη στιγμή της πτώσης η άνωση και η αντίσταση του αέρα εξουδετερώνουν το βάρος του σώματος.
Ταλάντωση. Η περιοδική κίνηση που γίνεται παλινδρομικά γύρω από μία θέση ισορροπίας. Οι χορδές και οι μεμβράνες των μουσικών οργάνων, οι οικοδομικές κατασκευές και οι κρεμαστές γέφυρες κατά τη διάρκεια σεισμών ή με την επίδραση ισχυρών ανέμων, τα ιόντα μέσα στα κρυσταλλικά πλέγματα, τα άτομα μέσα στα μόρια κ.ά., εκτελούν περιοδικές κινήσεις, οι οποίες κατατάσσονται στις ταλαντώσεις. Στην περίπτωση που η ταλάντωση πραγματοποιείται σε ευθεία γραμμή, όπως για παράδειγμα η κίνηση μάζας στερεωμένης στο άκρο ελατηρίου, όταν ξεκινήσει από τη θέση ισορροπίας και αφεθεί ελεύθερη, λέγεται «γραμμική ταλάντωση». Με βάση την παραδοχή ότι δεν υπάρχουν τριβές και απώλειες ενέργειας κατά την κίνηση, οπότε η ταλάντωση είναι αμείωτη, υπάρχουν συγκεκριμένα κοινά χαρακτηριστικά, όπως το «πλάτος» και η «περίοδος», που περιγράφουν ικανοποιητικά την κίνηση. Η περιγραφή αυτή είναι ανεξάρτητη από το μέγεθος των σωμάτων που συμμετέχουν στην ταλάντωση και από τη φύση των δυνάμεων που την προκαλούν και τη διατηρούν.
Η γραμμική ταλάντωση στην οποία η απομάκρυνση του σώματος από τη θέση ισορροπίας είναι αρμονική συνάρτηση του χρόνου, δηλαδή δίνεται από τη σχέση x = xoημ(ωt + φο), λέγεται «απλή αρμονική ταλάντωση». Η ικανή και αναγκαία συνθήκη για το αν πραγματοποιεί ένα σώμα απλή αρμονική ταλάντωση είναι ότι η δύναμη ή η συνισταμένη των δυνάμεων κατά τη διεύθυνση της κίνησης πρέπει να είναι ανάλογη προς την απομάκρυνση, δηλαδή F = -D  x. Η δύναμη F λέγεται «δύναμη επαναφοράς» και επιταχύνει το σώμα πάντοτε προς τη θέση ισορροπίας, ενώ η σταθερά αναλογίας D που λέγεται «σταθερά επαναφοράς» και η απομάκρυνση έχουν αντίθετες φορές.
Για τη μελέτη των ταλαντώσεων χρησιμοποιούνται οι παρακάτω όροι: 1. Πλάτος, είναι το μέγιστο μέτρο της μετατόπισης από τη θέση ισορροπίας. Είναι πάντοτε θετικό. 2. Περίοδος Τ, είναι ο χρόνος που χρειάζεται για να ολοκληρωθεί μία πλήρης ταλάντωση ή ένας κύκλος. Μετριέται σε δευτερόλεπτα και είναι πάντοτε θετική. 3. Συχνότητα ν, είναι ο αριθμός των κύκλων που πραγματοποιούνται στη μονάδα του χρόνου. Η μονάδα συχνότητα στο Διεθνές Σύστημα (SI) είναι το 1Hz (χερτζ). 1Hz = 1κύκλος/sec = 1sec-1. 4. Γωνιακή συχνότητα ω, που είναι το γινόμενο του 2π επί τη συχνότητα, δηλαδή ω = 2πν. Μετριέται σε rad/sec.
Τηλεπικοινωνίες. Η μεταφορά και ανταλλαγή πληροφοριών σε μια απόσταση τόσο μεγάλη που είναι αδύνατο να γίνει χωρίς τεχνητή βοήθεια όπως είναι τα ηλεκτρικά, ηλεκτρονικά ή οπτικά μέσα και η επικοινωνία λαμβάνει χώρα περνώντας σήματα σε καλώδια, σε οπτικές ίνες ή διαμέσου του διαστήματος με τη χρήση ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων.
Ο σύγχρονος τρόπος ζωής επιβάλλει να υπάρχει πρόσβαση σε ένα αξιόπιστο, οικονομικό και αποτελεσματικό μέσο επικοινωνίας. Χρησιμοποιούμε επικοινωνιακά συστήματα, κυρίως το δημόσιο τηλεφωνικό δίκτυο μεταγωγής (PSTN), για να φέρουμε σε επαφή ανθρώπους από όλο τον κόσμο. Η τηλεφωνία είναι ένα παράδειγμα διασημειακής σύνδεσης τηλεπικοινωνίας και κανονικά περιλαμβάνει αμφίδρομη ροή πληροφοριών. Άλλος τύπος τηλεπικοινωνίας που περιλαμβάνει μόνο μονόδρομη ροή πληροφοριών, είναι η εκπομπή ραδιοφωνικών και τηλεοπτικών σημάτων. Σε συστήματα όπως αυτά, οι πληροφορίες μεταδίδονται από μία τοποθεσία, αλλά λαμβάνονται από πολλές τοποθεσίες με τη χρήση πολλών αυτόνομων ληπτών. Αυτό είναι ένα παράδειγμα σημειο-πολυσημειακής σύνδεσης.
Τα τηλεπικοινωνιακά συστήματα είναι πολύ διαδεδομένα. Για παράδειγμα, για τα συστήματα πλοήγησης περνούν σήματα μεταξύ πομπού και δέκτη για να προσδιορίσουν τη θέση ενός οχήματος ή να το οδηγήσουν και να ελέγξουν την κίνησή του. Τα συστήματα σηματοδοσίας για οχήματα που ακολουθούν τροχιά, όπως τα τρένα, είναι επίσης επικοινωνιακά συστήματα.
Όλες οι πρώτες μορφές τηλεπικοινωνιακών συστημάτων (π.χ. σήματα καπνού, οπτικός τηλέγραφος, σηματογράφος κ.ά.) χρησιμοποιούσαν ψηφιακή κίνηση. Η πρωιμότερη ηλεκτρονική επικοινωνία, η τηλεγραφία, αναπτύχθηκε στη δεκαετία του 1830. Ήταν ψηφιακής μορφής όσον αφορά το ότι τα σήματα εκπέμπονταν μέσω καλωδίων και ήταν περιορισμένα σε τέσσερα είδη: τελείες και παύλες που αντιπροσώπευαν τα κωδικοποιημένα γράμματα του μορσικού αλφάβητου, κενά μεταξύ γραμμάτων και κενά μεταξύ λέξεων. Στη δεκαετία του 1870 ο Αλεξάντερ Γκράχαμ Μπελ έκανε δυνατή την αναλογική επικοινωνία, εφευρίσκοντας ακουστικούς «μορφοτροπείς» για να μετατρέπει την ομιλία κατευθείαν σε (αναλογικά) ηλεκτρικά σήματα. Αυτό οδήγησε γρήγορα στην ανάπτυξη της συμβατικής τηλεφωνίας. Οι ραδιοεπικοινωνίες άρχισαν περίπου στις αρχές του 20ού αιώνα με την επινόηση του πρώτου ασύρματου συστήματος επικοινωνίας από το Μαρκόνι. Το γεγονός αυτό γρήγορα ακολουθήθηκε από την πρώτη επίδειξη ασύρματης τηλεφωνίας (ραδιοτηλεφωνίας) και το 1918 ο Έντουαρντ Χάουαρντ Άρμστρογκ επινόησε τον υπερετερόδυνο ραδιοδέκτη, που αποτελεί ένα σημαντικό στοιχείο του μεγαλύτερου μέρους ενός σύγχρονου ραδιοδέκτη. Στη δεκαετία του 1930 ο Ριβς έκανε πρόταση για παλμοκωδική διαμόρφωση (PCM), που οδήγησε στη θεμελίωση όλων σχεδόν των σύγχρονων ψηφιακών τηλεπικοινωνιακών συστημάτων.
Ο β’ παγκόσμιος πόλεμος είχε ως συνέπεια γρήγορες εξελίξεις σε όλους σχεδόν τους τομείς της μηχανικής και της τεχνολογίας. Τα ηλεκτρονικά και οι τηλεπικοινωνίες κέρδισαν πολλά και ο νέος τότε τομέας του ραντάρ καθιερώθηκε πολύ γρήγορα.
Το 1945 ο Άρθουρ Κλαρκ έγραψε το περίφημο άρθρο του κάνοντας πρόταση για επικοινωνία μέσω γεωστατικού δορυφόρου και το 1963 είδε την εκτόξευση του πρώτου επιτυχημένου δορυφόρου αυτού του είδους. Το 1966 προτάθηκε επικοινωνία μέσω οπτικών ινών από τους Κάο και Χόκμαν και, περίπου την ίδια περίοδο, χειριστές δημόσιου τηλέγραφου εισήγαγαν ψηφιακά φερεσυχνικά συστήματα.
Τα πρώτα γενικής χρήσης υψηλής κλίμακας δίκτυα πληροφοριών (ARPANET και TYMNET) αναπτύχθηκαν γύρω στο 1970, προκαλώντας σημαντικό εμπορικό ενδιαφέρον στη μεταγωγή «πακέτων» (σαν εναλλαγή από την κυκλωμεταγωγή και πολυπλεξία). Στη δεκαετία του 1970 έγιναν σημαντικές βελτιώσεις στον όγκο της κίνησης και ταχύτητας των σημάτων που μεταφερόταν από τα τηλεπικοινωνιακά συστήματα όλων των ειδών. Οι απώλειες των οπτικών ινών μειώθηκαν σημαντικά και η χωρητικότητα των δορυφόρων αυξήθηκε θεαματικά. Στη δεκαετία του 1980 τα πρώτα αναλογικά και μετά ψηφιακά κυψελοειδή συστήματα ραδιομετάδοσης αποτέλεσαν το σημαντικότερο μέρος του δημόσιου δικτύου δεδομένων πακετομεταγωγής (PSTN). Στη συνέχεια αναπτύχθηκαν μικροκυψελοειδείς και προσωπικές τηλεπικοινωνίες χρησιμοποιώντας επίγεια και δορυφορική ραδιοτεχνολογία (κινητή τηλεφωνία). Ευρυζωνικά προσωπικά τηλεπικοινωνιακά συστήματα παρέχουν φωνή, δεδομένα και υπηρεσίες video. Η μετάδοση εικόνας απαιτεί μια ευρυζωνική σύνδεση και όχι μια μετάδοση στενού εύρους ζώνης.
Η αυξανόμενη απαίτηση για παραδοσιακές υπηρεσίες είναι ένας σημαντικός παράγοντας στην ανάπτυξη των τηλεπικοινωνιακών τεχνολογιών. Η ανάπτυξη αυτή, συνδυασμένη με γενικότερες προόδους στα ηλεκτρονικά και στους Η/Υ, έχει κάνει δυνατή την παροχή εντελώς νέων (ψηφιακών) υπηρεσιών τηλεπικοινωνίας.
Στις τηλεπικοινωνίες υπάρχουν διάφορες επιτροπές που εξασφαλίζουν τα πρότυπα λειτουργικότητας του εξοπλισμού. Η Διεθνής Ένωση Τηλεπικοινωνιών (ITU) είναι ένα σημαντικό σώμα (επιτροπή) προτύπων που έχει την αρμοδιότητα να κάνει συστάσεις προτύπων. Στην Ευρωπαϊκή Ένωση κάτι παρόμοιο υπάρχει με το Ευρωπαϊκό Τηλεπικοινωνιακό Ινστιτούτο Προτύπων (ETSI).
Παλμοκωδική διαμόρφωση (Pulse Code Modulation - PCM). Είναι η πολύ σημαντική μέθοδος «μετάδοσης» σημάτων, όπου αναλογικά σήματα μετατρέπονται σε σειρές bits, δηλαδή σε ψηφιακά σήματα. Σε αυτήν τη μέθοδο στηρίζονται τώρα όλες οι παγκόσμιες τηλεπικοινωνίες, δορυφορικές και επίγειες, καθώς και η τηλεμετάδοση των πληροφοριών. Οι σημαντικότερες συνθήκες που ευνοούν την εξέλιξη αυτή, είναι οι εξής:
1. Ανάγκη μετάδοσης στοιχείων με μεγάλη ταχύτητα.
2. Μικρότερη παραμόρφωση ψηφιακών σημάτων σε σχέση με αναλογικά σήματα.
3. Δυνατότητα ελέγχου και διόρθωσης ψηφιακών σημάτων στους αναμεταδότες και δέκτες του δικτύου, πράγμα που δεν είναι δυνατό με αναλογικά σήματα.
4. Διαθεσιμότητα νέων μέσων μετάδοσης σημάτων (οπτικές ίνες) με α) παραμόρφωση σήματος (< 1db/km) και συνεπώς εγκατάστασης αναμεταδοτών μόνο κάθε 40-60 χλμ., β) μεγάλη ταχύτητα μετάδοσης περίπου 1Gbit/sec, και χαμηλό κόστος.
Η μέθοδος PCM προδιαγράφει τον τρόπο μετάδοσης ψηφιακών και αναλογικών (αφού προηγουμένως μετατραπούν σε ψηφιακά) σημάτων μέσω ψηφιακών δικτύων, όπου μεταφέρονται με πολύ μεγαλύτερη ταχύτητα (> 106 bit/sec) συγκριτικά με τα αναλογικά δίκτυα. Το PCM ανοίγει νέους ορίζοντες στη μεταφορά ήχου, εικόνας και data μέσω ενός ολοκληρωμένου δικτύου τηλεπληροφορικής ISDN (Integraded Services Digital Network=ολοκληρωμένες υπηρεσίες ψηφιακών δικτύων).
Τηλεπικοινωνιακές συσκευές εφαρμοσμένης τηλεπληροφορικής. Οι συσκευές της εφαρμοσμένης τηλεπληροφορικής διαχωρίζονται στις παρακάτω οκτώ κατηγορίες. Από αυτές οι τρεις πρώτες είναι υποχρεωτικές, ενώ οι υπόλοιπες προσφέρουν δυνατότητες για μια πιο «έξυπνη» και οικονομικότερη χρήση των τηλεπικοινωνιακών δικτύων.
1. Τερματικά επικοινωνιών (Data Communication Terminals), π.χ. τα τερματικά Η/Υ.
2. α) Διαμορφωτές-αποδιαμορφωτές (Modem). Οι πρώτοι εφαρμόζονται στη διαμόρφωση και αποδιαμόρφωση των σημάτων, ενώ τα modem είναι συσκευές που κάνουν την αναγκαία μετατροπή αναλογικών προς ψηφιακά δυαδικά σήματα και αντίθετα, ώστε να μπορέσουν αυτά να χρησιμοποιήσουν το τηλεφωνικό δίκτυο. Υπάρχουν modem ταχύτητας 2.400, 4.800, 9.600, 19.200, 28.800, 33.400, 56.000 bits/sec. β) Κωδικοποιητές-αποκωδικοποιητές (Codes) που υπάρχουν αντίστοιχα στα ψηφιακά δίκτυα.
3. Μονάδες ελέγχου τηλεπικοινωνιών (Computers Communication Controllers). Ελέγχουν α) την ταχύτητα με την οποία κωδικοποιούνται τα ψηφιακά στοιχεία και αποστέλλονται προς το απέναντι τερματικό, β) να μην αλλοιώνονται οι διάφοροι «χαρακτήρες» των ψηφιακών στοιχείων, γ) τη σειρά της κωδικοποίησης, που είναι καθορισμένη εκ των προτέρων.
4. Πολυπλέκτης (Multiplex)-συγκεντρωτής (Concetrator). α) Πολυπλέκτης είναι συσκευή που αθροίζει πολλά επιμέρους σήματα για να βγάλει στο τέλος ένα μεγάλο σήμα κατόπιν πολλών διεργασιών και να το στείλει στο απέναντι τερματικό της σύνδεσης, όπου ακριβώς συμβαίνει το αντίθετο (αποπολυπλεξία) στην ίδια ακριβώς συσκευή. β) Συγκεντρωτής είναι η συσκευή που συγκεντρώνει τα κωδικοποιημένα σήματα και τα μετατρέπει σε μικρότερη στάθμη, ώστε να φθάσουν στο απέναντι τερματικό της σύνδεσης αναλλοίωτα από την απόσταση.
5. α) Αυτόματοι τηλεφωνητές (Data-Automatic Calling Units). β) Εξοπλισμός ακουστικής σύζευξης (Accoustic Coupler).
6. Μετασχηματιστές πρωτοκόλλου/κώδικα (Protocol/Code Converters).
7. Εξοπλισμός κρυπτογράφησης (Encryption Equipment).
8. Μονάδες ελέγχου και συντονισμού τηλεπικοινωνιακού δικτύου (Communication processors). Είναι μονάδες που ελέγχουν και συντονίζουν την κωδικοποίηση και την αποστολή των ψηφιακών σημάτων, όπως και αντίστοιχα τη λήψη αυτών από το απέναντι τερματικό (δέκτη).
Τριβή. Η αντίσταση στην κύλιση ή την ολίσθηση, η οποία παρουσιάζεται στη διαχωριστική επιφάνεια δύο σωμάτων που βρίσκονται σε επαφή και κινούνται το ένα ως προς το άλλο.
Πρέπει να σημειωθεί ότι οι δυνάμεις τριβής αναπτύσσονται πάνω σε δύο σώματα ακόμη και όταν αυτά είναι ακίνητα μεταξύ τους, οπότε αυτές λέγονται δυνάμεις στατικής τριβής. Στην περίπτωση της κύλισης του ενός σώματος ως προς το άλλο, εμφανίζεται η τριβή κύλισης, ενώ στην περίπτωση της ολίσθησης, εμφανίζεται η τριβή ολίσθησης. Η τριβή ολίσθησης είναι δύναμη, ενώ η τριβή κύλισης ροπή.
Η ύπαρξη των δυνάμεων τριβής είναι αποτέλεσμα των ανωμαλιών που παρουσιάζουν οι επιφάνειες επαφής ή της τοπικής παραμόρφωσης των σωμάτων. Η παρουσία των τριβών σε κάθε κίνηση έχει ως αποτέλεσμα τη δαπάνη ενέργειας, η οποία δεν αποδίδει ωφέλιμο έργο, αλλά μετατρέπεται σε άχρηστη θερμότητα, καθώς επίσης συνεπάγεται τη φθορά των τριβόμενων επιφανειών. Οι τριβές, όμως, δεν έχουν πάντα αρνητικά αποτελέσματα, γιατί στην ιδανική περίπτωση ενός κόσμου χωρίς τριβές θα ήταν αδύνατο το βάδισμα, η κίνηση των μηχανών με ιμάντες, το φρενάρισμα των οχημάτων κ.ά.
Η μελέτη του θέματος της τριβής άρχισε στα πρώτα χρόνια του 18ου αι. και η φύση αυτής της δύναμης θεωρήθηκε σχετικά απλή. Σήμερα, όμως, με τη χρησιμοποίηση ανιχνευτών με ραδιοϊσότοπα, αποδεικνύεται ότι το φαινόμενο της τριβής είναι περισσότερο πολύπλοκο. Έτσι, σύμφωνα με διάφορες παραδοχές, η εμφάνιση της τριβής είναι αποτέλεσμα των «εμπλεκόμενων ανωμαλιών» των επιφανειών, της δράσης των μοριακών δυνάμεων ή της ηλεκτροστατικής δράσης ανάμεσα στα φορτία των επιφανειών.
Γεγονός είναι ότι το βασικότερο ρόλο στην εμφάνιση των δυνάμεων τριβής παίζουν οι μοριακές δυνάμεις, οι οποίες δημιουργούν τη συνοχή, τη συνάφεια ή την πρόσφυση των μερών εκείνων των επιφανειών που έρχονται σε πραγματική επαφή. Πειράματα που έγιναν πάνω στην ηλεκτρική αγωγιμότητα των σημείων επαφής έδειξαν ότι ο αποφασιστικός παράγοντας για την εμφάνιση τριβής είναι η επιφάνεια επαφής και όχι η δύναμη συμπίεσης ή το φορτίο.
Η τριβή ολίσθησης εκφράζεται από τη σχέση Τ0 = η • Fk, όπου FK, η κάθετη δύναμη και n ο συντελεστής τριβής ολίσθησης, ενώ η τριβή κύλισης από τη σχέση Fk • l = Fελ • R, όπου Fελ η δύναμη έλξης (οριζόντια), R ή ακτίνα του τροχού και l ο συντελεστής τριβής κύλισης. Στην προκείμενη περίπτωση η τριβή κύλισης είναι η ροπή Fk • l, η οποία πρέπει να εξουδετερωθεί για να αρχίσει η κύλιση του σώματος. Ο συντελεστής τριβής ολίσθησης είναι αριθμός χωρίς διαστάσεις, ενώ ο συντελεστής τριβής κύλισης έχει διαστάσεις μήκους. Η τριβή ολίσθησης εξαρτάται από την κατασκευή και τη φύση των τριβόμενων επιφανειών, ενώ η τριβή κύλισης εξαρτάται μόνο από την ελαστικότητά τους και δεν ελαττώνεται με τη χρήση λιπαντικών, σε αντίθεση με την τριβή ολίσθησης.
Επειδή η τριβή κύλισης είναι πάντα μικρότερη από την τριβή ολίσθησης, επιδιώκεται η μετατροπή της ολίσθησης σε κύλιση, με τη χρησιμοποίηση κυλινδρικών δοκών, ρουλεμάν κ.ά. Με τη χρησιμοποίηση λιπαντικών (λαδιών κ.ά.), που καλύπτουν τις τριβόμενες επιφάνειες, ελαττώνεται η τριβή και κατά συνέπεια οι φθορές και η άσκοπη δαπάνη ενέργειας.
Γωνία τριβής. Είναι η τιμή της γωνίας κλίσης ενός κεκλιμένου επιπέδου, για την οποία ένα σώμα που βρίσκεται στο επίπεδο αρχίζει να ολισθαίνει συνέχεια. Όταν αρχίσει η ολίσθηση, η γωνία τριβής δίνεται από τη σχέση εφω = n, όπου n ο συντελεστής τριβής.
Υγροποίηση. Η μετατροπή ενός αερίου σε υγρό, όταν αυτό βρεθεί σε κατάλληλες συνθήκες πίεσης και θερμοκρασίας. Ρυθμιστικό ρόλο σε αυτήν τη μετατροπή παίζει η θερμοκρασία και ειδικά ένα χαρακτηριστικό της σημείο που λέγεται κρίσιμη θερμοκρασία. Για θερμοκρασίες πάνω από το κρίσιμο σημείο το σώμα, ανεξάρτητα από την εξωτερική πίεση, βρίσκεται σε αέρια κατάσταση. Όταν η θερμοκρασία γίνει μικρότερη από την κρίσιμη, τότε η υγροποίηση γίνεται δυνατή με ορισμένη συμπίεση του αερίου. Η απαραίτητη για την υγροποίηση πίεση λέγεται κρίσιμη πίεση, ενώ η ορισμένη τιμή της πυκνότητας τη στιγμή της υγροποίησης λέγεται κρίσιμη πυκνότητα. Η κρίσιμη θερμοκρασία, η πίεση, η πυκνότητα και ο ειδικός κρίσιμος όγκος είναι χαρακτηριστικά σταθερά μεγέθη για κάθε αέριο και λέγονται κρίσιμες σταθερές.
Το οξυγόνο, το υδρογόνο και άλλα κοινά αέρια έχουν πολύ χαμηλές κρίσιμες θερμοκρασίες, με αποτέλεσμα η υγροποίησή τους να είναι δυνατή μόνο μετά από ισχυρή ψύξη και συμπίεση. Έτσι τα αέρια αυτά μπορούν να διατηρούνται σε μεταλλικές φιάλες και υπό μεγάλη πίεση, ώστε να αυξάνει η περιεκτικότητα σε μάζα αερίου σε κάθε φιάλη.
Η υγροποίηση είναι αποτέλεσμα της αύξησης των δυνάμεων συνοχής μεταξύ των μορίων του αερίου λόγω συμπίεσης και της ελάττωσης της κινητικότητάς τους λόγω ψύξης. Επειδή η υγροποίηση συνοδεύεται πάντα από έκλυση θερμότητας, το αντίθετο φαινόμενο, δηλαδή η εξαέρωση ενός αερίου που υγροποιήθηκε, χρησιμοποιείται στις ψυκτικές μηχανές για την παραγωγή χαμηλών θερμοκρασιών.
Υδροδυναμική. Τμήμα της μηχανικής των ρευστών, το οποίο μελετά τα φαινόμενα που προκύπτουν από τη ροή των υγρών. Είναι ουσιαστικά μέρος της μηχανικής και εξηγεί όλες τις μεταβαλλόμενες καταστάσεις σ’ ένα κινούμενο υγρό, με τη βοήθεια των αναπτυσσόμενων μέσα σ’ αυτό δυνάμεων και τάσεων.
Η ροή των υγρών διακρίνεται σε νηματική, όταν σε κάθε σημείο του πεδίου ροής η ταχύτητα κίνησης των μορίων του υγρού δεν εξαρτάται από το χρόνο, και σε στροβιλώδη, όταν η ταχύτητα ροής είναι συνάρτηση του χρόνου. Στην πρώτη περίπτωση η αριθμητική τιμή και η διεύθυνση της ταχύτητας ροής είναι σταθερή, ενώ στη δεύτερη περίπτωση τα δύο αυτά μεγέθη μεταβάλλονται με το χρόνο. Η μελέτη της ροής γίνεται με την προϋπόθεση ότι τα υγρά είναι ασυμπίεστα και ότι δεν υπάρχει εσωτερική τριβή μεταξύ των μορίων τους και συγχρόνως υπάρχουν οι γνώσεις της στατικής και δυναμικής των πιέσεων. Οι βασικές έννοιες της υδροδυναμικής είναι οι εξής:
α) Παροχή είναι το πηλίκο του όγκου του υγρού, ο οποίος βγαίνει από μια τρύπα εμβαδού S, δια του χρόνου εκροής, ή, αλλιώς, η παροχή ισούται με την ταχύτητα της ροής επί το εμβαδό S.
β) Στατική πίεση είναι η πίεση που δείχνει ένα μανόμετρο στα διάφορα σημεία της ροής.
γ) Δυναμική πίεση είναι η κινητική ενέργεια της μονάδας του όγκου του υγρού και ισούται με d • υ2, όπου d η πυκνότητα του υγρού.
Οι σπουδαιότεροι νόμοι της νηματώδους ροής ενός ιδανικού υγρού είναι:
Νόμος της συνέχειας. «Η παροχή σε όλα τα σημεία της ροής του υγρού είναι σταθερή, ανεξάρτητα του εμβαδού S της διατομής μέσω της οποίας περνά το υγρό».
Νόμος του Μπερνούλι. «Στην κανονική ροή ενός ιδανικού υγρού το άθροισμα της στατικής και δυναμικής πίεσης στα διάφορα σημεία της ροής είναι σταθερό», p + d • υ2 = σταθερό.
Υδροστατική. Κλάδος της στατικής μηχανικής που έχει ως αντικείμενό του τα υγρά, όταν βρίσκονται σε κατάσταση ισορροπίας μεταξύ τους, με τα δοχεία στα οποία βρίσκονται ή με τα στερεά σώματα που περιβάλλονται από αυτά. Θεμελιώδης σχέση της υδροστατικής είναι η εξίσωση των πιέσεων που ασκούνται σε μια δοσμένη επιφάνεια, ικανή και αναγκαία συνθήκη για την ύπαρξη της ισορροπίας, που αντιστοιχεί στην εξίσωση των δυνάμεων και των ροπών στο χώρο της στατικής των στερεών.
Η έννοια της πίεσης, βασική έννοια της υδροστατικής, ορίζεται ως ο λόγος της δύναμης που ασκείται σε μια επιφάνεια δια του εμβαδού της επιφάνειας αυτής. Στην περίπτωση ομογενούς υγρού, δηλ. υγρού του οποίου η πυκνότητα είναι σταθερή σε όλα τα σημεία του, η πίεση σε ένα δοσμένο βάθος από την επιφάνειά του είναι ίση με το γινόμενο του ειδικού βάρους του (δηλαδή την πυκνότητά του επί την επιτάχυνση της βαρύτητας) και της απόστασης από την επιφάνεια του υγρού. Απαραίτητη προϋπόθεση για την ισχύ του νόμου αυτού είναι να βρίσκεται το υγρό σε κατάσταση ηρεμίας. Απ’ αυτό προκύπτει ότι η πίεση σε μια επιφάνεια δεν εξαρτάται από τον προσανατολισμό της επιφάνειας αυτής μέσα στη μάζα του υγρού, δεν εξαρτάται δηλαδή από το αν η επιφάνεια είναι στραμμένη προς τα κάτω ή προς τα πάνω ή σε άλλη κατεύθυνση. Άμεση συνέπεια της συνθήκης ισορροπίας των πιέσεων είναι και η λεγόμενη αρχή του Αρχιμήδη, η ύπαρξη δηλαδή μιας δύναμης άνωσης που επενεργεί σε ένα σώμα βυθισμένο σε μια υγρή μάζα. Η άνωση έχει φορά προς την επιφάνεια του υγρού, αντίθετη δηλαδή με τη φορά του πεδίου βαρύτητας, και μέτρο ίσο με το βάρος του όγκου του υγρού που έχει εκτοπίσει το σώμα που αναφέραμε, δηλ. ίσο με τον όγκο που καταλαμβάνει μέσα στο υγρό το βυθισμένο σώμα πολλαπλασιασμένο με το ειδικό βάρος του υγρού.
Η γνωστή αρχή των «συγκοινωνούντων δοχείων» είναι άμεση συνέπεια της εξίσωσης «πίεση ίσον ύψος επί ειδικό βάρος» (Ρ = h•ε). Σε ομογενές υγρό επομένως η διαφορά πίεσης εξαρτάται μόνο από τη διαφορά ύψους των ελεύθερων επιφανειών δύο δοχείων που συγκοινωνούν στη βάση τους.
Η υδροστατική έχει πάρα πολλές εφαρμογές στην καθημερινή μας ζωή (π.χ. η κίνηση των πλοίων στην επιφάνεια του νερού είναι άμεση εφαρμογή της αρχής της άνωσης) και στις γενικές της γραμμές είχε μελετηθεί από την αρχαιότητα.
Οι νόμοι της υδροστατικής δεν ισχύουν για φαινόμενα που αναφέρονται σε πολύ μικρές τιμές των φυσικών μεγεθών (μικροσκοπικά φαινόμενα), γιατί στην κλίμακα αυτή γίνονται αισθητές μοριακές δυνάμεις (π.χ. τριχοειδές φαινόμενο).
Υπεραγωγιμότητα. Φαινόμενο ελάττωσης της ηλεκτρικής αντίστασης σε μερικούς αγωγούς όταν η θερμοκρασία τους γίνει μικρότερη από ένα ορισμένο όριο (κρίσιμη θερμοκρασία). Σε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες η αντίσταση παίρνει ανάλογες μικρές τιμές και θεωρητικά μηδενίζεται στη θερμοκρασία του απόλυτου μηδενός (-273°C). Οι αγωγοί που μπορούν να φτάσουν σ’ αυτή την κατάσταση λέγονται υπεραγωγοί. Κυκλώματα υπεραγωγών στη θερμοκρασία του υγρού ηλίου (-269°C) χρησιμοποιούνται σε κρυογενή «πεδία μνήμης» των ηλεκτρονικών υπολογιστών μεγάλης ταχύτητας. Το ηλεκτρικό ρεύμα που περνάει από ένα τέτοιο κύκλωμα δε βρίσκει σχεδόν καθόλου αντίσταση, με αποτέλεσμα η έντασή του να είναι σταθερή και η απαιτούμενη ενέργεια για τη διατήρηση της ροής του ελάχιστη. Έτσι ο χρόνος εναλλαγών λειτουργίας των υπεραγωγών κυκλωμάτων, σε ορισμένους τύπους ηλεκτρονικών υπολογιστών, πλησιάζει την τάξη των τετράκις εκατομμυριοστών του δευτερολέπτου. Το φαινόμενο της υπεραγωγιμότητας παρατηρήθηκε για πρώτη φορά από τον Ό. Χ. Κάμερλιγκ σε υδράργυρο με θερμοκρασία του υγρού ηλίου (-269°C). Σε αντίθεση με την τάξη των αγωγών που παρουσιάζουν το φαινόμενο της υπεραγωγιμότητας, οι ημιαγωγοί σε αντίστοιχες χαμηλές θερμοκρασίες παρουσιάζουν άπειρη αντίσταση και συμπεριφέρονται ως μονωτές.
Ορισμένοι κρυογενείς υπεραγωγοί (π.χ. κράμα κασσίτερου-νιόβιου) στη θερμοκρασία 269°C, όταν δηλαδή βυθιστούν σε υγρό ήλιο, μετατρέπονται σε μαγνήτες με εξαιρετικά μεγάλη ένταση. Οι μαγνήτες αυτοί υπεραγωγιμότητας έχουν εντάσεις μέχρι και 10.000 φορές μεγαλύτερες από τις εντάσεις των κοινών μαγνητών και χρησιμοποιούνται στην ιατρική και την τεχνολογία τόσο της βιομηχανίας όσο και του διαστήματος.
Υπέρηχοι. Οι ήχοι που έχουν συχνότητα πάνω από 20.000 Hz και δε διεγείρουν το ανθρώπινο αισθητήριο της ακοής. Οι ακουστές από τον άνθρωπο συχνότητες αρχίζουν από 16 Hz και φτάνουν ως 20.000 Hz, είναι όμως συνάρτηση της ηλικίας και της ανατομικής ιδιομορφίας του κάθε ατόμου.
Υπέρηχοι παράγονται με τη χρησιμοποίηση του φαινομένου του πιεζοηλεκτρισμού. Επίσης ως μέθοδος παραγωγής υπερήχων χρησιμοποιείται και η μαγνητοσυστολή, δηλαδή η ιδιότητα που παρουσιάζει ράβδος από σίδηρο ή νικέλιο να μεταβάλει το μήκος της με τη διάβαση εναλλασσόμενου ρεύματος κατάλληλης υψηλής συχνότητας. Οι συσκευές που μετατρέπουν τις ηλεκτρικές κυμάνσεις σε ταλαντώσεις πολλών εκατομμυρίων Hz (υπερήχους) λέγονται «τραντούσερ».
Η ενέργεια που μεταφέρεται από τους υπέρηχους, με κατάλληλη δέσμευση, προσφέρει τόσο στη βιομηχανία όσο και την επιστήμη διάφορα πεδία εφαρμογών. Στις βιομηχανίες μεταλλουργικών κατασκευών γίνονται δυνατές συγκολλήσεις χωρίς προηγούμενη ρευστοποίηση των μετάλλων. Επίσης προσδιορίζονται ρωγμές σε μέταλλα ή ανοίγονται τρύπες με μεγάλη ακρίβεια. Οι καμινάδες των μεγάλων εργοστασίων καθαρίζονται από τα αιωρήματα, ενώ η χημική βιομηχανία με τη χρήση των υπερήχων κατασκεύασε νέα κράματα εξαιρετικής αντοχής.
Στο ναυτικό, το σύστημα «σόναρ» είναι μια εφαρμογή των υπερήχων και δίνει τη δυνατότητα για τον προσδιορισμό του βάθους του πυθμένα κτλ.
Ένας άλλος τομέας, όπου οι υπέρηχοι προσφέρουν υπηρεσίες, είναι η ιατρική. Χειρουργικές επεμβάσεις και καταστροφή νεοπλασιών με υπέρηχους με τη συγκέντρωση ισχυρής δέσμης προσφέρουν ασηψία και γρήγορη επούλωση. Με τους υπέρηχους καταστρέφονται επίσης οι πέτρες των νεφρών και της χολής χωρίς εγχείρηση (λιθοτριψία). Στη μαιευτική οι υπέρηχοι μπορούν να καθορίσουν την κατάσταση της εγκυμοσύνης και να ανιχνεύσουν ανωμαλίες του εμβρύου. Επίσης χρησιμοποιούνται για την ανίχνευση παθήσεων της ουροδόχου και χοληδόχου κύστης, των νεφρών, του ήπατος, των ωοθηκών, του παγκρέατος και του εγκεφάλου, θρομβώσεων των αγγείων κτλ. Το υπερηχογράφημα είναι μία μη επεμβατική τεχνική που δε χρησιμοποιεί ιονίζουσα ακτινοβολία και αποτελεί μία ταχεία και αξιόπιστη εξέταση, με την οποία λαμβάνονται εικόνες από κάθε τμήμα του σώματος. Σε πολλές περιπτώσεις έχει αντικαταστήσει τα ραδιενεργά ισότοπα και τις ακτινογραφίες.
Στη φαρμακοβιομηχανία, σε περιπτώσεις παρασκευής αντιβιοτικών που δεν πρέπει να ρευστοποιηθούν, όπως η πενικιλίνη, χρησιμοποιούνται ειδικές συσκευές υπέρηχων «ραπισόνικ».
Επειδή οι δέσμες των υπερήχων μεταφέρουν μεγάλα ποσά ενέργειας, η εστίασή τους πάνω σε ποντίκια ή ψάρια προκαλεί το θάνατό τους.
Ο άνθρωπος από άποψη ευαισθησίας στους ήχους που είναι έξω από το ακουστικό φάσμα δεν μπορεί να θεωρείται πρότυπο. Οι σκύλοι ακούνε ήχους μέχρι 100.000 Hz, ενώ τα υδρόβια ζώα και τα ψάρια συνεννοούνται με τη χρησιμοποίηση συχνοτήτων που δε γίνονται ακουστές από τον άνθρωπο. Η νυχτερίδα με τη χρησιμοποίηση του ιδιότυπου «ραντάρ υπερήχων» αποφεύγει τα εμπόδια πολύ γρήγορα και προσανατολίζεται θαυμάσια τη νύχτα.
Οι υπέρηχοι ανιχνεύονται με δέκτες πιεζοηλεκτρικούς ή μαγνητοσυστολής, των οποίων η λειτουργία είναι ακριβώς αντίστροφη από τη λειτουργία των πομπών υπερήχων.
Υπεριώδεις ακτινοβολίες. Αόρατες ακτινοβολίες ηλεκτρομαγνητικής φύσης, με μήκος κύματος μικρότερο από αυτό της ιώδους ακτινοβολίας (μήκη κύματος από 4.000 Å ως 1.000 Å).
Οι υπεριώδεις ακτινοβολίες χαρακτηρίζονται από τη χημική κυρίως δράση τους, σε αντίθεση με τις υπέρυθρες ακτινοβολίες, των οποίων χαρακτηριστικό είναι η θερμική επενέργεια. Εκτός από τη χημική τους δραστηριότητα οι υπεριώδεις ακτινοβολίες παρουσιάζουν και βιολογικές, όπως και θεραπευτικές ιδιότητες. Προκαλούν το θάνατο βακτηριδίων και χρησιμοποιούνται στη θεραπεία της ραχίτιδας, γιατί προκαλούν μετατροπή της προβιταμίνης D, καθώς και ορισμένων λιπαρών συστατικών του οργανισμού, σε βιταμίνη D.
Η κυριότερη φυσική πηγή υπεριώδους ακτινοβολίας είναι ο ήλιος, ενώ από τις τεχνητές αρκετά συνηθισμένες είναι οι λάμπες χαλαζία, που λειτουργούν με ατμούς υδραργύρου. Το κοινό γυαλί απορροφά έντονα τις υπεριώδεις ακτινοβολίες, με αποτέλεσμα να είναι αδιαφανές σ’ αυτές.
Σε ψηλά βουνά και περιοχές χιονισμένες οι υπεριώδεις ακτινοβολίες είναι περισσότερο έντονες από ό,τι στην επιφάνεια της Γης. Γι’ αυτό το λόγο και επειδή οι υπεριώδεις ακτινοβολίες προκαλούν βλάβες στα μάτια, ακόμα και τύφλωση, οι σκιέρ και οι ταξιδιώτες στις πολικές περιοχές πρέπει να φορούν γυαλιά, όπως ακριβώς αυτοί που ασχολούνται με ηλεκτροσυγκολλήσεις.
Φως του Γουντ. Υπεριώδεις ακτινοβολίες με μήκος κύματος 3.654 Å-3.661 Å, οι οποίες χρησιμοποιούνται για την εξακρίβωση της γνησιότητας πινάκων ζωγραφικής, χαρτονομισμάτων κτλ. Η πιστοποίηση γίνεται δυνατή με βάση το φαινόμενο του φθορισμού. Οι αρχικές ουσίες και τα χρώματα που χρησιμοποιήθηκαν στο πρωτότυπο παρουσιάζουν διάφορο φθορισμό από τις προσθήκες, οπότε διακρίνεται είτε η προσθήκη είτε η απομίμηση.
Υπέρυθρες ακτινοβολίες. Αόρατες ακτινοβολίες οι οποίες εκπέμπονται από όλα τα σώματα που θεωρητικά έχουν θερμοκρασία μεγαλύτερη από το απόλυτο μηδέν και έχουν μήκος κύματος μεγαλύτερο από το μήκος κύματος της ερυθράς ακτινοβολίας. Ανακαλύφτηκαν το 1800. Το μήκος κύματος της υπέρυθρης ακτινοβολίας είναι συνάρτηση της θερμοκρασίας του σώματος. Το 50% της ηλιακής ακτινοβολίας και παραπάνω από το 80% της φωτεινής ακτινοβολίας μίας λάμπας έχουν μήκη κύματος σε περιοχές της υπέρυθρης ακτινοβολίας. Μερικοί τύποι λέιζερ, όπως π.χ. το λέιζερ γαλλίου-μεταλλικού αρσενικού, εκπέμπουν υπέρυθρες ακτινοβολίες μήκους κύματος 9.100 Ǻ. Η χημική δραστηριότητα των υπέρυθρων ακτινοβολιών είναι μικρή, ενώ έντονη είναι η θερμική τους δράση. Το νερό και το συνηθισμένο γυαλί, αν και είναι σώματα διαφανή για τις ορατές ακτινοβολίες, είναι αδιαφανή για τις υπέρυθρες. Τα σύννεφα και η ομίχλη δεν παρουσιάζουν αισθητή απορρόφηση των υπέρυθρων ακτινοβολιών, οπότε γίνεται δυνατή η χρησιμοποίηση φιλμ ευαίσθητων στις υπέρυθρες ακτινοβολίες και φίλτρων για τη λήψη φωτογραφιών πάνω από σύννεφα ή ομίχλη.
Οι υπέρυθρες ακτινοβολίες ανιχνεύονται με δύο κυρίως τύπους ανιχνευτών, τους θερμικούς και τους κβαντικούς. Η λειτουργία των θερμικών ανιχνευτών στηρίζεται στην αύξηση της θερμοκρασίας που προκαλείται στη συσκευή από την πρόσπτωση της ακτινοβολίας, ενώ των κβαντικών στην κίνηση των ηλεκτρονίων και των «οπών» ενός ημιαγωγού υλικού. Οι κβαντικοί ανιχνευτές διακρίνονται σε φωτοαγώγιμους, φωτοβολταϊκούς και φωτοηλεκτρομαγνητικούς. Με ειδικούς μετατροπείς υπέρυθρης ακτινοβολίας σε ορατή, γίνεται δυνατή η παρατήρηση κατά τη νύχτα. Οι μετατροπείς αυτοί χρησιμοποιούν λυχνία με φωτοκάθοδο που ευαισθητοποιείται από υπέρυθρες ακτινοβολίες με μήκος κύματος μεγαλύτερο από 9.000 Ǻ.
Φακός. Διαφανές και ομογενές οπτικό μέσο, το οποίο περιβάλλεται από δύο σφαιρικές ή από μία σφαιρική και μία επίπεδη επιφάνεια από το ίδιο υλικό.
Οι φακοί διακρίνονται σε δύο τύπους: α) τους συγκλίνοντες, οι οποίοι μεταβάλλουν μια παράλληλη δέσμη φωτεινών ακτίνων σε συγκλίνουσα· είναι λεπτοί στα άκρα και παχύτεροι στο μέσο και β) τους αποκλίνοντες, οι οποίοι μετατρέπουν μία παράλληλη δέσμη ακτίνων σε αποκλίνουσα. Αυτοί είναι παχύτεροι στα άκρα και λεπτότεροι στο μέσο. Στην έρευνα της γεωμετρικής οπτικής με φακούς υποθέτουμε ότι το άνοιγμά τους είναι πολύ μικρό (8 μέχρι 20°), οπότε και οι φακοί είναι πολύ λεπτοί. Χαρακτηριστικοί όροι που χρησιμοποιούνται στη μελέτη των φακών είναι: ο κύριος άξονας, η ευθεία γραμμή που περνάει από το κέντρο του φακού και είναι κάθετη στην επιφάνειά του, η κύρια εστία, που είναι το σημείο όπου συγκεντρώνονται οι παράλληλες προς τον κύριο άξονα ακτίνες, αφού περάσουν από το φακό, καθώς και η εστιακή απόσταση, η απόσταση δηλαδή ανάμεσα στην κύρια εστία και το κέντρο του φακού. Η διάβαση των φωτεινών ακτίνων που ξεκινούν από ένα αντικείμενο μέσα από τους φακούς είναι φαινόμενο διάθλασης και υπακούει σε ορισμένους κανόνες, οπότε γίνεται δυνατός ο σχηματισμός των ειδώλων των αντικειμένων.
Οι συγκλίνοντες φακοί δίνουν είδωλα είτε πραγματικά είτε φανταστικά, ενώ οι αποκλίνοντες πάντα φανταστικά. Τα πραγματικά είδωλα είναι αντεστραμμένα σε σχέση με το αντικείμενο, ενώ τα φανταστικά όρθια. Σύμφωνα με εμπειρικό κανόνα, όταν το είδωλο σχηματίζεται από την άλλη πλευρά του φακού, από όπου βρίσκεται το αντικείμενο, είναι πραγματικό, ενώ αν σχηματίζεται προς την πλευρά του αντικειμένου, από προεκτάσεις ακτίνων, είναι φανταστικό.
Η ισχύς ενός φακού μετριέται σε διοπτρίες και ισούται με το αντίστροφο της εστιακής του απόστασης, δηλαδή Ρ =.
Τα σφάλματα των φακών, που οφείλονται είτε στην κατασκευή τους είτε στο ότι δεν εφαρμόζονται οι παραδοχές για σωστή χρησιμοποίηση είναι η χρωματική εκτροπή, η σφαιρική εκτροπή και ο αστιγματισμός.
Αντικειμενικός φακός. Το οπτικό σύστημα που αποτελείται από έναν ή περισσότερους φακούς ή κάτοπτρα, ώστε να δίνει πραγματικά είδωλα των αντικειμένων που παρατηρούνται μ’ αυτό. Στις περισσότερες περιπτώσεις χρησιμοποιούνται δύο ή περισσότεροι φακοί που βρίσκονται σε επαφή ή σε ορισμένη απόσταση μεταξύ τους, αλλά έχοντας πάντα σε ευθεία τους «οπτικούς άξονές» τους. Ο συνδυασμός αυτός των φακών για τη δημιουργία αντικειμενικού συστήματος λέγεται «σύνθετος φακός» ή «σύστημα ομοαξονικών φακών». Με το σύστημα αυτό των φακών πετυχαίνουμε τη διόρθωση των διάφορων ελαττωμάτων κατασκευής των φακών και την εξαφάνιση των σφαλμάτων των φακών.
Οι αντικειμενικοί φακοί παίρνουν την ειδική τους ονομασία ανάλογα με τα χαρακτηριστικά που διαθέτουν (π.χ. αχρωματικοί, απλανητικοί, αστιγματικοί κτλ.). Το σύστημα με φακούς χρησιμοποιείται στα μικροσκόπια, σύνθετα και απλά, στις φωτογραφικές και κινηματογραφικές μηχανές, στα τηλεσκόπια, στις διόπτρες, στα υπερμικροσκόπια, στα «καταδυτικά συστήματα» κτλ.
Ηλεκτροστατικός φακός. Η χρησιμοποίηση ειδικής μορφής ηλεκτρικού πεδίου για τη συγκέντρωση ή την απόκλιση μίας δέσμης ηλεκτρονίων. Ο ηλεκτροστατικός φακός προκαλεί το ίδιο αποτέλεσμα με αυτό του οπτικού φακού σε μία μονοχρωματική δέσμη φωτός.
Μαγνητικός φακός. Η χρησιμοποίηση ιδιόμορφου μαγνητικού πεδίου για τη συγκέντρωση ή την απόκλιση κινούμενων ηλεκτρονίων. Η ιδιότητα του πεδίου, χάρη στην οποία γίνεται δυνατή η πραγματοποίηση του μαγνητικού φακού εκφράζετα,ι από το νόμο του Busch (1926).
Οι μεγάλες δυνατότητες τόσο των ηλεκτροστατικών όσο και των μαγνητικών φακών χρησιμοποιούνται στα ηλεκτρονικά μικροσκόπια.
Φάση. Όρος που χρησιμοποιείται κυρίως σε φαινόμενα που παρουσιάζουν περιοδική μεταβολή. Στην περίπτωση των ταλαντώσεων ως φάση θεωρούμε ένα τμήμα της περιόδου κίνησης που εκφράζεται σε γωνία, παίρνοντας πάντα ως βάση την αντιστοιχία της περιόδου προς 2π ακτίνια ή 360°. Η περίοδος της κίνησης είναι ο χρόνος τον οποίο χρειάζεται το κινητό για να διαγράψει μια πλήρη ταλάντωση.
Λέγοντας αρχική φάση ταλάντωσης εννοούμε το τμήμα της περιόδου που διαγράφηκε πριν ακόμα οριστεί η αρχή του χρόνου μέτρησης.
Η έννοια της φάσης στην περίπτωση διάδοσης μίας κύμανσης δεν είναι σημαντική. Αντίθετα, όταν διαδίδονται ταυτόχρονα δύο κυμάνσεις της ίδιας συχνότητας χρησιμοποιείται ο όρος διαφορά φάσης, που υπονοεί ότι οι ταλαντώσεις δεν άρχισαν στον ίδιο χρόνο, π.χ. διαφορά φάσης 360° δείχνει καθυστέρηση της μίας κύμανσης ως προς την άλλη κατά μία περίοδο.
Στον ηλεκτρισμό και ειδικά στην περίπτωση εναλλασσόμενων ρευμάτων, όπου τα μεγέθη τάση και ένταση είναι ημιτονοειδείς συναρτήσεις του χρόνου, η στιγμιαία τιμή της τάσης και της έντασης δίνονται αντίστοιχα από τις σχέσεις U = U0 ημωt και Ι = Ι0 ημωt. Η γωνία ωt, η οποία εκφράζει τη γωνία στροφής του πηνίου παραγωγής του ρεύματος κατά μία ορισμένη στιγμή, λέγεται γωνία φάσης ή φάση.
Στην περίπτωση της ταυτόχρονης ύπαρξης δύο ημιτονοειδών εναλλασσόμενων μεγεθών στον ίδιο αγωγό, η διαφορά φάσης φ σημαίνει ότι, αν το ένα ρεύμα έχει μια ορισμένη τιμή, για να αποκτήσει και το άλλο θα πρέπει να περάσει χρόνος που αντιστοιχεί σε κλάσμα της περιόδου, που εκφράζεται σε μοίρες ή ακτίνια ισοδύναμα προς τη γωνία φ.
Το όργανο με το οποίο γίνεται δυνατή η μέτρηση της διαφοράς φάσης μεταξύ δύο περιοδικά μεταβαλλόμενων ηλεκτρικών μεγεθών που έχουν την ίδια περίοδο, λέγεται φασίμετρο και δίνει σε κλίμακα το συνημίτονο της γωνίας φ.
Φασματογράφος μάζας. Συσκευή με την οποία γίνεται δυνατός ο διαχωρισμός ιόντων, με σχετικές διαφορές ανάμεσα στη μάζα και το φορτίο τους. Μία λεπτή δέσμη από θετικές ακτίνες περνάει πρώτα από την επίδραση ενός ηλεκτρικού πεδίου, που δημιουργείται ανάμεσα στις επίπεδες πλάκες ενός πυκνωτή. Η ταχύτητα των θετικών ιόντων της δέσμης δεν είναι η ίδια και έτσι η εκτροπή, η οποία παρουσιάζεται σε διάφορες ομάδες ιόντων που στατιστικά έχουν την ίδια ταχύτητα, είναι αντιστρόφως ανάλογη προς το τετράγωνο της ταχύτητάς τους. Αυτό σημαίνει ότι όσο πιο αργά κινούνται τα ιόντα τόσο μεγαλύτερη εκτροπή από την αρχική κατεύθυνση παρουσιάζουν. Το ηλεκτρικό πεδίο στην πρώτη αυτή φάση παίζει το ρόλο του φίλτρου διαχωρισμού των ιόντων ανάλογα με την ταχύτητά τους. Στη συνέχεια οι διαχωρισμένες ομάδες ιόντων περνούν μέσα από ομογενές μαγνητικό πεδίο που δημιουργεί ένας ισχυρός ηλεκτρομαγνήτης. Οι δυναμικές γραμμές του μαγνητικού πεδίου είναι κάθετες προς τις αντίστοιχες γραμμές του ηλεκτρικού πεδίου. Μέσα στο μαγνητικό πεδίο τα ιόντα αρχίζουν να διαγράφουν κυκλικές τροχιές και τα βραδύτερα, που αποκτούν μικρότερη ακτίνα περιστροφής, παρουσιάζουν τη μεγαλύτερη εκτροπή. Η εκτροπή είναι αποτέλεσμα της δημιουργίας δυνάμεων Λαπλάς, ενώ στα ίδια σημεία συγκεντρώνονται όσα θετικά ιόντα έχουν το ίδιο ειδικό φορτίο. Έτσι το φωτογραφικό φιλμ που χρησιμοποιείται για να ανιχνευτούν τα ίχνη των ιόντων παρουσιάζει την εικόνα ενός γραμμικού οπτικού φάσματος. Ο χώρος όπου κινούνται τα ιόντα πρέπει να είναι κενός από αέρα, ώστε να παρουσιάζεται η μικρότερη δυνατή αντίσταση στην κίνησή τους.
Ο φασματογράφος μαζών ανακαλύφθηκε το 1919 από το Βρετανό φυσικό Φ. Γ. Άστον και χρησιμοποιείται τόσο για τη μέτρηση της μάζας των μορίων και των ατόμων όσο και για το διαχωρισμό των ίδιων φορτίων ιόντων με μόνο κριτήριο τη μάζα τους.
Φθορισμός. Περίπτωση φωταύγειας, κατά την οποία μία ουσία ή ένα σώμα απορροφά μίαν ακτινοβολία, την οποία και εκπέμπει αμέσως, αλλά με μεγαλύτερο μήκος κύματος από αυτό της αρχικής ακτινοβολίας. Τα σώματα που έχουν αυτήν τη χαρακτηριστική ιδιότητα ονομάζονται φθορίζοντα (κρύσταλλοι φθορίτη, ενώσεις φθορίου κ.ά.).
Το φαινόμενο του φθορισμού δε μοιάζει με το φαινόμενο ανάκλασης, γιατί η εκπεμπόμενη ακτινοβολία διαφέρει ριζικά από την αρχική. Η αύξηση του μήκους κύματος και, κατά συνέπεια, η μείωση της συχνότητας έχει ως αποτέλεσμα τη μετατροπή αόρατης ακτινοβολίας, όπως είναι η υπεριώδης, σε ορατό φως. Ο θειούχος ψευδάργυρος είναι μία από τις πιο απλές ενώσεις που παρουσιάζουν το φαινόμενο του φθορισμού. Με φθορίζουσες ουσίες βάφονται οι πινακίδες οδικής σήμανσης, ενώ φθορίζουσες μπογιές μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε οποιαδήποτε κατασκευή. Τα πετάσματα στις οθόνες τηλεόρασης και οι λάμπες φθορισμού είναι μερικές από τις περιπτώσεις όπου η χρησιμοποίηση φθοριζουσών ουσιών μετατρέπει αόρατες ακτινοβολίες σε ορατό φως. Στα φαινόμενα φθορισμού ισχύει ο νόμος του Στόουκς, σύμφωνα με τον οποίο «οι ακτινοβολίες που προκύπτουν από φθορισμό έχουν μήκη κύματος μεγαλύτερα ή το πολύ ίσα με το μήκος κύματος της ακτινοβολίας που προκάλεσε το φθορισμό».
Μία έξυπνη εφαρμογή του φαινομένου φθορισμού γίνεται σε θεατρικά τρικ. Εκεί οι ηθοποιοί χρησιμοποιούν φθορίζουσες βαφές και καλύπτουν ορισμένα μέρη του σώματος τους, ενώ οι προβολείς ρίχνουν στη σκηνή ιώδες ή υπεριώδες φως. Αποτέλεσμα αυτής της τεχνικής είναι να φαίνονται μόνο τα βαμμένα μέρη, που λαμπυρίζουν χαρακτηριστικά, ενώ οι ηθοποιοί μένουν σχεδόν αόρατοι.
Φίλτρο, το. Έγχρωμο διάφραγμα που τοποθετείται μπροστά από τους αντικειμενικούς φακούς φωτογραφικών ή κινηματογραφικών μηχανών και προκαλεί την έμμεση τροποποίηση της χρωματικής ευαισθησίας των φιλμ, ανάλογα με τις συνθήκες λήψης. Τα φωτογραφικά φίλτρα χωρίζονται σε τρεις κατηγορίες: α) για ασπρόμαυρα φιλμ, β) για έγχρωμα φιλμ, γ) για έγχρωμα και ασπρόμαυρα φιλμ (φ. wraffen).Σε κάθε φίλτρο είναι σημειωμένος ένας χαρακτηριστικός συντελεστής, ο οποίος προσδιορίζει την ταχύτητα φωτογράφησης, αφού το φίλτρο απορροφά ένα μέρος από τη φωτεινή ακτινοβολία. Μία σειρά από τα πιο κοινά χρησιμοποιούμενα φίλτρα σε φωτογραφήσεις ή κινηματογραφήσεις είναι τα εξής:
α) Πράσινο φίλτρο. Κάνει πιο σκούρο το χρώμα του ουρανού, μετατρέπει σε πιο απαλούς τους τόνους της χλόης και χρησιμοποιείται κυρίως για φωτογραφήσεις σε δασωμένες περιοχές.
β) Κόκκινο φίλτρο. Δίνει την εντύπωση ότι μια φωτογραφία τραβήχτηκε βράδυ με φεγγαρόφωτο· χρησιμοποιείται για τη δημιουργία οπτικών εφέ.
γ) Κίτρινο φίλτρο. Δίνει ανάγλυφο και περισσότερο σκούρο τόνο στα σύννεφα.
δ) Πορτοκαλί φίλτρο. Έχει ίδια δράση με το κίτρινο και χρησιμοποιείται για φωτογράφηση, όταν ο καιρός είναι υγρός και ομιχλώδης.
ε) Υπεριώδες φίλτρο (U. V.). Χρησιμοποιείται, όταν η υπεριώδης ακτινοβολία είναι έντονη (βουνά, χιόνια, θάλασσα), σε καταχνιά και σε αεροφωτογραφήσεις.
στ) Υπέρυθρο φίλτρο. Χρησιμοποιείται μόνο με υπέρυθρο φιλμ και μπορεί, με τη βοήθεια των υπέρυθρων ακτινοβολιών που αφήνει να περάσουν, να δώσει φωτογραφίες αντικειμένων, τα οποία δε διακρίνονται μέσα στο σκοτάδι.
ζ) Φίλτρο σκάι-λάιτ. Προσφέρει τις ίδιες δυνατότητες με το υπεριώδες φίλτρο, αλλά είναι περισσότερο ευαίσθητο.
Φωτοαγωγιμότητα. Φαινόμενο κατά το οποίο ορισμένα ημιαγωγά υλικά γίνονται αγώγιμα όταν δεχτούν την επίδραση ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων ορισμένης συχνότητας (π.χ. ορατό φως, υπέρυθρες ακτινοβολίες, ακτίνες Χ κτλ.).
Η φωτοαγωγιμότητα παρουσιάζεται στα φωτοστοιχεία, όπου ορισμένη φωτεινή ροή που προσβάλλει την επιφάνεια του στοιχείου μεταφέρει ενέργεια στα ηλεκτρόνια του ημιαγωγού υλικού (π.χ. σιδήρου - σελήνιου) και τα μετατρέπει σε ελεύθερα ηλεκτρόνια. Η κίνηση αυτών των ηλεκτρονίων ισοδυναμεί με ηλεκτρικό ρεύμα, το οποίο στην περίπτωση των φωτοστοιχείων μπορεί να συντηρηθεί χωρίς την ανάγκη ύπαρξης προσανατολιστικού ηλεκτρικού πεδίου, αρκεί να διατηρείται σταθερός ο φωτισμός. Η μεταβολή της ηλεκτρικής αντίστασης του υλικού είναι συνάρτηση της έντασης της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας που φτάνει στην επιφάνεια του υλικού, οπότε το φαινόμενο της φωτοαγωγιμότητας χρησιμοποιείται στην κατασκευή φωτοστοιχείων, φωτομέτρων, φωτοαντιστάσεων και φωτοτρανζίστορ, καθώς και στην κατασκευή μικροσκοπικών γεννητριών για τη λειτουργία συσκευών σε διαστημόπλοια και δορυφόρους. Ανάλογα με τη συχνότητα της ακτινοβολίας που θα διεγείρει το υλικό, χρησιμοποιούνται και διάφορα ημιαγωγά υλικά.
Το φαινόμενο της φωτοαγωγιμότητας λέγεται επίσης και εσωτερικό φωτοηλεκτρικό φαινόμενο.
Φωτογραφία. Ή Μέθοδος παραγωγής ορατών εικόνων πάνω σε φωτοευαισθητοποιημένα υλικά (φιλμ, χαρτί), ύστερα από δράση φωτός ή άλλης μορφής ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας (υπέρυθρες ακτίνες, ακτίνες Χ).
Ιστορία. Πρώτος άνθρωπος στον κόσμο που πέτυχε να δημιουργήσει εικόνες ύστερα από δράση φωτός ήταν ο Σούλτσε (1687-1744), Γερμανός χημικός, που ανακάλυψε το 1727 ότι το φως –και όχι η θερμότητα– ήταν δυνατό να μαυρίσουν ένα διάλυμα κιμωλίας και νιτρικού αργύρου. Είχε έτσι κατορθώσει να δημιουργήσει εικόνες, δεν είχε όμως επιτύχει να τις διατηρεί μόνιμες.
Από τότε πολλοί ήταν αυτοί που πλησίαζαν στη δημιουργία της φωτογραφικής τεχνικής χρησιμοποιώντας ως πρώτο μέσο πειραματισμού το σκοτεινό δωμάτιο (camera obscura), μια μηχανή δηλαδή με την οποία μπορούσαν οι καλλιτέχνες του καιρού εκείνου να ιχνογραφούν διάφορα αντικείμενα με τη σωστή τους προοπτική.
Πρώτος φωτογράφος στον κόσμο υπήρξε ο Νισεφόρ Νιεπς (1765-1833), Γάλλος ερασιτέχνης, που δημιούργησε την πρώτη σταθερή εικόνα το 1826.
Συνεχιστής των προσπαθειών του Νιεπς, και αφού συνεταιρίστηκε μαζί του, ήταν ο Λουί Νταγκέρ, Γάλλος καλλιτέχνης, που το 1839 ανακοίνωσε τη μέθοδο της δαγκεροτυπίας, η οποία συνίσταται στο σχηματισμό θετικής εικόνας από την επίδραση ατμών υδράργυρου πάνω σε χάλκινη πλάκα, καλυμμένη με λεπτό φύλλο στιλβωμένου αργύρου.
Ακολούθησαν πολλές ανακαλύψεις διάφορων μεθόδων, όπως η μέθοδος της καλοτυπίας το 1839 από το Ο. Τάλμποτ, η μέθοδος ωολευκώματος το 1848 από τον Κλοντ Νιεπς, η μέθοδος του κολοδίου το 1851 από τον Π. Φράι, η μέθοδος της φεροτυπίας το 1853 από τον Α. Μάρτιν και τέλος η μέθοδος του βρομιούχου αργύρου και της ζελατίνας το 1871 από το Ρ. Μάντος (1816-1902), Βρετανό γιατρό, που αποτέλεσε τη βάση στην οποία πάνω στηρίχτηκαν όλες οι μετέπειτα ανακαλύψεις και βελτιώσεις ως τη σημερινή φωτογραφική τεχνική.
Τεχνική. Η σειρά των διαδοχικών φάσεων που πραγματοποιούνται για να υπάρξει μια φωτογραφία είναι ο σχηματισμός της εικόνας (εκλογή θέματος, σκόπευση), η καταγραφή της εικόνας (λήψη) και οι διεργασίες που χρειάζονται για να γίνει η εικόνα ορατή.
Σχηματισμός της εικόνας. Χαρακτηριστικά και μεγέθη που ενδιαφέρουν σε αυτήν τη φάση έχουν να κάνουν με το φακό ο οποίος αποτελεί το οπτικό εκείνο σύστημα που επιτρέπει το σχηματισμό της εικόνας στο φιλμ. Βασικά χαρακτηριστικά των φακών είναι το εστιακό τους μήκος και ο αριθμός f (σχετικό διάφραγμα). Το εστιακό μήκος κάθε φακού εκφράζεται σε χιλ. και ανάλογα με αυτό χαρακτηρίζεται ένας φακός ως ευρυγώνιος (16-35 χιλ.), νορμάλ (45-58 χιλ.) ή τηλεφακός (80-1.000 χιλ.).
Σχετικό διάφραγμα (αριθμός f). Είναι ο λόγος της εστιακής απόστασης του φακού προς το δραστικό του διάφραγμα (που είναι η διάμετρος προσπίπτουσας φωτεινής δέσμης παράλληλης με τον κύριο άξονα του φακού και που καλύπτει το πραγματικό διάφραγμά του). Με τον αριθμό f μετριέται ουσιαστικά η ποσότητα φωτός που επιτρέπεται να περάσει από το φακό προς το φιλμ, και όσο μεγαλύτερος είναι αυτός τόσο λιγότερο το φως που διαπερνά το φακό και τόσο σκοτεινότερη η εικόνα (η επιφανειακή παραδοξολογία προέρχεται από το ότι ο αριθμός f είναι το αποτέλεσμα λόγου).
Για να υπάρξει ουσιαστικός έλεγχος του αριθμού f έχουν δημιουργηθεί διάφορες κλίμακες, πιο συνηθισμένη από τις οποίες είναι η f / 1 1,4 2 2,8 4 5,6 8 11 16 22 32 45.
Βάθος πεδίου. Είναι η απόσταση ανάμεσα στο πιο κοντινό και στο πιο μακρινό σημείο ενός αντικειμένου, στοιχεία που αυτά είναι συγχρόνως ευκρινή στην εικόνα. Βασικό χαρακτηριστικό σε αυτήν την περίπτωση είναι, ότι όσο μεγαλώνει το σχετικό διάφραγμα (ή μικραίνει ο αριθμός f) τόσο πιο μικρό γίνεται το βάθος πεδίου και αντίστροφα.
Καταγραφή της εικόνας. Το υλικό που πάνω του καταγράφεται η εικόνα είναι το φιλμ. Αποτελείται από μια βάση (τριοξική κυτταρίνη), στη μία επιφάνεια της οποίας υπάρχει μια επίστρωση γαλακτώματος (αιώρημα κόκκων αλογονιδίων του αργύρου σε ζελατίνα) καλυμμένου από λεπτό προστατευτικό στρώμα ζελατίνας και στην άλλη ένα ίσου πάχους στρώμα ζελατίνας (αντικαμπτικό) καλυμμένο από στρώμα χρωστικής, με σκοπό την απορρόφηση των φωτεινών ακτίνων που περνούν από το γαλάκτωμα και τη ζελατίνα.
Βασικές ιδιότητες που χαρακτηρίζουν ένα φιλμ είναι η διαβάθμιση (κοντράστ) και η ευαισθησία ή ταχύτητα. Ευαισθησία ή ταχύτητα ενός φιλμ είναι η ιδιότητά του να αντιδρά περισσότερο ή λιγότερο σε μια δοσμένη ποσότητα φωτός που επιδρά πάνω του. Ένα πολύ ευαίσθητο ή γρήγορο φιλμ χρειάζεται λιγότερη ποσότητα φωτός για να μαυρίσει απ’ ό,τι ένα λιγότερο ευαίσθητο ή αργό. Η ευαισθησία του φιλμ μετριέται με διάφορα συστήματα, από τα οποία τα πιο διαδομένα σήμερα είναι το ΑSΑ (αμερικανικό) και το DΙΝ (γερμανικό) (βλ. λ. φιλμ).
Φίλτρα. Απορροφούν ορισμένα μήκη κύματος του ορατού φωτός επιτρέποντας το πέρασμα στα υπόλοιπα. Στη φωτογραφία χρησιμοποιούνται έγχρωμα, ουδέτερα, πολωτικά και φίλτρα αλλαγής θερμοκρασίας του φωτός, το καθένα με διαφορετικές πρακτικές εφαρμογές.
Έκθεση. Είναι η ποσότητα φωτός που επιτρέπεται να περάσει από το φακό και να επιδράσει στο φιλμ. Ελέγχεται από δύο παράγοντες, τον αριθμό f και το χρόνο επίδρασης. Είναι ένας πολύ σημαντικός παράγοντας για μια πετυχημένη φωτογραφία και ο συνδυασμός διαφράγματος - χρόνου βρίσκεται με βάση τις υπάρχουσες συνθήκες φωτισμού. Αυτό γίνεται είτε με τη βοήθεια ειδικών οργάνων, των φωτόμετρων, είτε με βάση προκαθορισμένους πίνακες έκθεσης.
Διεργασίες για να γίνει ορατή η εικόνα. Η φάση αυτή περιλαμβάνει όλες τις απαραίτητες ενέργειες, ώστε η εικόνα που έχει σχηματιστεί και καταγραφεί στο φιλμ, αλλά είναι αόρατη (λανθάνουσα εικόνα), να γίνει ορατή.
Πρώτη ενέργεια είναι να υποστεί το εκτεθειμένο φιλμ επίδραση από μία χημική ένωση (τον εμφανιστή), αντιδρώντας χημικά με τα μόρια του αργύρου που έχουν προσβληθεί από το φως, τα οποία μαυρίζει. Δεύτερη ενέργεια είναι να υποστεί το φιλμ την επίδραση άλλης χημικής ένωσης (του στερεωτή) με σκοπό τη στερέωση της εικόνας και την απομάκρυνση των μορίων του αργύρου που δεν έχουν προσβληθεί από το φως. Τρίτη ενέργεια είναι το πλύσιμο του φιλμ, για να καθαριστεί από τα διάφορα χημικά, και το στέγνωμά του.
Με τη διαδικασία αυτή έχει γίνει δυνατό να μετατραπεί σε ορατή η λανθάνουσα εικόνα, αλλά σε αρνητική μορφή.
Δε μένει παρά με την κατάλληλη συσκευή (μεγεθυντήρα) ή με επαφή να μετατραπεί η αρνητική αυτή εικόνα σε θετική (εκτύπωση). Αφού το φιλμ τοποθετηθεί στο μεγεθυντήρα, αφήνεται να το διαπεράσει φως και να επιδράσει σε ειδικά χαρτιά επιστρωμένα με φωτοευαίσθητο υλικό (γαλάκτωμα). Μετά την έκθεση του χαρτιού στο φως συμβαίνει και εδώ ό,τι και με το φιλμ. Σε όσες περιοχές του χαρτιού φτάσει φως, επιδρά στα μόρια του αργύρου και, αφού αυτό υποστεί την επίδραση του εμφανιστή, τα μαυρίζει. Μετά την επίδραση του στερεωτή (στερέωση της εικόνας και απομάκρυνση των μορίων αργύρου που δεν προσβλήθηκαν από το φως) στο χαρτί, αυτό ξεπλένεται και αφήνεται να στεγνώσει, δίνοντας τελικά ένα πιστό αντίτυπο της αρχικής εικόνας (φωτογραφία).
Φωτογραφική μηχανή. Μηχανή που χρησιμοποιεί φακό για την αποτύπωση ειδώλου είτε σε φωτοευαίσθητο υλικό (φιλμ), είτε σε ψηφιακή μορφή (bit).
Η αρχή της φωτογραφικής μηχανής στηρίζεται στην περισσότερο από χίλια χρόνια γνωστή camera obscura (σκοτεινό δωμάτιο). Εάν σ’ ένα σκοτεινό δωμάτιο ανοίξουμε μια τρύπα σ’ ένα από τους τοίχους ώστε να μπει το φως, τότε στον απέναντι τοίχο θα σχηματιστεί το είδωλο του αντικειμένου που υπάρχει έξω από το δωμάτιο.
Στα μέσα του 16ου αιώνα το σκοτεινό δωμάτιο έγινε ένα μικρό κουτί και με την προσθήκη ενός φακού μπροστά από την τρύπα κατορθώθηκε να δημιουργηθεί ένα καθαρό είδωλο. Αλλά μόνο το 19ο αιώνα η φωτογραφική μηχανή μπήκε σε χρήση, με την ανακάλυψη φωτοευαίσθητων υλικών που μπορούσαν ν’ αποτυπώσουν τα είδωλα σε λανθάνουσα κατάσταση. Συνήθως πλάκες γυαλιού με επίστρωση ευαίσθητων υλικών στο φως (άργυρος) τοποθετούνταν στην «πλάτη» της μηχανής όπου εστιαζόταν το είδωλο. Κατόπιν ακολουθούσε η εμφάνιση της πλάκας.
Την λύση στην αδυναμία της λήψης διαδοχικών φωτογραφιών την έδωσε ο αμερικανός Ίστμαν όταν παρουσίασε το φιλμ σε καρούλι. Για περίπου έναν αιώνα οι φωτογραφικές μηχανές εξελίσσονταν ως προς την ποιότητα των φακών, την τελειοποίηση του σκοπεύτρου για πιο εύκολο και αξιόπιστο τρόπο εστίασης, το μέγεθός τους κτλ. Αποτέλεσμα ήταν να δημιουργηθούν μηχανές στιγμιαίας φωτογραφίας (από τον Ε. Λαντ το 1947), μηχανές τσέπης, μηχανές με μοτέρ για τη λήψη συνεχόμενων εικόνων, μηχανές για studio κ.ά.
Στα τέλη του 20ού αιώνα εμφανίστηκαν οι ψηφιακές φωτογραφικές μηχανές που κατάργησαν το φιλμ, αφού το είδωλο ψηφιοποιείται σε δυαδική μορφή (bit) και αποθηκεύεται σε ένα δίσκο στο σώμα της μηχανής. Έτσι δε χρειάζεται να εμφανιστεί το φιλμ (αρνητικό), απ’ όπου τυπώνονταν οι φωτογραφίες, αλλά τυπώνονται απευθείας από τον ψηφιακό δίσκο της μηχανής. Ακόμη παρέχουν τη δυνατότητα λήψης πολλαπλάσιων φωτογραφιών χωρίς να χρειάζεται ν’ αλλάξουμε καρούλια φιλμ. Βέβαια η ποιότητα της ψηφιακής φωτογραφίας είναι πολύ κατώτερη από αυτή που αποτυπώνεται σε φιλμ.
Η λειτουργία της φωτογραφικής μηχανής
Η φωτογραφική μηχανή αποτελείται από πέντε βασικά στοιχεία: α) το φακό, β) το φωτοφράχτη, γ) το διάφραγμα, δ) το σκόπευτρο και ε) το φιλμ ή οθόνη ψηφιακής εστίασης.
α) Φακός. Σκοπός του φακού είναι να σχηματίζει ένα καθαρό ανεστραμμένο είδωλο στην οθόνη εστίασης. Οι σύγχρονοι φακοί αποτελούνται από πολλά στοιχεία που ο αριθμός τους, το σχήμα τους, το υλικό κατασκευής τους και οι μεταξύ τους αποστάσεις καθορίζουν την ποιότητα του φακού. Υπάρχουν τρεις βασικές κατηγορίες φακών: οι ευρυγώνιοι, οι νορμάλ και οι τηλεφακοί, που η εστιακή τους απόσταση είναι μικρή, μεσαία και μεγάλη αντίστοιχα.
β) Φωτοφράχτης. Είναι ένας μηχανισμός που ανοιγοκλείνει σε επιλεγμένο χρονικό διάστημα, τόσο, όσο χρειάζεται ώστε να περάσει το φως που θα επηρεάσει το φιλμ για να αποτυπωθεί η εικόνα. Συνήθως βρίσκεται πίσω από το φακό και μπροστά από το διάφραγμα και αποτελείται από πολύ λεπτές μεταλλικές λάμες (βλ. σχήμα). Υπάρχουν και φωτοφράχτες από φωτοστεγή πάνινα πλαίσια που βρίσκονται μπροστά από το φιλμ.
γ) Διάφραγμα. Είναι ένας μηχανισμός σε σχήμα δαχτυλιδιού, αποτελείται από πολλά ελάσματα και έχει τη δυνατότητα να μεταβάλει τη διάμετρό του, με αποτέλεσμα να επιτρέπει να περάσει περισσότερο ή λιγότερο φως από το φακό (βλ. σχήμα). Το διάφραγμα με αυτόν τον τρόπο ελέγχει τη φωτεινότητα του ειδώλου.
Ένα αντικείμενο που αντανακλά πολύ φως (π.χ. σε χιόνι με ήλιο) χρειάζεται κλειστό διάφραγμα, ενώ αντίθετα (π.χ. ηλιοβασίλεμα και σε σκιά) χρειάζεται ανοιχτό.
δ) Σκόπευτρο. Συνήθως αποτελείται από ένα σύστημα κατόπτρων (ρεφλέξ) που προβάλλει το ακριβές είδωλο που σχηματίζει ο φακός σε μια μικρή οθόνη εστίασης που βρίσκεται στο πίσω και πάνω μέρος της φωτογραφικής μηχανής.
Με το σκόπευτρο μπορούμε να ελέγχουμε με ακρίβεια τι ακριβώς θα φωτογραφηθεί (εκτεθεί) στο φιλμ.
Οι φωτογραφικές μηχανές ανάλογα με το σκόπευτρο που χρησιμοποιούν χωρίζονται σε τρεις βασικές κατηγορίες.
1. Σε μηχανές απευθείας σκόπευσης, όπου ο μηχανισμός σκόπευσης είναι ανεξάρτητος από το φακό λήψης.
2. Σε μηχανές μονοοπτικές ρεφλέξ, όπου ένας κινητός καθρέπτης αντανακλά το είδωλο που σχηματίζεται από το φακό στην οθόνη εστίασης του σκοπεύτρου.
3. Σε μηχανές διοπτικές ρεφλέξ, όπου χρησιμοποιούνται δύο ίδιας εστιακής απόστασης φακοί. Ένας που θα σχηματίσει το είδωλο στο φιλμ και ένας που θα το σχηματίσει στην οθόνη εστίασης του σκοπεύτρου.
ε) Φιλμ ή οθόνη εστίασης. Είναι η επίπεδη επιφάνεια που βρίσκεται το φιλμ και είναι το εστιακό επίπεδο όπου σχηματίζεται το είδωλο του αντικειμένου που φωτογραφίζουμε. Επειδή η οθόνη εστίασης είναι σταθερή, για να έχουμε καθαρό είδωλο μετακινείται ο φακός εμπρός ή πίσω, ώστε να επιτευχθεί η σωστή εστιακή απόσταση.
Στις ψηφιακές μηχανές στη θέση της οθόνης εστίασης υπάρχει ο ψηφιακός σαρωτής που μεταγράφει το είδωλο σε ψηφιακή μορφή (bit).
φιλμ. Με τον όρο φιλμ, εκτός του κινηματογραφικού έργου, κυρίως εννοούμε το υλικό πάνω στο οποίο εγγράφεται φωτοχημικά η εικόνα του αντικειμενικού κόσμου.Το φιλμ το οποίο χρησιμοποιείται στη φωτογραφική και κινηματογραφική τέχνη είναι ως προς τα βασικά του στοιχεία το ίδιο.Δύο είναι τα μέρη από τα οποία αποτελείται το φιλμ, η αντίαλως και το γαλάκτωμα. Η αντίαλως ή σελουλόζη είναι η γυαλιστερή βάση από τριοξεϊκή κυτταρίνη όπου πάνω της υπάρχει η φωτοευαίσθητη επίστρωση του γαλακτώματος.Το γαλάκτωμα είναι το φωτοευπαθές επίστρωμα πάνω στο οποίο καταγράφεται η εικόνα.
Το γαλάκτωμα του ασπρόμαυρου φιλμ αποτελείται από κρυστάλλους αλάτων αργύρου σε ένωση με αλογόνο στοιχείο (χλώριο, ιώδιο, βρόμιο). Με την έκθεσή τους στο φως τα αλογονίδια του αργύρου σχηματίζουν την εικόνα σε λανθάνουσα κατάσταση και με την εμφάνιση μετατρέπονται από γκρίζους έως μαύρους κόκκους μεταλλικού αργύρου, ανάλογα με το πόσο φως δέχτηκαν κατά τη διάρκεια της έκθεσης. Με τη στερέωση απομακρύνονται οι κόκκοι που δε δέχτηκαν φως και σταθεροποιείται η εικόνα στο φιλμ.
Το γαλάκτωμα του έγχρωμου φιλμ αποτελείται από τρεις στρώσεις. Στην καθεμία από αυτές τα αλογονίδια του αργύρου βρίσκονται σε μείξη με αντίστοιχη χρωμογόνα χημική ουσία. Έτσι κατά την έκθεση του έγχρωμου αρνητικού φιλμ (negative) στο φως, σχηματίζεται η «λανθάνουσα εικόνα» η οποία κατά τη χρωμογόνα εμφάνιση του φιλμ μας δίνει όλους τους τόνους σε κίτρινο, πορφυρό και κυανό, που είναι τα συμπληρωματικά χρώματα της εικόνας που αποτυπώσαμε. Όταν από αυτό το αρνητικό τυπώσουμε το θετικό φιλμ (positive) παίρνουμε με αντιστροφή τα πρωταρχικά χρώματα, μπλε, πράσινο και κόκκινο (RGB), σε αντίστοιχες αξίες προς την εικόνα του αντικειμενικού κόσμου.
Τύποι φιλμ ως προς τις διαστάσεις:
Οι πλέον συνηθισμένοι τύποι φιλμ ως προς τις διαστάσεις (format) είναι αυτοί των standard 8, super 8, 16mm, 35mm και σπάνια των 70mm.
Τύποι φιλμ ως προς την χρήση:
Υπάρχουν δύο βασικοί τύποι φιλμ, αυτοί των ασπρόμαυρων και αυτοί των έγχρωμων γαλακτωμάτων, και χωρίζονται σε negative (αρνητικό γαλάκτωμα), positive (θετικό γαλάκτωμα), reversal (αντιστρεπτικό γαλάκτωμα) και contretype.
Τύποι φιλμ ως προς την ευαισθησία του γαλακτώματος:
Η ικανότητα ενός γαλακτώματος να «γράφει» σε ορισμένο χρόνο έκθεσης την χαμηλότερη τιμή λαμπρότητας (αλμπεντό) που εκπέμπει ένα αντικείμενο, χαρακτηρίζει την ευαισθησία του. Όσο λιγότερος χρόνος απαιτείται για την «εγγραφή» της εικόνας στο γαλάκτωμα, τόσο πιο ευαίσθητο χαρακτηρίζεται, και εξαρτάται από το μέγεθος των κόκκων (κρύσταλλοι αλογονιδίων). Η ευαισθησία των φιλμ ορίζεται από τις διεθνείς κλίμακες DIN (Deutsche Industrie Normalen) και ASA (American Standard Association).
Φωτοηλεκτρικό φαινόμενο. Φαινόμενο κατά το οποίο η ενέργεια μίας ακτινοβολίας, όταν προσπέσει στην επιφάνεια ενός ηλεκτροδίου που έχει διαφορά δυναμικού με ένα άλλο, μετατρέπεται σε ηλεκτρική ενέργεια.
Αναλυτικότερα, το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο συμβαίνει ως εξής: Συνδέουμε δύο ηλεκτρόδια που βρίσκονται σε αερόκενο σωλήνα με τους πόλους μίας ηλεκτρικής πηγής. Διαμέσου ενός παραθύρου από χαλαζία κατευθύνουμε μία δέσμη υπεριωδών ακτίνων στην κάθοδο (το αρνητικό ηλεκτρόδιο) και, με τη βοήθεια π.χ. γαλβανόμετρου, διαπιστώνουμε ότι από το κύκλωμα περνάει ρεύμα (το παράθυρο πρέπει να αποτελείται από χαλαζία για να είναι διαπερατό από τις υπεριώδεις ακτίνες). Τα ηλεκτρόνια που, κατά το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο, κινούνται από την κάθοδο προς την άνοδο, ονομάζονται φωτοηλεκτρόνια. Η ένταση του φωτοηλεκτρικού ρεύματος είναι ανάλογη προς τη φωτεινή ροή που προσπίπτει στην κάθοδο, ενώ η κινητική ενέργεια των φωτοηλεκτρονίων εξαρτάται μόνο από το μήκος κύματος της ακτινοβολίας.
Το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο ερμηνεύεται από την απορρόφηση της ενέργειας των φωτονίων της ακτινοβολίας από τα ηλεκτρόνια της καθόδου, έτσι ώστε η αυξημένη ενέργεια των τελευταίων να τους επιτρέπει να αποσπώνται από την κάθοδο, κάτω από την επίδραση του ηλεκτρικού πεδίου, και να κατευθύνονται στην άνοδο. Κάθε φωτοηλεκτρόνιο απορροφά ένα μόνο φωτόνιο.
Έτσι, ο αριθμός των φωτοηλεκτρονίων (ένταση του ρεύματος) εξαρτάται άμεσα από τον αριθμό των φωτόνιων (ένταση της ακτινοβολίας), ενώ η κινητική ενέργεια του ενός φωτοηλεκτρόνιου εξαρτάται από την ενέργεια του φωτόνιου, που είναι ανάλογη προς τη συχνότητα της ακτινοβολίας.
Φωτομετρία. Κλάδος της οπτικής, ο οποίος πραγματεύεται τη μέτρηση της φωτεινής ενέργειας που εκπέμπεται από μία φωτεινή πηγή ή ανακλάται από ένα ετερόφωτο σώμα.
Η μελέτη του φωτισμού μίας επιφάνειας στηρίζεται σε τρεις φωτομετρικούς νόμους, οι οποίοι είναι οι παρακάτω:
α) Ο φωτισμός που δέχεται μία επιφάνεια από κάθετες ακτίνες μίας φωτεινής πηγής, τοποθετημένης σε ορισμένη απόσταση, είναι ανάλογος προς τη φωτεινή ισχύ της πηγής.
β) Ο φωτισμός τον οποίο προκαλεί μία φωτεινή πηγή χωρίς διαστάσεις, σε επιφάνειες που δέχονται κάθετα τις φωτεινές ακτίνες, είναι αντιστρόφως ανάλογος του τετραγώνου της απόστασης των επιφανειών από την πηγή.
γ) Όταν οι ακτίνες που ξεκινούν από μία φωτεινή πηγή φτάνουν υπό γωνία σε μία επιφάνεια, ο φωτισμός της επιφάνειας θα είναι αντιστρόφως ανάλογος προς το συνημίτονο της γωνίας πρόσπτωσης των ακτίνων.
Επίσης, σύμφωνα με τον τύπο των ίσων φωτισμών, όταν δύο πηγές φωτίζουν εξίσου μία επιφάνεια, οι εντάσεις των φωτεινών πηγών είναι ανάλογες προς τα τετράγωνα των αποστάσεων των πηγών από τη φωτιζόμενη επιφάνεια.
Οι κυριότερες έννοιες που εισάγει και χρησιμοποιεί η φωτομετρία είναι η φωτεινή ροή, η φωτεινή ένταση ή ισχύς της πηγής και ο φωτισμός επιφάνειας.
Φωτεινή ροή. Είναι ο λόγος της φωτεινής ενέργειας που περνάει σε ορισμένο χρόνο από μία επιφάνεια προς το χρόνο αυτόν. Μονάδα μέτρησης της φωτεινής ροής είναι το lumen.
Φωτεινή ένταση. Είναι η φωτεινή ροή που περνάει μέσα από μία στερεά γωνία προς τη γωνία αυτή. Μονάδα μέτρησης της έντασης είναι το νέο ή διεθνές κηρίο (ΝΚ). Η ένταση 1 ΝΚ είναι ίση με τη 1/60 της φωτεινής έντασης που εκπέμπεται από επιφάνεια 1 cm2 «τέλειου μέλανος σώματος», που έχει θερμοκρασία 1.770°C.
Φωτισμός επιφάνειας είναι ο λόγος της φωτεινής ροής που πέφτει ομοιόμορφα σε μία επιφάνεια προς το εμβαδό αυτής της επιφάνειας. Μονάδα μέτρησης του φωτισμού είναι το 1 lux.
Φωτόνιο. Στοιχειώδες και διακεκριμένο ποσό ενέργειας, το οποίο έχει σωματιδιακές ιδιότητες και αποτελεί το φορέα της ασυνεχούς διάδοσης της ακτινοβόλας ενέργειας. Τα φωτόνια ή κβάντα φωτός, σύμφωνα με την παραδοχή του Πλανκ, κινούνται με την ταχύτητα του φωτός και το άθροισμα των στοιχειωδών ενεργειών τους δίνει την ολική ενέργεια μίας φωτεινής δέσμης. Η ενέργεια κάθε φωτονίου είναι ανάλογη προς τη συχνότητα της ακτινοβολίας και δίνεται από τη σχέση Ε = h  ν, όπου h η σταθερά δράσης του Πλανκ ίση με 6,6  10-27 erg  sec. Η δυνατότητα χημικής ή θερμικής δράσης των διάφορων χρωμάτων είναι αποτέλεσμα της ενέργειας που μεταφέρουν τα φωτόνια, ενώ η φωτοβολία μίας πηγής είναι συνάρτηση του αριθμού των φωτονίων που εκπέμπονται στη μονάδα του χρόνου.
Η παρατήρηση του φωτοηλεκτρικού φαινομένου, όπου η αλληλεπίδραση μεταξύ ακτινοβολίας και ύλης είναι φανερή, έκανε τον Αϊνστάιν να παρουσιάσει την έννοια του φωτονίου, ενώ η παρατήρηση του φαινομένου Κόμπτον και άλλων φαινομένων, πιστοποίησαν την ύπαρξη των φωτονίων. Με την παρουσίαση του φωτονίου έγινε δυνατή η περιγραφή του φαινομένου της δυαδικής φύσης του φωτός, οπότε η σύγχρονη φυσική χρησιμοποιεί για το φως ως ισότιμες μορφές τη σωματιδιακή και την κυματική. Το φωτόνιο δεν έχει μάζα ηρεμίας, γιατί βρίσκεται πάντα σε κίνηση. Έχει, όμως, ορισμένη μάζα κίνησης και αυτό αποδεικνύεται από την πίεση που ασκεί μία ακτινοβολία σε σταθερά αντικείμενα.
Το ηλεκτρικό του φορτίο, όπως και η μαγνητική του ροπή, είναι μηδέν, ενώ έχει μία χαρακτηριστική τιμή γωνιακής ροπής. Με βάση τα προηγούμενα, το φωτόνιο είναι ένα ιδιόμορφο στοιχειώδες σωματίδιο.
Φωτοβολταϊκό στοιχείο. Ηλεκτρονική διάταξη η οποία παράγει ηλεκτρική ενέργεια όταν δεχτεί ακτινοβολία. Λέγεται και φωτοβολταϊκό κύτταρο. Επικράτησε η χρήση της σύντμησης Φ/Β ή PV σε αντικατάσταση της λέξης φωτοβολταϊκό. Η λειτουργία των Φ/Β στοιχείων στηρίζεται σε μία απλή αρχή της φυσικής. Όταν τα φωτόνια μιας ακτινοβολίας που είναι φορείς ενέργειας πέσουν στην επιφάνεια ενός Φ/Β στοιχείου, άλλα ανακλώνται, άλλα διαπερνούν και άλλα απορροφώνται από το ημιαγωγό υλικό κατασκευής του στοιχείου. Τα φωτόνια αυτά εξαναγκάζουν τα ηλεκτρόνια του ημιαγωγού να μετακινηθούν, οπότε δημιουργείται μια κίνηση ηλεκτρονίων. Η ροή όμως αυτών των ηλεκτρονίων είναι στην πράξη ηλεκτρικό ρεύμα, το οποίο μπορεί να χρησιμοποιηθεί άμεσα για τη λειτουργία συσκευών.
Τα πρώτα Φ/Β στοιχεία αναπτύχθηκαν στη δεκαετία του 1950 με σκοπό την τροφοδότηση των δορυφόρων με την απαραίτητη ηλεκτρική ενέργεια. Από εκείνη την εποχή μέχρι σήμερα τα Φ/Β χρησιμοποιούνται σε πολλές εφαρμογές σε διάφορους τομείς δραστηριοτήτων για την άμεση παραγωγή ηλεκτρικού ρεύματος από την ηλιακή ακτινοβολία. Η ηλιακή ενέργεια που φτάνει και απορροφάται από τη Γη και την ατμόσφαιρά της σε ένα χρόνο είναι 10-15 φορές περισσότερη από την ενέργεια που μπορούν να δώσουν τα ορυκτά καύσιμα. Φυσικά δεν είναι όλη αυτή η ενέργεια εκμεταλλεύσιμη και αυτό οφείλεται στις τεχνολογικές αδυναμίες, οι οποίες έχουν ως συνέπεια να γίνεται δυνατή η μετατροπή μόνο του 5-15% της ηλιακής ενέργειας σε ηλεκτρική. Το ακριβές ποσοστό μετατροπής εξαρτάται από το είδος των Φ/Β στοιχείων που χρησιμοποιούνται και τα οποία διακρίνονται σε μονοκρυσταλλικά, πολυκρυσταλλικά και άμορφα. Τα τελευταία έχουν χαμηλή απόδοση, είναι όμως πολύ φθηνότερα από τα άλλα. Η επιλογή των Φ/Β στοιχείων είναι συνάρτηση του διαθέσιμου χώρου, των αναγκών και της οικονομικής δυνατότητας. Τα Φ/Β στοιχεία κατασκευάζονται από ημιαγωγά υλικά, όπως το πυρίτιο και το γερμάνιο, χημικές ενώσεις αρσενικούχου γάλλιου, φωσφορούχου γάλλιου, φωσφορούχου ίνδιου, κ.ά. Σε αυτά ενσωματώνονται προσμείξεις, σε υπολογισμένες ποσότητες, άλλων στοιχείων και έτσι αποκτούν την ιδιότητα να εμφανίζουν μικρή τάση στα άκρα τους, όταν φωτιστούν. Η τάση αυτή στην περίπτωση Φ/Β στοιχείων πυριτίου είναι 0,5V, δηλαδή πολύ μικρή. Για το λόγο αυτό συνδέονται πολλά Φ/Β στοιχεία μαζί και σχηματίζουν τη Φ/Β συστοιχία ή Φ/Β σύστημα, οπότε η παραγόμενη τάση είναι μεγαλύτερη. Τα Φ/Β συστήματα παράγουν συνεχές ρεύμα, γεγονός που σημαίνει ότι ή θα πρέπει να χρησιμοποιούμε συσκευές συνεχούς ρεύματος ή να μετατρέπουμε το συνεχές ρεύμα σε εναλλασσόμενο με τη βοήθεια ηλεκτρονικών διατάξεων. Υπάρχουν δύο δυνατότητες για τη λειτουργία των Φ/Β συστημάτων:
α) Το σύστημα λειτουργεί ως ανεξάρτητο και αυτοτελές τροφοδοτώντας με ηλεκτρικό ρεύμα το κτίριο όπου τοποθετήθηκε. Στην περίπτωση αυτή όμως είναι απαραίτητη η ύπαρξη μπαταριών αποθήκευσης των περισσευμάτων της ηλεκτρικής ενέργειας, ώστε αυτή να διοχετεύεται στα κυκλώματα κατά τη διάρκεια της νύχτας ή κατά τις συννεφιασμένες μέρες.
β) Το σύστημα συνδέεται συγχρόνως με το κεντρικό δίκτυο διανομής ηλεκτρικής ενέργειας. Με τον τρόπο αυτό, όταν το σύστημα παράγει περισσεύματα ηλεκτρικής ενέργειας, με κατάλληλες συνδέσεις διοχετεύεται προς άλλους καταναλωτές, ενώ όταν δεν παράγει ηλεκτρική ενέργεια, μπορεί να συμπληρώνει τις απαιτήσεις του κτιρίου με άντληση ενέργειας από το κεντρικό δίκτυο. Ο δεύτερος τρόπος είναι λιγότερο δαπανηρός και δεν είναι αναγκαίος ο χώρος εγκατάστασης μπαταριών αποθήκευσης ηλεκτρικής ενέργειας.
Η χρήση των Φ/Β συστημάτων δεν είναι πολύ διαδεδομένη εξαιτίας του υψηλού κόστους αγοράς, ενώ γίνεται μια συνεχής έρευνα για την κατασκευή περισσότερο αποδοτικών και φθηνότερων ηλιακών κυττάρων. Σε απομακρυσμένες περιοχές όμως, χωρίς δίκτυα ηλεκτρικής ενέργειας, η χρήση Φ/Β συστημάτων είναι απαραίτητη για την παροχή ηλεκτρικής ισχύος η οποία χρησιμοποιείται για φωτισμό, λειτουργία ψυγείων, συσκευών τηλεοράσεων, φορτιστών μπαταριών, αντλιών νερού, κλιματιστικών μηχανημάτων, κ.ά. Η χρήση των Φ/Β συστημάτων συνοδεύεται από σημαντικά πλεονεκτήματα, όπως μηδενική ρύπανση του περιβάλλοντος, αθόρυβη λειτουργία, αξιοπιστία και μεγάλη διάρκεια ζωής, που φτάνει τα 30 χρόνια, ανεξαρτητοποίηση από τροφοδοσία καυσίμων, δυνατότητα επέκτασης για παροχή μεγαλύτερης ηλεκτρικής ισχύος και ελάχιστες απαιτήσεις για συντήρηση.
Χρώμα. Η ικανότητα ανάκλασης ή απορρόφησης του φωτός από τα ετερόφωτα σώματα, καθώς και η μορφή των φωτεινών κυμάτων που εκπέμπουν τα αυτόφωτα. Είναι ο προσδιοριστικός παράγοντας του χρώματος με το οποίο τα σώματα γίνονται αντιληπτά.
Το χρώμα μιας ακτινοβολίας που συλλαμβάνει το ανθρώπινο μάτι καθορίζεται αποκλειστικά από το μήκος κύματος αυτής της ακτινοβολίας. Οι ακτινοβολίες ενός μόνο μήκους κύματος μας δίνουν το αίσθημα ενός μόνο χρώματος, ενώ ακτινοβολίες διαφόρων μηκών κύματος παράγουν σύνθετα χρώματα. Το ηλιακό φως περιλαμβάνει ακτινοβολίες που έχουν μήκη κύματος από 4.000-7.000 Å. Αυτό το φως, όταν περάσει μέσα από ένα πρίσμα, αναλύεται στις ακτινοβολίες που το συνθέτουν και δίνει τα επτά χρώματα του φάσματος: το κόκκινο, το πορτοκαλί, το κίτρινο, το πράσινο, το γαλάζιο, το μπλε και το μοβ.
Τα αντικείμενα αντανακλούν την ακτινοβολία που δεν μπορούν να απορροφήσουν· έτσι ένα κόκκινο αντικείμενο απορροφά όλες τις άλλες ακτινοβολίες εκτός από την κόκκινη, την οποία αντανακλά.
Τα πρώτα χρώματα που χρησιμοποιήθηκαν ήταν ανόργανα και βρίσκονταν στη φύση, όπως η ώχρα, το κιννάβαρι, η σανταράχη κ.ά. Αργότερα χρησιμοποιήθηκαν και οργανικά χρώματα όπως το λουλακί και η ζωική πορφύρα. Τα πρώτα συνθετικά χρώματα που χρησιμοποιήθηκαν ήταν η μοβεΐνη και το πικρικό οξύ. Από τότε έχουν παρασκευαστεί πάρα πολλά συνθετικά χρώματα, που παρουσιάζουν καλύτερες ιδιότητες από αυτές των φυσικών. Ανάλογα με τη φυσική τους σύσταση, έχουμε χρώματα αλιζαρίνης, αζωχρώματα, χρώματα θείου, ινδικοειδή κτλ., ενώ ανάλογα με τον τρόπο βαφής έχουμε «τα ουσιαστικά ή απευθείας βάφοντα» χρώματα, τα χρώματα πρόστυψης και τα χρώματα αναγωγής.Μερικά από τα χρώματα του φάσματος παράγονται από την ανάμειξη άλλων χρωμάτων. Έτσι το κόκκινο, το κίτρινο και το μπλε είναι τα κύρια χρώματα, ενώ τα άλλα λέγονται δευτερεύοντα και είναι το πορτοκαλί (από κόκκινο και κίτρινο), το πράσινο (από κίτρινο και μπλε) και το μοβ (από κόκκινο και μπλε).Το λευκό και το μαύρο ονομάζονται αχρωματικά ή αλλιώς ουδέτερα χρώματα. Δύο χρώματα από τα οποία το ένα είναι δευτερεύον και το άλλο κύριο, αλλά όχι συστατικό του δευτερεύοντος, ονομάζονται συμπληρωματικά. Έτσι συμπληρωματικά χρώματα είναι το κόκκινο και το πράσινο, το μοβ και το κίτρινο, το μπλε και το πορτοκαλί. Όταν δύο συμπληρωματικά χρώματα βρεθούν κοντά, βλέπουμε ότι τονίζεται η φωτεινότητά τους. Με την ανάμειξη δύο συμπληρωματικών χρωμάτων παίρνουμε χρώμα φαιό ή σχεδόν μαύρο, ενώ αν αναμειχτούν δύο ακτινοβολίες συμπληρωματικών χρωμάτων προκύπτει λευκό χρώμα.Ένας άλλος διαχωρισμός, κυρίως ψυχολογικός, των χρωμάτων γίνεται σε ψυχρά και θερμά χρώματα. Τα θερμά είναι το κόκκινο, το κίτρινο και το πορτοκαλί, ενώ τα ψυχρά είναι το μπλε, το πράσινο και το μοβ. Διάφορα πειράματα που έχουν γίνει από ψυχολόγους απέδειξαν ότι τα χρώματα έχουν επίδραση στο κεντρικό νευρικό σύστημα. Γενικά, μπορούμε να πούμε ότι τα ψυχρά χρώματα προκαλούν συναισθήματα ηρεμίας, ενώ τα θερμά συναισθήματα έντασης.
Ώσμωση. Η διέλευση μιας διαλυμένης ουσίας διαμέσου της ημιδιαπερατής μεμβράνης, που διαχωρίζει δύο διαλύματα διαφορετικών συγκεντρώσεων. Ημιδιαπερατή μεμβράνη είναι αυτή διαμέσου της οποίας, τα μόρια μιας διαλυμένης ουσίας μπορεί να εισχωρήσουν, ενώ τα μόρια των περισσότερων διαλυτών δεν μπορούν. Υπάρχει μια θερμοδυναμική τάση, τα διαλύματα που διαχωρίζονται από μια τέτοια μεμβράνη να γίνουν ισοδύναμα ως προς τη συγκέντρωση. Το νερό εισρέει από το πιο αραιό προς το πιο πυκνό διάλυμα. Η ώσμωση θα σταματήσει, όταν τα δύο διαλύματα φτάσουν σε ισοδύναμες συγκεντρώσεις, ενώ ακόμα μπορεί να σταματήσει, αν εφαρμοστεί πίεση στο υγρό προς την πλευρά της μεμβράνης με το πυκνότερο διάλυμα. Η πίεση που απαιτείται για να σταματήσει τη ροή, από έναν καθαρό διαλύτη σε ένα διάλυμα αποτελεί ένα από τα χαρακτηριστικά του διαλύματος και ονομάζεται ωσμωτική πίεση (σύμβολο Π). Η ωσμωτική πίεση εξαρτάται μόνο από τη συγκέντρωση των σωματιδίων στο διάλυμα, όχι από τη φύση τους. Για ένα διάλυμα n moles σε όγκο V σε θερμοδυναμική θερμοκρασία Τ, η ωσμωτική πίεση δίνεται από τον τύπο ΠV = nRT, όπου R είναι η αέρια σταθερά. Οι τιμές της ωσμωτικής πίεσης χρησιμοποιούνται για την αναζήτηση των σχετικών μαζών των συστατικών, συγκεκριμένων μακρομορίων. Ένα όργανο που χρησιμοποιείται για τη μέτρηση της ωσμωτικής πίεσης ονομάζεται ωσμώμετρο. Η κατανομή του νερού στους ζωντανούς οργανισμούς εξαρτάται από την τιμή της ώσμωσης. Μια κυτταρική μεμβράνη δεν είναι αληθινά ημιδιαπερατή, καθώς επιτρέπει τη διέλευση ορισμένων διαλυμένων μορίων και το γεγονός περιγράφεται ως διαφορική διαπερατότητα. Τα ζώα έχουν αναπτύξει ποικίλους τρόπους για να αντιμετωπίσουν τα αποτελέσματα της ώσμωσης. Στα φυτικά κύτταρα η υπερβολική ώσμωση εμποδίζεται από την πίεση που ασκείται από το κυτταρικό τοίχωμα, η οποία αντιμετωπίζει την ωσμωτική πίεση.

No comments:

Post a Comment