Thursday, October 23, 2014

Нано Технологи Гэж Юу Вэ?

Нано Технологи Гэж Юу Вэ? 

Нано технологи гэж юу болохыг ойлгохын тулд эхэлж нанотехнологийн хэмжигдэхүүнийг ойлгох хэрэгтэй. Нано гэдэг нь тэрбум хуваасны нэг гэсэн үг бөгөөд 1 нанометр бол 1 метрийг тэрбум хуваасны нэгтэй тэнцэх хэмжээ юм.
Зарим зүйлийг нанометрээр хэмжиж үзвэл:

- Атом: ~ 0.1 нанометр
- ДНК-гийн ороомог: ~ 2 нанометр (диаметр)
- Энгийн уураг (протейн)~ 10 нанометр урттай
- Компьютерын транзистор: ~ 100-200 нанометр өргөн
- Бактери~ 200 нанометр
- Хүний үс: ~ 50,000 - 100,000 нанометр
- Цаасны зузаан: ~ 100,000 нанометр
- 2 метр өндөр хүн: ~ 1200 сая нанометр өндөр
- Empire State Building: ~ 381,000 сая нанометр өндөр


Нано шинжлэх ухаан болон нано технологи гэж юу вэ? Мөн нанотехнологийн хэрэглээ.

Нано шинжлэх ухаан гэдэг нано хэмжээнд тухайн материал ямар шинж чанартай вэ гэдийг судалдаг шинжлэх ухаан юм. Нано шинжлэх ухаан 1-100 нанометрийн хооронд судалгаа хийдэг бөгөөд нано технологи бол судалгаагаар олдсон шинж чанаруудыг ашиглах ухагдахуун юм.

Энэ бүхнээс бас нэгэн асуулт гарч ирнэ яагаад нано хэмжээ тийм чухал вэ? Нано хэмжээнд тухайн материалд квантын механикын хуулиуд үйлчилж эхэлдэг бөгөөд энэ нь энгийн физикийн хуулиудаас маш ондоо юм. Энэ нь юу гэсэн үг вэ гэвэл тухайн материал том хэмжээтэй байхдаа тогсон шинж чанаруудтай харин нанометрийн хэмжээнд авч үзэхэд тэрхүү шинж чанар нь өөр байдаг. Мэдээж та шууд хаалгыг онгойлголгүй нэвт гараад явж чадахгүй харин нано хэмжээнд электрон нь ийм чадвартай байдаг бөгөөд үүнийг электрон туннель гэж нэрлэдэг. Энгийн их хэмжээтэй үедээ тусгаарлагч материал нано хэмжээндээ хагас дамжуулагч болох мөн гадаргуугийн хэмжээг их болгоход хайлах температур өөрчлөгдөх зэрэг зүйлс ажиглагддаг байна.

Бал чулуу (графит) болон алмаз бол бас нэгэн жишээ юм. Энэ хоёр материал хоёулаа цэвэр нүүрстөрөгчөөс бүрдсэн байдаг хэдий ч бал чулуу зөөлөн харин алмаз хатуу, бал чулуу цахилгаан дамжуулдаг бол алмаз цахилгаан дамжуулдаггүй тусгаарлагч гэх мэт хоорондоо маш их ялгаатай байдаг. Энэ бүх ялгаа нь нано хэмжигдэхүүнд байх нүүрстөрөгчийн атомуудын бүтцээс шалтгаалдаг байна. Нэг зүйлээс гаралтай ч атомын бүтэц нь өөр учраас шинж чанарын хувьд маш их ялгаатай юм. 

Судлаачдын хамгийн их сонирхолыг татаж байгаа нано материал бол нүүрстөрөгчин нано хоолой юм. Хөндий хоолой мэт хэлбэртэй энэхүү материал ойролцоогоор 1 нанометрын өргөнтэй бөгөөд дотор тал нь хөндий хэдий ч маш шигүү бүтэцтэй бөгөөд энэ нь маш бат бөх чанарыг олгодог.

Нүүрстөрөгчин Нано Хоолой
Наночип ашигласнаар компьютерыг илүү бага овор хэмжээтэй илүү хямд, илүү хүчин чадал бүхий боломжтой болох юм. 21-р зууны эхэн үед 100-200 нанометр өргөнтэй транзистор хэрэглэж байсан бол одоо энэ хэмжээг хэд дахин багасгах боломжтой болж эхэлж байгаа. Ийнхүү тооцоолон бодох чадвар нь Мурын хуулийн дагуу өсдөг бөгөөд нано технологи нь энэхүү өсөлтийг цааш үргэлжлэх боломжийг хангаж өгнө. 

Нано роботын концепт
Судлаачдын сэтгэлийг хөдөлгөж бас нэгэн боломж бол нано роботууд юм. Ийм жижиг хэмжээний роботуудын тусламжтайгаар бохирдол цэвэрлэх эсвэл хүний биед оруулж аливаа өвчин эмгэгтэй тэмцэх боломж юм.

Энэ бүх шинэ боломж бололцоонууд маш холын мэт санагдаж байгаа бол байгаль бол нано технологийн хамгийн том жишээ юм. Протейн, бактери, вирус болон эс бүгд нано хэмжээнд ажилладаг.

Тиймээс ч нано шинжлэх ухаанд нь биологчид, химич, физикч мөн инженерүүд ихээр татагдаж байгаа.

Гэсэн хэдий ч маш их боломжийн ард мөн түүнтэй дүүцэхүйц аюул дагалдана. Эрдэмтэнд зарим нано хэмжээний материалууд аюултай байх магадлал гэсэн судалгаа гаргасан бөгөөд энэ бүхэн нь аливаа шинэ зүйлийн ард шинэ боломж бололцоо мөн шинэ аюул байдгийн бас нэгэн жишээ юм.

ЗАРИМ ТОМЪЁО ТОДОРХОЙЛОЛТУУД

ТОМЪЁО ТОДОРХОЙЛОЛТ


НЭРТ ФИЗИКЧИД

Исаак Ньютон


Дэлхийн шинжлэх ухааны хөгжилд хамгийн их нөлөө үзүүлсэн суут эрдэмтэн Исаак Ньютон Английн Вулсторп хотод 1642 онд эцгийнхээ нас барсны дараа мэндэлжээ. Дунд сургуульд таруухан дүнтэй суралцаж байсан боловч механикт сэтгэлээ өгсөн байлаа. Эх нь хүүгээ хөдөө ажиллуулахаар сургуулиас гаргасан боловч түүний гоц авъяас чадвартайг мэдмэгц 18 нас хүрэхэд нь Кембрижийн их сургуульд элсүүлжээ. Их сургуульд суралцаж байхдаа И.Ньютон математик, байгалийн шинжлэлийн салбар дахь мэдэгдэж байгаа бүх зүйлийг судалж хажуугаар нь бие даан шинжилгээ судалгаа хийж байв. Дэлхийн шинжлэх ухаанд эргэлт болсон онолуудынхаа үндсийг 21-27 настайдаа гаргажээ.

ХҮII зууны дунд үе шинжлэх ухааны үсрэнгүй хөгжлийн зурвас үе байлаа. Гарвей цусны эргэлтийн тухай, Кеплер нарыг тойрч гаригууд эргэлддэг тухай нээлтүүдээ хийж мөн зууны эхэнд Галилей телескоп нээсэн нь одон орны судлалд шинэ үе шат болж английн гүн ухаантан Ф.Бэкон, францийн гүн ухаантан Р.Декарт европийн эрдэмтдэд хандаж Аристотелийг сохроор бишрэн шүтэхээ больж өөрсдөө туршилт хийхийг уриалж байлаа. Коперник, Галилей нар эртний эрдэмтдийн зарим алдаатай онол таамаглалыг өөрчилж дэлхий ертөнцийн хегжлийн зарчмуудыг зөвөөр ойлгоход дорвитой хувь нэмэр оруулсан ч тархай бутархай баримтуудыг нэгтгэж шинжлэх ухааны таамаглалыг хийж болох гол зарчмууд тодорхойлогдоогүй байлаа.

Ньютон голлох онолуудаа 1669 онд гэхэд боловсруулж дууссан байсан боловч бүтээл туурвилаа хэвлүүлэх гэж яарахгүй байлаа. Олон нийтэд анх танилцуулсан эхний ажил нь гэрлийн мөн чанарын тухай нээлт нь байлаа. Хэд хэдэн туршилт хийсний дараа ердийн цагаан гэрэл нь солонгын бүх өнгүүдийн нийлмэл болохыг тодорхойлж тэрчилэн гэрэл хугарч ойдог тухай хуулиудыг гаргажээ. Дээрх хуулиудыг нээсний үндсэн дээр 1668 онд өнөө үед ч одон орны оргилуудад хэрэглэж байгаа анхны ойдог телескопийг бүтээв. Ньютон энэ тухай 29 настай байхдаа Британийн хатан хааны Шинжлэх ухааны нийгэмлэгийн хуралдаан дээр анх мэдээлжээ.

Гэрлийн онол төдийгүй математик, механикийн салбаруудад гол нээлтүүдээ хийсэн билээ. 23-24 настай байхдаа интеграл тооны тухай нээлтээрээ орчин үеийн математикийн шинжлэх ухааны хөпклийн суурийг тавиад зогсоогүй орчин үеийн шинжлэх ухааны ихэнх ололтуудыг бий болгоход чухал ач холбогдол бүхий аргыг боловсруулсан билээ. Түүний шинжлэх ухааны нээлтүүдийн дийлэнх нь механикийн салбартай холбоотой юм. Биетүүдийн гаднын хүчний нөлөөнд автагддаггүй хөдөлгөөний анхны хуулийг Галилей нээсэн. Практик дээр бол бүх биет гаднын ямар нэгэн хүчинд захирагддаг нь ойлгомжтой байлаа. Тодорхой нөхцөл байдалд биетүүдийн хөдөлгөөний тухай асуудал бол механикийн маш чухал асуудал билээ.

Чухамхүү энэ асуудлыг Ньютон шийдвэрлэж механикийн алдарт хоёрдугаар хуулийг нээсэн нь сонгодог физикийн хуулиудын суурь үндэс болсон юм. Хүчийг биеийн жинд хуваасантай хурдатгал нь тэнцэнэ гэсэн энэхүү хоёрдугаар хуулийг математикийн F=ma2 томъёогоор илэрхийлнэ. Тэрчилэн аливаа хөдөлгөөн бүр нь эсрэг хөдөлгөөнийг бий болгодог гэсэн алдарт гуравдугаар хууль, мөн дэлхийн татах хүчний тухай цуутай хуулийг мөн нээсэн мөнхийн гавьяатай эрдэмтэн билээ. Чухамхүү дээр дурдсан нэгэн цогц агуулгатай дөрвөн хуулийг хэрэглэж дүүжингийн савлах хөдөлгөөнөөс Нарыг тойрч байгаа гаригуудын хөдөлгөөн хүртэлх бүх механик хөдөлгөөнийг судлах бүрэн бололцоо бий болсон юм.

Ньютон дээр дурдсан хуулиудийг нээгээд зогсоогүй математик арга хэрэглэж эдгээр хуулиудыг ашиглан цаг үеийн тулгамдсан асуудлуудыг шийдвэрлэж болохыг үйл ажиллагаараа харуулсан хүн билээ. 1687 онд механикийн болон газрын татах хүчний тухай хуулиудаа томъёолсон "Байгалийн гүн ухааны математик эхлэл" нэртэй алдарт номоо хзвлүүлсэн. Энэ ном бол хүний оюун ухааны гайхамшигт бүтээл гэж францийн алдарт эрдэмтэн Лаплас үнэлжээ. Ньютон нь эдгээр хуулиудын туслалцаатайгаар одон орны шинжлэх ухааны зарчмын асуудал болох Нарыг тойрч эргэлдэж байгаа гаригуудын хөдөлгөөнийг яг таг бодитойгоор урьдчилан тооцоолж болохыг амьдрал дээр нотолж чадсан юм. Тийм ч учраас түүнийг суут их одон оронч гэж бас нэрлэдэг юм.

Исаак Ньютон нь термодинамик болон дуулдахуйн онолд ихээхэн хувь нэмэр оруулж энергийн тоо хадгалагдах чухал зарчмыг тодорхойлж алдарт биномын теоромоо томъёолсон юм. 1712 онд нас барсан ба Англи улсын алдартнуудыг оршуулдаг Вестминстерийн оршуулгын газарт хөшөөгөө босгуулсан анхны эрдэмтэн болсон ажээ.

МАССЫН ТУХАЙ ОЙЛГОЛТ

МАССЫН ТУХАЙ ОЙЛГОЛТ

Физикийн аливаа ойлголт хөгжин нарийсч хувьсаж байдгийг үзүүлэх нь ертөнцийг үзэх үзлийг төлөвшүүлэхэд маш чухал .
Жишээ нь сонгодог физикт массыг инерцит чанарын хэмжүүр, таталцалын хэмжүүр, үл өөрчлөгдөх, нэгэн төрлийн бөөмсийн тоо хэмжээ мэтээр авч үздэг байсан. Гэвч орчин үеийн ШУ сонгодог амомлиг сургаалын явцуу болохыг харуулаад аливаа материаллаг объектийн агуулга шавхагдашгүй бөгөөд тухайн үед мэдэгдэж байгаа бүтцийг хувирашгүй гэж үзэж болохгүйг нээн илрүүлсэн. Гэтэл зарим ном сурахад одоо ч гэсэн масс бол материйн тoo хэмжээ гэсэн томъёолол нь материйн тухай ойлголтыг түүний нэг шинж чанараар солиход хүргэх тул арга зүйн хувьд алдаатай юм. Иймд ертөнцийг ойлгох жинхэнэ ШУ-ны ойлголтын үндэс нь масс бол чанарын үзүүлэлт, их материйн инерцит чанар ба таталцалын хэмжүүр гэж үзэх нь зүйтэй.
            Харьцангуйн онол ба цөмийн физикийн үндсийг судлах явцад массын тухай ойлголт өргөждөг. Энд масс нь нийт энергийн хэмжүүр , эгэл бөөмсийн бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн холбоосын үзүүлэлт болдог.
            Харилцан үйлчлэл, хүчний тухай ойлголт Физикийн хичээлийн бүтцэд ба ертөнцийг үзэх ШУ-ны ойлголтод харилцан үйлчлэл ба түүнтэй холбоотой хүчний тухай ойлголт ихээхэн ач холбогдолтой. Ф.Энгельс харилцан үйлчлэлийг аливаа юмсын эцсийн жинхэнэ шалтгаан хэмээн үзэж одоогийн байгалийн ухааны үүднээс хөдөлж буй материйг бүхэлд нь авч үзэх үед юуны түрүүн бид харилцан үйлчилэлтэй тулгарах болно.
Бид энэхүү харилцан үйлчилэлийг танин мэдэхээс цааш явах газар үгүй. Учир нь түүнээ цааш танин мэдэх зүйл үгүй гэжээ.
            Харилцан үйлчлэлийн тухай ойлголтыг төлөвшүүлэх нь асар өргән хүрээтэй, ойлголт учир сургууль, хичээл, багш бүр анхаарах нь чухал. Энэ талаар учир дутагдалтай. Хэрэг дээрээ түүнийг хүчний тухай ойлголтоор сольж, хүчийг бараг биеэ даасан нэг тусгай станц мэтээр үзэж ирсэн. Тэрч байтугай ном сурахад хүч бол хөдөлгөөн өөрчлөгдөхийн шалтгаан гэх буюу нэг л бодит байдал нь нэг удаад, матери ба нөгөө удаад хүч мэтээр илэрнэ гэсэн байдаг нь буруу юм.
Харилцан үйлчлэлийн тухай ойлголтыг хүчний тухай ойлголтоор солихоос сэрэмжлэхийн тулд харилцан үйлчилэлийн тухай ойлголтыг харилцан үйлчилэлийн хэмжээний тухай ойлголтоос ялган салгаж, бие хэлбэрээр түр алдах буюу биеийн хөдөлгөөн өөрчлөгдөхийн шалтгаан нь уг биед бусад биеэс үзүүлж байгаа үйлчлэл юм гэдгийг сурагч оюутнуудад таниулах хэрэгтэй. Хүч бол биесийн харилцан үйлчилэлийг илэрхийлэх тоон хэмжигдэхүүнүүдийн зөвхөн нэг нь бөгөөд хурдатгал ба бие хэлбэрээр түр алдах явдлаар тодорхойлогдох механик харилцан үйлчилэлийн хэмжээг үзүүлэх хэмжигдхүүн юм.
Хүч бол нэг биеэс нөгөө биед өгч буй хөдөлгөөний тоо хэмжээнээс хугацаагаар авсан уламжлалаар тодорхойлогдоно. Биеүдийн харилцан үйлчилэл нь тооны  хувьд зөвхөн хүчээр тодорхойлогдоод зогсохгүй мөн энерги , ажил, импульс зэрэг бусад физик хэмжигдэхүүнүүдээр тодорхойлогдоно. Жишээ нь хүчний тухай ойлголтыг дулааны, химийн үзэгдэл, эгэл бөөмсийн илэрхийлэхэд хэрэглэх боломжгүй байхад энергийн тухай ойлголт нь аливаа хязгаарлалгүйгээр хэрэглэгдэнэ. Ийнхүү хүч бол зөвхөн механик харилцан үйлчилэлийн тоон тодорхойлогч бөгөөд тооллын инерциал системд нэгэн утгатай байгаа гэдгийг ойлгуулах нь чухал.

Wednesday, October 22, 2014

Физик

    http://english.tau.ac.il/sites/default/files/styles/reaserch_main_image_580_x_330/public/sackler%20physics%20cropped.jpg?itok=oanzfnK-
Физик нь туршлагын үр дүнг тайлбарлах онолын загвар боловсруулах, үнэн загвартаа тулгуурлан дараагийн шатны туршлагын үр дvнг тооцох маягаар шинжлэх ухааны аргыг ашиглан байгалийг таньж мэдэх оролдого хийдэг. Анх физик нь байгалийн философийн нэг хэсэг байсан ба 19-р зуунд философиос салж биеэ даасан позитив шинжлэх ухаан болон хөгжжээ. Физикчид кваркуудаас хар нүхийг хүртэл, тусгаар атомоос хэт дамжуулагч хүртэл өргөн хүрээний физик үзэгдлүүдийг судалдаг байна.

Физикийн тулгуур онолууд