Robin Logo در حال بارگذاری

رابین - اولین پلتفرم کتاب های تعاملی با هوش مصنوعی

ورود به رابین بوک
آموزشی

نوسان و موج

چرا یک سیم گیتار می‌تواند اتاقی را پر از موسیقی کند؟

یک سیم کوچک می‌لرزد و چند متر آن‌طرف‌تر صدایش را می‌شنوی. سنگی در آب می‌افتد و حلقه‌هایی روی سطح آن گسترش پیدا می‌کنند. زمین در نقطه‌ای می‌لرزد و چند صد کیلومتر دورتر دستگاه‌های لرزه‌نگار ارتعاشش را ثبت می‌کنند.

چه چیزی میان این اتفاق‌های ظاهراً متفاوت مشترک است؟ نوسان و موج.

از تاب خوردن آونگ تا کشف ریتم پنهان طبیعت

در «جهانی که می‌لرزد» از یک آونگ ساده شروع می‌کنی و آرام‌آرام می‌فهمی چرا اجسام نوسان می‌کنند، چه چیزی سرعت نوسانشان را تعیین می‌کند و چطور یک لرزش کوچک می‌تواند به موجی در حال انتشار تبدیل شود. با مفاهیمی مثل دامنه، بسامد، طول موج، انرژی و تشدید آشنا می‌شوی و یاد می‌گیری رفتار موج‌ها را پیش‌بینی کنی.

چرا آمبولانس هنگام عبور صدایش تغییر می‌کند؟

در ادامه، رازهای جذاب‌تری منتظرت هستند: چرا در خلأ هیچ صدایی شنیده نمی‌شود؟ چگونه خفاش‌ها با پژواک مسیرشان را پیدا می‌کنند؟ چرا نور در منشور به رنگ‌های مختلف جدا می‌شود؟ چگونه دو موج می‌توانند همدیگر را تقویت یا تضعیف کنند؟ و چطور سیم‌های گیتار و ستون هوای سازهای بادی، نت‌های موسیقی را می‌سازند؟

یک آزمایشگاه زنده در کتاب‌های رابین

اینجا می‌توانی در مسئله‌های تعاملی، طول آونگ را تغییر بدهی، بسامد موجی فرضی را کم‌وزیاد کنی، الگوهای تداخل را بررسی کنی و با قوانین موج، فاصله یک مانع را از پژواک صدایت حساب کنی. در رابین هر مفهوم با یک مشاهده، پیش‌بینی یا چالش همراه می‌شود تا فیزیک را واقعاً بفهمی.

«جهانی که می‌لرزد» سفری است از یک حرکت ساده رفت‌وبرگشتی تا کشف قوانینی که پشت موسیقی، صدا، نور، ارتباطات و امواج زمین‌لرزه پنهان شده‌اند.

نوشتهٔ رابین دسته: آموزشی های درسی #آموزشی#سطح سوم#آموزشی های آکادمیک
پیوند یکتای کتاب https://rabinbooks.ir/book/oscillations-and-waves
اشتراک گذاری

نظرات کاربران

User avatar

شما اولین نظر را میدهید

تا کنون نظری برای این کتاب نوشته نشده است

برای ادامه کشف

کتاب‌های مرتبط

پیشنهادهایی نزدیک به موضوع، برچسب و نوع این کتاب

جلد کتاب مکانیک — «قوانین حرکت»

مکانیک — «قوانین حرکت»

چرا یک سیب سقوط می‌کند، اما ماه روی زمین نمی‌افتد؟یک سیب از درخت جدا می‌شود و پایین می‌افتد. یک خودرو ترمز می‌کند و می‌ایستد. ماه میلیاردها سال است که به دور زمین می‌گردد و یک موشک می‌تواند از سطح زمین بلند شود و به فضا برسد.این اتفاق‌ها در ظاهر هیچ شباهتی به هم ندارند؛ اما پشت همه آن‌ها، قوانین شگفت‌انگیز مکانیک قرار دارند.وقتی نیروها را می‌بینی، حرکت را می‌فهمیدر کتاب «قوانین حرکت» یاد می‌گیری چرا بعضی اجسام شتاب می‌گیرند، چرا بعضی متوقف می‌شوند و چرا گاهی برای ادامه حرکت اصلاً نیروی خالصی لازم نیست! از قوانین سه‌گانه نیوتون تا گرانش، اصطکاک و حرکت دایره‌ای، قدم‌به‌قدم کشف می‌کنی که جهان چگونه حرکت می‌کند.از ترمز خودرو تا پرواز موشکاینجا فقط فرمول حفظ نمی‌کنی. سرعت خودرو را تحلیل می‌کنی، مسافت توقف را حساب می‌کنی، نیروهای وارد بر یک جسم را پیدا می‌کنی و می‌فهمی چرا کیسه هوا می‌تواند شدت برخورد را کاهش دهد. بعد با مفاهیم تکانه، کار، انرژی و گرانش به سراغ حرکت ماهواره‌ها و راز پیشرانش موشک‌ها می‌روی.فیزیک را فقط نخوان؛ امتحانش کندر رابین می‌توانی مقدار نیرو و جرم را در مسئله‌های شبیه‌سازی‌شده تغییر بدهی، حرکت را پیش‌بینی کنی و ببینی تصمیم‌هایت چگونه نتیجه را عوض می‌کنند. هر مسئله فرصتی است برای اینکه مانند یک فیزیک‌دان فکر کنی و مانند یک مهندس راه‌حل بسازی.«قوانین حرکت» به تو یاد می‌دهد جهان را نه فقط در حال حرکت، بلکه قابل‌فهم و قابل‌پیش‌بینی ببینی؛ از ساده‌ترین افتادن‌ها تا پیچیده‌ترین سفرهای فضایی.

مشاهده کتاب
جلد کتاب مبانی فیزیک و اندازه‌گیری

مبانی فیزیک و اندازه‌گیری

وقتی یک عدد می‌تواند سرنوشت یک مأموریت را تغییر دهدیک کاوشگر فضایی گزارش می‌دهد: «فاصله مانع: ۲۰». اما ۲۰ متر یا ۲۰ سانتی‌متر؟ همین تفاوت کوچک در گزارش می‌تواند باعث یک تصمیم کاملاً اشتباه شود. «زبان اندازه‌گیری جهان» از همین‌جا شروع می‌شود: چگونه جهان واقعی را دقیق و قابل‌اعتماد به عدد تبدیل کنیم؟از مشاهده تا کشف قانوندر این کتاب یاد می‌گیری مانند یک فیزیک‌دان سؤال بپرسی، آزمایش طراحی کنی و برای پدیده‌ها مدل بسازی. با کمیت‌های فیزیکی، واحدهای اندازه‌گیری، تبدیل یکاها و نمادگذاری علمی آشنا می‌شوی و می‌فهمی چرا اندازه‌گیری دقیق، پایه کشف قوانین طبیعت است.آیا می‌توانی به اندازه‌گیری خودت اعتماد کنی؟دو وسیله ممکن است نتیجه‌های متفاوتی نشان دهند. یاد می‌گیری دقت و درستی را تشخیص بدهی، خطاهای اندازه‌گیری را کاهش دهی و حتی با ابزارهای ساده، ضخامت یک سیم یا جرم یک قطره آب را تخمین بزنی.در رابین فقط فرمول حفظ نمی‌کنی؛ آزمایش می‌کنی، داده جمع می‌کنی و از دل عددها به رابطه می‌رسی.«زبان اندازه‌گیری جهان» اولین قدم برای یادگیری زبان واقعی فیزیک است؛ زبانی که با آن می‌توان طبیعت را اندازه گرفت، فهمید و پیش‌بینی کرد.

مشاهده کتاب
جلد کتاب انتگرال و کاربردهای آن

انتگرال و کاربردهای آن

وقتی شکل، فرمول مساحت نداردمساحت مستطیل ساده است؛ اما اگر مرز یک ناحیه منحنی باشد چه؟ در «جمعِ بی‌نهایت تکه» یاد می‌گیری شکل‌های پیچیده را به تکه‌های بسیار کوچک و ساده تقسیم کنی، مقدار هر تکه را پیدا کنی و از جمع آنها به پاسخی دقیق برسی.از هزار مستطیل تا یک علامت انتگرالابتدا فقط تقریب می‌زنی: ۱۰ مستطیل، ۱۰۰ مستطیل، ۱۰۰۰ مستطیل. هرچه تکه‌ها کوچک‌تر می‌شوند، پاسخ به مقدار واقعی نزدیک‌تر می‌شود؛ تا جایی که حد این جمع‌ها، انتگرال را می‌سازد.وقتی مشتق مسیر را برعکس می‌رودبعد کشف می‌کنی مشتق و انتگرال دو دنیای جدا نیستند. یکی تغییر را پیدا می‌کند و دیگری آن تغییرهای کوچک را دوباره کنار هم می‌گذارد. با همین ایده می‌توانی مساحت، جابه‌جایی، مقدار انباشته‌شده و در بخش توسعه‌ای حتی حجم را محاسبه کنی.در رابین قرار نیست فقط جدول انتگرال حفظ کنی؛ باید بفهمی چطور یک پاسخ بزرگ از جمع بی‌شمار تکه کوچک ساخته می‌شود.«جمعِ بی‌نهایت تکه» جایی است که انتگرال از یک نماد پیچیده تبدیل می‌شود به روش ریاضیِ ساختن کل از جزء.

مشاهده کتاب
جلد کتاب احتمال و شمارش — «مهندسی شانس»

احتمال و شمارش — «مهندسی شانس»

اگر هزار راه وجود داشته باشد، لازم نیست همه را بشماریفرض کن باید یک رمز پنج‌رقمی طراحی کنی، گروهی از میان ده نفر انتخاب کنی یا بفهمی یک قرعه‌کشی واقعاً عادلانه است. خیلی زود تعداد حالت‌ها آن‌قدر زیاد می‌شود که شمردن یکی‌یکی دیگر ممکن نیست. در «مهندسی شانس» یاد می‌گیری با اصل جمع و ضرب، جایگشت و ترکیب تعداد حالت‌ها را بدون فهرست‌کردن آنها پیدا کنی.اما تعداد حالت‌ها فقط نصف ماجراستبعد سؤال مهم‌تر مطرح می‌شود: کدام اتفاق محتمل‌تر است؟ فضای نمونه و پیشامدها را می‌سازی، شانس رخدادها را اندازه می‌گیری و مهم‌تر از همه می‌فهمی چرا همیشه نمی‌توان گفت «حالت مطلوب تقسیم بر حالت ممکن»؛ چون در دنیای واقعی همه حالت‌ها لزوماً همشانس نیستند.یک اطلاعات تازه می‌تواند همه احتمال‌ها را عوض کنددر مراحل پیشرفته‌تر، یک شاهد تازه وارد می‌شود. می‌فهمی مهره‌ای که بیرون آمده سیاه است، نتیجه یک آزمایش مثبت شده یا مرحله اول یک انتخاب مشخص شده است. حالا باید با احتمال شرطی، استقلال، احتمال کل و بیز شانس‌ها را دوباره محاسبه کنی.در رابین قرار نیست فقط فرمول اجرا کنی؛ ابتدا حدس می‌زنی، حالت‌ها را مدل می‌کنی، نتیجه را حساب می‌کنی و بعد می‌پرسی آیا جواب واقعاً منطقی است.«مهندسی شانس» جایی است که تصادف از چیزی مبهم تبدیل می‌شود به چیزی که می‌توانی حالت‌هایش را بشماری، شانسش را اندازه بگیری و با رسیدن اطلاعات تازه دوباره تحلیلش کنی.

مشاهده کتاب
جلد کتاب آمار و تحلیل داده — «بازجویی از داده‌ها»

آمار و تحلیل داده — «بازجویی از داده‌ها»

وقتی عددها همه حقیقت را نمی‌گوینددو کلاس ممکن است میانگین یکسانی داشته باشند، اما یکی نمره‌های فشرده و دیگری نمره‌های بسیار پراکنده داشته باشد. «بازجویی از داده‌ها» از همین سؤال شروع می‌شود: آیا یک عدد برای فهمیدن واقعیت کافی است؟در این کتاب یاد می‌گیری داده‌ها را دسته‌بندی و با نمودارها نمایش بدهی، میانگین و میانه و نما را مقایسه کنی، پراکندگی را با انحراف معیار و نمودار جعبه‌ای ببینی و بفهمی یک عدد دورافتاده چگونه می‌تواند نتیجه را تغییر دهد.بعد سراغ سؤال مهم‌تری می‌روی: این داده‌ها اصلاً از کجا آمده‌اند؟ جامعه و نمونه را بررسی می‌کنی، روش‌های نمونه‌گیری را مقایسه می‌کنی و یاد می‌گیری چرا یک نظرسنجی با نمونه بد می‌تواند نتیجه‌ای کاملاً گمراه‌کننده بسازد.در مراحل پیشرفته‌تر، از یک نمونه کوچک درباره یک جامعه بزرگ‌تر نتیجه می‌گیری و با مفهوم برآورد و عدم‌قطعیت آشنا می‌شوی.در رابین هر مجموعه داده یک پرونده است؛ باید سرنخ‌ها را پیدا کنی، نمودارها را بخوانی و در نهایت تصمیم بگیری:«داده‌ها واقعاً چه چیزی را ثابت می‌کنند، و چه چیزی را هنوز نمی‌دانیم؟»

مشاهده کتاب
جلد کتاب هندسه فضایی — «فکر کردن در سه بُعد»

هندسه فضایی — «فکر کردن در سه بُعد»

وقتی کاغذ دیگر کافی نیستیک ساختمان، یک هواپیما، یک اتاق یا حتی یک جعبه را نمی‌توان واقعاً با دو جهت فهمید. در «فکر کردن در سه بُعد» از صفحه بیرون می‌آیی و یاد می‌گیری خط‌ها و صفحه‌هایی را ببینی که در فضا از کنار هم عبور می‌کنند، اجسام را در ذهنت بچرخانی و چیزی را تصور کنی که هنوز روی کاغذ رسم نشده است.یک جسم؛ ده‌ها تصویر متفاوتاز بالا یک شکل می‌بینی، از روبه‌رو شکلی دیگر. گاهی باید از چند نمای دوبعدی بفهمی جسم واقعی چه شکلی است؛ گاهی باید یک مکعب را در ذهن باز کنی، جسمی را برش بزنی و پیش‌بینی کنی سطح مقطع آن دایره است، بیضی است یا شکلی کاملاً متفاوت.وقتی فضا به عدد تبدیل می‌شودبعد وارد مختصات سه‌بعدی می‌شوی. هر نقطه یک آدرس (x,y,z) پیدا می‌کند و فاصله‌ای که قبلاً فقط روی کاغذ اندازه می‌گرفتی، حالا از یک گوشه اتاق تا گوشه مقابل امتداد پیدا می‌کند. بردارها نیز وارد ماجرا می‌شوند تا جهت حرکت، زاویه، نیرو و موقعیت را توصیف کنند.از زاویه تا مساحت و حجمضرب داخلی نشان می‌دهد دو جهت چه زاویه‌ای با هم دارند؛ ضرب خارجی برداری می‌سازد که از صفحه بیرون می‌زند و مساحت را آشکار می‌کند؛ و وقتی سه بردار مستقل کنار هم قرار بگیرند، می‌توانی حجم یک سازه سه‌بعدی را مستقیماً از جهت‌هایش به دست بیاوری.چرا «فکر کردن در سه بُعد» متفاوت است؟در رابین قرار نیست هندسه فضایی را با چند شکل گیج‌کننده حفظ کنی. خودت جسم را می‌چرخانی، از زاویه‌های مختلف می‌بینی، برش می‌زنی، موقعیت‌ها را پیش‌بینی می‌کنی و بعد ریاضی را برای توضیح چیزی به کار می‌بری که واقعاً در ذهنت ساخته‌ای.«فکر کردن در سه بُعد» جایی است که هندسه از روی کاغذ بلند می‌شود و وارد دنیای واقعی می‌شود.

مشاهده کتاب
جلد کتاب هندسه مسطحه — «راز شکل‌ها»

هندسه مسطحه — «راز شکل‌ها»

شکلی که چیزی را از تو پنهان کرده استیک مثلث ساده روی صفحه می‌بینی؛ چند خط، چند زاویه و چند عدد. اما شاید همان شکل اطلاعاتی را در خودش پنهان کرده باشد که هیچ‌کس مستقیماً به تو نداده است. ممکن است فقط با فهمیدن اینکه دو خط موازی‌اند، طولی را پیدا کنی که اندازه‌گیری نشده؛ یا با اضافه‌کردن یک خط کوچک، مسئله‌ای که غیرممکن به نظر می‌رسید ناگهان ساده شود. «راز شکل‌ها» درباره همین لحظه است: لحظه‌ای که تصویر معمولی تبدیل به یک معما می‌شود.از دیدن تا اثبات کردندر این کتاب فقط قرار نیست زاویه و طول حساب کنی. باید یاد بگیری چه چیزی واقعاً در مسئله داده شده و چه چیزی را فقط از ظاهر شکل حدس زده‌ای. کم‌کم با همنهشتی، تالس و تشابه می‌توانی روابط پنهان را آشکار کنی و بفهمی چرا بعضی شکل‌ها با وجود اندازه متفاوت، در اصل یک ساختار دارند. مهم‌تر از جواب نهایی این است که بتوانی بگویی چرا جواب حتماً درست است.دایره‌ها، تقارن‌ها و خط‌هایی که همه‌چیز را عوض می‌کنندهرچه جلوتر می‌روی، شکل‌ها پیچیده‌تر اما ابزارها هوشمندانه‌تر می‌شوند. ویژگی‌های چهارضلعی‌ها را کشف می‌کنی، با دایره‌ها و زاویه‌های محاطی و مماس‌ها درگیر می‌شوی و می‌بینی یک بازتاب، دوران یا خط کمکی گاهی می‌تواند یک اثبات چندمرحله‌ای را به ایده‌ای بسیار ساده تبدیل کند. بعد قضیه‌های سینوس و کسینوس، نیمساز و هرون وارد می‌شوند تا حتی در مثلث‌هایی که ظاهر ساده‌ای ندارند، طول و مساحت‌های پنهان را پیدا کنی.وقتی یک شرط، خودش یک شکل می‌سازددر مراحل پیشرفته‌تر، سؤال تغییر می‌کند. دیگر همیشه شکل را به تو نمی‌دهند؛ گاهی فقط یک قانون می‌دهند: «تمام نقاطی که از یک نقطه فاصله ثابت دارند» یا «تمام نقاطی که مجموع فاصله‌شان از دو نقطه ثابت است». از همین قوانین، دایره، بیضی و سهمی متولد می‌شوند و می‌فهمی شکل‌ها فقط نقاشی نیستند؛ می‌توانند نتیجه منطقی یک شرط باشند.چرا «راز شکل‌ها» متفاوت است؟در رابین اثبات قرار نیست مجموعه‌ای از جمله‌های رسمی و ترسناک باشد. هر مسئله مثل یک پرونده است: باید سرنخ‌ها را ببینی، رابطه پنهان را حدس بزنی، ابزار مناسب را انتخاب کنی و در نهایت نشان بدهی چرا نتیجه‌ات ناگزیر درست است. گاهی مسئله از تو عدد می‌خواهد؛ گاهی فقط یک خط کمکی؛ و گاهی برای پیروزی کافی است یک مثال نقض کوچک پیدا کنی که کل ادعا را فرو بریزد.«راز شکل‌ها» جایی است که هندسه از محاسبه زاویه‌ها فراتر می‌رود و تبدیل می‌شود به هنر دیدن روابط پنهان و ثابت‌کردن چیزهایی که در نگاه اول اصلاً دیده نمی‌شوند.

مشاهده کتاب
جلد کتاب مشتق و کاربردهای آن — «ریاضیاتِ تغییر»

مشتق و کاربردهای آن — «ریاضیاتِ تغییر»

وقتی «سرعت متوسط» دیگر کافی نیستفرض کن می‌دانی یک خودرو در ده ثانیه چه مسافتی طی کرده است؛ پس سرعت متوسطش را می‌توانی حساب کنی. اما اگر بخواهی بفهمی دقیقاً در یک لحظه خاص با چه سرعتی حرکت می‌کرده چه؟ «ریاضیاتِ تغییر» از همین سؤال شروع می‌شود و قدم‌به‌قدم نشان می‌دهد چگونه نزدیک‌کردن دو لحظه به یکدیگر، ما را از شیب یک خط قاطع به شیب مماس و مفهوم مشتق می‌رساند.از شیب یک منحنی تا سرعت جهانمشتق اینجا فقط یک فرمول برای امتحان نیست. یاد می‌گیری چگونه نرخ تغییر دما، حرکت یک جسم یا تغییر هر تابع را در یک لحظه اندازه بگیری. بعد قواعد مشتق‌گیری، توابع مثلثاتی و قاعده زنجیره‌ای وارد می‌شوند؛ اما هر کدام زمانی آموزش داده می‌شوند که واقعاً برای حل یک مسئله به آن‌ها نیاز داری.قله‌ها، دره‌ها و نقاطی که رفتار عوض می‌شوددر ادامه، مشتق تبدیل به ابزاری برای خواندن نمودارها می‌شود. می‌فهمی تابع کجا صعودی یا نزولی است، کجا به بیشینه یا کمینه می‌رسد و چرا مشتق صفر همیشه به معنی قله یا دره نیست. با مشتق دوم نیز تقعر و نقطه عطف را کشف می‌کنی و کم‌کم می‌توانی فقط از روی چند اطلاعات تحلیلی، شکل یک نمودار را بازسازی کنی.چرا «ریاضیاتِ تغییر» متفاوت است؟در رابین قرار نیست فقط مشتق بگیری؛ باید بفهمی عددی که به دست آورده‌ای درباره رفتار واقعی تابع چه می‌گوید. گاهی یک خودرو را تحلیل می‌کنی، گاهی تغییر دما یا رشد یک کمیت را، و گاهی باید بهترین یا کمترین مقدار ممکن را پیدا کنی.«ریاضیاتِ تغییر» جایی است که مشتق از یک جدول فرمول، به ابزاری برای دیدن سرعت، جهت و لحظه تغییر تبدیل می‌شود.

مشاهده کتاب

در حال بارگذاری...