فهرس المحتويات
- مفهوم علم الميكانيكا
- شخصيات مُؤثرة في تطور الميكانيكا
- علم الميكانيكا الكلاسيكية
- نشأة علم الميكانيكا
- الهندسة الميكانيكية
- المراجع
مفهوم علم الميكانيكا
علم الميكانيكا هو فرع من فروع الفيزياء يهتم بدراسة حركة الأجسام تحت تأثير القوى، سواء كانت في حالة سكون أو حركة. يشمل هذا العلم تحليل القوى التي تؤثر على الأجسام، وكيفية تغير حركتها استجابةً لتلك القوى. يُعدّ علم الميكانيكا من أقدم وأساسية فروع الفيزياء، وهو أساس العديد من المجالات الأخرى، مثل الهندسة الميكانيكية والفضائية.
يمكن تصنيف علم الميكانيكا إلى ثلاثة فروع رئيسية:
- علم السكون (Statics): يهتم بدراسة القوى المؤثرة على الأجسام الساكنة.
- علم الحركة المُجرّدة (Kinematics): يدرس الحركات المحتملة للأجسام دون النظر إلى القوى التي تسببها.
- علم الحركة (Kinetics): يهتم بدراسة وتنبؤ الحركة المحتملة للأجسام تحت تأثير قوى محددة.
يمكن أيضاً تصنيف علم الميكانيكا حسب نظام الأجسام الذي يُراد دراسته، مثل حركة الجسيمات، وهي أجسام صغيرة جداً يمكن إهمال شكلها وبنيتها. يمكن دراسة حركة نظام يتكون من جسيمين أو أكثر، حيث تؤثر القوى على بعضها البعض، وربما تتأثر بقوى خارجية.
شخصيات مُؤثرة في تطور الميكانيكا
الجزري
الجزري هو عالم ومخترع مسلم ولد عام 1206م، اشتهر بصناعة آلات تعمل ذاتياً، بعضها يعمل بواسطة الماء، وبعضها كان لأغراض الزينة، وبعضها الآخر كان ذو أهمية عملية. يُقال إن ليوناردو دافنشي تأثر بأعمال الجزري.
إسحق نيوتن
ولد إسحق نيوتن عام 1642م في إنجلترا، ويُعتبر أحد أهمّ العلماء في القرن السابع عشر، وله الفضل في تأسيس علم الفيزياء الحديثة. درس نيوتن الرياضيات والفيزياء والبصريات والفلك، وأنجز عمله على قوانين الحركة الثلاثة الشهيرة عام 1666م. كما ساهم في اكتشاف قوة الجاذبية الأرضية، واخترع العدسات العاكسة للتلسكوب، وله دور كبير في نشأة علم حساب التفاضل والتكامل.
نيكولا تيسلا
ولد نيكولا تيسلا عام 1856م في قرية سميلجان بكرواتيا، ويُعدّ من أهمّ المخترعين على مرّ التاريخ. نجح تيسلا في صناعة وتطوير العديد من الآلات دون أن يكون حاصل على شهادة تعليمية، اشتهر بذاكرته القوية. وضع تيسلا مبادئ الحقل المغناطيسي الدوار في سن السادسة والعشرين عندما كان يعمل في مكتب التلغراف المركزي في بودابست. هذه المبادئ مهمة جداً في مجال الأجهزة الكهروميكانيكية، وأدت إلى العديد من اكتشافاته، مثل محرك التيار المتردد (AC Motor). يُعتقد أن تيسلا لديه 300 اختراع على الأقل، جميعها مرتبطة ببعضها البعض، بالإضافة إلى العديد من الاكتشافات التي لم تُسجّل كبراءة اختراع.
من أهمّ اكتشافات تيسلا وأكثرها شهرةً هو التيار المتردد (Alternating Current). كان هذا الاكتشاف تطويرًا للتيار المستمر (Direct Current) الذي اكتشفه توماس إديسون. يُمكن للتيار المتردد أن يُغيّر اتجاهه بسرعة، حتى مع فرق جهد عالي.
علم الميكانيكا الكلاسيكية
علم الميكانيكا الكلاسيكية هو فرع من علم الميكانيكا يهتم بدراسة الحسابات المتعلقة بحركة الأجسام العادية والقوى التي تؤثر عليها. يمكن استخدام بعض المعادلات لوصف حركة الأجسام، مثل حركة كرة طائرة في الهواء، أو جذب مغناطيس لجسم ما، أو حتى التنبؤ بخسوف القمر.
يُطلق على علم الميكانيكا الكلاسيكية أيضاً اسم الميكانيكا النيوتونية، لأنّ أساسه يعتمد بشكلٍ كبير على اكتشافات إسحاق نيوتن وقوانينه. من القوانين المستخدمة في الميكانيكا الكلاسيكية:
- قانون نيوتن الأول: ينصّ على أنّ الجسم الساكن يبقى ساكناً، والجسم المتحرك يبقى متحركاً ما لم تؤثر فيه قوة خارجية تُغيّر من حركته.
- قانون نيوتن الثاني: إنّ مُحصّلة القوى على جسم ما تساوي كتلة هذا الجسم مضروبةً في تسارعه.
- قانون نيوتن الثالث: لكل فعل رد فعل مساوٍ له في المقدار ومعاكِس له في الاتجاه.
- قانون الجذب العام لنيوتن: قوّة الجذب بين جسمين تتناسب طرديّاً مع كتلتيهما، وعكسيّاً مع مربع المسافة بين مركز كتلتيهما.
- قانون حفظ الطاقة: الطاقة لا تُفنى ولا تُستحدث، بل تتحوّل من شكل لآخر (مثل تحول الطاقة الميكانيكية إلى طاقة حرارية).
- قانون حفظ الزخم: في غياب القوى الخارجية مثل قوة الاحتكاك، عند تصادم جسمين معاً، تكون محصلة الزخم قبل الاصطدام تساوي محصلة الزخم بعده.
- مبدأ بيرنولي: عند جريان المائع، فإنّ ضغط المائع سيتغير تبعاً لسرعته وارتفاعه. كلما زادت سرعة المائع، قلّ ضغطه، والعكس صحيح.
نشأة علم الميكانيكا
كانت الحضارات القديمة في مصر لديها اكتشافات لفهم مبدأ حركة الشمس والقمر والنجوم. في القرن الثامن عشر قبل الميلاد، كانوا قادرين على التنبؤ بوقت حصول الخسوف، لكن اكتشافاتهم كانت مبنية على أساطيرهم وخرافاتهم.
كان اليونانيون القدماء هم أول من توصّلوا لاكتشافات مبنية على الحقائق الطبيعية. رفض علماؤهم، مثل العالم طاليس، أي تفسير بعيد عن الحقائق الطبيعية. لكنّ العديد من الاكتشافات والأفكار المبنية على أسس خاطئة فيما يتعلق بمبادئ الحركة، ظلت مبنية على أسس العالم والفيلسوف أرسطو الخاطئة لألفي عام.
الهندسة الميكانيكية
تهتم الهندسة الميكانيكية بدراسة طرق تصميم وصناعة الأشياء من القطع والأجهزة الصغيرة، وحتى الأنظمة العملاقة. يلعب مهندس الميكانيك دورًا في تحويل المنتج من مجرد فكرة إلى تطبيق في السوق. يجب على مهندس الميكانيك أن يمتلك مهارات وقدرات مُعيّنة، فعليه معرفة القوى والبيئة الحرارية التي سوف يتعرض لها المنتج ويتأثر بها.
المراجع
- David L. Goodstein (20-12-2012), “Mechanics”, Encyclopedia Britannica, Retrieved 11-2-2017. Edited.
- “Al-Jazarī”, Encyclopedia Britannica, 26-9-2013, Retrieved 11-2-2017. Edited.
- “Isaac Newton Biography”, Live Science, 24-3-2016, Retrieved 11-2-2017. Edited.
- Heather Whipps (29-5-2014), “Nikola Tesla: Biography, Inventions & Quotes”, Live Science, Retrieved 11-2-2017. Edited.
- Robert Coolman (12-9-2014), “What Is Classical Mechanics?”, Live Science, Retrieved 11-2-2017. Edited.
- “What is Mechanical Engineering?”, Columbia University In The City Of New York, Retrieved 11-2-2017. Edited.
