من أين تأتي طاقة الآلة؟

انتقالات الطاقة وتحولاتها في الآلات، وكيف يفسّرها قانون حفظ الطاقة (D3.1).

الدرس 1 من 1 5 من 5 في المقرر

خريطة المقرر

مسودة: كُتب هذا الدرس بمعونة الذكاء الاصطناعي ولم يقرأه محرر بشري بعد.

ما يطلبه صفك

يطلب منك هذا الدرس أن تصف مجموعة متنوعة من انتقالات الطاقة وتحولاتها وأن تفسّرها بقانون حفظ الطاقة. يقدّم المتحف آلات من العالم الإسلامي كانت ترفع الماء، مع ما تقوله سجلاتها عما كان يحركها. أما القانون نفسه والحسابات فيأتي بها صفّك. 1

توقعات المنهاج برموزها الرسمية

  • D3.1 صِف مجموعة متنوعة من انتقالات الطاقة وتحولاتها، وفسّرها بقانون حفظ الطاقة

قبل أن تبدأ

فكرة تحملها معك إلى الدرس.

الدرس

من أين تأتي الطاقة وإلى أين تذهب؟

انظر إلى التوقع: هو يطلب انتقالات وتحولات. اسأل عن آلة ما الذي يدخل فيها وما الذي يتحرك وما الذي يخرج منها، وهل في أجزائها ما يبدو مصدرًا للحركة وهو ليس كذلك.

تعمّق

تتبّع الطاقة في آلة واحدة من كتاب تقي الدين. وصف تقي الدين بن معروف في الطرق السنية في الآلات الروحانية ست قصبات بمكابس وأثقال وصمامات، تحركها نتوءات موزعة على محور، وتتجمع مخارجها في أنبوب واحد 2. الرفع والسقوط مختلفا الوظيفة: الكامة ترفع المكبس عبر الذراع، ثم يدفعه ثقل إلى أسفل 3. والصمام السفلي وصمام المخرج يفرقان طور دخول الماء عن طور دفعه إلى الخارج 3. والأنبوب الجامع يستقبل نتائج دورات الوحدات، لا يحولها إلى مصدر طاقة مستقل 3. اسأل: أي جزء يعطي المكبس رفعه، وأيها يعطيه سقوطه، وأيها لا يفعل سوى توجيه الماء؟ والسجل هو المضخة ذات القصبات الست.

لماذا فعلوا ذلك؟

لا تحفظ السجلات قولاً للجزري عن سبب إخفائه محرك رافعته. فيستنتج هيل من المواد والعناية بالزخرفة أن غرضها كان تزيينياً في جزء منه على الأقل، لا مجرد آلة عملية كبيرة 4. والنص نفسه يربط النقل النافع بمنظر مقصود للجمال: حرير ونحاس ورخام وألوان 5. وفي شأن تقي الدين لا تحفظ السجلات قولاً له كذلك؛ ويقرأ السجل مقصود هذا التصميم تعاقب رفع الماء بدلاً من الاقتصار على دفعة من مكبس واحد 2.

خطأ شائع

من السهل أن يُظن ما يتحرك مصدراً للحركة. وفي رافعة المحرك الخفي البقرة خشبية وخفيفة، وتحملها الذراع فلا تلامس قوائمها المنصة؛ الماء هو الذي يدير الآلة 5. فمياه المصرف تدير دولاباً في الحجرة السفلية، وينقل زوج تروس الدوران إلى عمود رأسي 5. والعمود هو الذي يدير البقرة، لا العكس 6.

كيف نعرف؟

هذه آلات على الورق. فشرح هيل المصوّر يكبّر الجرار ولا يُظهر منها إلا اثنتين لتسهيل الفهم، وينبه إلى أنبوب فائض ظاهر في الرسم لم يذكره النص، وإلى آلة أخرى ذُكرت ولم تُوصف 4. ولا يذكر السجل آلة أصلية عاملة ولا قياس قدرة للرافعة. أما مضخة تقي الدين فتصرح الدراسة الهندسية الحديثة بأنها لا تملك دليلاً على صنعها تاريخياً، وأن أبعاداً كثيرة في نموذجها مفترضة 7. فاسأل عن كل مصدر: ماذا يستطيع أن يقول عن الطاقة، وماذا لم يقسه قط؟

فكّر في هذا

اختر جزءاً يلفت النظر في إحدى هذه الآلات. هل هو مصدر للطاقة، أم جزء ينقلها، أم حمل تحمله الآلة، وأي جملة في السجل تشير إليها، وماذا يقول لك من يقرأ الآلة قراءة مختلفة؟

إلى المتحف

جرّب هذا

اقرأ سجلّي رافعة الجزري ذات المحرك المائي الخفي ومضخة تقي الدين ذات القصبات الست. ارسم لكل منهما مستطيلات وأسهمًا من مصدر الطاقة إلى الماء المرفوع، وعلّم أي جزء يبدو مصدرًا وهو ليس كذلك.

امضِ أبعد

إلى أين يقودك هذا الدرس في المتحف.

اختبر نفسك

لا شيء هنا يُصحَّح أو يُرسل إلى أي مكان. هو لك وحدك.

أيّ هؤلاء لقيته في هذا الدرس؟

ليس في هذا الدرس. عُد إلى البطاقات أعلاه.

نعم. هذا ما ورد في هذا الدرس.

ليس في هذا الدرس. عُد إلى البطاقات أعلاه.

بكلماتك أنت: ما علاقة رافعة الماء ذات المحرك الخفي عند الجزري بهذا الدرس؟

قارن بالبطاقة

البقرة التي لا تدير الساقية. يصف الجزري حوضًا يخفي تحته دولابًا ومحركًا، وتعلوه جرار تصعد بالماء إلى قناة. تبدو بقرة خشبية كأنها تدير الآلة، لكن السجل يقول إن الماء هو الذي يديرها، وإن العمود يدور فتدور معه البقرة لا العكس. ويضيف أن الترتيب يحتاج موردًا ومسار صرف وانخفاضًا يسمح للماء بأن يؤدي شغلًا، وليس حوضًا مغلقًا يخلق قوة من ذاته. من أين تأتي الطاقة؟

بكلماتك أنت: ما علاقة رافعة الجزري ذات المغرفة العاملة بالطاقة الحيوانية بهذا الدرس؟

قارن بالبطاقة

حيوان يدير المحرك. في القسم الخامس، الباب الرابع، يصف الجزري رافعة ماء تعمل بالطاقة الحيوانية؛ تنقل التروس الدوران إلى دبوس يتحرك في شق ساق المغرفة فيرفعها ويخفضها. ويقول السجل إن الحيوان يمد مجموعة الحركة بالطاقة، وإن الآلة المسننة تنقل هذا الإدخال إلى حركة رفع متكررة. كيف يتحول الدوران هنا إلى حركة صعود ونزول؟

أستطيع الآن أن

الحواشي

  1. 1. وزارة التعليم في أونتاريو، منهاج أونتاريو: Science
  2. 2. الطرق السنية — طبعة أحمد يوسف الحسن, pp47–50
  3. 3. الطرق السنية — طبعة أحمد يوسف الحسن, pp47–48
  4. 4. كتاب الجزري — ترجمة دونالد هيل1974, p.265
  5. 5. كتاب الجزري — ترجمة دونالد هيل1974, pp.182–183
  6. 6. كتاب الجزري — ترجمة دونالد هيل1974, p.182
  7. 7. كابيثا وزملاؤه: دراسة مضخة تقي الدين, sections2–4
استعمل مفاتيح الأسهم أو الأزرار. مفتاح Esc يخرج.