مفهوم الميكانيكا
الميكانيكا هو العلم الذي يدرس حركة الأجسام عندما تؤثر عليها قوى مختلفة، حتى عندما يكون الجسم في حالة سكون، ومن أهم مسائل الحركة التي تمت دراستها هو القوى التي تؤثر بها الأجسام على بعضها البعض، ويمكن للمرء أن يفهم سلوك الجسم من خلال فهم القوى التي تؤثر عليه.
تعتبر الميكانيكا واحدة من أقدم أنواع العلوم التي تم تطويرها، حيث يدرس هذا العلم بنجاح حركات القمر والأرض والعديد من الكواكب والكويكبات الأخرى. يمكن تقسيم علم الميكانيكا إلى ثلاثة أقسام، وهي:
علم السكون Statics: دراسة القوى المؤثرة على الأجسام الساكنة.
علم الحركة المجردة Kinematics: تدرس الحركات الممكنة لجسم واحد أو أكثر.
علم الحركة Kinetics: يدرس ويتنبأ بالحركة المحتملة في ظل ظروف معينة.
ويمكن أيضًا تقسيم علم الميكانيكا وفقًا لنظام الأشياء المراد دراستها. أحد أبسط الأمثلة على نظام ميكانيكا الكائنات هو الجسيم، وهو جسم صغير جدًا يتم تجاهل شكله وبنيته (بسبب حجمه الصغير جدًا)، حيث يمكنك دراسة حركة الأنظمة التي تحتوي على جسيمين أو أكثر فهي تؤثر على بعضها البعض وقد تتأثر أيضًا بقوى خارجية (خارج النظام).
العلماء الذين ساهموا في الميكانيكا
الجزري
الجزري عالم ومخترع مسلم ظهر عام 1206م، وهو معروف بصنع آلات ذاتية التشغيل وبعضها يعمل بالمياه. وكانت بعض هذه الآلات لأغراض تزيينية، بينما كان البعض الآخر ذا أهمية عملية، ويقال إن العالم الموسوعي الشهير ليوناردو دافنشي قد تأثر بأعمال الجزري.
نيوتن
ولد العالم إسحاق نيوتن في إنجلترا عام 1642م، ويعتبر أكثر علماء القرن السابع عشر تأثيرًا، ويُنسب إلى اكتشافاته تأسيس الفيزياء الحديثة، وبعد حصوله على درجة البكالوريوس، درس نيوتن الرياضيات والفيزياء والبصريات وعلم الفلك، واللافت أن نيوتن درس هذه المواد بشكل مستقل بسبب الوباء الذي تسبب في إغلاق جامعته في ذلك الوقت. وفي عام 1666م، أكمل نيوتن عمله الشهير حول قوانين الحركة الثلاثة، حقق نيوتن إنجازات عظيمة في دراسة جاذبية الأرض، فاخترع العدسة العاكسة للتلسكوبات، وكان له دور فعال في ظهور علم حساب التفاضل والتكامل.
نيكولا تيسلا
ولد العالم نيكولا تيسلا في قرية سميلجان الكرواتية عام 1856م، يعتبر تسلا أحد أهم المخترعين في التاريخ. حيث نجح في بناء وتطوير الآلات دون أي مؤهلات أكاديمية، ويعتبر من أهم المخترعين في التاريخ، وكان معروف بذاكرته القوية. طور تسلا مبدأ دوران المجالات المغناطيسية عندما كان في السادسة والعشرين من عمره أثناء عمله في مكتب التلغراف المركزي في بودابست، وكانت هذه المبادئ مهمة في مجال الأجهزة الكهروميكانيكية وأدت إلى العديد من اكتشافاته، بما في ذلك محرك التيار المتردد، يُعتقد أن نيكولا تيسلا لديه ما لا يقل عن 300 اختراع، جميعها مرتبطة ببعضها البعض، بالإضافة إلى العديد من الاكتشافات غير الحاصلة على براءات اختراع، ومن أهم وأشهر اكتشافات تسلا في العالم هو التيار المتردد وهو تطور التيار المستمر والذي اكتشفه العالم توماس أديسون؛ لأن التيار المتردد يمكن أن يغير اتجاهه بسرعة حتى لو كان فرق الجهد كبيرًا.
الميكانيكا الكلاسيكية
تسمى دراسة الحسابات المتعلقة بحركة الأجسام العادية والقوى المؤثرة عليها بالميكانيكا الكلاسيكية لأنه يمكن استخدام بعض المعادلات لوصف حركة الأجسام، مثل حركة الكرة الطائرة في الماء، الهواء، أو جذب المغناطيس لجسم ما، وحتى التنبؤ بخسوف القمر.
تسمى الميكانيكا الكلاسيكية أيضًا بالميكانيكا النيوتونية؛ وذلك لأن أساسها يعتمد بشكل كبير على اكتشافات العالم إسحاق نيوتن وقوانينه، تشمل القوانين المستخدمة في الميكانيكا الكلاسيكية ما يلي:
- قانون نيوتن الأول: ينص على أن الجسم الساكن يظل ساكنًا والجسم المتحرك يظل متحركًا ما لم تؤثر عليه قوة خارجية تغير حركته.
- قانون نيوتن الثاني: القوة المحصلة المؤثرة على جسم ما تساوي كتلة الجسم مضروبة في تسارعه.
- قانون نيوتن الثالث: لكل فعل رد فعل مساوٍ له في المقدار ومعاكس له في الاتجاه.
- قانون نيوتن للجذب العام: التجاذب بين جسمين يتناسب طرديا مع كتلتهما وعكسيا مع مربع المسافة بين مركزي الكتلة.
- قانون حفظ الطاقة: الطاقة لا تفنى ولا تُستحدث، ولكنها تتحول من شكل إلى آخر (مثل تحويل الطاقة الميكانيكية إلى طاقة حرارية).
- قانون الحفاظ على الزخم: في حالة عدم وجود قوى خارجية مثل الاحتكاك، عندما يصطدم جسمان ببعضهما البعض، فإن الزخم الصافي قبل التصادم يساوي الزخم الصافي بعد التصادم.
- مبدأ برنولي: عندما يتدفق السائل يتغير ضغط السائل حسب سرعته وارتفاعه، فكلما زادت سرعة السائل انخفض ضغطه، والعكس صحيح.
الميكانيكا القديمة
قامت الحضارة المصرية القديمة باكتشافات لفهم مبادئ حركة الشمس والقمر والنجوم، وفي القرن الثامن عشر قبل الميلاد، تمكنوا من التنبؤ بتوقيت كسوف الشمس، لكن اكتشافاتهم كانت مبنية على أساطيرهم. كان اليونانيون القدماء أول من قام بالاكتشافات بناءً على الحقائق الطبيعية، ورفض علماؤهم -مثل العالم طاليس- قبول أي تفسير بعيد عن حقائق الطبيعة، لكن كثيرا من الاكتشافات والأفكار حول مبادئ الحركة كانت مبنية على أسس خاطئة، للعالم والفيلسوف أرسطو والذي كان مخطئًا لأكثر من ألفي عام.
الهندسة الميكانيكية
تتضمن الهندسة الميكانيكية دراسة الأجزاء والمعدات الصغيرة،حتى الأنظمة العملاقة. دور المهندس الميكانيكي هو تحويل المنتج من مجرد فكرة إلى تطبيق في السوق، كما يجب أن يمتلك مهارات وقدرات معينة، ويجب أن يفهم القوى والبيئة الحرارية التي سيتعرض لها المنتج ويتأثر بها.
تعليقات: 0
إرسال تعليق