أبحاث

الطاقة
 هي أحد المقومات الرئيسية للمجتمعات المتحضرة .وتحتاج إليها كافة قطاعات المجتمع بالإضافة إلى الحاجة الماسة إليها في تسيير الحياة اليومية ، إذ يتم استخدامها في تشغيل المصانع وتحريك وسائل النقل المختلفة وتشغيل الأدوات المنزلية وغير ذلك من الأغراض . وكل حركة يقوم بها الإنسان تحتاج إلى استهلاك نوع من أنواع الطاقة ويستمدَّ الإنسان طاقته لإنجاز أعماله اليدوية والذهنية من الغذاء المتنوع الذي يتناوله كل يوم ، إذ يتمّ حرق الغذاء في خلايا الجسم ويتحول إلى طاقة . ويمكن تعريف الطاقة بأنها قابلية إنجاز تأثير ملموس (شغل) . وهي توجد على عدة أنواع منها طاقة الريح ، وطاقة جريان الماء ومسا قطها . ويمكن أن تكون الطاقة مخزونة في مادة كالوقود التقليدي (النفط ، الفحم، الغاز) . ويمكن ، من الناحية التقنية ، تعريف الشغل بأنه تحريك جسم بقوه معينة مسافة معينة في اتجاه مواز لاتجاه القوة وعليه فإن : الشغل = القوه × المسافة ووحدات القوه هنا هي النيوتن (N) ووحدات المسافة المتر (m) : وعليه ستكون وحدات الشغل هي (N.m) أو جول (Joule) حيث أن النيوتن يُعرف بأنه القوة التي تقوم بتسريع كيلوغرام واحد (kg) بمعدل 1 متر في الثانية لكل ثانية (ms-2) .
والطاقة كمية محدودة مجموعها في الكون ثابت . والطاقة لا تفنى ولا تستحدث ، ولكنها تتحول من شكل إلى آخر مثل تحويل طاقة الرياح إلى طاقة كهربائية أو ميكانيكية ، أو تحويل الطاقة الكيميائية إلى حرارة . وإذا كانت كمية الطاقة الناتجة من عملية ما (الطاقة الكهربائية مثلاً) هي أقل من كمية الطاقة المستخدمة (كالوقود مثلاً) فهذا يعني أن بعض الطاقـة قـد تم فقده إذ تحول إلى شكل آخر (كالحرارة المهدورة) ، وهذا هو المبدأ الذي ينص على أن الطاقـة دائماً محفوظـة وهو ما يسمى بالقانـون الأول لديناميكا الحرارة (First law of thermodynamic) . وإذا كانت كمية الطاقـــة ثابتـــة دائمــاً ، كما ذكرنــا سابقــاً، فكيف يمكن استهلاكها ؟ الجواب عن ذلك هو أننا لا نستهلك الطاقة وإنما نحولها من شكل إلى آخر . نحن نستهلك الوقود الموجود في الطبيعة ونقوم بحرقه في مكائن الاحتراق الداخلي، ويتم تحويل طاقته الكيميائية إلى حرارة ومن ثم إلى طاقة حركية لتحريك العربات. كما أن طاقة الرياح تقوم بتحويل طاقة الهواء الحركية إلى طاقة كهربائية تقوم بتشغيل المصابيح التي تشع طاقة ضوئية ، أو تنتج طاقة ميكانيكية كضخ المياه أو طحن الحبوب . كما أن الغابات تنمو أيضاً بتحويل طاقة الإشعاع الشمسي إلى طاقة كيميائية تعمل على نمو خلايا النباتات .
وتتوفر الطاقة على أشكال مختلفة يمكن حصرها بأربعة مستويات رئيسية هي :
الطاقة الحركية (Kinetic Energy) ===
[ == == الطاقة الحركية الدافعة لأي جسم متحرك يمكن أن تمثل بالمعادلة التالية:
الطاقة الحركية = ½ × الكتلة × مربع السرعة ، ووحدات الطاقة الحركية هي نفس الوحدة لكل أنواع الطاقة وهي "الجول" (Joule) ، ووحدات الكتلة هي الكيلوغرام (Kg) ، ووحدات السرعة هي المتر/الثانية (m/sec) . ½ mV2 = Ek
إن الطاقة هي التي تجعل الأشياء دافئة ، فالمواد تتكون من ذرات ، ومجموع الذرات تسمى الجزيئات . وفي غاز ، كالهواء المحيط بنا مثلاً ، فإن هذه الجزيئات تتحرك بحرية . ولكن في السوائل والمواد الصلبة فإن الحركة تكون مقيدة نسبياً . وكل جزء أو جسيم يتذبذب بشكل ثابت . والطاقة الحرارية (الحرارة) هي اسم أعطي للطاقة الحركية التي تنتج عن حركة الجزيئات العشوائية السريعة ، وكلما كانت الحرارة أكبر كانت السرعة أعلى .
الحرارة ودرجة الحرارة
يمكن توضيح معنى الحرارة بما يلي : عندما تتلامس جزيئات سريعة الحركة من مادة دافئة أو حارة مع جزيئات أقل منها سرعة من مادة أقل حرارة فإن التصادم بين هذه الجزيئات سيزيد من سرعة الجزيئات البطيئة ويقلل من سرعة الجزيئات السريعة ، وعليه يمكن توضيح الطاقة الحركية بأنها سريان حراري يتجه من الجزء الحار (ذي السرعة العالية) إلى الجزء البارد (ذي السرعة القليلة) . == ==] إن اتجاه سريان الحرارة يزودنا بإمكانية تعريف المقياس النسبي للحرارة أو ما يسمى بدرجة الحرارة (Temperature) . فدرجة الصفر في مقياس درجة الحرارة في سلم Celsus تتوافق مع السكون التام في حركة الجزيئات (جزيئات ساكنةً) وهي موافقة لحالة التجمد في الماء ، ودرجة 100 مئوية موافقة لحالة غليان الماء . إن الوحدات الشائعة الاستخدام في هذا المجال هي الدرجة المئوية (Co) ودرجة كلفن (Ko) والعلاقة التي تربطهما هي : درجة الحرارة (Ko) = درجة الحرارة المئوية (Co) + 273
[تحرير] ثانيا : الطاقة الكامنة (Gravitational Energy Or Potential Energy)
وهي الطاقة المبذولة اللازمة لرفع جسم ، وذلك لكون الجاذبية الأرضية تعاكس هذا الفعل . فعند رفع أي جسم ، سواءً كان تفاحة ، لارتفاع معين ، أو عند رفع عدة آلاف الأطنان من الماء إلى مستوى أعلى ، فإنه سيتم خزن طاقة في ذلك ، وفي هذه الحالة يمكن تسميتها بطاقة الجاذبية الكامنة (وتسمى دائماً الطاقة الكامنة). إن قوة الجاذبية لسحب أي جسم إلى الأرض تسمى وزن الجسم ، ويساوي حاصل ضرب كتلته (m) في تعجيل الجاذبية الأرضية (g = 9.81ms-2) . وعليه فإن الطاقة الكامنة اللازمة لرفع أي جسم إلى ارتفاع معين يمكن حسابها من المعادلة التالية :
الطاقة الكامنة = القوة × المسافة = الوزن × الارتفاع = mgh . ووحدات الطاقة هي الجول (J) ، ووحدات القوه هي النيوتن (N) ، ووحدات الكتلة هي الكيلوغرام (Kg) ، ووحدات الارتفاع هي المتر(m) .
[تحرير] ثالثا : الطاقة الكهربائية (Electrical Energy)
إن قوى الجاذبية هي أكثر القوى وضوحاً عندنا ، فهي تؤثر في الأجسام بشكل ملموس ، لكنها ليست هي الوحيدة التي تنفرد بهذا الوضوح فالطاقة الكهربائية (Electrical Energy) هي قوة واضحة جداً ، وهي أكبر من الجاذبية تأثيراً بحوالي مئات المرات. فالقوى الكهربائية هي التي تربط الذرات والجزيئات للمواد ولكنها لا يمكن إدراكها بالعين المجردة . فكل ذرة تتكون من أجزاء مشحونة كهربائياً ، فالإلكترونات تدور حول مركز النواة ، وعندما تجتمع الذرات لتكوين جزيئات أو مواد صلبة فان توزيع الإلكترونات يتغير . وفي معظم الأحيان يكون التغير كبيراً جداً ولهذا فإن الطاقة الكيميائية المنظورة على مستوى الذرات هي شكل من أشكال الطاقة الكهربائية . فعندما يتم حرق الوقود فإن الطاقة الكيميائية التي تحتويها ستتحول إلى طاقة حرارية. ومن البديهي أن الطاقة الكهربائية التي تتحرر نتيجة تبدل مواضع إلكترونات الذرة تتحول إلى طاقة حركية في جزيئات المنتج المحترق . والشكل المألوف من أشكال الطاقة الكهربائية هو القوه الكهربائية التي نستخدمها في حياتنا اليومية . فالتيار الكهربائي هو عبارة عن تيار منتظم من الإلكترونات في المادة ، وفي معظم الأحيان تكون هذه المادة معدناً (XXXXl) ، والمعادن هي مواد يتم فيها تحرر إلكترون واحد أو اثنين من ذراتها . وبوجود هذه الإلكترونات المتحررة يمكن لهذه المعادن حمل التيار الكهربائي . ولضمان مرور تيار كهربائي بصورة دائمة فإنه ينبغي توفر طاقة مستمرة لأن الإلكترونات ستفقد طاقة عند اصطدامها . ولهذا فان ازدياد الطاقة الحركية في المعدن هو الذي يرفع درجة حرارة الأسلاك التي تحمل التيار الكهربائي . والبطارية تستخدم الطاقة الكيميائية المخزونة لتوفير الطاقة إلى الدوائر الكهربائية في الأجهزة .
وتحتاج محطات توليد الطاقة الكهربائية إلى عمليات متتالية في تحويل الطاقة . فإذا كان الوقود هو الطاقة المستخدمة فإن الخطوة الأولى ستكون حرقه واستخدام الحرارة الناتجة عنه لإنتاج بخار أو غاز ساخن ، وهذا البخار أو الغاز سيقوم بتدوير التوربينات (العنفات) التي بدورها تقوم بتدوير المولدات الكهربائية .
وهناك شكل آخر من أشكال الطاقة الكهربائية يكون على شكل إشعاع الكترومغناطيسي (كهرمغناطيسي) أو ما يسمى بالطاقة الكهرمغناطيسية ، وهي على شكل إشعاع شمسي يصل إلى سطح الأرض . وتشع الطاقة الكهرمغناطيسية من كل جسم متوهج كالشمس بكمية كبيرة أو قليلة ، وتنتقل على شكل موجات تحمل طاقة خلال الفراغ . وطول الموجة يوضح مقدار طاقتها ونوعها . وهذه الموجات الحاملة للطاقة تتضمن التالي : الأشعة السينية (X-rays) ، والأشعة فوق البنفسجية (Ultraviolet) ، والأشعة تحت الحمراء (Infrared radiation) ، والأمواج المايكروية أو الدقيقـة (Microwaves) ، والأمواج الراديوية (Radio waves) ، بالإضافة إلى حزم قليلة من الأمواج التي تستطيع العيــن المجردة إبصارها (رؤيتها)، والتــي تسمى بالأشعة المرئيــة (Visible Waves) .
[تحرير] رابعا : الطاقة النووية (XXXXXXX Energy)
هذا النوع من الطاقة هو ما يتعلق بمركز النواة والذي يسمى بالطاقة الذرية أو النووية . لقد تم تطوير هذه التكنولوجيا خلال الحرب العالمية الثانية لأغراض عسكرية . وتستخدم الآن أيضاً لأغراض سلمية مثل توليد الطاقة الكهربائية . وتعمل محطات الطاقة الكهربائية التي تستخدم الوقود النووي بنفس الطريقة التي تعمل بها محطات الوقود التقليدي مع فرق يتمثل في أنّ أفران حرق الوقود يتم استبدالها بمفاعل نووي لتوليد الحرارة . والله اعلم
[تحرير] 2-1 كفاءة تحويل الطاقة :
عندما يتم تحويل الطاقة من شكل إلى آخر لسبب معين فإن الطاقة الناتجة والمفيدة سوف لا تكون مساوية للطاقة المتوفرة أو المجهزة ، والنسبة بين الطاقة الناتجة والطاقة المتوفرة تدعى الكفاءة . ويمكن أن تكون الكفاءة عالية حتى تصل إلى أكثر من 90% ، كما هو الحال في العنفة المائية أو في محرك كهربائي جيد الصنع ، أو تكون أقل من ذلك بكثير فتتراوح من 10% إلى 20% في مكائن الاحتراق الداخلي وأجهزة الطاقة الشمسية وتحديداً الخلايا الفولطاضوئية ، أو تتراوح بين 35% و 40% في محطات توليد الطاقة الكهربائية التي تستخدم الفحم كمصدر للطاقة أو محطات تحويل طاقة الرياح إلى طاقة كهربائية أو ميكانيكية . ويمكن التفريق بين أنظمة التحويل عالية الكفـاءة وأنظمـة التحـويل منخفضـة الكـفاءة بـأن الأخـيرة تتضمن التحويـل من حرارة إلى طاقة ميكانيكية أو كهربائية . فالحرارة ، كما عرفناها سابقا ، هـي الطاقـة الحركيـة للجزيئات التي تـتحـرك بصــورة عشـوائيـة ، وهـي نـوع مـن الحـركة غـير المنتظــمة ، ولا توجــد ماكـنة أو آلـة تستطـيع تحويـل الطاقة غير المنتظمة إلى طاقـة منتظمة كالطاقـة الميكانيكية أو الكهربائية بدون خسائر كما ينص على ذلك القانون الثاني لديناميكا الحرارة (Second law of thermodynamic) وهو "أن هناك كفاءة محدودة للماكنة الحرارية ، وأن قسماً من الطاقة يجب أن يطرح خارجاً كحرارة (الفاقد) ذات درجة حرارة منخفضة" .
لقد تمكن الإنسان منذ القدم من استغلال طاقة الرياح في تحريك السفن في الأنهار والبحار ، واستخدامها في إدارة بعض طواحين الهواء لرفع المياه أو طحن الحبوب وغير ذلك من الاستخدامات . كما تمكن من استغلال الفرق في منسوب المياه من أجزاء بعض الأنهار في إدارة بعض السواقي ، وتشغيل الآلات . وقد عرف الإنسان الفحم منذ أن اكتشف النار ولاحظ أن بعض الأحجار السوداء الموجودة في الطبيعة تقبل الاشتعال . وقد استخدم الإنسان الفحم بعد ذلك كمصدر من مصادر الطاقة إلى أن تم اكتشاف النفط ، وما يصاحبه من غاز طبيعي. وقد ازداد استخدام النفط والغاز في هذه الأيام وأصبح النفط أهم مصادر الطاقة في الوقت الحاضر، ويعدّ توفره أساسياً في تلبية متطلبات التنمية الاقتصادية والتقدم الصناعي . إن أكثر من 40% من الطاقة المستهلكة في العالم يتم توفيرها من منطقة الخليج العربي الذي يحتوي على أكثر من ثلثي مخزون العالم ، وهذا يوضح الأهمية الكبرى التي توليها الدول الكبرى لهذه المنطقة والتعاون معها وأحياناً السيطرة عليها .
ولفهم الطاقة بصورة واضحة يجب معرفة أنواعها ، ومصادرها ، ومحدداتها، والتأثيرات البيئية الناجمة عن استخدامها ، والاعتبارات الاجتماعية والتكنولوجية المتعلقة بها . وللحفاظ على النمو الاقتصادي وتحسين نوعية حياة الإنسان في القرن المقبل يجب أن يوجد تخطيط محكم لاستخدام الكمية المحدودة من مصادر الطاقة التقليدية وتطوير مصادر بديلة. أنس السلقيني من سوريا حمص
[تحرير] 3-1 الواقع الحالي لاستخدام الطاقة :
تعتمـد المجتمعات المتقدمة على مصادر الطاقة المختلفة في كافة مرافق الحياة. وغالبية المصادر المستخدمة حالياً هي مصادر الوقود الأحفوري . وقد كانت النسـب المئـوية لاسـتهلاك مصـادر الطـاقة المختلـفة فـي عــام 1992 (الشكل 1-1) كما يلي : النفط 33% ، والفحم 22.8% ، والغاز 18.8% ، ومصادر الكتلة الحيوية 13.8% ، والمحطات المائية 5.9% ، والمحطات التي تعمل بالطاقة النووية 5.6% .

شكل (1-1): النسب المئوية لاستهلاك الطاقة من المصادر المختلفة في عام 1992
الجدول (1-1) يبين كمية الطاقة المستهلكة خلال الأعوام من 1990 وإلى غاية 1998 لكل من الدول العربية وبقية الدول النامية والدول المتقدمة والمجموع العالمي للاستهلاك . ويلاحظ من الجدول أن استهلاك الدول العربية عام 1998 كان حوالي 3.6% من مجموع الاستهلاك العالمي وذلك لكونها دولاً نامية وغير صناعية ، بينما وصل الاستهلاك في أمريكا الشمالية (الولايات المتحدة ، وكندا ، والمكسيك) إلى حوالي 30% . وقد كان الاستهلاك في الولايات المتحدة ، وهي تمثل 5% من مجموع سكان العالم ، حوالي 25% من الاستهلاك العالمي . ويوضح الشكل (2-1) معدل الاستهلاك السنوي للشخص الواحد في مختلف مناطق العالم ، والمعدل العالمي السنوي لاستهلاك الفرد .

ويتم حالياً استخدام مصادر الطاقة في أربعة مجالات رئيسية هي : النقل ، والصناعة ، والسكن (دور منفردة وعمارات سكنية) ، والقطاع التجاري (مكاتب، مدارس ، مخازن …. الخ) . وإنّ جزءاً كبيراً من الطاقة المستهلكة يُستخدم كحرارة وليس لإنتاج شغل ، ويُمثل نسبة مقدارها حوالي 50% من الطاقة المستهلكة كخسائر حرارية ، وأكثر ما يحدث ذلك عند محطات توليد الطاقة الكهربائية حيث تساوي نسبة الضياع على شكل حرارة 64% من الطاقة المستهلكة (الداخلة) مقابل 36% من الطاقة الكهربائية المنتجة أو المفيدة أي أن الكفاءة تساوي 36% فقط .
[تحرير] 4-1 مصادر الطاقة التقليدية
لفهم الطاقة يجب معرفة مصادرها ، وحدودها ، واستخداماتها . ولتكوين سياسة جيدة وفاعلة تجاه الطاقة يجب أن نعرف كمية مصادر الطاقة ومدى ديمومتها واستمراريتها . والإجابة عن مثل هذه الأسئلة ليست سهلة لأنها تعتمد على التقنيات المستقبلية لاستخراج هذه المصادر ، وأسعار الطاقة ، ونمو الاستهلاك .
إن تقدير كميات الفحم أسهل من تقدير كميات النفط والغاز وذلك لكون حقول النفط والغاز موجودة في مناطق متباعدة وعلى أعماق تتراوح من مئات الكيلومترات إلى عدة كيلومترات ، ولا يمكن معرفة مكانها إلاّ بطرق استكشاف مكلفة جداً . والجدول (2-1) والشكل (4-1) يبينان الاحتياطي النفطي العالمي واحتياطي دول المنطقة العربية على الترتيب ، إذ يتبين واضحاً أن احتياطي الدول العربية من النفط كان 643.6 مليار برميل في عام 1998 ، وهذا يمثل أكثر من 63% من الاحتياطي العالمي ، ومنه يمكن القول أن الدول العربية وخاصة دول الخليج العربي ستبقى المصدر الرئيسي لتمويل الطاقة في العالم .

أما بالنسبة إلى الغاز الطبيعي فالوضع مختلف . ففي الوقت الحاضر بلغ احتياطي الدول العربية في عام 1998 ، وكما هو موضح بالجدول (3-1) والشكل (5-1) ، ما مقداره 32708 مليار متر مكعب ، وهو ما يعادل 22% من الاحتياطي العالمي .

إن إنتاج الدول العربية من إنتاج الطاقة الكلي في عام 1998 ، وكما هو مبين بالجدول (4-1) والشكل (6-1) ، كان 30.6 مليون برميل مكافئ نفط يومياً ، وهو يمثل نسبة 17.6% من مجموع الإنتاج العالمي . وهذه النسبة ستزداد مع مرور الوقت ، وسيزداد الاعتماد العالمي على مصادر الطاقة العربية ، حسب ما هو متوقع ، عند النظر إلى كمية الاحتياطات الضخمة الموجودة في المنطقة العربية من هذه المصادر .

[تحرير] المشاكل الناتجة عن استخدامات مصادر الطاقة :
أ - ارتفاع حرارة مناخ الكرة الأرضية
معظم المشاكل الناتجة عن الاستخدام المتزايد لمصادر الطاقة التقليدية هي مشاكل بيئية وأهمها ارتفاع درجة حرارة المحيط الذي نعيش فيه . ويعتقد معظم العلماء أن درجة الحرارة ترتفع بمعدل 0.3 درجة مئوية في كل عقد وذلك نتيجة لزيادة تركيز بعض الغازات في الجو . ويزعم بعض الباحثين أن أكثر الغازات سبباً في رفع درجة الحرارة هو غاز ثاني أو كسيد الكربون (Co2) الذي يتحرر نتيجة حرق الوقود التقليدي . إلاَّ أن هناك نظريات حديثة تشير إلى أن الأشعة الكونية المرتبطة بدورة النشاط الشمسي هي أحد الأسباب الرئيسية لارتفاع مناخ الأرض ، وأن حرارته ستشهد انخفاضاً يليه ارتفاع ودواليك .
إن درجة حرارة المحيط تتحدد بواسطة عملية الموازنة بين الإشعاع القادم من الشمس والإشعاع المنبعث من الأرض . وبما أن الشمس هي أكثر حرارة من الأرض (درجة حرارة سطح الشمس تقدر بحوالي 6000 درجة مئوية) فإن الإشعاع المنبعث منها يكون بذبذبات عالية (موجات قصيرة) من الضوء المرئي . أما درجة حرارة سطح الأرض فتقدر بـ15 درجة مئوية في المتوسط ، وأن الإشعاع المنبعث يكون ذا ذبذبات قليلة (موجات طويلة) من الأشعة تحت الحمراء . فالتعادل بين الإشعاع الداخل والخارج يتأثر بالامتصاص والانعكاس اللذين يحدثان في المحيط الخارجي . فمثلاً تعكس السحب التي تغطي المحيط جزءاً كبيراً من أشعة الشمس قبل أن تصل إلى سطح الأرض ، وبهذا تنخفض درجة حرارة سطح الأرض . كما أن هناك غازات لها القدرة على امتصاص الأشعة تحت الحمراء ومنها دون ذلك فعلى سبيل المثال جزيئات الأوكسجين (O2) والنيتروجين (N2) ، التي يتكون منها معظم الغلاف الجوي (إذ تتكون كل منها من ذرتين فقط) لا تمتص الموجات الطويلة ، ولكن معظم الجزيئات المعقدة كثاني أو كسيد الكربون (CO2) والماء (H2O) وغاز الميثان (CH4) وكربونات الفلورين (CFCS)، ومواد كيميائية أخرى تحتوي على عدة ذرات كلها تمتص الأشعة تحت الحمراء . وبصورة عامة فإن الجزيئات الأكثر تعقيداً لها قابلية أكثر على الامتصاص من الجزيئات الأخرى غير المعقدة . وزيادة تركيز الغازات المعقدة في الجو تساعد على ارتفاع حرارة المحيط إذ تسمّى هذه الظاهرة بظاهرة البيت الزجاجي (Greenhouse Effect) أو الاحتباس الحراري لأنها تقوم بنفس عمل البيوت الزجاجية في حبس الحرارة داخل الحيز . والغازات المتسببة في رفع هذه الحرارة تسمى بغازات البيت الزجاجي أو غازات الصوبه أو الغازات المحتبسة .
وتوجد أنواع مختلفة من الوقود تنتج كميات متباينة من غاز ثاني أكسيد الكربون بالنسبة إلى وحدة الطاقة المتحررة . فالفحم عبارة عن كربون وحرقه ينتج ثاني أكسيد الكربون . أما عند حرق الغاز الطبيعي (الميثان) فإن الناتج هو بخار ماء وثاني أكسيد الكربون ، وهو يبث كمية أقل من ثاني أكسيد الكربون بالنسبة إلى وحدة الطاقة . أما النفط فإنه يقع في الوسط بين الفحم والغاز بالنسبة إلى انبعاث ثاني أكسيد الكربون لأنه يتكون من خليط من الهيدروكربونات ، ولهذا السبب يتم حالياً التحول إلى استخدام الغاز الطبيعي بدلاً من الفحم والنفط في محطات توليد الطاقة الكهربائية بالرغم من وفرة الفحم بكميات كبيرة . وكانت نسبة غاز ثاني أكسيد الكربون في المحيط الخارجي تساوي حوالي 280 جزءاً بالمليون قبل النهضة الصناعية وذلك عام 1800 ميلادية لكن وصلت الآن إلى 350 جزءاً بالمليون . ونصف هذه الزيادة حدثت بعد عام 1960 ميلادية . وإذا استمر انبعاث غاز ثاني أكسيد الكربون بنفس الوتيرة فإن التركيز سيتضاعف في عام 2100 ميلادية. وتقدر زيادة معدل الانبعاث السنوي الحالي بمقدار 1.5 جزء بالمليون سنوياً. والغاز الآخر الرئيسي من غازات البيت الزجاجي (أو ظاهرة الصوبة الحرارية) ، هو غاز الميثان (CH4) الذي ينتج من احتراق الكتلة الحيوية والفحم أو من تسرب الغاز الطبيعي المصاحب للنفط إلى الجو، ويتحرر أيضاً من فضلات الحيوانات ، ومن تحلل المواد العضوية في المستنقعات وحقول الرز . فالتركيز الحالي لغاز الميثان هو 1.7 جزء بالمليون ، وقد كان هذا التركيز حوالي 0.8 جزء بالمليون قبل النهضة الصناعية علماً بأن غاز الميثان له القدرة على احتباس الحرارة بعشرات المرات مقارنة بثاني أكسيد الكربون .
مما ورد أعلاه يتبين أن النشاطات البشرية لها تأثير كبير في زيادة تركيز غازات البيت الزجاجي في المحيط . وقد تمت دراسة التوقعات المستقبلية حول تأثير هذه الغازات على الظروف الجوية في المستقبل . وتوصل بعض العلماء بأنه في عام 2XXXميلادية يمكن أن يصل تركيز غاز ثاني أكسيد الكربون أو الغازات الأخرى الموجودة إلى ضعف الكمية الحالية وذلك سيسبب زيادة درجة الحرارة ما بين 1.5 إلى 4.5 درجة مئوية . ومن المحتمل أيضاً أن تزداد الأمطار ، ويقل الثلج في البحار ، ويقل سقوط الثلوج الموسمية أيضاً . وسيكون لهذا تأثير على المناطق الزراعية في العالم لأن ذلك سيزيد من مخاطر الجفاف الذي يعتبر أكبر المشاكل التي تواجه الزراعة حالياً . وسيكون هنالك أيضاً ارتفاع في مستوى ماء البحر الذي سيؤدي إلى غمر مئات الآلاف من الكليومترات المربعة في المناطق الساحلية المنخفضة .
ب - الأمطار الحِمضيّة
من المخاطر الجانبية لحرق الوقود هو تساقط الأمطار الحمضية . فبعض الغازات التي تتحرر عند احتراق الوقود ، وبالأخص ثاني أكسيد الكبريت وأكسيد النيتروجين ، تتحد مع الماء في الجو مكونة حامض الكبريتيك وحامض النتريك . ونتيجة لهذا فإن أي مطر يتساقط على منطقة ما ستكون حامضاً ويسبب ذلك تلفاً للنباتات وتعطيلاً لنمو الغابات ، وتفتيت بعض أجزاء الأبنية وصدأ للمعادن .
ومعظم غاز ثاني أكسيد الكبريت ينبعث من المحطات الكهربائية التي تستخدم الفحم وقوداً . وتوجد عدة تقنيات يمكن استخدامها في هذه المحطات لتقليل انبعاث ثاني أكسيد الكبريت . والطريقة الشائعة الاستخدام هي امرار الغازات الخارجة خلال خليط من كاربونات الكالسيوم والماء التي تمتص الكبريت لإنتاج كبريتات الكالسيوم أو ما يسمى بالجبس . وهذه الطريقة لها مساوئ جانبية منها تقليل كفاءة إنتاج الطاقة الكهربائية ، وزيادة انبعاث غاز ثاني أكسيد الكربون ، وزيادة كلفة الإنتاج. وهنالك طريقة أخرى هي بدفع الهواء خلال غرفة حرق الفحم وبوجود بعض الأحجار الكلسية .
أما الغاز الآخر الذي يسبب الأمطار الحمضية فهو أكسيد النيتروجين (NOx). وينتج هذا الغاز من عمليات الاحتراق ذات الدرجات الحرارية العالية وذلك نتيجة لوجود بعض المواد النيتروجينية في الوقود مثل الفحم والخشب أو تتكون جزئياً بواسطة أكسدة النيتروجين في الهواء . ويتحرر أكسيد النيتروجين بكميات كبيرة من مكائن شاحنات النقل والسيارات ومن محطات الطاقة الكهربائية .
جـ - تلوث البحار بواسطة النفط
إن محطات توليد الطاقة الكهربائية ، ومصافي النفط ، والمصانع الكبيرة يمكنها أن تكون أكثر الملوثات المنظورة ، وذلك بسبب روائحها المميزة. وليست كل الملوثات الضارة بالبيئة سببها حرق الوقود ، ولكن هنالك مسببات أخرى مثل نقل الوقود عبر البحار . إن معظم الطاقة المصدرة من الدول المنتجة تنقل بواسطة البحار والمحيطات إلى البلدان المستهلكة . وقد تطور أسلوب النقل وأصبحت الناقلات ذات سعة كبيرة جداً . وبقطع النظر عن الحوادث فإن هذه الناقلات تساهم بدرجة كبيرة في تلوث البحار إذ أنه عند عودتها إلى مكان التصدير، بعد تفريغ شحنتها ، تملأ بالماء لغرض الموازنة ، وعند تفريغ الماء تخرج معه كمية من النفط المتبقي . وبالرغم من أن أساليب النقل في الوقت الحاضر أصبحت أكثر أماناً وضماناً فإنه عند حصول حادثة ما سيكون التأثير كبيراً . ففي الفترة ما بين 1970 و 1985 وقعت 186 حادثة تسرب في كل منها أكثر من 1300 طن من النفط . وفي عام 1989 تسرب من إحدى الناقلات 39000 طن من النفط وغطى مساحة 1600 ميل مربع في ولاية الآسكا الأمريكية .
د - الإشعاع والمخلفات النووية
كان من المتوقع أن تكون الطاقة النووية أحد المصادر الرئيسية في إنتاج الطاقة الكهربائية ولكن هذا لم يتم بسبب المعارضة الواسعة التي تواجه نصب هذه المحطات في مختلف أنحاء العالم . هذه المحطات تنتج حالياً 6% من الطاقة الكهربائية في العالم . وبعد حادثة تشرنوبل في الاتحاد السوفيتي السابق عام 1986 أصبح نصب مثل هذه المحطات محدوداً . ومن المشاكل المتعلقة بمحطات الطاقة النووية أن المواد المستخدمة في الانشطار النووي ذات إشعاع عالٍ جداً ، وقسم منها يبقى مشعاً إشعاعاً نووياً لعشرات الآلاف من السنين . كما أن طرق التخلص من النفايات النووية غير مضمونة ، وبالإضافة إلى ذلك فإن تفكيك المحطات التي انتهت أعمارها يسبب تسرب إشعاع نووي أيضاً . وأن أخذ أقصى درجات الحيطة والحذر في عدم تسرب الإشعاع أدى إلى استخدام أجهزة معقدة وعالية الكلفة ، ولهذا السبب فإن كلفة إنشاء هذه المحطات أعلى من كلفة محطات توليد الطاقة بواسطة الوقــود ، وإن كلفة إنتاج الطاقة الكهربائية في هذه المحطات أعلى من المحطات الاعتيادية .
6-1 استمرارية توفر مصادر الطاقة :
إن وضع الطاقة في الوقت الحاضر يختلف عما كان عليه في العقدين الماضيين . فانخفاض الأسعار ، وتوفر كميات كبيرة من الوقود في الأسواق أدّيا إلى الإسراف في استهلاك الطاقة ، وعدم الالتزام بترشيده ، وعدم البحث عن مصادر جديدة .
إن كمية الطاقة الموجودة في باطن الأرض محدودة ، ومن غير الممكن بقاؤها لفترة طويلة جداً . ولكن تقدير فترة بقائها ليس سهل أيضاً . فاحتياطي العالم من النفط ارتفع من 540 بليون برميل عام 1969 ميلادية إلى أكثر من 1000 بليون برميل في الوقت الحاضر . وهذا الارتفاع في الاحتياطي لا يعني أنه غير محدود . فلقد تم مسح مكامن الأرض بصورة مفصلة من قِبل شركات النفط واكتشفت الحقول السهلة والحقول ذات تكلفة الإنتاج القليلة . وهنالك حقول صعبة تحتاج إلى حفر عميق أو ذات طبيعة استخراج صعبة جداً وتحتاج إلى مواد وجهود كبيرة ، وقسم منها يحتاج إلى طاقة وأحياناً تكون الطاقة اللازمة للاستخراج مساوية أو أكثر من الطاقة المستخرجة. وفي هذه الحالات سيكون استخراج الطاقة بدون فائــدة .
من الأرقام المفيدة والمهمة جداً في هذا المجال نسبة الاحتياطي إلى المنتج . فإذا تم تقسيم الاحتياطي المضمون في نهاية كل سنة على الإنتاج في تلك السنة فإن الناتج سيمثل طول عمر الاحتياطي . وهذا الرقم سيدلّ على توفر الطاقة في منطقة معينة من العالم . فمثلاً لقد كان هذا الرقم في عام 1992 هو 10 أعوام لنفط غربي أوربا ، و 25 عاماً لأمريكا الشمالية بينما كان أكثر من 100 عام لمنطقة الشرق الأوسط . ويمتلك الشرق الأوسط أكثر من 60% من احتياطي العالم من النفط ، وتمتلك المملكة العربية السعودية وحدها أكثر من 25% من الاحتياطي .
ويختلف الأمر بالنسبة إلى الغاز الطبيعي . فإن الاحتياطي الأكبر يقع في دول الاتحاد السوفيتي السابق إذ تحتوي هذه المنطقة على أكثر من 40% من احتياطي العالم ، وتحتوي دول الأوبك على حوالي 40% أيضاً من الغاز. أما الباقي فإنه يتوزع على أنحاء مختلفة من العالم . وإن نسبة الاحتياطي إلى المنتج في الوقت الراهن بالنسبة إلى الغاز الطبيعي هي حوالي 65 عاماً .
أما بالنسبة إلى الفحم الحجري فإن الاحتياطي العالمي كبير وموزع على مناطق واسعة ومختلفة . ويبلغ مقدار الاحتياطي إلى المنتج بالنسبة إلى الفحم أكثر من 200 عام ، ولكن كما نعلم فإن للفحم مساوئ كثيرة ، حتى وإن قورنت بالنفط والغاز . وأهم هذه المساوئ هو انبعاث ثاني أكسيد الكربون وأكسيد الكبريت وأكسيد النيتروجين . وبالرغم من إمكانية تحويل الفحم إلى سائل لغرض تقليل مشاكله البيئية فإن سعر كلفة التحويل سيمثل عقبة لكونه عالياً .
مما تقدم أعلاه يتبين أنه إذا كان هدفنا هو تقليل كمية الوقود التقليدي الذي يتم حرقه لغرض إطالة عمره ولتقليل المخاطر البيئية التي يسببها فإنه يتوجب علينا البحث عن مصادر جديدة غير ناضبة وصديقة للبيئة ، وتطوير كفاءتها ، وتقليل أسعار منظوماتها . وهذه المصادر هي مصادر الطاقة المتجددة التي سنتحدث عنها بالتفصيل في الفصول اللاحقة


المحرك النفاث هو محرك ينفث الموائع (الماء أو الهواء) بسرعة فائقة لينتج قوة دافعة اعتماداً على مبدأ قانون نيوتن الثالث للحركة. هذا التعريف الواسع للمحركات النفاثة يشمل أيضا التوربين النفاث، والتوربين المروحي، والصواريخ، والنفاث التضاغطي، والنفاث النبضي، وأيضا المضخات النفاثة. ولكن باللفظ الشائع يُقصد بالمحرك النفاث: محرك بريتون لدورة التوربين الغازي، أو اختصاراً، التوربين الغازي ذي ضاغط الغاز المدعوم من دفع الهواء أو الماء له، والذي تنتج طاقته المتبقية الدفع أو القوة الدافعة. ألف الناس بأن التوربين الغازي يعرّف بأنه أحد التطبيقات المنفصلة عن المحرك نفاث، بدلاً من القول وبطريقة أصح بأنه جزء من المحركات النفاثة التي تشكل محركات احتراق داخلي[1] دون أن تُظهر أي شكل من أشكال الاحتراق خارج المحرك.

تُستخدم المحركات النفاثة بالأساس للطائرات ذات المدى الطويل، فالطائرات القديمة كانت تستخدم محرك توربين نفاث لم يكن بذات الكفاءة المطلوبة مما حدا للطرز الحديثة من تلك الطائرات النفاثة باستخدام محركات توربين مروحي ذات تحويلة جانبية كبيرة، الأمر الذي ساعد على زيادة معدل السرعة والمدى وأمّن كفاءة أفضل لاستهلاك الوقود في تلك الطائرات من غيرها من مركبات النقل. حتى أن نسبة استهلاك تلك المحركات النفاثة من الاستهلاك العالمي بلغ 7.2% عام 2004.[2]

لتسلسل الزمني لتاريخ المحرك النفاث
رسم تصويري لجهاز هيرون.
[عدل] ماقبل النفاث

يمكن تقفي جذور المحركات النفاثة إلى القرن الأول الميلادي، عندما اخترع هيرون الإسكندراني محرك بخاري بسيط أسماه "كرة إيولوس" (باللاتينية: Aeolipile)[3][4] تيمنا بإله الرياح عند الإغريق، وهو يستخدم قوة البخار من خلال فتحتين نفاثتين متعاكستين، الأمر الذي يجعل الكرة تدور بسرعة شديدة حول محورها. ويقول الخبراء أنه ليس من الظاهر حتى الآن أن هذا المحرك استخدم لتوليد القوة الحركية، وإن أية تطبيقات عملية له لم يتعرف عليها أحد بعد، فيُعتقد أنه كان قد صُنع لمجرد الفضول لا غير.

ظهر الدفع النفاث، بصورة مجازية، مع ظهور الصواريخ عند الصينين بالقرن الثالث عشر، وقد بدأت الصواريخ بداية متواضعة حيث كانت تستعمل بالألعاب النارية، ثم تطورت بسرعة لتصبح شكل من أشكال الاسلحة، لتتوقف عند هذا الحد طيلة مئات السنين ولا يطرأ عليها أي تطور جديد.[4] عام 1633، أقلع العالم العثماني لاجاري حسن جلبي مع ماوصف بصاروخ مخروطي الشكل وهبط هبوطًا رائعًا على الأرض باستخدام شكل من أشكال الأجنحة البدائية، مما جعل السلطان يكافئه على ذلك، فجعله في منصب رفيع بالجيش العثماني،[5] إلا أن ذلك يعتبر اليوم أنه نوع من الألعاب البهلوانية لا أكثر.

كانت الصواريخ البدائية بسيطة الصنع وغير فعالة لأداء السرعات المنخفضة، وبالتالي لم يكن بالإمكان استخدامها بالطيران. وبحلول عام 1930 كان العلماء قد ابتكروا المحرك المكبس ذي الأشكال المختلفة (القطر الثابت والقطر الدوار، المبرد بالماء أو بالهواء) فكان بهذا الشكل الوحيد المتوفر لاستخدامه في الطائرات في ذلك الزمن، ولقي قبولاً واسعًا بسبب انخفاض كفائة الطائرات التي كانت متوافرة حينئذ.

وفي وقت لاحق بدأ المهندسون يعون أن محرك المكبس محدود القدرة ولا يستطيع الوصول للحد الأقصى من الأداء الذي يمكن الحصول عليه، والحد يكمن أساسا بكفاءة المروحة[6] التي تصل لذروتها عندما يقترب طرف المروحة من سرعة الصوت. فأدركوا أنهم إذا أرادوا تطوير كفاءة المحرك وكذلك الطائرة فلابد للقدرة أن تزداد وأن تتخطى الحواجز.

ولتحقيق ذلك، كان ينبغي إما تطوير تصاميم محركات المكبس، أو إنتاج شكل جديد مختلف تماما من مكائن الطاقة، وبهذا كانت تلك الحركة التطويرية قد تعدت مرحلة محرك التوربين الغازي وأنتجت ما يسمى بالمحرك النفاث، ويعتبر هذا الابتكار الثورة الثانية في عالم الطيران منذ طيران الأخوان رايت الأول

بدايات النفاث الأولى
الأجزاء الرئيسية من محرك النفث الحراري أو الماطور النفاث.

كانت تصاميم المحركات النفاثة الأولى تصاميمًا هجينة، حيث كانت مصادر الطاقة تستخلص أولاً بضغط الهواء ثم تُخلط مع الوقود للاحتراق لتولّد دفعًا نفاثًا للمحرك. صممت تلك المحركات الأولى على يد سكندو كامبيني وأطلق عليها تسمية النفاثات الحرارية،[7] وتمثلت طريقة عملها بأن الهواء المضغوط عن طريق المروحة كان يُقاد بواسطة محرك المكبس التقليدي. ومن أمثلة هذه الأنواع تصميم قديم لهنري كواندا لمحرك طائرة كواندا، [8][9] 1910 ثم كامبيني كابروني سي سي 2[10] عام 1940 والمحرك الياباني "Tsu-11" الذي استخدم في طائرات الكاميكاز. وعلى الرغم من هذا التطور في تصاميم المحركات النفاثة، والذي استمر حتى نهاية الحرب العالمية الثانية، فإن تلك المحركات لم تحقق نجاحًا كليًا عندما وضعت موضع التجربة، فمحرك CC.2 الإيطالي على سبيل المثال الذي عمل عليه المصممون لفترة طويلة، تبين أنه كان أبطأ من بعض التصاميم التقليدية.

يعتبر التوربين الغازي المفتاح العملي للمحرك النفاث، فهو يستخدم لاستخلاص الطاقة من المحرك نفسه لإدارة الضاغط. أعطيت أول براءة اختراع للتوربين الثابت لجون باربر بإنجلترا عام 1791.[11] كان أول توربين غازي ذاتي الدفع قد صنع في عام 1903 على يد المهندس النرويجي، ايجيديوس ايلنج، أما أول براءة اختراع أعطيت لمخترع محرك دفع نفاث، فكانت عام 1917.[12] استمر التوربين الغازي بدائيًا حتى عقد الثلاثينات من القرن العشرين، حيث كان لمحدودية التصميم وقلة الخبرة بالتعامل مع المعادن التي تدخل في صميم صنع المحرك أثرها في عدم حصول أي تطور يذكر، كذلك كان هناك عدد من المشاكل الأخرى التي واجهت المصممين مثل تلك المتعلقة بالأمان ووزن المحرك ومدى قدرته على الاحتمال ومن ثم إمكانية استمراره بالعمل لفترة طويلة.

في عام 1923 كتب ادجار بكنجهام من المكتب الوطني الأمريكي للمقاييس تقريرا شكك فيه أن المحرك النفاث يمكنه أن ينافس اقتصاديًا الطائرات ذات المراوح بالارتفاعات أو السرعات المنخفضة وقال فيه: "لايوجد أي فرصة حالية تمكن المحركات ذات المراوح النفاثة من النوع الموجود أن تكون عملية وفعالة حتى بالمجال العسكري".[13]

تنافس بريطانيا وألمانيا

عام 1929 عرض الطيّار المتدرج فرانك ويتل أفكاره عن التوربين النفاث بشكل رسمي إلى رؤسائه، [14][15] وحصل على براءة الاختراع بعد ذلك بسنة في إنجلترا واعتمدت عام 1932.[16][17] أخرج هذا الاختراع للعالم ضاغط دفع محوري ذو مرحلتين يغذي ضاغط الطرد المركزي أحادي الطرف، وكان يركز على أبسط ضاغط بالطرد المركزي فقط. كان من نتيجة هذا الاختراع أن ظهر أول محرك يعمل على الوقود السائل ويحتوي على مضخة خاصة به عام 1937، وأثناء تجربة المحرك، صعق فريق ويتل عندما لم استمر المحرك بالعمل على الرغم من منع الوقود عنه، فتبين أن الوقود يتسرب داخل المحرك الذي لم يتوقف عن العمل حتى احترق جميع الوقود بداخله، لذلك لم يستطع ويتل أن يقنع الحكومة بجدوى اختراعه وهكذا استمر تطوير المحرك النفاث بوتيرة بطيئة.[18]
طائرة جلوستر E.28/39 بمحرك W.1 من إنتاج فرانك ويتل.
طائرة هينكل He 178، أول طائرة بمحرك نفاث.

في عام 1935 بدأ هانز فون أوهين العمل على تصميم مشابه بألمانيا،[19] غير عالم بمحاولة ويتل السابقة على ما يظهر. كان المحرك التجريبي الأول لأوهين أكثر تكاملاً وعمل على الطاقة خارجية، إلا أنه لم يستطع اثبات المفهوم الأساسي للمحرك. وبعد هذه المحاولة قابل أوهين إرنست هينكل أحد كبار مصنعي الطائرات في ذاك الوقت وعرض عليه تصميم للمحرك الموعود. وكان هينكل قد اشترى لتوه مصنع هيرث للمحركات فخصص قسمًا خاصًا لأوهين ومسؤول الميكانيك ماكس هان اللذان شرعا بإنتاج وتشغيل الطراز الأول لمحركات HeS 1 في سبتمبر من سنة 1937، باستخدام الهيدروجين كوقود يضخ تحت ضغط خارجي. استخدمت التصاميم اللاحقة من شاكلة HeS 3 (بقدرة 5 كيلونيوتن) البنزين كوقود، وجهزت إحدى تلك الطائرات، والتي حملت اسم He 178، ليُصار إلى الطيران بها، فحصل ذلك على يد الطيار إيريك وارسيز في صباح 27 أغسطس سنة 1939، وكانت تلك أول طائرة تطير باستخدام محرك نفاث.[20]

وبحلول تلك الحقبة الزمنية، بدأ العلماء والمسؤولون ينظرون إلى محرك فرانك ويتل بنظرة إيجابية ويأخذون فكرته على محمل الجد، وبدأت شركته المسماة محركات الطاقة المحدودة (بالإنجليزية: Power Jets Ltd) تحصل على الدعم من وزارة الدفاع للمساهمة في مساعدته على إكمال مشروعه، وبتاريخ 15 مايو سنة 1941 طارت أول طائرة تحمل اسم جلوستر E.28/39 بمحرك من إنتاج شركة ويتل، بقوة دفع وصلت إلى 4 كيلونيوتن، وقد أطلق على هذا المحرك تسمية محرك W.1. واجه كل من محرك ويتل ومحرك أوهين مشكلة أساسية هي مشكلة الدفق بالطرد المركزي، وهي عبارة عن قيام الضاغط بدفع الهواء بقوة من المدخل الرئيسي إلى المحيط الخارجي للمحرك، حيث يُضغط الهواء مرة أخرى بواسطة تشكيله مجرى متباعدًا محولاً سرعتها إلى ضغط. كانت الفائدة من وراء ذلك التصميم أنه جعل المحركات النفاثة مفهومة التصميم بشكل أكبر، ومزودة بشاحن ذو طرد مركزي فائق للهواء، يمكن استخدامه على محركات المكبس.
ضاغط دفع محوري، لاحظ المراوح الثابتة والمتحركة.
نظام مطور لكرسي التحميل للعمود الرئيسي للمحرك النفاث.

وعلى الرغم من هذا التطور، إلا أن تقنية سرعة العمود الدوار للمحرك بقيت محدودة، فالضاغط يحتاج إلى قطر كبير حتى ينتج الطاقة المطلوبة، وهذا يعني أن المحركات تحتاج واجهة أمامية كبيرة نوعًا ما، وهذا غير مفيد لقدرة الطائرة بسبب ازدياد نسبة الاحتكاك مع الهواء بحال تم تضخيم واجهة المحرك، كذلك فإنه في هذه الحالة سوف ينحني مجرى الهواء خلال مقطع الاحتراق بشكل عكسي، ثم التوربين ومن ثم مجرى الذيل، الأمر الذي يشكل تعقيدا أكثر في عمل المحرك وانخفاضًا في مستوى كفاءته، ومع ذلك فإن لمحركات ويتل مزايا مهمة كخفة الوزن وبساطة الصنع والقدرة على الاعتماد عليها، وقد تطورت بسرعة لتواكب التصميمات الصالحة للطيران.

أقدم المهندس النمساوي أنسيلم فرانز من شركة جنكر الألمانية على حل تلك المشكلات سالفة الذكر بابتكاره لضاغط دفع محوري، وهو بالأساس محرك توربيني معكوس، فالهواء يهب بقوة من الأمام نحو مؤخرة المحرك عن طريق منصة المراوح أو قنوات التقارب، حيث تكون قد تبددت أمام مجموعة مراوح ثابتة تُسمى قنوات التباعد، وتبين لفرانز في وقت لاحق أن تلك العملية لا تولد ذات القوة التي يولدها ضاغط الطرد المركزي، لذلك وضع عدد من تلك المراوح الثابتة والمتحركة بالتسلسل في سبيل الحصول على الضغط المطلوب، ومع تلك الإضافات المعقدة، بقي قطر المحرك صغيرًا نوعًا ما، مما أعطى ديناميكية أفضل للطائرة، فسُمي المحرك محرك جامو 004، وبعد حل الكثير من الإشكالات الفنية، أقدمت المصانع على إنتاج الكثير من تلك المحركات ابتداءًا من سنة 1944، وجهزت على طائرات مسرشميدت، وهي أول طائرة نفاثة مقاتلة،[21] ثم جهزت بها أول قاذفة قنابل نفاثة. كان هناك عدد من العوامل التي سببت تأخير توفير تلك المحركات، منها التعطيل عمداً من قبل بعض المهندسين الألمان الذين لم يرغبوا بوصول تلك التصاميم أو الأفكار إلى يد الحلفاء كي لا ينتجوا طائرات من شأنها أن تساهم بالحرب على ألمانيا وقصف مدنها بشكل أكثر فعالية أواخر الحرب العالمية الثانية، وعند نهاية الحرب أخذ الحلفاء المنتصرون تلك التقنية الفنية وعملوا بها وطوروها وأدرجوها في طائرات الولايات المتحدة والإتحاد السوفيتي النفاثة. ما يُستفاد من إرث محركات الدفق المحوري هو بالواقع أن جميع المحركات النفاثة على الطائرات ثابتة الأجنحة قد استلهمت من ذلك التصميم الأم.

ما بعد الحرب
محرك مروحي نفاث ذو تحويلة كبيرة للهواء حول المحرك.

طورت محركات دفق الطرد المركزي من تقنية الارتكاز، فازدادت سرعة عمود الدوران الرئيسي بالمحرك، وتقلص قطر ضاغط الطرد المركزي. يعتبر المحرك الأقصر من مميزات هذا التصميم، وهو يُستخدم في الطائرات المروحية بشكل خاص، حيث يعتبر حجم المحرك أكثر أهمية من الواجهة الأمامية، وحيث تكون مكونات المحرك أكثر قوة وأشد متانة، وحيث يعتبر ضاغط الدفق المحوري أكثر عرضة للأجسام الغريبة المخربة.

كان استعمال المحركات النفاثة قد أصبح واسع الانتشار في عدد من أسلحة الجو حول العالم بحلول عقد الخمسينات من القرن العشرين، ولم يدخل استعمال هذه المحركات في نطاق الطائرات المدنية بشكل عام إلا بحلول عقد الستينيات، عندما أصابت حمى التطوير محركات المراوح التوربينية فأخرجت المحرك المكبس من النظام بأكمله وجعلته مخصصًا للطائرات الصغيرة المخصصة للخدمات العامة.

استمرت كفاءة المحركات النفاثة سيئة جدا في بعض الأحيان خلال العقد المذكور، وبحلول عقد السبعينات قام المهندسون بحل الكثير من المشاكل عن طريق استخدام مكائن نفاثة ذات تحويلة جانبية عالية، فاستطاعو التغلب على مشاكل الارتفاع والسرعة العاليين في محركات المكبس والمحركات المروحية، واستطاعوا أيضًا حل مشكلة كفاءة الوقود.[22][23]
[عدل] أنواع المحركات

هناك أنواع عديدة من المحركات النفاثة، تحصل جميعها على الدفع من السرعة العالية للعادم النفاث. الجدول المبين أدناه يوضح بعضاً من تلك المحركات.
نوع المحرك الوصف المميزات المساوئ
نفث بالماء أو مضخة مياه النافورات المائية من خلال الخراطيم بإمكانه العمل بالمياه الضحلة، قوي، قليل الضرر للحياة البرية (الحبار أكثر الحيوانات استعمالاً له) أقل كفاءة من المراوح، وسهل التحطيم
الماطور النفاث أو النفاث الحراري نظام بدائي للمحرك النفاث مخصص لشفط الهواء، أساسه مكبس مضغوط بالأكسجين داخل المحرك مع مخرج عادم نفاث سرعة العادم أعلى من المراوح مما يعطي دفع أفضل بالسرعة العالية ثقيل وقليل الكفاءة ويعطي طاقة أقل من المطلوب.
توربين نفاث هو المصطلح العام للمحركات التوربينية المبسطة بساطة بالتصميم، كفاءة للسرعات فوق الصوتية (2 ماخ) تصميم مبسط يفتقد للكثير من التصميمات المطورة للسرعات ماتحت الصوتية، مزعج نوعا ما.
التوربين المروحي صمم ضاغط المرحلة الأولى ضخمًا بشكل واضح، وذلك حتى يعطي تيار جانبي حول قلب المحرك للتبريد ولإعطاء نسبة كبيرة من الدفع. معظم أشكال محركات النفاثة تستخدم هذا النظام مثل بوينج 747 وأيضًا المحركات العسكرية التي تستخدم نظام الاحتراق للطيران فوق الصوتي. أقل ازعاجًا مع الكمية القوية من التيار المار به وأقل سرعة إجمالية للغازات العادمة، كفاءة أفضل للسرعة ماتحت الصوتية عند المسافات الطويلة، أبرد لدرجة حرارة العادم ذو تعقيدات كثيرة (كثرة قنوات الهواء، وعادة ما يكون متعدد الفتحات والمخارج)، محرك ذو قطر كبير نوعا ما، يحتاج إلى شفرات ثقيلة، سريع التأثر بالأجسام المرتطمة به وبالثلج، السرعة القصوى له محدودة بسبب إمكانية التعرض لموجات الصدمة التي تضر المحرك.
الصاروخ يحمل كل الوقود والمؤكسد على متنه، وينبع النفث من أسفله ليدفعه للأعلى قلة القطع المتحركة، له كفاءة عالية بالسرعات من 0 ماخ حتى 25 ماك، نسبة الدفع/ الوزن تفوق المئة، ليس هناك من تعقيدات لمداخل الهواء، معدل الضغط شديد الارتفاع وسرعة العادم عالية تتعدى خمس أضعاف سرعة الصوت وتسمى سرعة فوق صوتية هائلة، سهلة لعمل الفحص والاختبارات عليها، تعمل بالفراغ وأفضل مجالات عملها خارج الغلاف الجوي، لأن ذلك يخفف الضغط على الهيكل عند الوصول للسرعة القصوى، حجمه الإجمالي صغير نوعًا ما بهدف المحافظة على البرودة، ولا يوجد توربين في مجرى هواء العادم الحار كما هو بالمحرك التوربين المروحي. امتعطش للوقود بكثرة وباستمرار، انخفاض الدفع النوعي لوحدة الوقود الصاروخي يتم كل 100 إلى 450 ثانية، ضغط حراري شديد جدًا على غرفة الاحتراق مما يصعّب استعمالها مرة أخرى، يحتاج إلى حمل مواد المؤكسدة على متنه مما يزيد من احتمال خطورة ذلك. شديد الازعاج.
النفاث الضغطي الهواء الداخل مضغوط بأكمله بسبب سرعة الهواء الداخل وشكل القناة (متباعد) قلة الأجزاء المتحركة، يولّد سرعة تتراوح بين 0.8 ماك و 5 ماك، كفاءة بالسرعات العالية (تتراوح من 2 ماك وفوق)، أخف النفاثات، نسبة الدفع\الوزن تصل إلى 30 بالسرعة المطلوبة، نظام التبريد أسهل من ذاك الخاص في التوربين النفاث حيث لايوجد شفرات توربينية للتبريد ينبغي بسرعتها الابتدائية أن تكون عالية حتى يستطيع العمل، ليس له كفاءة بالسرعة المنخفضة بسبب ضعف معدل الضغط، من الصعب تنظيم عمود القدرة للملحقات، محدود القدرة للسرعات المنخفضة. دفق الهواء يجب أن يخفض للسرعات دون الصوتية، من الصعوبة عمل اختبارات عليها.
المروحة التوربينية وعمود الدوران التوربيني كلا المحركين ليسا بنفاث، إلا أنها تستخدم التوربين الغازي لإمدادها بالقوة لتحريك عمود المراوح أو العمود الدوار كما في المروحية. كفاءة عالية بالسرعات المنخفضة (تحت الصوتية)، تعد قدرة عمود الدوران بالنسبة للوزن عالية السرعة القصوى محددة للطائرات، صاخبة نوعًا ما، نقل السرعات معقد لوجود صندوق التروس بالمروحة.
محرك مراوح محرك توربيني مروحي يُقاد بواسطة مراوح خارجية، مشابه للتوربين المروحي لكن لا يحوي غطاء للمراوح كفاءة عالية للوقود، أقل صخبًا من المحرك التوربيني المروحي، مفيد للطائرات التجارية عالية السرعة، استعمل بثمانينات القرن العشرين خلال فترة نقص بالوقود لايمكن تطويره، أكثر صخبًا من التوربين المروحي، معقد.

مقارنة لأنواع المحركات
محرك عمود دوران توربيني.
محرك توربين نفاث.

حركة اندفاع المحرك تساوي كتلة الهواء × سرعة النفث الذي يخرجه المحرك.

I = m c

حيث:

m = كتلة الهواء بالثانية.

c = سرعة العادم.

وبتعبير آخر، تكون الطائرة أسرع إذا ازدادت نسبة انبعاث الهواء بالثانية من المحرك أو إذا ازدادت سرعة الهواء المنبعث، فكليهما نفس الشيء. إلا أن الطائرة التي بسرعة معينة (v)، والهواء يتحرك باتجاهها سينتج احتكاك عنيف ينعكس على سحب الهواء: m v.

للمحركات النفاثة مدخل هواء يمكن كمية كبيرة من الغازات أن تخرج من العادم. أما محرك الصاروخ العادي فليس له مدخل هواء، لذا يُحمل الوقود والمؤكسدات على الهيكل، وبالتالي فإن تلك المحركات ليس لديها احتكاك قوي. الدفع الإجمالي على الخرطوش هو نفسه صافي الدفع للمحرك. لذا فإن خصائص دفع المحرك الصاروخي تختلف تماما عن المحركات النفاثة.
خرطوش دي لافال. لاحظ ضيقه بالوسط ليزيد من سرعة الهواء الخارج من الأخضر إلى الأحمر.
مقارنة بين 3 أنواع من المحركات وكفائتها في سرعات مختلفة.

يعتبر محرك شفط الهواء مفيدًا فقط في حالة سرعة الغاز الخارج من العادم (c)، حيث يكون أكثر سرعةً من الطائرة (v). صافي دفع المحرك يعادل أو يساوي نفس نسبة الغاز المنبعث مع السرعة (c) - (v)، لذلك فإن الدفع يُعادل في واقع الأمر: (S = m(c - v

لمحرك العمود التوربيني مراوح دوارة كبيرة بإمكانها سحب وتسريع دخول كمية كبيرة من الهواء لسرعة محدودة، وهذا ينطبق على جميع الطائرات ذات المراوح، لذلك فهي لا تعطي أي دفع إضافي إذا تعدت الطائرة السرعة القصوى. (c-v < 0)

التوربين النفاث، والمحركات المشابهة له، تسحب وتسرع من دخول كميات أقل من الهواء وتحرق الوقود، ولكن تبعث ذلك بأعلى سرعة ممكنة بواسطة خرطوش يسمى دي لافال. لهذا السبب فهي ملائمة للسرعات فوق الصوتية.

من جهة أخرى، فإن كفاء الدفع أو ما يسمى كفاءة استخدام الطاقة تكون قد بلغا أقصى حد لها عندما تتساوى سرعة الغاز المنبعث من العادم مع سرعة الطائرة، ويكون عادم المروحة التوربينية ذات التحويلة الجانبية البسيطة مخلوطًا بسرعتين لتيار الهواء تتحرك بسرعتين مختلفتين (c1 وc2) ومعادلة الدفع بتلك الحالة ستكون: (S = m1(c1 - v1) + m2(c2 - v2

حيث تشكل m1 و m2 كتلة الهواء الذان يخرجان من العوادم. لتلك المحركات تأثير أقوى من النفاثة بالسرعات المنخفضة، وتعتبر أفضل من عمود الدوران التوربيني(طائرة مروحية) والمراوح بشكل عام، عند السرعة العالية. فعند الوصول إلى سرعة 10 كيلومترات مثلاً، تكون فعالية محرك عمود الدوران التوربيني أقوى على مستوى 0.4 ماك، أما المروحة التوربينية ذات التحويلة الجانبية البسيطة فتكون أكثر فاعلية على مستوى 0.75 ماك، والمحركات النفاثة بدورها تكون أفضل عندما تصل السرعة إلى 1 ماك، وهي سرعة الصوت.

تعد السرعة والارتفاع العاليين أفضل بالنسبة لمحركات الصواريخ، ذلك أن دفع وكفاءة محرك الصاروخ تتحسن تدريجيًا مع زيادة معدل الارتفاع (بسبب انخفاض الضغط الخلفي وهكذا سيزداد صافي الدفع من على خرطوش العادم)، بينما يسبب انخفاض كثافة الهواء الداخل للمسرب (وكذلك انخفاض الهواء الساخن الخارج من الخرطوش) انخفاض صافي الدفع بزيادة الارتفاع بالنسبة للتوربين النفاث أو التوربين المروحي. تعتبر محركات الصواريخ أكثر كفاءة حتى من إكس 45 عندما يصل مستوى سرعتها إلى 15 ماك.[24]

محرك التوربين النفاث

محرك التوربين النفاث هو محرك الاحتراق الداخلي ويُستخدم لدفع الطائرة. يشفط الهواء خلال مدخل المحرك إلى داخل الضاغط ويضغطه، وبعد عدّة مراحل من الضغط الشديد يدخل إلى غرفة الاحتراق. بتلك الغرفة يخلط الوقود مع الهواء المضغوط ويشعل بين دوامة من مقابض اللهب. ترفع عملية الاحتراق تلك درجة الحرارة وحجم الهواء بسرعة ملحوظة، وتخرج الغازات الحارة من عملية الاحتراق من الغرفة بغزارة إلى التوربين الغازي حيث تنزع منها طاقة لتشغيل الضاغط. تخفض عملية التمدد الحراري تلك درجة حرارة الغاز وتقلل من نسبة الضغط، ولكن طالما أن هناك وقود يحترق فإن درجة الحرارة ونسبة الضغط تبقى أعلى من تلك التي في الجو حولها لحظة خروجها من التوربين. بعدها يتمدد دفق الغاز إلى الضغط المحيط خلال الخرطوش الدافع للخارج، مما ينتج نفث هواء عالي السرعة، فإن كانت سرعة النفث أعلى من سرعة الطائرة خلال الرحلة، فسيكون هناك صافي دفع للأمام لهيكل الطائرة.

إن عمل الضخ للضاغط في الظروف العادية يمنع أي دفق خلفي، لذلك تسهل عملية التدفق المستمر للمحرك. تشبه تلك العملية بكاملها دورة احتراق رباعية الأشواط إلا أن عمليات السحب والضغط والإشعال والتمدد إلى العادم تحصل بآن واحد وبأجزاء مختلفة من المحرك. تعتمد كفاءة المحرك النفا على معدل الضغط الكلي بشكل كبير (الضغط الداخل لغرفة الاحتراق\ضغط الهواء الداخل) وعلى حرارة فتحة التوربين في الدورة الكاملة.

يختلف التوربين النفاث عن محرك المراوح في عدّة نقاط:[25] فالتوربين النفاث يأخذ كمية قليلة من الهواء ويضغطها إلى كمية ضخمة، بينما المراوح تسحب كميات ضخمة من الهواء وتضغطها إلى كمية صغيرة. عادم التوربين النفاث عالي السرعة يجعلها ذات كفاءة بالسرعات العالية (خاصة بالسرعات الفوق صوتية) وبالارتفاعات العالية. تعتبر محركات المراوح التي تدار بالتوربين الغازي والمعروفة باسم محرك مروحة توربينية الأكثر شعبية وكفاءة بالطائرات ذات السرعات المنخفضة وتلك التي تطير مسافات قصيرة. تستخدم الطائرات الصغيرة جدًا محركات مكبس لإدارة المراوح.

صمم المهندسون التوربين النفاث ببكرة واحدة، أي بعمود مفرد يصل التوربين بالضاغط. التصاميم ذات معدل الضغط الكلي العالي يكون لها عمودين متحدي المركز، لتحسين ثبات الضاغط خلال تحريك داعس الوقود بالمحرك. تحتوي بكرة الضغط العالي (HP) تلك على عمود ضغط عالي خارجي يصل الضاغط عالي الضغط بتوربين عالي الضغط. تُشكل بكرة الضغط العالي وغرفة الاحتراق نواة أو الغاز المولد للمحرك. يوصل العمود الداخل بعمود ضغط عالي الضاغط منخفض الضغط (LP) بتوربين منخفض الضغط بدوره (LP) لينتج بكرة ضغط منخفض. كلا البكرتين تكونا حرتين بالعمل على سرعة العمود الأمثل. تستخدم طائرات الكونكورد تلك الطريقة.

محرك التوربين المروحي

معظم محركات الطائرات النفاثة هي محركات توبينية مروحية، يعمل فيها ضاغط الضغط المنخفض LP كمروحة ويعطي شحنة زيادة من الهواء لقلب المحرك وللمجرى الجانبي المحيط بالقلب. يمر تيار الهواء الجانبي باتجاهين: الخرطوش البارد الخارجي، أو يختلط مع الغازات الخارجة من عادم التوربين ذو ضغط LP المنخفض، قبل التمدد خلال خرطوش التيار المختلط. ترغب شركات الطيران عادةً بالحصول على تلك المحركات بسبب سرعة العادم ما دون الصوتية التي تلائم سرعة الطيران، التي ترغب بها تلك الشركات.
محرك نوع GE90 وقد أزيح عنه غطائه للصيانة.

كان هناك بعض الفروقات ما بين محركات النفاثة المدنية والعسكرية خلال عقد الستينات من القرن العشرين، باستثناء نظام إعادة الإحراق لبعض التطبيقات الفوق صوتية (وتستخدمها الطائرات العسكرية لزيادة السرعة). للتوربين المروحي المدني سرعة عادم منخفضة حاليًا (الدفع النوعي منخفض)، وذلك لتقليل ضوضاء النفاث إلى أقل ما يمكن ورفع كفاءة التوفير بالوقود، من ثم فإن المعدل الجانبي أو معدل التخفيف\التجاوز (تيار الهواء الجانبي مقسومًا على تيار الهواء داخل فلب المحرك حسب المحرك التوربيني أو المروحي الخارجي) يكون مرتفعًا بعض الشيء (تعتبر المعدلات التي تتراوح بين 4:1 و 8:1 معدلات عادية)، لذلك يحتاج هذا المحرك إلى مروحة مفردة فقط، لأن انخفاض معدل الدفع النوعي يشمل انخفاضًا بمعدل ضغط مروحي.[26]

أما محركات التوربين المروحي العسكرية الحالية فلها دفع نوعي مرتفع نوعًا ما، وحتى يمكن زيادة الدفع لأقصى حد ممكن، فقد خفضت الواجهة الأمامية للطائرة.[27] وفي المجال العسكري لا تعطىر ضوضاء المحركات ذات الأهمية كما بالمجال المدني، لذلك يستخدم الخبراء مراوح متعددة المراحل لإعطاء معدل ضغط مروحي عال للوصول إلى دفع نوعي مرتفع. بالرغم من حرارة مدخل التوربين إلا أن المعدل الجانبي يكون منخفضًا، حيث يصل في العادة لأقل من 2:1.

المكونات الرئيسية
المكونات الأساسية للمحرك النفاث(مقطع محوري)

تتشابه المكونات الأساسية عند معظم أنواع المحركات النفاثة وإن كانت جميعها لا تحتوي كل القطع. فالقطع الأساسية تتكون من:

المقطع البارد:

مدخل الهواء: إن إطار المرجع القياسي للمحرك النفاث هي الطائرة نفسها. فمحرك الطائرات النفاثة التي تطير بسرعة ما دون صوتية لايوجد بها أي صعوبات محددة لمدخل الهواء، وهي أساساً تتكون من شكل الفتحة (فتحة المحرك) الذي صمم لتقليل مقاومة حركة الهواء، كما هو الحال لجميع القطع بالطائرة. مع مراعاة أن الهواء الواصل للضاغط بالمحرك النفاث العادي يجب أن تكون سرعته ما دون سرعة الصوت حتى وإن كانت الطائرة فوق صوتية حتى يمكنه المحافظة على حركيّة الدفق للضاغط وشفرات التوربين. بحالة الطيران بسرعة فوق صوتية، تتشكل موجات الصدمة في نظام المدخل وتقلل الضغط المستخلص من المدخل إلى الضاغط. لذلك فإن بعض الفتحات فوق الصوتية تستخدم قطع داخلية ناتئة أو تشبه حبوب الصنوبر بشكلها، لزيادة استخلاص الضغط ولجعل استعمالها أكثر كفاءة مع الموجة الصدمية.

موجة الصدمة.

الضاغط: يكون الضاغط من عدة مراحل، وكل مرحلة تحتوي على إسطوانة ريش دوارة وأخرى ثابتة. بما أن الهواء يشفط بقوة شديدة خلال الضاغط، فإن هذا سوف يزيد معدل الحرارة والضغط، لذلك تُسحب الطاقة من التوربين مروراً خلال العمود.

المشترك:

عمود الدوران: يصل هذا العمود بين التوربين والضاغط، ويدور خلال معظم المحرك، وقد يكون هناك 3 من أعمدة الدوران المتداخلة مع بعضها البعض، ولكن لكل منها سرعته الخاصة المتصلة بمجموعته الخاصة من التوربينات والضواغط. وهناك أشياء مشتركة بينها مثل تصريف الهواء البارد الذي يفرغ على العمود.

المقطع الحار:

غرفة الاحتراق: هي الغرفة التي يختلط بها الوقود مع الهواء المضغط فيحترقان وسط اللهب.

التوربين: التوربين هو سلسلة إسطوانات من الريش الدائرية تعمل كدولاب طاحونة تكتسب الطاقة من الهواء الحار وتبقي بعضًا من تلك الطاقة بغرفة الاحتراق لكي يدير الضاغط. بعض محركات التوربين، مثل المروحة التوربينية وعمود الدوران التوربيني وحتى التوربين المروحي، تستخلص الطاقة بواسطة أقراص توربينية إضافية للتحكم وإدارة المراوح الخارجية أو مراوح التيار الجانبي أو عمود التدوير للمروحية. نوع واحد فقط به توربين حر مصمم بحيث يكون قرص التوربين الذي يدير الضاغط منفصل عن القرص الذي يغذي المكونات الخارجية. يأتي هواء التبريد من الضاغط لتبريد شفرات التوربين والريش حتى لا تذوب من شدة الحرارة.

جهاز غرفة الاحتراق المساعد: (استخداماته بالطائرات العسكرية) ينتج دفع إضافي بواسطة حرق وقود إضافي، لا يبلغ عادةً الفعالية المرجوة، وترفع درجة حرارة الخرطوش بشكل قوي جدًا عند نفث العادم، بسبب ضخامة حجم الدفع الذي يخرج عند إعادة الإحراق، لذلك يُفضل زيادة مساحة فتحة الخرطوش للحصول على أفضل النتائج عند تشغيل نظام إعادة الحرق.

الخرطوش: الغازات الحارة تخرج من المحرك خلال الخرطوش إلى الهواء الطلق، والهدف من وراء ذلك إنتاج سرعة نفاثة عالية. يكون الخرطوش بمعظم الأحوال مجمع للهواء الخارج.

مدخل الهواء
[عدل] المدخل ما دون الصوتي
طرق عمل مدخل البيتوت.

فتحة بيتوت (نسبة إلى مخترعه الفرنسي هنري بيتوت) هي الطريقة المثلى لتطبيقات المدخل ما دون الصوتي، فهذه الفتحة هي بمثابة أنبوب مضخم ذو شكل إيرودينامي انسيابي.

في حالة ما إذا كانت السرعة تساوي صفر (حالة الوقوف) فإن الهواء الداخل يأتي من عدة اتجاهات: مباشر ومنحني والآتي من الخلف، فيمتصه مقدمة المدخل.

تكون حزمة خط تيار الهواء الذي يصل طرف المدخل في حالة السرعة المنخفضة أكبر بالمقطع العرضي من نطاق تيار الطرف نفسه، بينما في تصميم الفتحة بسرعة 1 ماك، يكون كلا النطاقين متساويين. يصبح تيار الهواء أقل كثافة بالسرعة العالية، وقد يخرج التيار الزائد من حول الطرف.

تبدأ موجة الصدمة بالظهور عندما يبدأ الهواء بالتسارع حول طرف المدخل بداية من سرعة 0.85 ماك.

تعتبر الدقة بعمل محور نطاق الطرف هي الطريقة الأمثل للمحافظة على ضغط المدخل طوال الرحلة وعدم تعرضه لتشويه.
[عدل] المدخل فوق الصوتي

يستغل المدخل الفوق صوتي موجات الصدمة كي يخفف من سرعة تيار الهواء إلى وضع تحت صوتي بمدخل الضاغط. وهناك شكلين من أشكال موجات الصدمة:

أ- موجات صدمة طبيعية: وتكون عمودية على اتجاه التيار. يكون هذا الشكل حاد المقدمة ويؤثر على التيار بالسرعة تحت الصوتية، ويُلاحظ عند التدقيق بالمجهر أن جزيئات الهواء تتحطم إلى مجموعة من جزيئات تحت صوتية مثل موجات ألفا. تميل الموجة الصدمية إلى إحداث هبوط قوي بمنطقة ضغط الركود، فكلما ازدادت سرعة الماك على مدخل موجة الصدمة العادية، كلما قل خروج السرعة تحت الصوتية منها وزادت نسبة قوتها، بمعنى أن فقدان ضغط الركود خلال تلك الموجة ترتفع نسبته.

ب- الموجات الصدمية تكون إما مخروطية (ثلاثية الأبعاد) أو مائلة (ببعدين) وزواياها متجهة للخلف، تشبه بشكلها الشكل الذي يتخلف عند اصطدام موجات الماء بمقدمة السفينة، وبعد اصتدامها ينتشر تيارها بشكل مخروط أو منحدر. ويكون التيار أضعف بالنسبة للسرعة المعطاة من الموجة الصدمية العادية المشابهة لها,، ولكن وعلى الرغم من تناقص سرعتها إلا أنها لا تزال تعتبر فوق صوتية.

شكل الطرف الحاد لفتحة البيتوت يجعلها تعمل بشكل جيد بالطيران فوق الصوتي المنخفض. تتشكل الموجة الصدمية العادية بمقابل طرف الفتحة وتصطدم بالتيار لتهبط سرعته إلى ما دون سرعة الصوت، ومع ذلك فكلما ازدادت السرعة فإن الموجة الصدمية ترتفع نسبتها مسببة هبوط قوي لضغط الركود.

هناك مداخل أو فتحات فوق صوتية متطورة تشبه نظام البيتوت، منها:

1- الاستفادة من اندماج الموجة الصدمية المخروطية والعادية لتحسين مستوى الضغط بالسرعات فوق الصوتية العالية. تستخدم الموجة المخروطية لتقليل رقم الماك للسرعة فوق الصوتية عند الدخول للموجة الصدمية العادية، وبالتالي تقل نسبة الناتج العام لمضار الصدمة.

2- تصميم "الصدم على الطرف" للسرعة فوق الصوتية، حيث الموجات الصدمية المخروطية والمائلة تضرب بغطاء الطرف، مما يجعل نطاق مسك حزام التيار يساوي نطاق طرف المدخل، وعندما تقل عن سرعة الصدمة على الطرف فوق الصوتي، تكون زاوية الموجة الصدمية أقل ميلانًا مسببة انكسار خط التيار الداخل للطرف بواسطة المنحدر المخروطي. وفي الوقت ذاته تصبح منطقة مسك المدخل أصغر من نطاق طرف الفتحة مما يقلل تيار هواء المدخل. بالاعتماد على خصائص تيار الهواء للمحرك فإنه يكون مرغوبًا تقليل زاوية النتوء أو تحريك المخروط للوراء لإعادة تركيز الموجات الصدمية على غطاء الفتحة لزيادة تيار هواء المدخل.

3- مصممة حتى تنتشر الصدمة العادية باتجاه تيار طرف المدخل، لذلك فإن الدفق على مراوح الضاغط يكون ما دون الصوتي، مع الأخذ بالحساب إذا قل داعس الوقود على المحرك فسيقل معدل تدفق الهواء على مراوح الضاغط، لكن بحالة فوق الصوتي فإن التيار المعدل عند طرف المدخل سيكون ثابتًا، لأنه محدد بواسطة رقم الماك ودرجة انعراج\سقوط المدخل. يمكن التغلب على هذا التقطع عندما تتحرك الصدمة العادية إلى ما دون مساحة المقطع العرضي للمجرى ليقل رقم الماك للموجة الصدمية على المدخل.
طائرة SR-71. لاحظ المدخل المخروطي للمحرك على الجناح.

العديد من طائرات الجيل الثاني فوق الصوتية تستعمل المدخل المخروطي، الذي يُستخدم لتشكيل الصدمة الموجية المخروطية، وهو موجود بمقدمة طائرات الميغ 21، أو مع المحرك بجنبي الطائرة كما بطائرة ف 104 وطائرات BAC TSR-2.

استحدث المخترعون مداخل ثنائي المخروط في الوقت الحالي بحيث يوضع أحدها فوق الآخر بشكل هرمي، مما يساعد على إعطاء موجة مخروطية اضافية تنتشر بالوصلة ما بين المخروطين. يعتبر المدخل ثنائي المخروط أكثر كفاءة من الأحادي لأن رقم الماك الداخل على الموجة العادية يقل بسبب وجود المخروط الثاني. ويظهر جلياً على طائرات SR-71 بلاك بيرد ذات محركات برات & وتني 58 التي تجعل المقدمة والمؤخرة مخروطية الشكل بداخل غرفة المحرك كي تمنع موجات الصدمة المشكلة كمسامير من الدخول إلى المحرك مسببة توقف المحرك عن العمل، ولكن إبقائها قريبة بما فيه الكفاية في ذات الوقت لإعطاء ضغط هواء مناسب. إن الموجة المخروطية لا تتحرك إجمالاً وأن تحركت فهذه حالة استثنائية.

جعلت التصاميم الأكثر تطوراً من المخروطي المدخل ذا زاوية بحيث يكون أحد حوافه ناتئ، حيث تتشكل الموجة الصدمية المائلة على حافة النتوء. يتواجد هذا الشكل بالمقاتلات الأمريكية بأشكال متعددة، وعادة ما يظهر النتوء على الحافة العمودية الخارجية من المدخل ثم يدخل بزاوية داخلية إلى جسم الطائرة، ومن الطائرات التي تحمل هذا الشكل: ف 105 وف 4 فانتوم.
المداخل المتعددة على محرك كونكورد، لاحظ وضوح النتوءات.

تطورت تصاميم المحركات المخروطية بعد ذلك بحيث صار النتوء يقع على قمة الحافة الأفقية بدلاً من الحافة العمودية الخارجية وبزاوية واضحة للأسفل وللخلف. بسّط هذا التصميم تشكيل المداخل وسمح بوجود نتوءات مختلفة تتحكم بتيار الهواء الداخل للمحرك. يُستخدم هذا التصميم بالطائرات التي كانت شائعة في عقد الستينات من القرن العشرين وتلك التي ما زالت شائعة اليوم، مثل: طائرة أف 14 توم كات والتورنادو والكونكورد.[28]

ضاغط الغاز
مرحلة الضاغط لمحرك GE J79.
Crystal Clear app kdict.png طالع أيضا :ضاغط الغاز

يعتمد الضاغط المحوري على شفرات ذات دوران سريع ومقطع إيرودينامي مشابه لأجنحة الطائرة. وكما أن أجنحة الطائرة تنهار فإن شفرات الضاغط يصيبها الانهيار والتوقف في بعض الحالات، إذ أن تيار الهواء المحيط بالضاغط المتوقف بإمكانه أن يعكس الاتجاه بعنف. إن كل ضاغط له تصميم لخريطة تشغيل سرعة دوران الهواء المعكوس وهي خصائص ينفرد بها كل نوع.

يكون خط عمل الضاغط ثابت ومستقر بحالة الدفع لكمية الوقود المعطاة، لكنه يزاح عند أي حالة انتقالية. لذلك توضع أجهزة عديدة مرتبطة بنظام منع التوقف المفاجئ في مناطق التصريف أو الثوابت، وهي ذات أشكال هندسية لتقليل احتمال حصول أي طفرة بالدوران. وهناك طريقة أخرى لمنع حصول ذلك، وهي تقسيم الضاغط إلى وحدتين أو أكثر، تعمل على أعمدة مختلفة متحدة المركز.

ومن التصاميم أيضًا تصميم مُعدل تحميل المرحلة، أي ابقاءها بمجال محسوس، وذلك إما عن طريق زيادة عدد المراحل الضاغطة (زيادة بالوزن مما يؤدي إلى زيادة الكلفة)، أو بزيادة سرعة الشفرات (يؤدي إلى زيادة الإجهاد عليها وبالتالي إجهاد الإسطوانة). تكون جميع ضواغط الدفق الضخم محورية، ولا تعتبر المراحل الخلفية بالوحدات الأصغر قادرة على الإجهاد القوي بسبب صغر حجمها. لذلك تُستبدل تلك المراحل بوحدة مفردة للطرد المركزي. تستخدم الضواغط الصغيرة عادةً ضاغطين للطرد المركزي مرتبطين على التوالي. بالرغم من عزلة ضواغط الطرد المركزي فإنها قادرة على العمل بمعدلات ضغط عالية (10:1)، ومما يؤخذ بعين الاعتبار أن اجهاد الدفاعة يحد من معدل الضغط الذي يعمل في دورات المحرك ذات معدلات الضغط العالية.

تؤدي الزيادة بمعدل الضغط العام إلى زيادة الحرارة الخارجة من الضاغط. وهذا يؤدي إلى زيادة الضغط على سرعة العمود، للمحافظة على سرعة رقم الماك على طرف الشفرة بالمرحلة الخلفية للضاغط. تحد اعتبارات الإجهاد من زيادة سرعة عمود الدوران مسببة الضاغط الأساسي أيروديناميكيًا أن يدفع للخلف بمعدل أقل من معدل ضغط المعطاة.

غرفة الاحتراق
Crystal Clear app kdict.png طالع أيضا :غرفة الاحتراق

يجب أن تكون هناك احتياطات كافية لجعل اللهب مستمرًا مع سرعة تيار دفق الهواء بجميع أحوال دعس الوقود وبالكفاءة الممكنة. وبما أن التوربين لا يمكنه تحمل درجات حرارة دمج العناصر الناتجة من المحرقة فإن الضاغط يرسل الهواء ليخفف حرارة النواتج من غرفة الاحتراق إلى مستوى معقول. يُسمى هواء الضاغط المتجه للحارق "دفق أساسي"، وأما الهواء الذي يُستخدم لتبريد نواتج الحارق فيُسمى "دفق ثانوي"

التوربين
Crystal Clear app kdict.png طالع أيضا :توربين
منظر جانبي لمنصة توربين محرك نفاث من نوع جنرال الكتريك GE J79.

بما أن التوربين يتمدد من ضغط عالي إلى ضغط منخفض، فإنه لايوجد ما يُضاهي انهيار أو طفرة للتوربين. يحتاج التوربين عمومًا إلى منصات أقل من الضاغط، والسبب الرئيسي هوالحرارة العالية الداخلة إليه التي ستخفض معدل الضغط وبالتالي عملية التمدد. تكون الشفرات أكثر انبعاجًا، لذلك فسرعة دفق الغاز تكون أقوى.

ينبغي للتوربين أن يكون مصممًا بحيث يمنع انصهار الشفرات والريش عند درجات الحرارة العالية وبيئة الإجهاد. لذلك يخرج من نظام الضاغط انبوب لتسريب الهواء يُدخل التوربين لتبريد الشفرات والريش الداخلية. وهناك حلول أخرى مشابهة مثل: تحسين المواد الخام والتكسية لتلك الإسطوانات، بحيث تتحمل الإجهاد الشديد الناتج من دوران الشفرات القوي، التي تأخذ شكل الاندفاع أو ردة فعل أو الإثنين معًا (الاندفاع وردة الفعل معا) في بعض الأحيان، بالإضافة لتحسين تلك المواد بهدف تقليل وزن الإسطوانات.

الخرطوش
خرطوش عادم متغير على محرك GE F404-400 تابع لطائرة أف\أي-18 هورنت.

إن الهدف الرئيسي للخرطوش هو إخراج تيار العادم إلى الضغط الجوي العادي، وتشكيله إلى نفث عالي السرعة يدفع الطائرة أو المركبة للأمام. بعض المحركات النفاثة تستخدم الخراطيش المقربة البسيطة.

العديد من محركات الطائرات العسكرية تحتوي على جهاز غرفة الاحتراق المساعد داخل نظام العادم للمحرك. فعندما يعمل النظام تتوسع مساحة رقبة الخرطوش حتى تلائم حجم تمدد الدفق الزائد له. لذلك فالتوربين لا يرتبط بعمل تلك الغرفة. هناك العديد من أشكال رقبة الخرطوش تأتي من تحريك سلسلة من البتلات المتداخلة التي تشبه الشكل الدائري للمقطع العرضي للخرطوش. بعض المحركات النفاثة كالصاروخ تستخدم خرطوش "متقارب - متباعد" للسماح بخروج أكبر قدر من الهواء المتمدد لإعطاء أكبر كمية من الدفع، فلذلك فإن الخرطوش المستخدم بالمحركات التوربينية النفاثة، تكون بتلاته متحركة هندسيًا حتى يسهل تعاملها مع التغير الكبير لمعدل الضغط الخارج من الخرطوش خلال الطيران أو دعس الوقود للمحرك، وهذا الشيء يسبب زيادة في الوزن وارتفاعًا في كلفة التركيب.

ولتفادي هذه الصعوبات يلجأ المهندسون إلى تركيب الخرطوش القاذف، الذي يجعل الخرطوش أكثر كفاءة خلال جريان الهواء الجانبي، ويتمير بوجود بتلات مرنة الحركة. يقلص دفق الهواء شكل العادم في السرعة ما دون الصوتية إلى شكل متقارب وكلما ازدادت السرعة يتوسع الخرطوشين مما يجعل العادم يظهر بشكل متقارب - متباعد إن تعدت السرعة رقم الماك 1. مميزات الخرطوش القاذف هي بساطة التصميم والثبات، وعيوبه هي أدائه المتوسط (مقارنة مع نوع آخر من النظام الخرطوش) ثم زيادة عامل المقاومة الإيردينامية خلال تيار الدفق الثانوي. ومن الطائرات التي تستخدم هذا النوع من الخرطوش: SR-71، الكونكورد، F-111، ومحرك ساب.
خرطوش نظام "زهرة السوسن" ذو خاصية توجيه الدفع.

وللرفع من جودة الخرطوش، ينبغي استخدام نوع آخر يسمى آيرس نوزل، ويعني بالعربية "خرطوش زهرة السوسن". يستخدم هذا النوع بتلات متداخلة يمكن تحريكها هيدروليكيًا، وهي أكثر تعقيدًا وأفضل جودةً وأسهل لمرور التيار من الخرطوش القاذف. لذلك فهي تجهز للطائرات ذات الكفاءة الأفضل مثل مقاتلات أف 14، إف 15، وأف 16 وأيضًا لقاذفات القنابل الإستراتيجية عالية السرعة مثل B-1 لانسر. ولأنواع الحديثة من تلك الخراطيش خاصية تغيير زاوية (توجيه) الدفع (طائرة الهارير أول طائرة استخدمت نظام توجيه الدفع).

تستخدم محركات الصواريخ أيضًا فوهات أو خراطيش التقارب - التباعد، وتكون البتلات ثابتة لتقليل الوزن. تعتبر مساحة الفوهة لدى الصواريخ أضخم بكثير من مساحة فوهات محركات الطائرة النفاثة لأن معدلات الضغط للخرطوش عالية جدًا مقارنة مع محركات الطائرات.

وبالمقابل فإن بعض محركات التوربين المروحي ذات التحويلة الجانبية العالية تستخدم خرطوش ذو فوهة صغيرة جدًا (أقل من 1.01 نسبة المساحة)، ويُستخدم خرطوش التقارب - التباعد بتيار التحويلة الجانبية أو العادم المختلط للتحكم بخط عمل المروحة.

جهاز عاكس الدفع
Crystal Clear app kdict.png طالع أيضا :عاكس الدفع

تحتوي على أقداح تدور حول نهاية فوهة الخرطوش وتعكس دفع النفاث كما بطائرات دي سي 9، أو تحتوي على صفائح خلف غطاء المحرك تنزلق للخلف مما يؤدي إلى معاكسة دفع المروحة فتنخفض سرعة الطائرة بشدة (المروحة تنتج معظم الدفع) وهذه الخاصية موجودة عند معظم الطائرات الضخمة مثل طائرة بوينغ 747.

نظام التبريد

تتطلب المحركات النفاثة غازات حارة جدًا حتى تصبح أكثر كفائة، ويؤمن لها ذلك عن طريق حرق وقود هيدروكربوني أو هيدروجيني، الأمر الذي يرفع من درجة حرارة الاحتراق لتصل إلى 3500 كالفن أو 3227 درجة مئوية، وهذا أعلى من درجة ذوبان معظم المعادن. وهذا ما يدعو إلى استخدام نظام التبريد لجعل درجة حرارة المعادن أقل من درجة ذوبانها.
[عدل] نظام التهوية

يحيط نظام التهوية بغرفة الاحتراق ويضخ على أطراف صفائح التوربين الدوارة هواء التبريد، الذي يمر من خلال فتحات التنظيم إلى شفرات التوربين فتخفف عنه الحرارة العالية ثم يخرج مع تصريف الهواء إلى تيار الغاز الخارج.

هناك بعض تيار التبريد يخرج من الضاغط ويمر على عمود الدوران وغطاء التوربين، ويوجد أنبوب هواء يمر على جدار غرفة الاحتراق للحيلولة دون وصول درجة حرارته للدرجة القصوى. تُستخدم أنابيب رئيسية وثانوية تسمح بمرور طبقة بسيطة من الهواء على جدار الحارق لمنع زيادة درجة الحرارة. تعتمد الحرارة الخارجة على الدرجة القصوى التي يتحملها التوربين، وهذا يعتمد على مادة الصنع. ومن شأن تقليل الحرارة أن يمنع الكلل الحراري ومن ثم يمنع الفشل الحراري.

يستخدم هواء الضاغط أيضا لتدفئة المراوح الخارجية ويُستخدم في نظام منع تكوّن الجليد على الهيكل وتدفئة مقصورة الركاب.

نظام الوقود

يُستخدم نظام الوقود، إلى جانب استخدامه في ضخ الوقود للمحرك، للتحكم بسرعة دسر المراوح الخارجية وبدفق الهواء للضاغط وتبريد زيت التشحيم. يدخل الوقود على شكل رذاذ طيار داخل غرفة الاحتراق، ويتم التحكم بالكمية بشكل تلقائي اعتمادًا على معدل دفق الهواء.

وتسلسل الأحداث لزيادة الدفع يتمثل فيما يلي: داعس الوقود يرتفع فيزداد رذاذ الوقود إلى غرفة الاحتراق فتزداد كمية الاحتراق وهذا يعني أن غازات العادم ستكون أكثر سخونة ويصبح خروجها أسرع مما يعطي مزيدًا من القوة وهذا يؤدي لزيادة دفع المحرك مباشرة. وأيضًا زيادة الطاقة المستخرجة بواسطة التوربين والتي تزيد من سرعة الضاغط، مما يؤدي لزيادة تيار الهواء الداخل للمحرك أيضاً.

يُلاحظ أن معدل كتلة دفق الهواء يتغير بتغير عزم الحركة (كتلة X السرعة) التي تُنتج القوة، وبما أن الكثافة تتغير مع الارتفاع لذا فإن كتلة الهواء الداخل أيضًا تتغير مع تغير الارتفاع والحرارة مما يعني أن مقياس داعس الوقود سيختلف تبعا لتلك التغييرات. لذلك يُلاحظ أن التحكم بدفق الوقود مستحب أن يكون ذاتي التشغيل. عادةً ما يكون هناك نظامين، أحدهما للتحكم بضغط الوقود والآخر بكمية الدفق. فالبيانات المطلوبة التي تؤثر على قدرة مضخة الوقود ذات الضغط العالي هي الضغط والحرارة من المدخل ومن نقاط معينة داخل المحرك، إضافة إلى بيانات الداعس وسرعة المحرك وغيرها.
[عدل] وحدة التحكم بالوقود ومضخته

تلك الوحدة أشبه بحاسوب ميكانيكي، يقرر الخارج من الطرمبة بواسطة منظومة من الصمامات التي تتحكم بضغط الوقود فتسبب التغير بالكمية. فمثلاً عند زيادة الارتفاع يقل ضغط الهواء الداخل فيتمدد الهواء داخل غرفة الاحتراق بسرعة أكثر مما يسبب خروج وقود زائد عن الحاجة عن طريق صمام الوقود الفائض، فتقلل الطرمبة الرئيسية من ضخ الوقود حتى يتعادل الضغط داخل الغرفة مع ضغط هواء الخارجي فيتوقف خروج الوقود الزائد. يمنع زيادة سرعة المحرك بواسطة منظم السرعة ذي القدرة على تخطي وحدة تحكم الوقود عن طريق حاجز يستشعر سرعة المحرك من حيث الضغط المركزي المتسبب من دوران المضخة. فعند الوصول للمعدل الحرج، يُفتح صمام الوقود الفائض بواسطة الحاجز ويخرج الوقود الزائد مما يخفف سرعة المحرك. يتأثر ضخ الوقود بالمعطيات الخارجية مثل الارتفاع وتغير الضغط الخارجي والتغير بسرعة الطائرة. أما مضخة الوقود فهدفها جعل ضغط الوقود أعلى من الضغط الموجود بغرفة الاحتراق حتى يمكن ضخه بسهولة.

نظام تشغيل المحرك

يعتمد نظام التشغيل على نظام الوقود وعملية اشتعال خليط الهواء مع الوقود داخل غرفة الاحتراق. عادةً ما يكون هناك محرك خاص يُطلق عليه تسمية وحدة الطاقة الاحتياطية (APU)، يُستخدم لتشغيل المحرك من خلال تدوير الضاغط إلى سرعة تمكنه من تشغيل التوربين، وهناك عدة أنواع من نظم التشغيل: كهربائي وهيدروليكي وهوائي.

تستعمل معظم الطائرات المدنية مثل البوينج 737 والإيرباص والطائرات العسكرية الكبيرة هذا النظام، وهو يقع بمؤخرة الطائرة في معظم الطائرات الحديثة أو بأماكن أخرى عند الطائرات الأقدم قليلا، وهو عبارة عن توربين غازي صغير يعمل لإمداد الطائرة بالكهرباء في حالة اطفاء المحركات وتستخدم أيضا لتشغيل المحركات عبر إمدادها بالهواء لتدوير الضاغط ومن ثم تشغيل غرفة الاحتراق لكي يعمل التوربين الذي يشغل المحرك، عند ذلك يمكن اطفاء المحرك الاحتياطي لعدم الحاجة له.

بعض الطائرات كالأف\أي-18 هورنت تستخدم مضخات هيدروليكية لتشغيل المحركات من خلال التروس أو الجيرات، وتلك المضخات يتم التحكم بها كهربائيًا، فالمحرك الإضافي يُستخدم إلى جانب مهمته الرئيسية وهي تشغيل المحرك، لإمداد الطائرة بالكهرباء والضغط اللازم والتبريد بحال انطفاء المحرك الأساسي.

الإشعال

تقع شمعتي اشعال بمكانين مختلفين داخل غرفة الاحتراق، وتظل مستمرة بإصدار شرارة داخل الغرفة حتى تمنع إطفاء الشعلة. وهناك حدود للارتفاع وسرعة الهواء لا ينبغي على المحرك أن يتخطاها حتى يبقى قادرًا على الحصول على نسبة الاشعال المطلوبة. تستخدم محركات جنرال الكتريك 404-400 على سبيل المثال، شاعلاً واحدًا بغرفة الاحتراق وواحدًا بغرفة الاحتراق المساعدة. أما طائرات الإيرباص فتستخدم استشعارًا فوق بنفسجي لتشغيل الشعلة. تعطي الأشكال الحديثة من نظام الإشعال طاقة من شديدة القوة يمكنها أن تكون قاتلة، لذلك يجب أخذ الاحتياطات الملائمة عند التعامل مع التوصيلات الكهربائية عندما يعمل النظام.

نظام التشحيم

يستخدم نظام التشحيم للمحافظة على وجود الشحم في أماكن التحميل والارتكاز لمنع الاحتكاك والتأكد من عدم ارتفاع درجة حرارة تلك الأماكن، ويمنع التشحيم أيضًا دخول الأجسام الغريبة إلى أي من القطع المتحركة داخل المحرك ككراسي التحميل والتروس والمسننات.

يتكون هذا النظام من: خزان الزيت ذي جهاز تفريغ من الهواء، مضخة زيت رئيسية، مرشح رئيسي مع صمام مرشح جانبي، صمام تعديل الضغط، ومبرد زيت. تبدأ طريق مرور الزيت من الخزان فالمضخة الرئيسية ثم المعدل فالمرشح الرئيسي ثم مبرد الزيت حتى يصل للمحرك حيث نقاط التحميل والارتكاز.

عندما ترتفع سرعة المحرك، يزداد الضغط على مناطق التحميل والارتكاز مما يقلل فرق الضغط ما بين تغذية التشحيم والغرفة، الأمر الذي يخفض من معدل الزيت المطلوب، ولذلك فوجود صمام تعديل الضغط لكي يعدل فارق الضغط ضروري حتى يستمر تيار ضغط التشحيم ثابتاً.

اشتهر علم الفيزياء بصعوبته بالمقارنة بالعلوم الأخرى ولكن كنوع من التحدي الذي نواجهه في حياتنا فإن النجاح في دراسة الفيزياء له متعة خاصة. فمن حصل على شهادة علمية في احد تخصصات الفيزياء فإنه يكون مرشح للنجاح في العديد من المجالات التي قد يوضع بها فعلم الفيزياء يكسب دارسه العديد من المهارات ومنها على سبيل المثال ليس للحصر:
bullet

التمثيل الرياضي لأية مشكلة لإيجاد الحل المنطقي لها.
bullet

اكتساب المهارات الكافية لتصميم التجارب وأجراءها،
bullet

العمق في إيجاد تفسير لنتائج التجارب.
bullet

اكتساب الخبرات في مجال البحث العلمي.


من يدرس الفيزياء

هل ترغب في معرفة كيف تعمل الأشياء من حولنا مثل الكمبيوتر والليزر والصواريخ الفضائية؟ وهل ترغب في إيجاد تفسير لما يدور في هذا الكون من ظواهر عديدة مثل الجاذبية والضوء والنجوم والعواصف والأعاصير والزلازل. هل ترغب في الشعور بمتعة الاكتشاف والمشاركة بالمعرفة العالمية وإجراء التجارب العلمية واكتشاف نظريتها. إذا كنت مغرم بهذا فإن الفيزياء هي لك...


ما هو علم الفيزياء

علم الفيزياء هو القاعدة الأساسية لمختلف العلوم فهو يقدم التفاصيل العميقة لفهم كل شيء بدءاً بالجسيمات الأولية إلى النواة والذرة والجزيئات والخلايا الحية والمواد الصلبة والسائلة والغازات والبلازما (الحالة الرابعة للمادة) والدماغ البشري والأنظمة المعقدة والكمبيوترات السريعة والغلاف الجوي والكواكب والنجوم والمجرات والكون نفسه. أي أن الفيزيائيين يختصون بمعرفة اصغر عنصر لهذا الكون وهو الجسيمات الأولية إلى الكون الفسيح مرورا بالتفاصيل التي ذكرناها.


ماذا تقدم الفيزياء لدارسيها

معظم العلماء المشهورين مثل اينشتين ونيوتن وماكسويل .... كانوا فيزيائيين. يمكننا ان نقول ان الفيزيائيين هم أكثر العلماء المدربين في عدة مجالات مثل الرياضيات والكمبيوتر بل انهم أحيانا يتفوقون على اقارنهم المتخصصين لانهم يتعاملون مع هذه العلوم على اساس تطبيقي كما ان الفيزيائي يمكن ان يكسر الحواجز بين العلوم التطيبقية الاخرى كالكيمياء والبيولوجي والجيولوجيا والهندسة والطب ولا يجد الفيزيائي صعوبة في فهم اي نوع من العلوم المختلفة ولأهمية هذا العلم ظهرت تخصصات تجمع الفيزياء مع العلوم الاخرى مثل الجيوفيزياء والبيوفيزياء. عندما تظهر تطبيقات علمية جديدة او اجهزة متقدمة فإن علم الفيزياء يكون مطلوباً...


هل انت مرشح لدراسة الفيزياء

اذا كنت من المولعين بفهم وتعلم كيف تعمل الاشياء وتحب الرياضيات والكمبيوتر واجراء التجارب فإن عليك ان تصبح فيزيائياً. فإن دراسة هذا العلم سوف يشبع رغباتك وستجد في كل موضوعاته ما يزيدك زهوا وفخرا كلما اكتشفت جديد فدراسة الفيزياء مغامرة جدير بالاهتمام. ولا يجب عليك قبل التفكير في دراسة هذا التخصص بفرص العمل المتوفرة لك بعد اتمام الدراسة المهم ان تدرس ما يشبع رغباتك وان تستمتع بما تدرس ودع المستقبل للخالق.




ماذا يمكن ان يعمل متخصص الفيزياء

في اي مكان تتواجد فيه التكنولوجيا يجد الفيزيائي عمل له ويكون مفضل عن غيره لما يمتلكه من معلومات عن المبادئ الاساسية والخبرات الذاتية التي تؤهله للتعامل مع التكنولوجيا وتطورها بشكل اسرع. وفي الدول الصناعية المتقدمة لا يمكن ان يوجد فيزيائي عاطل عن العمل. فيمكن للفيزيائي ان يعمل في المجال الطبي حيث ان كل اجهزة التشخيص في المستشفيات يعتمد تشغيلها على الفيزياء مثل استخدام اشعة اكس والنظائر المشعة والرنين المغناطيسي والامواج فوق الصوتية واشعة الليزر والمنظار وغيرها من الاجهزة المستخدمة والتي هي تطبيقات لاكتشافات وابحاث الفيزيائيين ولا يمكن ان يكون هناك علاج بدون تشخيص فكلما تطورت وسائل التشخيص امكن التغلب على امراض كانت قاتلة. كذلك في مجال الاتصالات والاقمار الصناعية الذي يعتمد على تطور احد فروع الفيزياء وهو الالكترونيات. كما وان علم الفيزياء ضرورياً لمراكز الارصاد الجوية ومراكز التنبؤ بالزلازل ومراكز البحوث كما ان للفيزيائي دورا اساسياً في مجال التعليم لاعداد اجيال جديدة لاكمال مشوار التقدم العلمي. وكذلك في التطبيقات الصناعية ومراكز تطوير مواد جديدة ولا شك ان علم الفيزياء وراء تطور اجهزة الكمبيوتر بكافة مكوناته من المعالج إلى الذاكرة إلى الشاشة إلى اقراص الليزر وكلما تقدمت الابحاث الفيزيائية كما انعكس ذلك على تطور اجهزة الكمبيوتر وكفاءتها....





أفرع الفيزياء

الفيزياء الكلاسيكية

bullet

الميكانيكا
bullet

الديناميكا الحرارية
bullet

الكهرباء والمغناطيسية
bullet

الضوء

الفيزياء الحديثة

bullet

النظرية النسبية
bullet

ميكانيكا الكم
bullet

الفيزياء الذرية
bullet

الفيزياء الجزيئية
bullet

الفيزياء النووية
bullet

فيزياء الحالة الصلبة

علوم فيزياء تطورت بتطور مفاهيم الفيزياء الحديثة:

bullet

الليزر
bullet

الطاقة الشمسية
bullet

البلازما
bullet

الاغشية الرقيقة
bullet

الالياف الضوئية
bullet

الفيزياء الاشعاعية
bullet

الجسيمات الاولية
bullet

الفلك


بحث عن الفيزياء متكامل 100 %

اليوم يبت لكم بحث عن الفيزياء وانشاء الله يعجبكم

مقدمة
بسم الله الرحمن الرحيم
والحمد لله رب العالمين .. وبعد.
يسرني ان اقدم هذا البحث وان اضعه بين يدي الأستاذ العزيز في مدرستنا ..
ولقد راعيت في اعداده ان يكون واضحا سلسا فهو يتضمن على مجمل من المعلومات الاضافية في منهج الفزياء للصف العاشر لذلك قد جاءت لغة البحث بسيطة تم تبسيط المعلومات فيها على ما يتناسب مع مستوى الطلبة في هذه المرحلة ..
وقد اعتمدت في اعداد هذا البحث على مرجعين أساسين وهما:
شبكة المعلومات الدولية وبعض الكتب المتوفرة في المكتبة سيأتي ذكراها في المراجع جميعا..
واخيرا فإنني اضع هذا الجهد المتواضع بين ايدي الطلاب والمدرسين الاكارم متمنين لهم الاستفادة الشيقة من هذا البحث واضافة معومات جديدة من خارج نطاق المنهج الدراسي..

الفهرس
• مقدمة....................................2
• الفهرس...................................3
• تعريف علم الفيزياء وفروعه المختلفة..................4
• القياسات الفيزيائية.............................6
• الكثافة..................................7
• المرونة والعلاقة بين التشوه..........................8
• اللزوجة...................................9
• ظاهرة التوتر السطحي...........................9
• المائع وضغطه................................10
• قياس الضغط................................11
• قاعدة أرخميدس..............................12
• الشغل والطاقة................................13
• بعض العلماء الذين برعوا في علم الفيزياء................15
• أوائل في الفيزياء..............................19
• طرائف علمية...............................20
• تعاريف فيزيائية..............................21
• كيف ولماذا؟..............................24
• المراجع...................................26

تعريف علم الفيزياء و فروعه المختلفة
اشتهر علم الفيزياء بصعوبته بالمقارنة بالعلوم الاخرى ولكن كنوع من التحدي الذي نواجهه في حياتنا فإن النجاح في دراسة الفيزياء له متعة خاصة. فمن حصل على شهادة علمية في احد تخصصات الفيزياء فإنه يكون مرشح للنجاح في العديد من المجالات التي قد يوضع بها فعلم الفيزياء يكسب دارسه العديد من المهارات ومنها على سبيل المثال ليس للحصر:
• التمثيل الرياضي لاية مشكل لايجاد الحل المنطقي لها.
• اكتساب المهارات الكافية لتصميم التجارب واجراءها،
• العمق في ايجاد تفسير لنتائج التجارب.
• اكتساب الخبرات في مجال البحث العلمي.
من يدرس الفيزياء ?
هل ترغب في معرفة كيف تعمل الاشياء من حولنا مثل الكمبيوتر والليزر والصواريخ الفضائية؟ وهل ترغب في ايجاد تفسير لما يدور في هذا الكون من ظواهر عديدة مثل الجاذبية والضوء والنجوم والعواصف والاعاصير والزلازل. هل ترغب في الشعور بمتعة الاكتشاف والمشاركة بالمعرفة العالمية واجراء التجارب العلمية واكتشاف نظريتها. اذا كنت مغرم بهذا فإن الفيزياء هي لك...

ما هو علم الفيزياء ?
علم الفيزياء هو القاعدة الاساسية لمختلف العلوم فهو يقدم التفاصيل العميقة لفهم كل شيء بدءاً بالجسيمات الاولية إلى النواة والذرة والجزيئات والخلايا الحية والمواد الصلبة والسائلة والغازات والبلازما (الحالة الرابعة للمادة) والدماغ البشري والانظمة المعقدة والكمبيوترات السريعة والغلاف الجوي والكواكب والنجوم والمجرات والكون نفسه. أي ان الفيزيائيين يختصون بمعرفة اصغر عنصر لهذا الكون وهو الجسيمات الاولية إلى الكون الفسيح مرورا بالتفاصيل التي ذكرناها.

ماذا تقدم الفيزياء لدارسيها ?
معظم العلماء المشهورين مثل اينشتين ونيوتن وماكسويل .... كانوا فيزيائيين. يمكننا ان نقول ان الفيزيائيين هم اكثر العلماء المدربين في عدة مجالات مثل الرياضيات والكمبيوتر بل انهم احيانا يتفوقون على اقارنهم المتخصصين لانهم يتعاملون مع هذه العلوم على اساس تطبيقي كما ان الفيزيائي يمكن ان يكسر الحواجز بين العلوم التطيبقية الاخرى كالكيمياء والبيولوجي والجيولوجيا والهندسة والطب ولا يجد الفيزيائي صعوبة في فهم اي نوع من العلوم المختلفة ولأهمية هذا العلم ظهرت تخصصات تجمع الفيزياء مع العلوم الاخرى مثل الجيوفيزياء والبيوفيزياء. عندما تظهر تطبيقات علمية جديدة او اجهزة متقدمة فإن علم الفيزياء يكون مطلوباً...

هل انت مرشح لدراسة الفيزياء ?
اذا كنت من المولعين بفهم وتعلم كيف تعمل الاشياء وتحب الرياضيات والكمبيوتر واجراء التجارب فإن عليك ان تصبح فيزيائياً. فإن دراسة هذا العلم سوف يشبع رغباتك وستجد في كل موضوعاته ما يزيدك زهوا وفخرا كلما اكتشفت جديد فدراسة الفيزياء مغامرة جدير بالاهتمام. ولا يجب عليك قبل التفكير في دراسة هذا التخصص بفرص العمل المتوفرة لك بعد اتمام الدراسة المهم ان تدرس ما يشبع رغباتك وان تستمتع بما تدرس ودع المستقبل للخالق.

ماذا يمكن ان يعمل متخصص الفيزياء ?
في اي مكان تتواجد فيه التكنولوجيا يجد الفيزيائي عمل له ويكون مفضل عن غيره لما يمتلكه من معلومات عن المبادئ الاساسية والخبرات الذاتية التي تؤهله للتعامل مع التكنولوجيا وتطورها بشكل اسرع. وفي الدول الصناعية المتقدمة لا يمكن ان يوجد فيزيائي عاطل عن العمل. فيمكن للفيزيائي ان يعمل في المجال الطبي حيث ان كل اجهزة التشخيص في المستشفيات يعتمد تشغيلها على الفيزياء مثل استخدام اشعة اكس والنظائر المشعة والرنين المغناطيسي والامواج فوق الصوتية واشعة الليزر والمنظار وغيرها من الاجهزة المستخدمة والتي هي تطبيقات لاكتشافات وابحاث الفيزيائيين ولا يمكن ان يكون هناك علاج بدون تشخيص فكلما تطورت وسائل التشخيص امكن التغلب على امراض كانت قاتلة. كذلك في مجال الاتصالات والاقمار الصناعية الذي يعتمد على تطور احد فروع الفيزياء وهو الالكترونيات. كما وان علم الفيزياء ضرورياً لمراكز الارصاد الجوية ومراكز التنبؤ بالزلازل ومراكز البحوث كما ان للفيزيائي دورا اساسياً في مجال التعليم لاعداد اجيال جديدة لاكمال مشوار التقدم العلمي. وكذلك في التطبيقات الصناعية ومراكز تطوير مواد جديدة ولا شك ان علم الفيزياء وراء تطور اجهزة الكمبيوتر بكافة مكوناته من المعالج إلى الذاكرة إلى الشاشة إلى اقراص الليزر وكلما تقدمت الابحاث الفيزيائية كما انعكس ذلك على تطور اجهزة الكمبيوتر وكفاءتها....
فروع الفيزياء
الفيزياء الكلاسيكية
الميكانيكا ,الديناميكا الحرارية ,الكهرباء والمغناطيسية ,الضوء.....
الفيزياء الحديثة
النظرية النسبية, الفيزياء الجزيئية, الفيزياء الذرية, ميكانيكا الكم, الفيزياء النووية, فيزياء الحالة الصلبة....
علوم فيزياء تطورت بتطور مفاهيم الفيزياء الحديثة :
الليزر ,الطاقة الشمسية, الألياف الضوئية ,الأغشية الرقيقة ,الفيزياء الإشعاعية, البلازما ,الجسيمات الأولية, الفلك...

القياسات الفيزيائية
ان أي نظرية عامة للفيزياء تتألف من مجموعة من المفاهيم وافتراضات عن التمثيل الرياضي لهذه المفاهيم وعلاقات رياضية من بين هذه المفاهيم ومن ثم قواعد لربط البنية الرياضية للقياسات الفعلية وبعد ذلك تأتي الأدلة المتراكمة الي تؤيد الافتراضيات والقواعد.
والمفاهيم الفبزيائية يمكن ان تكون كميات قياسية Scalaar Quantities أو كميات متجهة Vector Quantities وحينما نقول ان مفهوما ما هو كمية متجة او قياسية فإن ذلك يعني ان المفهوم يمكن تناوله في معادلات او معالجته رياضيا بحيث يتحدد بقيمة عددية او رياضية ومن الكميات القياسية المألوفة الكتلة Mass والطاقة Energy ودرجة الحرارة Temperature بينما تشمل الكميات المتجهة :القوة Force السرعة Velocity والتسارعAcceleration اذ يعبر عن الكمية بمقدار واتجاه بالنسبة لنقطة مرجعية ..
وهناك نوعان من الكميات الفيزيائية : الكميات الفيزيائية الاساسية وهي الكميات التي تكون معروفة بذاتها وهي لا تعرف بدلالة الكميات الفيزيائية الاخرى لذلك تسمى في بعض الاحيان بالكميات الفيزيائية غير المعرفة مثل الكتلة , المسافة, الزمن, الشحنة.
وثانيهما الكميات الفيزيائية المشتقة وهي الكميات التي يتم اشتقاقها من الكميات الاساسية وتعرف بدلالتها ولذلك تسمى احيان بالكميات المعرفة.
نظام الوحدات System of Units
ان قياس الكمية الفيزيائية يعني تحديد مقدارها بأداة القياس والمقدار يعني رقما ووحدة قياس معيارية. لذلك اتفق العلماء على استخدام وحدات معيارية للكميات الاساسية في الفيزياء(مسافة,كتلة,زمن) وبالتالي اعتمدت ثلاث فئات من الوحدات المعيارية هي:
1. النظام الدولي(SI )The International System : ويرمز له (م,كغم,ث kg,s,m, ) ويعتبر المترmللبعد,الكيلو غرامkg للكتلة,والثانيةsللزمن, والكلفن وهي وحدة لقياس درجة الحرارة.
2. النظام الغاوسي(Cgs) Gaussian:والذي يبنى على اساس السنتمترc والغرامg والثانيةs والكلفن.
3. النظام البريطانيThe British System : ويبنى على اساس القدمFoot والباوندPound والثانيةSecond ودرجة الفهرنهيت.
ولقد تم تبني النظام الدولي من قبل المؤتمر العام الحادي عشر حول الاوزان والمقاييس وميزة هذا النظام انه يشمل وحدات الكهرباء العملية الفولت الامبير الاوم والواط اما وحدتا القوة والطاقة في النظام الدولي(SI) فهما النيوتن (ن,N) والجول(ج,J).
1 ن = اكغم م/ث2 1N=kgm/sec2
1 ج = 1كغم م2/ث2 1J=kgm2/sec2

الوحدات القياسية للقياس:
وحدات الطول Length:
اسنوات عديدة كان المعيار العلمي للطول, قضيب معدني محفوظ في قبو درجة حرارته قيد الضبط بالقرب من باريس وطوله بالتعريف متر واحد,اما الآن فالشيء المعياري هو وحدة طبيعية تعتمد على الانبعاثات الذري وهو موجة ضوئية خاصة لضوء احمر- برتقالي ينبعث من ذرات نظير الكربتون86, فالمتر الواحد هو بالتعريف
1.650.763.73أطول موجة من هذا الضوء.
وحدة الزمن Time:
ان وحدة الزمن في النظام البريطاني والمتري هي الثانية وقد عرفت في الاصل ثانية واحدة من الزمن بأنها 1/86400 من اليوم ولتحسين الدقة في قياسات الزمن فقد تم منذ عام 1967م تعيين وحدة طبيعية للزمن كما هو الطول وقد عرفت المعيارية بأنها الزمن اللازم لاتمام 9192631770ذبذبة كاملة لذرة السيزيوم .
وحدة الكتلة Mass:
ان المعيار الدولي للكتلة عبارة عن اسطوانة من البلاتين والايريديوم طولها 9.9سم وقطرها 3.9سم مخزونة في مستودع في سيفر بفرنسا وتعرف ب
ان لها كتلة 1كيلوغرام وقبل المعايرة الحالية كان الكيلوغرام يعرف بأنه كتلة 1لتر من الماء في درجة 4س° وهي درجة الحرارة التي تتخذ فيها كثافة الماء حدها الاعلى.

الكثــافـة..
نعني بالكثافة :
وحدة كتل الحجوم ، أو كل ما تحتوية المادة من جزيئات ويقاس بوحدة الوزن " رطل/فوتمكعب " PSI ..
لو وضعنا ثلاثة مكعبات من الزجاج مقاس كل منهما فوت مكعب ووضعنا في الول كمية من الهواء سوف نجد وزنة يساوي 0.08 رطل ، ولو وضعنا في المكعب الثاني كمية من الماء العذب لوجدنا وزنة يعادل 62.4 رطل ، ولو وضعنا في المكعب الثالث ماء البحر المالح لوجدنا وزنة 64 رطل .
نستنتج من ذلك أن كلما زادة الكثافة زاد وزن وباتالي زاد الضغط المادة ، ونستنتج أن كثافة البحر أكثر 800 مرة عنه في الهواء .
جاء في الموسوعة العالمية: إن الكتلة العظيمة للجو غير موزعة بشكل متساوٍ بالاتجاه العامودي، بحيث تتجمع خمسون بالمئة من كتلة الجو (50 %) مـا بين سطح الأرض وارتفـاع عشريـن ألف قدم (20.000 ft) فوق مستوى البحر، وتسعون بالمئة (90 %) ما بين سطح الأرض وارتفاع خمسين ألف قدم (50,000 ft) عن سطح الأرض.

وعليه: فإن الكثافة ( Density ) تتناقص بسرعة شديدة كلما ارتفعنا بشكل عامودي، حتى إذا بلغنا ارتفاعات جد عالية، وصلت كثافة الهواء إلى حد قليل جداً.

المرونـــــة و العلاقة بين التشوه
يمكن تقسيم المواد من حيث مقدار احتفاظها بالتشوه الحاصل في إلى ثلاث أقسام :
1- مواد تامة المرونة : و هي جميع المواد التي لا تحتفظ بشيء من التشوه بعد زوال القوة المؤثرة عليها . (الزنبرك ، سلك الحديد ، الفولاذ )
2- مواد عديمة المرونة : و هي جميع المواد التي تحتفظ بكامل التشوه بعد زوال القوة المؤثرة عليها . (العجين ، الصلصال ، الطين )
3- مواد مرنة : و هي جميع المواد التي تحتفظ بجزء من التشوه الحاصل لها بعد زوال القوة المؤثرة عليها .(النحاس،المطاط،الرصاص)
تعريف المرونة :ميل المادة للعودة إلى حالتها الأصلية بعد زوال القوى عنها .
العلاقة بين التشوه الحاصل و القوة المؤثرة :
أن الزيادة الحاصلة في الطول تتناسب طردياً مع القوة المؤثرة ما دامت هذه القوة دون حد المرونة .
تعريف حد المرونة : ( أ ) هو الحد الأعلى للقوة التي يمكن التأثير بها على المادة دون أن تفقد مرونتها .
تعريف حد الاستسلام : (ب) و هو الحد الذي بعده تستمر المادة في الاستطالة مع زيادة بسيطة في قوة الشد .
تعريف حد الكسر : (جـ) و هو الحد الذي تنكسر عنده المادة . و تسمى القوة هنا بقوة الكسر.
و تعرف العلاقة بين القوة و الاستطالة بقانون هوك :
[تحت حد المرونة لمادة تحت الشد،فإن الاستطالة الحادثة تتناسب طردا مع قوة الشد المسببة لها.]
و يعبر عنه رياضياً بالعلاقة : ق = أ Dل ................ (1)
(ق) القوة المؤثرة و حيث Dل مقدار الاستطالة (أ) ثابت التناسب و هو ثابت الصلابة = ثابت القوة (نيوتن/م)
قياس المرونـــــــــة
إذا تأثر جسم ما بقوة شد فإن هذا الجسم سوف يتشوه . فإذا أخذنا سلك معدني و علقنا فيه ثقل فإن هذا السلك سوف يتشوه (يزداد طوله) إذن من تعريف المرونة يمكن اعتماد صفة التمدد كأساس لقياس مرونة الشد لأي مادة .

اللـــزوجــة..
أن من خصائص المائع المثالي أنه عديم اللزوجة،وقد تصدق هذه الفرضية على بعض السوائل مثل الماء ،إلا أننا لانستطيع اهمال اللزوجة للزيت مثلاً والتي تبدو واضحة جداً عند نقل الزيت من وعاء لآخر .
واللزوجة تعّبر عن قوى الاحتكاك بين جزيئات المائع ، ولتكوين علاقة كمية توضّح مفهوم اللزوجة ، نأخذ مثالاً حركة المائع بين صفحتين متوازيتين مستويين المائع بين الصفحتين قبل الحركة ، وهو مقسّم إلى طبقات ، فاذا ثبتنا الصفحة السفلى وأثرنا بقوة أفقية في الصفيحة العليا فإنها ستتحرك بسرعة وستكون سرعة المائع الملامس لكلتا الصفيحتين هي نفس السرعة بسبب لزوجته ، وعليه فستبقى الطبقة السفلى ساكنة في حين تكون سرعة الطبقة العليا وتتدرج سرعة الطبقات بينهما .

ظاهرة التوتر السطحي
من منا لم يسأل نفسه لماذا قطرة الماء تبقى معلقة في صنبور الماء لبعض الوقت ? و لماذا تميل السوائل لجعل سطوحها شبه كروية ? , أيضاً لم تكون بعض الحشرات قادرة أن تمشي على سطح الماء? , و كيف بإمكاننا جعل إبرة فولاذية جافة قادرة أن تطفو على سطح الماء إذا وضعت بعناية ?.
إن سبب هذه الظواهر هو الظاهرة السطحية للسوائل التي تعرف باسم التوتر السطحي
تربط بين جزيئات المادة المتجانسة قوى تسمى قوى الجذب الجزيئية ( قوى التماسك ) تعمل على تماسك جزيئات هذه المادة بعضها ببعض , إن قيمة هذه القوى في السوائل تكون أقل مما عليه في الأجسام الصلبة و هذا ما يفسر تغير شكل السائل بتغير الإناء الموجود فيه , بالإضافة على تلك القوى يوجد قوى تؤثر بين جزيئات السائل و جزيئات الأوساط الأخرى التي تلامسها سواء أكانت حالة تلك الأوساط صلبة أو سائلة أو غازية تدعى هذه القوى ب ( قوى التلاصق ) .
الآن و اعتمادا على ما سبق سوف نوضح الفرق بين محصلة قوى الجذب الجزيئية لجزيئات السائل في أوضاعها المختلفة سواء عند السطح أو داخل السائل .
بالنسبة للجزيئات الواقعة في داخل السائل أي على بعد عدة أقطار جزيئية إلى الأسفل من سطحه , فإن كل جزيء مثل ( A ) سوف يتأثر بقوى تماسك مع جزيئات السائل الأخرى من جميع الجهات و بنفس القدر تقريباً مما يعني أن جزيء مثل ( A ) سيكون متأثر بمجموعة متزنة من القوى محصلتها معدومة . أما بالنسبة لجزيئات السائل عند السطح فإن كل جزيء مثل ( B ) سوف يكون متأثر بقوى تماسك مع جزيئات السائل من الجهة السفلى و متأثر بقوى التلاصق مع جزيئات الهواء من الجهة العليا و حيث أن كثافة السوائل أكبر بكثير من كثافة الغازات لذلك فإن محصلة هذه القوى تكون في اتجاه قوى التماسك .
أي أن كل جزيء عند السطح يكون متأثراً بقوى جذب إلى الداخل ( مما يقلل من فرصة شغله موقع سطحي ) تؤدي إلى تقلص سطح السائل ليشغل أصغر مساحة ممكنة له. و هذا يفسر الشكل الشبه الكروي لفطرات السائل و يكون عندئذ سطحها أصغرياً بالنسبة لحجم معين .
و بالتالي عدد الجزيئات الموجودة على السطح أقل من جزيئات السائل , و لذلك فإن البعد المتوسط بين الجزيئات على السطح أكبر قليلاً من البعد المتوسط داخل السائل و هذا يؤدي وسطياً إلى وجود قوى تجاذبية بين جزيئات السطح و هذا يفسر وجود التوتر السطحي.
من ناحية أخرى : يلاحظ أن للجزيئات الموجودة على سطح السائل طاقة كامنة أكبر من الطاقة الكامنة للجزيئات الموجودة وسط السائل وهذا يعود إلى أنه عندما نريد جلب جزيء من السائل إلى السطح يجب كسر عدد من روابطه أي يجب بذل عمل للقيام بذلك وهذا العمل يتحول إلى طاقة كامنة داخل الجزيء. و لكن هذا يخالف الميل الطبيعي للأجسام لتقليل طاقتها , و يتحقق ذلك في السوائل من خلال ميلها الطبيعي لتقليل مساحة سطحها إلى أقل قدر ممكن حيث يبرهن رياضياً أن ذلك يتحقق عندما يكون شكل السطح كروياً .
الآن لنعرف التوتر السطحي ( γ ) لسائل : القوة المؤثرة في وحدة الطول في سطح بزاوية قائمة على أحد جانبي خط مرسوم في السطح . في الشكل المرسوم جانباً (2) يمثل [ AB ] خطاً مرسوماً طوله ( 1 m ) على سطح سائل يقاس التوتر السطحي (γ ) بوحدة ( N/m ).

المائع وضغطه
يشغل علم الموائع السكونية حيزاً مهماً في علم الفيزياء وذلك لما يحويه من تطبيقات واسعة في حياتنا مثل صناعة السفن, وبناء السدود, الغواصات, والمضخات المختلفة وأجهزة قياس الضغط.
تعريف المائع :
يتكون المائع من مجموعة من الجزئيات المرتبة عشوائياً وتكون القوى بين الجزيئات ضعيفة, كما أن المائع يتأثر بسهولة بالقوى الخارجية المؤثرة علية من جوانب الإناء الذي يحويه أو من خارج الاناء لذلك لا يكون له شكل محدد.
والأمثلة على الموائع عديدة في حياتنا اليومية, فنحن نتنفس الموائع (الهواء) ونشرب الموائع ( الماء والسوائل الأخرى ) ويجري المائع (الدم) في عروقنا.
الضغط :
إذا وضع جسم في مائع فإن المائع يؤثر بقوة عمودية على سطح الجسم من جميع الجهات, كما يؤثر بقوى عمودية على جدران الإناء أيضاً وإذا كانت القوة المؤثرة عمودياً على سطح الجسم مساحة سطح الجسم فإن الضغط (ض) يعرف على أنه:
" القوة المؤثرة عمودياً على وحدة المساحات "
وحدة قياس الضغط:
وحدة قياس الضغط هي ( نيوتن/ م2) وسميت هذه الوحدة ( باسكال ) نسبة للعالم الفرنسي الشهير. والباسكال وحدة صغيرة جداً لذلك يلزم تعريف مضاعفات للباسكال.
1 بار = 100.000 باسكال = 510 باسكال .
1 ملي بار = 100 باسكال.
قيــاس الضـغـط
أولاً : قياس الضغط الجوي :
يعرّف الضغط الجوي على أنه "وزن عمود الهواء الممتد من سطح الأرض وحتى آخر طبقات الغلاف الجوي والمؤثر على وحدة المساحات" .
ويمكن قياس الضغط الجوي باستخدام :
أ- الباروميتر الزئبقي
هي أداة تستخدم لقياس الضغط الجوي . والباروميتر هو أنبوب زجاجي طويل مفتوح من أحد الطرفين يملأ بالزئبق ثم ينكّس في حوض فيه زئبق.
وإذا وُضع الباروميتر عند مستوى سطح البحر فإن مستوى الزئبق في الأنبوب سينخفض حتى يصل إرتفاعه ( من مستوى سطح الزئبق في الحوض ) إلى 76 سم . وسيترك فراغاً فوق سطح الزئبق يحوي بخار الزئبق والذي عادة ما يكون ضغطه صغيراً جداً إلى درجة يمكن إهماله . ويسمى هذا الفراغ "فراغ تورشيللي".
سؤال : لماذا يستخدم الزئبق في الأنبوب ؟
جواب : نظراً لعدة أسباب :
1- كثافة الزئبق عالية لذلك يكون ارتفاع عمود الزئبق يساوي ( 76 سم ) في حين أنه إذا استخدم الماء يكون ارتفاع العمود يساوي ( 10 م ) وهذا غير عملي أثناء الإستخدام .
2- درجة غليان الزئبق عالية جداً ولذلك فإن تبخره قليل .
3- قوى التماسك بين ذرات الزئبق أعلى من قوى التلاصق بينه وبين الزجاج لذا تكون القراءة دقيقة في حين أن قوى التماسك بين جزيئات الماء أعلى من قوى التلاصق بينها وبين الزجاج فتكون هناك نسبة خطأ في القراءة .
4- لونه مميز يمكن رؤيته من خلال الزجاج .
والآن ماذا نستطيع أن نقول عن علاقة ضغط النقطة ( أ ) بضغط النقطة ( ب ) ؟؟؟
بما أن النقاط على نفس المستوى الأفقي .
إذاً ض ب = ض أ
النقطة ( ب ) تقع تحت تأثير الضغط الجوي في حين أن النقطة ( أ ) تقع تحت تأثير ضغط 76 سم زئبق .
ض. = ض أ = ل زئبق × ث زئبق × جـ
= 0.76 × (13.6 × 1000) × 9.81
= 101396.16 باسكال
= 1.0139616 بار
وبذلك نستطيع القول أنه يمكن التعبير عن قيم الضغط الجوي بقيم متعددة :
1) ض. = 76 سم زئبق
2) = 760 ملم زئبق
3) = 101400 باسكال
4) = 1.014 بار
يتغير الضغط الجوي تبعاً للإنخفاض أو الإرتفاع عن سطح البحر . هل تستطيع عزيزي الدارس أن تتبيّن متى يزيد الضغط الجوي ومتى يقل ؟؟
ب- الباروميتر المعدني ( باروميتر آرينويد )
نظراً لصعوبة التعامل عملياً مع الباروميتر الزئبقي قام العلماء بتصميم الباروميتر المعدني والذي تقل دقته عن الباروميتر الزئبقي . إلا أنه تميز بسهولة قراءته وسهولة حمله .
ويتكون الباروميتر من صندوق معدني مرن الجوانب محكم الغلق يكتوي على هواء بضغط منخفض ، فكلما كان الضغط أعلى تُضغط جوانبه للداخل كما في الشكل وبذلك يتحرك المؤشر مشيراً إلى قيمة الضغط .
ملاحظة :
تتم معايرة الباروميتر المعدني باستخدام الباروميتر الزئبقي .

قـاعـدة أرخـمـيـدس
مقدمة :
هل تساءلت يوماً كيف تطفو السفينة المصنوعة من الفولاذ على سطح الماء؟ وكيف تغوص الغواصات تحت الماء؟ ولماذا تشعر بأنك أخف وزناً وأنت تسبح تحت الماء؟
للتعرف على ذلك نقوم بالنشاط التالي:
1-علق جسماً باستخدام ميزان نابضي وسجل قراءة الميزان .
2-أحضر حوض فيه ماء كالموضح في الشكل مع دورق إزاحة وأغمر الجسم المعلق بالميزان النابضي فيه ، ماذا تلاحظ ؟
3-أوجد وزن الماء المزاح وسجله.
ما هي الإستنتاجات التي حصلت عليها ؟
1-عند غمر الجسم بالماء ينقص وزنه .
2-ينقص وزن الجسم بمقدار قوة دفع الماء له ( قوة الطفو) .
3-حجم الماء المزاح = حجم الجزء المغمور من الجسم أو الجسم كله
4-قوة الطفو = وزن الماء المزاح
5-قوة الطفو = وزن الجسم الحقيقي – وزن الجسم الظاهري
كل الإستنتاجات السابقة يمكن تلخيصها في قاعدة أرخميدس التي تنص على " إذا غمر جسم في سائل فإنه يفقد من وزنه بمقدار وزن السائل المزاح ".
ولإستنتاج التعبير الرياضي لهذه القاعدة :
لو قمنا بغمر جسم على شكل متوازي مستطيلات مساحة سطحه العلوي والسفلي(س)وارتفاعه(ع) في سائل ما كثافته(ثَ)وغاص الجسم إلى عمق مقدراه (ل)(من سطح السائل إلى السطح العلوي للجسم).
ماذا نستنتج ؟
القوة التي يؤثر بها السائل على السطح السفلي للجسم أكبر منها على سطحه العلوي, ومحصلة هاتين القوتين هي قوة إلى أعلى تعمل على دفع الجسم إلى أعلى ( قوة الطفو ) وهي المسؤولة عن نقصان وزن الجسم عند غمره في السائل.
قوة الطفو = القوة المؤثرة على السطح السفلي للجسم – القوة المؤثرة على السطح العلوي للجسم
= ض سفلي ( مساحة السطح السفلي ) – ض علوي ( مساحة السطح العلوي )
= ( ل + ع ) ثَ جـ س – ل ثَ جـ س
= ل ثَ جـ س + ع ثَ جـ س – ل ثَ جـ س
= ع ثَ جـ س
لكن ع × س = حجم السائل المغمور = حجم السائل المزاح
قوة الطفو = حجم السائل المزاح × ثَ × جـ
= كتلة السائل × جـ
= وزن السائل المزاح
وزن الجسم في السائل ( الوزن الظاهري ) = وزن الجسم في الهواء – وزن السائل المزاح
= ح ث جـ ـ ح ثَ جـ
وزن الجسم الظاهري = ح جـ ( ث ـ ثَ )

الشغل والطاقة
الشغلWork:
اذا تأثر جسم ما بقوة خارجية ثابتة مثل (F) وعلى ازاحة(S) باتجاه هذه القوة فإن الشغل وفق المفهوم الفيزيائي الذي تنجزه هذه القوة يساوي حاصل ضرب مقدار القوة في مقدار الازاحة أي ان: W=F.S
اما اذا اثرت قوة خارجية مثل(F) على جسم وكانت الزاوية التي تصنعها هذه القوة مع اتجاه الحركة (حركة الجسم) هي (y) فيمكن اعتبار هذه القوة تساوي حاصل جمع متجهين مستقلين من مركبتي القوة السينية(FO) والصادية(Fу) .
FO=Fcosy
Fу=sin
يمكن تعريف الشغل كلآتي:
((يساوي الشغل حاصل ضرب مقدار مركبة القوة الخارجية المؤثرة على الجسم بأتجاه إزاحته في مقدار الازاحة التي تحدثها هذه القوة أي ان )):
W=F.s cosy
حيث y هي الزاوية المحصورة بين متجهي القوة(F ) والازاحة (S ) ومن التعريف السابق للشغل يمكن ملاحظة النقاط التالية:
1. ان الشغل كمية عددية بالرغم من انه حاصل ضرب كميتين متجهتين.
2. يُعرّف الشغل على امتداد مدة زمنية وليس للحظة ويعتمد على كل من القوة الخارجية المؤثرة على الجسم زعلى ازاحته فإذا كانت y أقل من 90° فإن الشغل(W) التي تنجزه القوة يكون موجبا واذا كانت y أكبر من 90° فإن القوة في هذه الحالة تعاكس الحركة ويكون الشغل المنجز سالبا.
3. اذا أمكن تحليل القوة الى مجموع قوتين او اكثر فالشغل المنجز بمحصلة القوة على طول مسار الجسم يساوي مجموع الاشغال المنجزة من قبل مركبات القوة التي تم تحليلها.
4. يتلاشى الشغل تحت ثلاث شروط هي :
أ- اذا انعدمت القوة.....(في حالة جسم معزول من أي مؤثر خارجي).
ب- اذا انعدمت الازاحة.
ت- اذا تعامدت القوة الخارجية المؤثرة على الجسم مع الازاحة حيث يكون الشغل الذي تنجزه القوة(Fу) يساوي صفرا.

5. يقاس الشغل بوحدة القوة المضروبة في وحدة المسافة أي (نيوتن - متر) ويطلق عليها اسم ((جول)) في وحدات النظام الدولي:
1 نت × م = جول 1N.m=j
الطاقة الكامنة Potential Energy :
هي الطاقة التي يتم اكتسابها على حساب الموقع ويرمز لها بالرمز U لنفرض اننا رفضنا جسما ساكنا كتلتهm الى ارتفاع h عن سطح الارض وترك ساكنا.
في هذه الحالة نكزن انجزنا شغلا ضد وزنه(mg) لكن لم يحصل أي تغير في الطاقة الحركية للجسم بل بقيت على حالها مساوية صفرا. إذ ان سرعته عند ارتفاع h هي نفسها كما كانت عند سطح الارض إلا ان الجسم اكتسب طاقة بمقتضى موضعه ويمكن توضيح ذلك بسهولة بأن نجعل الجسم يسقط الى موضعه الاصلي وعندها تصبح سرعته تساوي:v=√2gh .
وطاقته الحركية تساوي:
k = ½mv² =½m{√2gh}² =mgh.
ان تعريف الطاقة الكامنة للجذب الاراضي للجسم هو الشغل mgh الناتج ضد قوة جذب الارض (mg) لرفع جسم كتلته (m) مسافة (h) فوق مستوى معين يدعى بالمتسوى الصفري حيث تساوي الطاقة الكامنة عنده صفرا, أي ان :
U = mgh .
اما الشغل المنجز من قبل قوة جذب الارض على جسم كتلته (m) يرتفع مسافة عمودية مقدراها (h) فيساوي( -mgh)ووحدة الطاقة الكامنة في النظام الدولي هي الجول.

بعض العلماء الذين برعوا في علم الفيزياء.:

ألبرت آينشتاين والنظرية النسبية
من هو البرت اينشتين ولماذا ذاع صيته في ارجاء الارض؟ أذا لم تعرف الاجابة تابع ما ينشر على هذا الموقع بعنوان البرت اينشتين والنظرية النسبية..... !
البرت اينشتين عالم فيزيائي قضى حياته في محاولة لفهم قوانين الكون. كان اينشتين يسأل الكثير من الأسئلة المتعلقة بالكون ويقوم بعمل التجارب داخل عقله. فقد عاش اينشتين عبقريا باجماع كافة علماء عصره وبلغ اسمى درجات المجد العلمية بخلاف العديد من العلماء الذين ماتوا دون ان يحظوا بمتعة النجاح والتألق فمثلاً العالم ماندل الذي وضع قوانين الوراثة لم يعرف احد أنه هو الذي وضع هذه القوانين إلا بعد وفاته بخمسين عام، كذلك العالم والطبيب العربي ابن النفيس الذي اكتشف الدورة الدموية في جسم الانسان لايزال مجهولا حتى الآن وغيره من الأمثلة.. كانت عبقرية اينشتين من نوع مختلف فلم يكن احد يفهم شيء عن نظريته النسبية أو تطبيقاتها ولكن الجميع اقر بمنطقها. فقد جاءت النظرية النسبية الخاصة لتحير العلماء وتغير مفاهيم الفيزياء المعروفة.
ويروي أن آينشتين كان يقف في أحد شوارع هوليود مع شارلي تشابلن فتجمع حولهما المارة، فقال آينشتين لتشابلن ((لقد تجمع الناس لينظروا إلى عبقري يفهمونه تمام الفهم وهو أنت، وعبقري لا يفهمون من أمره شيئاً وهو أنا)).. العديد من العلماء بلغوا مراتب علمية عالية نتيجة لمجهودهم الفكري أو الفني فمثلاً اديسون وبيكاسو وأبن سينا والمتنبي اجمع الناس على تفوقهم وعبقريتهم لأنهم لمسوا ورأوا قيمة ما يقدمون من اكتشافات واختراعات. وهذا لم يحدث مع آينشتين حيث كانت عبقريته من نوع مختلف فما هو الذي قدمه آينشتين؟ وعن ماذا كانت عبقريته؟ وما قيمة ما قدمه؟ وعن أي شيء تتحدث. كل ما هو معروف أنه وضع النظرية النسبية. فإذا ماحاول المرء قراءة النظرية النسبية إلا وجد نفسه غارقاً في بحر من الألغاز لدرجة انه شاع القول بأن هناك عشرة في العالم يفهمون النظرية النسبية وهنا يجب أن اؤوكد أن هذا غير صحيح وسوف نقوم من خلال هذه المقالة تقديم شرح مبسط للنظرية النسبية الخاصة ونتائجها لتكون في مستوى القارئ العادي..
حياة آينشتين
ولد آلبرت أينشتين في 14 مارس 1879 في ألمانيا في مدينة صغيرة تسمى أولم وبعد عام انتقلت اسرته إلى ميونخ. كان والده هرمان صاحب مصنع كهروكيميائي. وكانت والدته بولين كوخ من عشاق الموسيقى وكان له اخت تصغره بعام. تأخر آينشتين عن النطق وكان يحب الصمت والتفكير والتأمل ولم يهوى اللعب كأقرانه. لم يكن يعجبه نظام المدرسة وطريقة التعليم فيها التي تحصر الطالب في نطاق ضيق ولا تدع له مجالاً للأبداع واظهار امكانياته.
اهدى له والده بوصلة صغيرة في عيد ميلاده العاشر وكان لها الاثر البالغ في نفسه وبابرتها المغناطيسية التي تشير دائما إلى الشمال والجنوب واستخلص هذا الطفل بعد تأمل عميق أن الفضاء ليس خالياً ولا بد وأن فيه ما يحرك الاجسام ويجعلها تدور في نسق معين. تعلق آينشتين في شبابه بعلم الطبيعة والرياضيات وبرع فيهما في البيت وليس في المدرسة ووجد متعة في علم الهندسة وحل مسائلها. تعلم الموسيقى وهو في السادسة من عمره وكان يعزف على الة الكمان.
كانت اكبر مشكلة له اضطراره لدراسة اللغات والعلوم الانسانية التي لا تطلق للفكر العنان وانما حفظها للحصول على الشهادة وكان كثيرا ما يحرج اساتذة الرياضيات لتفوقه عليهم وطرده احد الاساتذة من المدرسة قائلاً له ((أن وجودك في المدرسة يهدم احترام التلاميذ لي)) سافر بعدها ليلتحق بوالديه في ميلانو بعد ان تركوه لمشاكل مادية في ميونخ والتحق هناك في معهد بولوتيكنيك ولكنه رسب في جميع امتحانات الالتحاق فيما عدا الرياضيات فارشده مدير المعهد ليدرس دبلوم في احدى مدن سويسرا ليتمكن بعد عام من الالتحاق في البوليتكنيك. في عام 1901 بلغ اينشتين من العمر 21 عاماً وبعد عناء طويل للحصول على عمل يعيش منه حصل على وظيفة في مكتب تسجيل براءات الاختراع في برن. قرأ الكثير عن اعمال العلماء والفلاسفة ولم تعجبه كتاباتهم حيث وصفها بالسطحية والبعد عن العمق الفكري الذي يبحث عنه.في العام 1905 وضع آينشتين خلال عمله في مكتب تسجيل الأختراعات العديد من النظريات التي جعلت من العام 1905 عاماً ثورياً في تاريخ العالم. واسترعت نتائج نظرياته اهتمام علماء الفيزياء في كافة جامعات سويسرا مما طالبوا بتغير وظيفته من كاتب إلى استاذ في الجامعة وفي عام 1909 عين رئيسا للفيزياء النظرية في جامعة زوريخ ثم انتقل إلى جامعة براغ الألمانية في 1910 ليشغل نفس المنصب ولكنه اضطر لمغادرتها في العام 1912 بسبب رفض زوجته مغادرة زوريخ.....
من أعمال أينشتين نذكر.....
في عام 1905 نشر اينشتين اربعة ابحاث علمية الأولى في تفسير الظاهرة الكهروضوئية والبحث الثاني للحركة الابروانية للجزيئلت والثالثة لطبيعة المكان والزمان والرابعة لديناميكا حركة الأجسام الفردية. كان البحثين الأخيرين الاساس للنظرية النسبية الخاصة والتي نتج عنها معادلة الطاقة E=mc2 وبتحويل كتلة متناهية في الصغر امكن الحصول على طاقة هائلة (الطاقة النووية)..في العام 1921 حصل أينشتين على جائزة نوبل لأكشتافه قانون الظاهرة الكهروضوئية التي حيرت هذه الظاهرة علماء عصره.
** وضع اينشتين الاسس العلمية للعديد من المجالات الحديثة في الفيزياء هي:
النظرية النسيبة الخاصة
النظرية النسبية العامة
ميكانيكا الكم
نظرية المجال الموحد
وحتى يومنا هذا يقف العلماء عاجزين عن تخيل كيف توصل اينشتين لهذا النظريات ولا سيما وأن التجارب التي تجرى حتى الأن تؤكد صحة نظريات اينشتين وينشر ما يقارب 1000 بحث سنوياً حول النظرية النسبية..
قبل الحديث عن النظرية النسبية الخاصة وتطبيقاتها سوف نلقي بعض الضوء على حياة اينشتين...
قال عنه زميله في برلين العالم الفيزيائي لندتبورغ ((كان يوجد في برلين نوعان من الفيزيائيين: النوع الأول آينشتين، والنوع الآخر سائر الفيزيائيين)).
مع اندلاع الحرب العالمية ظل آينشتين يتابع اعماله العلمية في برلين وركز نشاطه على التوسع في نظرية الجاذبية التي نشرها في العام 1916 وهو في الثامنة والثلاثين من عمره. حاول الكثير من الاحزاب السياسية زجه في نشاطاتهم ولكنه كان دائما يقول انني لم اخلق للسياسة وفضل الانعزال والوحدة قائلاً ((ان الفرد المنعزل هو وحده الذي يستطيع أن يفكر وبالتالي أن يخلق قيما جديدة تتكامل بها الجماعة)) هذا ادى إلى دفع معارضيه للنيل منه. احيكت له المؤامرات والدسائس مما زاع صيته في مختلف انحاء العالم ووجهت له الدعوات من العديد من الجامعات للتعرف عليه وسافر إلى ليدن بهولندا وعين استاذاً في جامعتها. وأسف الكثيرون في ألمانيا رحيله لأن شهرته العظيمة في الخارج من شأنها ان تعيد إلى المانيا هيبتها التي فقدتها في الحرب. وتلقى كتب ودعوات من وزير التربية ليعود إلى بلده فعاد وحصل على الجنسية الألمانية لانه في ذلك الوقت كان لايزال محتفظاً بجنسيته السويسرية.
كثرت الدعوات التي تلقاها اينشتين بسبب شهرة نظريته النسبية وكان يقابل في كل مرة يلقي فيها محاضرة باحتفال هائل يحضره عامة الناس ليتعرفوا على هذا الرجل بالرغم من عدم المامهم بفحوى النظرية النسبية ولكن اهتمام الناس به لم يسبق لعالم ان حظي به من قبل فكان يستقبل استقبال المعجبين لفنان مشهور. لقد كان تقرير صادر عن البعثة الفلكية الانجليزية عام 1919 الذي تؤيد فيه صحة نبوءة آينشتين عن انحراف الضوء عند مروره بالجو الجاذبي من اهم دواعي شهرته العالمية. ولكن لكونه الماني الجنسية كان صيته في انجلترا قليل وبدعوة من اللورد هالدين توجه آينشتين إلى انجلترا وقدمه هالدين قائلا ((إن ما صنعه نيوتن بالنسبة إلى القرن الثامن عشر يصنعه آينشتين بالنسبة إلى القرن العشرين)).
يروى أنه تم الاعلان عن جائزة قدرها خمسة آلاف دولار لكاتب احسن ملخص للنظرية النسبية في حدود ثلاثة آلاف كلمة فتقدم ثلاثمائة شخص وحصل على الجائزة رجل من محبي الفيزياء ايرلاندي الجنسية عمره 61 عاماً في 1921.
ظل آينشتين يسافر بين بلدان العالم من فرنسا إلى اسبانيا إلى فلسطين وإلى الصين واليابان وحصل على جائزة نوبل في 1923 وسلمه اياها ملك السويد وبعدها استقر في برلين وكان الزوار من مختلف انحاء العالم يأتون له ويستمتعون بحديثه ولقاءه حتى عام 1929 والتي فيها بلغ من العمر الخمسين عاماً قرر الاختفاء عن الانظار ولم يكن احد يعلم اين يقيم.
كان آينشتين محبا للسلم ويكره الحرب وفي نداء تلفزيوني إلى تورمان رئيس الولايات المتحدة الاسبق قال ((لقد كان من المفروض أول الامر أن يكون سباق التسلح من قبيل التدابير الدفاعية. ولكنه اصبح اليوم ذا طابع جنوني. لأنه لو سارت الامور على هذا المنوال فسيأتي يوم يزول فيه كل أثر للحياة على وجه البسيطة)).

في 18 ابريل من العام 1955 وفي مدينة برنستون مات ذلك العبقري وأخذ الناس يتحدثون عن آينشتين من جديد وتنافست الجامعات للاستئثار بدماغ ذلك الرجل عساها تقف من فحصه على اسرار عبقريته.. كان آينشتين يعيش بخياله في عالم اخر له فيه الشطحات والسبحات وكانت الموسيقى سبيله الوحيد للتنفيس عن ثورته العارمة وكان الكون بالنسبة له مسرحا ينتزع منه الحكمة فغاص في ابعاده السحيقة وبهذا نكون قد لخصنا قصة حياة اسطورة القرن العشرين .

الحسن بن الهيثم
هو أبو علي الحسن بن الهيثم، والمهندس البصري المتوفى عام 430 هـ، ولد في البصرة سنة 354 هـ على الأرجح. وقد انتقل إلى مصر حيث أقام بها حتى وفاته. جاء في كتاب (أخبار الحكماء) للقفطي على لسان ابن الهيثم: ( لو كنت بمصر لعملت بنيلها عملاً يحصل النفع في كل حالة من حالاته من زيادة و نقصان ). فوصل قوله هذا إلى صاحب مصر، الحاكم بأمر الله الفاطمي، فأرسل إليه بعض الأموال سراً، وطلب منه الحضور إلى مصر. فلبى ابن الهيثم الطلب وارتحل إلى مصر حيث كلفه الحاكم بأمر الله إنجاز ما وعد به. فباشر ابن الهيثم دراسة النهر على طول مجراه، ولما وصل إلى قرب أسوان تنحدر مياه النيل منه تفحصه في جوانبه كافة، أدرك أنه كان واهماً متسرعاً في ما ادعى المقدرة عليه، وأنه عاجز على البرّ بوعده.
حينئذ عاد إلى الحاكم بالله معتذراً، فقبل عذره وولاه أحد المناصب. غير أن ابن الهيثم ظن رضى الحاكم بالله تظاهراً بالرضى، فخشي أن يكيد له، وتظاهر بالجنون، وثابر على التظاهر به حتى وفاة الحاكم الفاطمي. وبعد وفاته عاد على التظاهر بالجنون، وخرج من داره، وسكن قبة على باب الجامع الأزهر، وطوى ما تبقى من حياته مؤلفاً ومحققاً وباحثاً في حقول العلم، فكانت له إنجازات هائلة
ويصفه ابن أبي أصيبعة في كتابه (عيون الأنباء في طبقات الأطباء) فيقول: (كان ابن الهيثم فاضل النفس، قوي الذكاء، متفنناً في العلوم، لم يماثله أحد من أهل زمانه في العلم الرياضي، ولا يقرب منه. وكان دائم الاشتغال، كثير التصنيف، وافر التزهد...)
لابن الهيثم عدد كبير من المؤلفات شملت مختلف أغراض العلوم.
وأهم هذه المؤلفات: كتاب المناظر، كتاب الجامع في أصول الحساب، كتاب في حساب المعاملات، كتاب شرح أصول إقليدس في الهندسة والعدد، كتاب في تحليل المسائل الهندسية، كتاب في الأشكال الهلالية، مقالة في التحليل والتركيب، مقالة في بركار الدوائر العظام، مقالة في خواص المثلث من جهة العمود، مقالة في الضوء، مقالة في المرايا المحرقة بالقطوع، مقالة في المرايا المحرقة بالدوائر، مقالة في الكرة المحرقة، مقالة في كيفية الظلال، مقالة في الحساب الهندي، مسألة في المساحة، مسألة في الكرة، كتاب في الهالة وقوس قزح، كتاب صورة الكسوف، اختلاف مناظر القمر، رؤية الكواكب ومنظر القمر، سمْت القبلة بالحساب، ارتفاعات الكواكب، كتاب في هيئة العالم.
ويرى البعض أن ابن الهيثم ترك مؤلفات في الإلهيات والطب والفلسفة وغيرها إن كتاب المناظر كان ثورة في عالم البصريات، فابن الهيثم لم يتبن نظريات بطليموس ليشرحها ويجري عليها بعض التعديل، بل إنه رفض عدداً من نظرياته في علم الضوء، بعدما توصل إلى نظريات جديدة غدت نواة علم البصريات الحديث. ونحاول فيما يلي التوقف عند أهم الآراء الواردة في الكتاب زعم بطليموس أن الرؤية تتم بواسطة أشعة تنبعث من العين إلى الجسم المرئي، وقد تبنى العلماء اللاحقون هذه النظرية. ولما جاء ابن الهيثم نسف هذه النظرية في كتاب المناظر، فبين أن الرؤية تتم بواسطة الأشعة التي تنبعث من الجسم المرئي باتجاه عين المبصر.
بعد سلسلة من اختبارات أجراها ابن الهيثم بيّن أن الشعاع الضوئي ينتشر في خط مستقيم ضمن وسط متجانس اكتشف ابن الهيثم ظاهرة انعكاس الضوء، وظاهرة انعطاف الضوء أي انحراف الصورة عن مكانها في حال مرور الأشعة الضوئية في وسط معين إلى وسط غير متجانس معه. كما اكتشف أن الانعطاف يكون معدوماً إذا مرت الأشعة الضوئية وفقاً لزاوية قائمة من وسط إلى وسط آخر غير متجانس معه.
وضع ابن الهيثم بحوثاً في ما يتعلق بتكبير العدسات، وبذلك مهّد لاستعمال العدسات المتنوعة في معالجة عيوب العين من أهم منجزات ابن الهيثم أنه شرّح العين تشريحاً كاملاً، وبين وظيفة كل قسم منها
توصل ابن الهيثم إلى اكتشاف وهم بصري مراده أن المبصر، إذا ما أراد أن يقارن بين بعد جسمين عنه أحدهما غير متصل ببصره بواسطة جسم مرئي، فقد يبدو له وهماً أن الأقرب هو الأبعد، والأبعد هو الأقرب. مثلاً، إذا كان واقفاً في سهل شاسع يمتد حتى الأفق، وإذا كان يبصر مدينة في هذا الأفق (الأرض جسم مرئي يصل أداة بصره بالمدينة)، وإذا كان يبصر في الوقت نفسه القمر مطلاً من فوق جبل قريب منه (ما من جسم مرئي يصل أداة بصره بالقمر)، فالقمر في هذه الحالة يبدو وهماً أقرب إليه من المدينة.

أوائل في الفيزياء
~ أول من استعمل الأشعة الشمسية سلاحا .
~ أرخميدس الصقلي ولد في سيراتوسيا عام 287 ق . م من أعظم علماء الرياضيات .
~ أول من اخترع البندول .
~ أبو سعيد عبد الرحمن بن أحمد بن يونس المصري توفي عام 399 هـ .
~ أول من بنى تلسكوبا .
~ غاليليو غاليلي عالم فلك ورياضيات وطبعة ومؤسس علم الفيزياء الكلاسيكية ( 1564 – 1642 م ) .
~ أول من اكتشف الجاذبية الأرضية .
~ إسحق نيوتن المولود عام 1642 م في قرية إنجليزية .
~ أول من وضع فرضا علميا للنظرية الموجبة عن الضوء .
~ كريستيان هوكرز ( 1629 – 1695 م )عالم فيزيائي هولندي .
~ أول من لاحظ الكهرباء .
~ تاليس الميليني الفيلسوف الإغريقي ( 600 ق . م ) .
~ أول ضوء كهربائي.
~ الإنجليزي فرانسيس هوكسبي عام 1700. م
~ أول من ولد الموجات الكهرومغناطيسية.
~ هنريك رودولف هرتز الألماني (1857 – 1894 م).
~ أول من قال بأن المادة مؤلفة من جسيمات منفصلة.
~ لوكيبوس الميليتي في القرن الخامس ق . م .
~ أول من اكتشف عنصر الراديوم .
~ مدام ماريا كوري مع زوجها بييركوري وهي أول من يفوز بجائزة نوبل مرتين.
~ أول من اكتشف الأشعة الكونية.

~ الدكتور هيس عام 1911 م.
~ أول من حاول أن يقدر مقدار الأرانيوم للقنبلة الذرية.
~ البريطانيون عام 1941 .
~ أول قنبلة ذرية ألقيت.
~ ألقيت على هيروشيما باليابان في 6 أغسطس 1945 م.
~ أول مرة استخدمت الطاقة الشمسية.
~ في شيلي عام 1882 م ، عندما بني أول جهاز للطاقة الشمسية.
~ أول من اكتشف الليزر.
~ تاونس وجوردن وزيجر في معهد ماساتشوستس بكامبرج في الولايات المتحدة الأمريكية عام 1951 م
~ أول من اخترع ترمومتر زئبقي.
~ المخترع الألماني جابرييل فاهرنهايت عام 1715 م
~ أول من ابتكر المكيف الهوائي.
~ العرب في العصر العباسي اخترعوا جهاز البادهنج ومعناه فوهة الهواء.

طرائف علمية
تعتبر الطرائف العلمية مدخل لتدريس العلوم فهي تثير الإنتباه و الدهشة لدى الطالب و هذا أمر مهم يحتاج إليه المعلم كي يصل إلى هدفه بسهولة و يسر و هنا سوف نتعرض لبعض الطرائف العلمية و النوادر المدهشة التي يمكن اتخاذها عونا بعد الله في مساعدة معلم الفيزياء لإيصال المعلومة للطالب في المرحلة الثانوية بوجه الخصوص و طلابنا في جميع المراحل عامة .
أتحداك أن تزحزح الأرض ... يا أرخميدس:ـ ( الروافع) :ـ
قال أرخميدس لو وجدت نقطة ارتكاز لرفعت الأرض ، و لو وجدت هناك أرضاَ ثانية لأنتقلت إليها و حركت أرضنا من مكانها ـ نعم يمكن ذلك من الناحية النظرية و لكن هناك اعتبارات أخطأ فيها أرخميدس هل تعرفها ؟
و الأرض تسقط على التفاحة أيضاً يانيوتن ( قانون نيوتن الثالث للحركة ) :ـ
سأل الطالب المعلم بعد أن فهم نص قانون نيوتن الثالث و قال يا أستاذ إذا كان الحصان يجر العربة و العربة تجر الحصان بالقوة نفسها و لكن باتجاه معاكس فمعنى ذلك أن العربة لن تتحرك فلماذا نراها تتحرك اذن ؟
فأجاب المعلم لقد نسي زميلكم أن القوتين غير متعادلتين لأنهما تؤثران على جسمين مختلفين : فالأولى تؤثر على العربة وتؤثر الثانية على الحصان لذا فإن القوى المتساوية إذا أثرت على الجسم نفسة فإن قانون نيوتن الثالث ينطبق عليها تماماً ـ أما إذا أثرت على أجسام مختلفة فإن لكل تأثير يختلف بإختلاف الجسم و طبيعته و على مقدار المقاومة التي يبديها ضد تلك القوة .
رحم الله الاحتكاك :ـ
بعد أن شرح المعلم معنى الاحتكاك و أهميته في المشي و الوقوف و اهتراء الملابس و تفتت الجبال و غيرها الكثير ‘ سأل الطالب قائلا ماذا لو لم يكن هناك احتكاك ؟ قال المعلم لو اختفى الاحتكاك لما استطعت أن تمسك بالقلم و لزلت بك قدمك فتقع على الأرض ... و هناك من الأمثلة الكثير.
الجاذبية ...في اجازة ( قانون الجاذبية العام ) :ـ
عندما فكر كولومبس أن يعبر المحيط الأطلسي كان كثير من الناس يعتقدون أن الأرض منبسطة فقالو ان كولومبس سوف يسقط فور و صوله لحافتها و لم يعلموا ان الأرض كروية أو شبه كروية فما أن انتهى المعلم من كلامه حتى باذره سؤال من بعيد يقول نعم و إلا لكان الناس الذين في أسفل الكرة الأرضية سائرين و رؤوسهم إلى أسفل و لا يمكن هذا قطعا فكيف تكون حياتهم اذن؟
فقال المعلم للطالب تعال و أشر أمام زملائك إلى أسفل فأشار بأصبعة إلى الأرض ثم قال له أشر إلى أعلى فأشار الى السماء فقال المعلم لو سألنا نفس السؤال لأحد الطلاب في بلاد بعيدة عنا فهل يتفق معك في الاجابة ـ قال نعم ـ قال المعلم اذن اسفل الذي تشير اليه و يشير اليه اي طالب أخر هو مركز الأرض كما أن فوق هو بعيدا عن مركز الأرض و هذا هو الخطأ الذي لا يعرفه كثير من الناس.
(خواص السوائل بحر لا يغرق فيه أحد.
سأل الطالب هل هناك بحر لا يغرق فيه أحد فعلاً يا أستاذ فقال المعلم نعم يقع هذا البحر في الأرض المحتلة فلسطين و يسمى البحر الميت و لكن ما تفسير ذلك علميا؟ إن مياه البحر الميت مالحة جداً لذا فإن مياهه أثقل من مياه البحار الأخرى و هذا سبب استحالة الغرق فيه.

تعاريف فيزيائية:
المصطلح الفيزيائي التعريف
المائع هو كل مادة لها خاصية الجريان كالسوائل أو الانتشار كالغازات
الضغط (ض) هو القوة العمودية المؤثرة على وحدة المساحات .
نص مبدأ باسكال إذا سلط ضغط إضافي على سائل محصور فإن هذا الضغط سوف ينتقل إلى جميع أجزاء السائل بالتساوي
نص قاعدة أرخميدس إن الجسم المغمور في مائع يتعرض إلى قوة تدفعه رأسياً نحو الأعلى مقدارها يساوي ثقل المائع الذي يزيحه هذا الجسم
المائع المثالي هو المائع الذي يمتاز بما يلي:غير قابل للانضغاط - عديم اللزوجة - جريانه غير دوامي (دوراني) - جريانه منتظم
نص مبدأ برنولي إن ضغط المائع المثالي يقل إذا زادت سرعته .
معادلة برنولي مجموع الضغط و الطاقة الحركية و طاقة الوضع لوحدة الحجوم يساوي مقدار ثابت
مقياس فنتوري هو جهاز بسيط يستخدم لحساب سرعة التدفق لسائل معين خلال أنبوب ما
تعريف اللزوجة هي مقياس لمقدار قوة الاحتكاك الداخلي بين طبقات المائع مع بعضها أثناء الجريان وجدران الوعاء الذي يجري بداخله المائع
معامل اللزوجة ( مل ) هو النسبة بين إجهاد القص و معدل التغير في مطاوعة القص للمائع .
إجهاد القص هو النسبة بين القوة الأفقية الموازية للسطح و مساحة السطح
معدل المطاوعة هو النسبة بين التغير في السرعة للطبقة العلوية إلى سمك المادة اللزجة (السائل)
قانون ستوكس قوة مقاومة المائع لكرة تسقط سقوطاً حراً فيه تتناسب طردياً مع لزوجة هذا المائع ، و قطر الكرة و سرعتها الحدية
تعريف الديناميكا الحرارية هو العلم الذي يهتم بالعلاقة بين الحرارة و الشغل .
النظام الديناميكي الحراري هو كمية معينة (ثابتة) من المادة معزولة عن الوسط المحيط بها .
الاتزان الحراري تصل الأجسام المتلامسة لحالة الاتزان الحراري عندما ينعدم انتقال الحرارة بينها .
الإجراء الديناميكي الحراري هو عبارة عن تغير في حالة النظام من حالة لأخرى بسبب إضافة ( أو سحب ) حرارة أو شغل .
المسار هو عبارة عن الحالات التي تمر بها خواص النظام مثل : الضغط ، الحجم ، درجة الحرارة )
الدورة الديناميكية الحرارية و هي مرور النظام بعدة اجراءات بحيث تتطابق بداية و نهاية الاجراءات .
النظام المغلق هو النظام الذي حدوده لا تسمح بتبادل المادة مع محيط النظام و لكن تسمح بتبادل الشغل و الحرارة ، أي أن كتلة المادة ثابتة
النظام المعزول هو النظام الذي حدوده لا تسمح بتبادل المادة أو الطاقة مع محيط النظام
النظام المفتوح هو النظام الذي يسمح بتبادل المادة و الطاقة مع محيط النظام ، أي أن كتلة المادة غير ثابتة إلا في حالة السريان المستقر
القانون الأول للديناميكا كمية الحرارة التي يمتصها(أو يخرجها) النظام تساوي مجموع التغير في الطاقة الداخلية للنظام ، و الشغل الذي يبذله النظام
الإجراء العكوس لنظام هو الإجراء الذي يمكن عكس اتجاهه بعد حدوثه دون التسبب في إحداث أي تغيير على النظام و الجو المحيط به .
الآلة الحرارية هي جهاز يقوم بتحويل الحرارة إلى شغل ميكانيكي و ذلك نتيجة انتقال الحرارة إلى هذا الجهاز من مصدر حراري (مستودع حراري) ذي درجة حرارة عالية ، و طرده الحرارة إلى خزان ذي درجة حرارة منخفضة
كفاءة الآلة الحرارية النسبة بين ما تبذله من شغل خارجي إلى الطاقة الحرارية الكلية التي تأخذها من المستودع الساخن خلال دورة كاملة
صيغة كلفن- بلانك من المستحيل بناء آله حرارية تعمل بحيث تمتص الحرارة من مستودع حراري واحد و تحويلها كلياً إلى شغل ميكانيكي
صيغة كلاوزيوس من المستحيل بناء آله حرارية تعمل بحيث تمتص الحرارة من مستودع حراري ذي درجة حرارة منخفضة ، و تطردها إلى مستودع آخر ذي درجة حرارة أعلى دو الحاجة إلى بذل شغل ميكانيكي
قانون التوصيل الحراري كمية الحرارة المنقولة بالتوصيل خلال جسم جامد تتناسب عكسياً مع طوله و طردياً مع كل من مساحة مقطعه و الفرق في درجة الحرارة بين طرفيه و الزمن الذي تم فيه انتقال الحرارة .
الممال الحراري (الانحدار) هو تغير في درجة حرارة الموصل لكل متر من طوله عندما تنتقل الحرارة عمودياً على مساحة مقطعه العرضي .
معدل انتقال الحرارة بالتوصيل هي كمية الطاقة الحرارية التي تنفذ من سطح معين في الثانية الواحدة .
العزل الحراري للمباني هو محاولة لتقليل الحرارة التي تدخل للمبنى صيفاً أو تخرج منه شتاءً .
معامل انتقال الحرارة بالحمل هو معدل الطاقة الحرارية المنقولة عبر سطح مساحته 1م2 بتأثير فرق في درجة الحرارة قدره 1 °م .
معامل الامتصاص النسبة بين الطاقة الإشعاعية التي يمتصها الجسم و الطاقة الإشعاعية الساقطة على هذا الجسم .
الجسم الأسود المثالي هو الجسم الذي يمتص جميع الطاقة الإشعاعية الساقطة عليه . أي أن معامل امتصاصه 100%
نص قانون فين يتناسب طول موجة التردد الأكثر كثافة (ل) في طيف الإشعاع الصادر عن جسم ما عكسياً مع درجة حرارته المطلقة (كـ) .
شدة المجال الكهربائي عند أي نقطة ( ح ) مقدار القوة الكهربائية المؤثرة على شحنة اختبار موضوعة في تلك النقطة
المجال الكهربائي المنتظم هو المجال الذي يكون ثابت الشدة و الانتجاه (تكون خطوطه مستقيمة و متوازية) .
الجهد الكهربائي لجسم هو الضغط الكهربائي للجسم الذي يحدد انتقال الشحنات الكهربائية منه أو إليه عند ملامسته لجسم آخر .
الإلكترون فولت هو مقدار الطاقة التي يكتسبها أو يفقدها إلكترون يتحرك بين نقطتين فرق الجهد بينهما واحد فولت .
الفاراد السعة الكهربائية لموصل إذا أعطي شحنة مقدارها 1 كولوم تغير جهده بمقدار 1 فولت .
المكثف الكهربائي هو جهاز يعمل على تخزين الشحنات الكهربائية .
التيار الكهربائي هو حركة الشحنات الكهربائية في ناقل باتجاه معين و بتأثير مجال كهربائي .
شدة التيار الكهربائي (ت) معدل الشحنات الكهربائية (ش) المارةخلال مقطع ما من الموصل في الثانية الواحدة .
التحليل الكهربائي هو تغير كيميائي يحدثه التيار الكهربائي
نص قانون فراداي الأول كتلة المادة المتحررة( أو المترسبة) بالتحليل الكهربائي تتناسب طردياً مع كمية لكهرباء المارة في وعاء التحليل .
المكافئ الكهروكيميائي (هـ) هو كتلة المادة المترسبة بالتحليل الكهربائي عند مرور كمية من الكهرباء قدرها 1 كولوم .
قانون فراداي الثاني أن كتلة المادة المتحررة في عملية التحليل الكهربائي تتناسب طردياً مع الوزن المكافئ الجرامي (م)

كيف و لماذا ؟
سوف تجد أيها القاريء العزيز في هذه الصفحة اجابات لبعض الأسئلة التي تهمنا في مجال الفيزياء و هي تعليلات لضواهر طبيعية أو تفسيرات لقوانين فيزيائية وجدت أنها مفيدة لك سواء كنت طالباً أو معلماً ولكن إحذر أن :ـ تعتبر هذه الايجابات هي الحقيقة التي لا تقبل النقض و لكن إعتبرها محاولة جادة بذلها العلماء للتفسير تنظر إلى الاجابات قبل قرأءة التساؤلات التي تعتبر هي الأهم إذا أردت أن تتعلم فحاول أن تفكر في الاجابة
فكر ثم فكر ... خذ الوقت الكافي للتفكير ... أعد النظر أكثر في التساؤلات
السماء الزرقاء :ـ
هل تستطيع تفسير ذلك التنوع الجميل في شفق السماء عند الغروب و ذلك اللون الأزرق الجميل و ما هو جزء السماء الأكثر زرقة و لماذا لا يكون لون السماء جميعها منتظماً و لماذا لا تكون السماء زرقاء في الليل
الطباشير ذو الصرير :ـ
لماذا تحدث قطعة الطباشير صريراً بشعاً إذا أنت أمسكتها بطريقة غير سليمة ؟ و ما السبب في اهمية الإتجاه في ذلك ؟ لماذا تحدث بعض الابواب صريراً و لماذا تحدث إطارات السيارات صريراً أثناء زحفها على الأرض بعد توقفها المفاجئ
إصبع على حافة كأس العصير :ـ
لماذا تصدر كأس العصير نغمة عندما تجر إصبعك مبتلة على حافتها دائرياً ؟ ما الذي يثير الزجاج بالضبط؟ و لماذا يتحتم أن تكون الإصبع مبتلة و ليس بها آثار دهنية ؟ ما الذي يحدد النغمة ؟ و هل يكون اهتزاز الحافة طولياً أم مستعرضاً ؟ و أخيراً لماذا يظهر بطن في نموذج اهتزاز العصير مختلفاً عن موقع الإصبع بمقدار 45 درجة
اهتزاز الطبلة ذات الغشاءين :ـ
إذا قرعت طبلة ذات غشاءين على أحد غشاءيها ، فإن كلا الغشاءين يتذبذبان و لو أنه من الممكن أن لا يهتز الغشاءان معا عند أي لحظة معينة ، و الظاهر أن كلا الغشاءين يغذي الآخر بالذبذبات و تسكن حركة الغشاءين تقريباً ، بصورة دورية . ما السبب في حدوث ذلك ؟ ألم يخطر ببالك الظن بوجوب توافق ذبذبات الغشاءين ؟ ما الذي يحدد التردد الذي تنتقل به الطاقة من أحد الغشاءين إلى الآخر ذهاباً وجيئة ؟
تسجيل الأصوات على الاسطوانات :ـ
إذا أدرت مفتاح الصوت في الحاكي ( الفونوغراف) ليخفف الصوت تماماً و استمعت إلى الصوت الصادر عن الإبرة مباشرة ، فيمكنك سماع النغمات العالية حيثما وجدت في المعزوفة الموسيقية .
التلفون الخيطي:ـ
كيف يعمل التلفون الخيطي الذي يلعب به الأطفال الصغار ؟ و كيف تتوقف النغمة التي تسمع في علبة الاستقبال على شدة توتر الخيط و كثافته و على حجم العلبة و ما مقدار الطاقة الاضافية بالتقريب التي تنتقل خلال الخيط في التلفون الخيطي زيادة عما ينقل منها بدونه
نقر شريط المطاط :ـ
ترتفع نغمة وتر الجيتار بزيادة شده فماذا يحدث إذا زيد شد شريط من المطاط مشدود بين السبابة و الابهام هل تتغير نغمته بزيادة الشد ؟ الجواب لا فإنها تبقى على ما هي تقريباً و إذا تغيرت فعلاً فإنها تنخفض بدلاً من أن ترتفع ، ما السبب في هذا الاختلاف بين شريط المطاط و وتر الجيتار .
أصوات الماء في غليانه :ـ
عندما نسخن الماء لصنع القهوة أو الشاي فإن صوت الماء ينبئنا ببدء غليانه و يبدأ هذا الصوت بهسيس ينمو ثم يخفت ليحل محله صوت أجش أكثر خشونه و عندما يبدأ الماء في الغليان فعلاً يصير الصوت رقيقاً ، فهل يمكنك تفسير هذه الأصوات و بصفة خاصة رقة الصوت عندما يبدأ الماء بالغليان فعلاً ؟
تمزيق القماش :ـ
ما السبب في أنه كلما زادت السرعة التي تمزق بها قطعة من القماش ارتفعت نغمة صوت التمزيق ؟
فرقعة الأصابع :ـ
ما سبب الفرقعة التي تحدث عندما تفرقع أصابعك ؟ و لماذا يلزم الانتظار مدة من الزمن قبل أن تفرقعها مرة أخرى ؟
الأذن تتوسد الأرض :ـ
لماذا كان الكشافة في الجيش يتوسدون الأرض و يضعون آذانهم عليها لاستبيان قدوم راكبي الخيل غير المرئيين من مسافة بعيدة؟ وإذا كان باستطاعتهم سماع ذبيب حوافر الخيل من خلال الأرض فما سبب عدم استطاعتهم سماعه من خلال الهواء ؟
--------------------------------------------------------------------------------

الكيمياء

كيمياء هي في الأصل كلمة عربية مثل السيمياء، مأخوذة من (الكَمِيّ) وهو الشجاع، و(المُتَكَمِّي) في سلاحه أي المتغطي المتستِّر بالدرع والبيضة، وسُمِيت كذلك لأن الكيميائيين القدماء كانوا يحتفظون بمعلوماتهم سرية عن الآخرين، وتعنى كمصطلح: العلم الذي يدرس المادة وتفاعلاتها وعلاقاتها بالطاقة. ونظرا لتعدد واختلاف حالات المادة, والتي عادة ما تكون في شكل ذرات, فإن الكيميائين غالبا ما يقوموا بدراسة كيفية تفاعل الذرات لتكوين الجزيئات وكيفية تفاعل الجزيئات مع بعضها البعض.

والكيمياء هو علم يدرس العناصر الكيميائية والمواد الكيميائية (التركيب والخواص والبناء) والتحولات المتبادلة فيما بينها (التفاعلات الكيميائية).

تقسم الكيمياء إلى عدة فروع رئيسية ومنها : تنقسم الكيمياء بصفة عامة إلى عدة فروع رئيسية، كما يوجد أيضا تفرعات لهذه الفروع, وموضوعات ذات تخصص أكبر داخل هذه الفروع.

الكيمياء التحليلية
هي تحليل عينات من المادة لمعرفة التركيب الكيميائى لها وكيفية بنائها.
الكيمياء الحيوية
هي دراسة المواد الكيميائية, والتفاعلات الكيميائية التي تحدث في الكائنات الحية.
الكيمياء غير العضوية
هي دراسة خواص وتفاعلات المركبات غير العضوية. ولا يوجد هناك حد واضح للتفريق بين الكيمياء العضوية وغير العضوية, كما أن هناك تداخل كبير بينهما, ويكون أهمه في فرع أخر يسمى كيمياء الفلزات العضوية.
كيمياء عضوية
هي دراسة تركيب, وخواص, وتفاعلات المركبات العضوية.
الكيمياء الفيزيائية
هي دراسة الأصل الفيزيائى للتفاعلات والأنظمة الكيميائية. ولمزيد من التحديد فإنها تدرس تغييريات حالات الطاقة في التفاعلات الكيميائية. ومن الفروع التي تهم الكيميائيين المتخصصين في الكيمياء الحرارية, الكيمياء الحركية, كيمياء الكم, الميكانيكا الإحصائية، علم الأطياف.

محتويات

مقدمة تاريخية

يحاول الإنسان عبر العصور أن يبحث في طبيعة العالم الذي من حوله، وذلك بدافع غريزة حب المعرفة، ومن خلال ذلك، تم الكثير من الاكتشافات المهمة التي ساعدت على تطوير العلوم والتكنولوجيا ومن ضمنها علم الكيمياء وهو علم يعنى بطبيعة المادة ومكوناتها، وكذلك بكيفية تفاعل المواد المختلفة مع بعضها بعضاً، وعلى هذا تكون وظيفة العالم الكيميائي الأساسية هي معرفة أكبر قدر ممكن من المعلومات عن طبيعة المادة التي أوجدها الله في هذا الكون.

بدايات علم الكيمياء.تعود بدايات علم الكيمياء إلى زمن موغل في القدم، فلقد اختلف في مكان نشأته، قيل أن بداياته كانت في القرن الثالث قبل الميلاد، كما أن الحضارات القديمة التي سادة كلاً من الصين والهند كانت تعتبر المعالجة الكيميائية(تغيير المواد بالسوائل الكيميائية) من بين ما يتقنونه مهارة وحذقاً وأن هذه المعرفة والبراعة انتشرتا غربا إلى إمبراطوريتي فارس ومصر القديمة حيث كان دبغ الجلود وصناعة الأصباغ ومستحضرات التجميل من بين الفنون التي مارسها المصريون، وتعتبر الإسكندرية المركز الأول للكيمياء القديمة حيث تأثرت بفلسفة الإغريق بعد قيام الإسكندر الأكبر بفتح مصر (322ق.م)، حيث جذب إليها الكثير من الإغريق فارتبطت مهارة المصريين مع نظريات الإغريق مما أدى إلى ظهور أولئك الذين يمارسون الكيمياء، ونسب إليها أنها موطن البحث لهذا العلم الذي يحيل المعادن العادية إلى معادن ثمينة ويعيد الشباب إلى الإنسان، وتزامن مع ظهور الكيمياء القديمة ظهور التنجيم واختلط بها السحر كما سيطرت الرمزية على هذه الكيمياء في العصور الوسطى وأغرقها الغموض.

مساهمة العرب في تطوير الكيمياء. عندما فتح العرب مصر سنة(642م) ولا ريب أن أولئك الفاتحين أسهموا بقدرٍ موفور في تطوير الكيمياء، حيث يعتبرون أول من اشتغل بالكيمياء كعلم له قواعده وقوانينه، وذلك منذ القرن الثاني الهجري، وطبقوا إنتاجهم في الصيدلية بصفة خاصة. وما زال الالتحام بين شتى المفاهيم لعلوم الكيمياء القديمة ينم عن اللفظ العربي نفسه مثل (ألـ وخيمياء) وهو الشكل الإغريقي الذي يطلق على مصر. كذلك أصل كلمة كحول وهو عربي بمعنى غول وغرّبت هذه الكلمة أو حولت على اللغة الغربية بهذه الصفة. قال الله تعالي في سورة الصافات الآية(47): (لا فيها غول ولا هم عنها ينزفون). واستمرت أصول الكيمياء العربية مرجعاً للغرب إبان القرون الوسطى وانتقلت ترجمات أعمالهم إلى أوروبا في القرن الثاني عشر الميلادي والتي اشتهرت بعد أن وصل الفتح العربي إلى الأندلس سنة(711م) يحمل معه المعارف العربية. وفي الجامعات العربية ببرشلونة وطليطلة تعلم طالبوا العلم من جميع أنحاء أوروبا فن الكيمياء.

الكيمياء الحديثة. يرجع تاريخ الكيمياء الحديثة إلى القرن السابع عشر الميلادي بأبحاث (بويل) الذي قسم الأجسام إلى مواد أولية(عناصر ومركبات ومخاليط) وتلت أبحاث (بلاك، ولافوازيية)عن الاحتراق والتأكسد ثم(برتلي) الذي اكتشف الأكسجين في الهواء، ثم(كافندش) الذي اكتشف تكوين الماء ثم (دالتون) الذي وضع النظرية الذرية عن تكون المادة وتعرّف الكيمياء الحديثة بأنها:- علم طبيعي في تكوين المادة والتغييرات التي تحدث فيها تحت تغييرات مختلفة تفقد الجسم مظهره الخاص وصفاته التي يتميز بها، إذ تتبدل مادته بأخرى ذات خواص وصفات جديدة وتوصف مظاهر المواد وسلوكها بالخواص الكيميائية، أي تعرّف بذلك وتبين تلك الخواص الكيميائية إبان التفاعلات بالمعادلات.

نظام التسمية في الكيمياء

التسمية ترجع إلى النظام المتبع لتسمية المركبات الكيميائية. يوجد نظام معين لتسمية المواد الكيميائية. المركبات العضوية يتم تسميتها طبقا لنظام تسمية المركبات الكيميائية. المركبات غير العضوية يتم تسميتها طبقا لنظام تسمية المركبات غير العضوية. ويسمى ذلك IUPAC وهي اختصار (بالإنكليزية: International Union of Pure and Applied Chemistry) أي الأتحاد الدولي للكيمياء النظرية والتطبيقية.

الذرة

ظل تركيب الذرة يشغل العلماء لفترة طويلة من الزمن، وكانت أفكارهم عن تركيب المادة في البداية مبنية على أساس نظري، من هؤلاء العلماء العالم دالتون، الذي إفترض أن المادة تتكون من جسيمات صغيرة غير قابلة للانقسام تدعى ذرات، وأن هذه الذرات تنفصل وتتحد بعضها مع بعض لتشكيل مواد جديدة وفق لقوانين خاصة.

الذرة: هي أصغر جزء من العنصر لا يمكن أن توجد في حالة انفراد وتتمثل فيها خواص العنصر والجزء من المادة، أو هي أصغر جزء من المادة يمكن أن تنقسم إليه المادة وتظل حاملة لصفاتها الكيميائية، ويمكن ان تدخل في التفاعلات الكيميائية.

أصل الكلمة

أصل الكلمة عربي من الفعل كمى أي غطى وستر والسبب في ذلك لأن الكيميائيين الأوائل كانوا يخفون معلوماتهم الكيميائية لكي يستخدموها في الشعوذة والسحر والخداع.. وفي العصر الأموي كانت تعرف بعلم المستورات أي العوامل الخفية في المواد ومن أدلة ذلك قول الأمير خالد بن يزيد وهو من أوائل الكيميائيين العرب : وإني لأكمى الناس ما أنا مضمر مخافة أن يدرى بذلك كاشح

تاريخ الكيمياء

الكيمياء هو العلم الذي اكتشفه وبرع فيه المصريون الفراعنة, لذا سُمى العلم بعلم المصريين, واتُخذ اسم علم الكيمياء من اسم مصر (كيمى) بمعنى اسود (بالمصرية) وهو أحد أهم أسماء مصر والتي كانت تتلون اراضيها باللون الاسود بسبب طمى فيضان النيل, ونجد ان كلمة كيمى هي القاسم المشترك في اسم علم الكيمياء في كافة لغات العالم للتأكيد على انه العلم الخاص بالمصريين, لذا نجدها بالانجليزية Chemistry,بالفرنسية Chimie، بالكرواتية Kemija, بالتشيكية Chemie, بالفنلندية Kemia,بالالمانية Chemie,بالاسبانية والبرتغالية Quimica,وبالعربية كيمياء وهكذا في كافة اللغات

اختلف مؤرخوا العلم حول أصل كلمة كيمياء. فمنهم من ردها إلى الفعل اليوناني chio الذي يفيد السبك والصهر، ومنهم من أعادها إلى كلمتي chem، kmt المصريتين ومعناهما الأرض السوداء، ومنهم من يرى أنها مشتقة من كلمة كمي العربية أي ستر وخفى.

ويعرّف ابن خلدون الكيمياء بأنها (علم ينظر في المادة التي يتم بها كون الذهب والفضة بالصناعة)، ويشرح العمل الذي يوصل إلى ذلك. لقد تأثرت الكيمياء العربية بالخيمياء اليونانية والسريانية وخاصة بكتب دوسيوس وبلنياس الطولوني الذي وضع كتاب (سر الخليقة). غير أن علوم اليونان والسريان في هذا المجال لم تكن ذات قيمة لأنهم اكتفوا بالفرضيات والتحليلات الفكرية. وتلجأ الخيمياء إلى الرؤية الوجدانية في تعليل الظواهر، وتستخدم فكرة الخوارق في التفسير، وترتبط بالسحر وبما يسمى بعلم الصنعة، وتسعى إلى تحقيق هدفين هما:

أ – تحويل المعادن الخسيسة كالحديد والنحاس والرصاص إلى معادن شريفة كالذهب والفضة عن طريق التوصل إلى حجر الفلاسفة. ب – تحضير أكسير الحياة، وهو دواء يراد منه علاج كل ما يصيب الإنسان من آفات وأمراض، ويعمل على إطالة الحياة والخلود

-------------------------------------------------------------------------------.

الذرة

الذرة هي مجموعة من الأجسام المتناهية الدقة. هذه الأجسام تتكون من نواة موجبة الشحنة وغالبا ما تحتوى على البروتونات والنيترونات, كما يوجد أيضا عدد من الإلكترونات التي تعادل الشحنة الموجبة في النواة. وتدور الالكترونات في مستويات مختلفة تعرف بمستويات الطاقة، حيث يحمل المستوى الأول إلكترونين فقط ويحمل المستوى الثاني ثماني الكترونات. أما المستوى الثالث فهو يحمل 18 إلكترونا. ولكل مستوى طاقة مستويات فرعية يرمز لها بالرموز s ،p, d, f. وغالباُ ما تكون الذرات متعادلة كهربائياً لأن عدد الإلكترونات السالبة يساوي عدد البروتونات الموجبة، ويمكن للذرة أن تتحول إلى أيون موجب عندما تفقد الكترونا أو أكثر عند التفاعل الكيميائي كما يمكن أن تتحول إلى أيون سالب عندما تكتسب ألكترونا أو أكثر وذلك بحسب قيمة الشحنة التي تفقدها أو تكتسبها.

العنصر هو فئة من الذرات التي لها نفس عدد البروتونات في النواة. ويسمى هذا العدد بالعدد الذرى للعنصر. فمثلا, كل الذرات التي لها 6 بروتونات في النواة هي ذرات لعنصر كيميائي يسمى الكربون, كما أن كل الذرات التي لها 92 بروتون في النواة هي ذرات عنصر اليورانيوم.

أفضل توزيع وشكل للعناصر بصفة عامة في الجدول الدوري, والذي يتم وضع العناصر ذات الصفات الكيميائية المتشابهه في نفس المجموعة. كما يتم وصف العنصر باسمه, ورمزه, وعدده الذري.

ونظرا لأن عدد البروتونات في النواة يحدد عدد الإلكترونات المحيطة بالنواة وكذلك خواصها, ونظرا لأن الإلكترونات هي التي تكون ظاهرة من العنصر للعالم الخارجى حيث أنها تقع خارج النواة فإنها تتحكم في التفاعلات, والتحولات الكيميائية التي يمكن حدوثها للعنصر. كما أن عدد النيوترونات الموجودة في النواة قد تغير من حالة العنصر كما لو أنه عنصر أخر.

المركبات

المركبات الكيميائية

المركب الكيميائي هو مادة تتكون من نسبة معينة من العناصر والتي تحدد تركيب المركب والمجموعة التي يقع فيها هذا المركب والتي تحدد بالتالى خواص هذا المركب. فمثلا, الماء هو مركب يحتوى على الهيدروجين الأكسجين بنسبة 2 إلى 1. تتكون المركبات وتتحول عن طريق التفاعلات الكيميائية.

الجزيئات

الجزيء هو أصغر جزء نقي من المركب والذي له خواص كيميائية محدده. ويتكون الجزيء من مجموعة ذرات أو أكثر متحدة مع بعضها البعض.

الشوارد

الشاردة هو مركب مشحون, أو هو ذرة أو جزيئ إكتسب أو فقد إكترون أو أكثر. الأيونات الموجبة الشحنة تسمى شرجبة (كاتيونات) مثل كاتيون الصوديوم NaNa+ والأيونات السالبة الشحنة تسمى شرسبة (أنيون) مثل شرسبة (أنيون) الكلور Cl-, واللذان عن إتحادهما يكونا الملح المتعادل كلوريد الصوديوم(NaCl). ومثل للأيونات ذات الذرات العديدة التي لا تتفكك خلال تفاعلات الحمض - القاعدة هو مجموعة الهيدروكسيد (OH-), أو الفوسفات (.

الروابط الكيميائية

الرابطة الكيميائية هي القوة التي تربط الذرات في الجزيء أو في البلورة. في مركبات بسيطة عديدة, نظرية التكافؤ ومبدأ عدد التأكسد يمكن استخدامهما للتنبؤ بالتركيب الجزيئي. وبالمثل, فإن النظريات الفيزياء الكلاسيكية يمكن استخدامها للتنبؤ بتركيب مركبات أيونية عديدة. أما المركبات ذات التركيب المعقد، مثل السبائك المعدنية، فإن نظرية التكافؤ لا تستطيع تفسير تركيبها, وهنا تظهر أهمية استخدام نظريات الميكانيكا الكمية مثل نظرية المدار الجزيئي.

بعض أنواع الروابط الكيميائية:

  1. رابطة أيونية
  2. رابطة تساهمية
  3. رابطة فلزية

ورابطة تناسقية والرابطة التناسقية تنساق تحت الرابطة التساهمية تقريبا وتوجد رابطة أخرى وهي الرابطة الهيدروجينية وتتكون عن طريق اتحاد جزيئين بحيث يكون بكل جزئ ذرة هيدروجين وذرة أخرى ذات سالبيه كهربيه عاليه والذي يؤدى إلى وقوع ذرة الهيدروجين بين ذرتين ذات سالبيه كهربيه عاليه عند الاتحاد.

الرابطة الأيونية : تتكون غالباً بين الفلزات واللافلزات حيث تكون :

الفلزات : ذراتها حجمها كبير - جهد تأينها صغير (فيسهل فقد الكترونات المستوى الأخير) فيتكون أيون موجب ليصل لأقرب غاز خامل.

اللافلزات : صغيرة الحجم - ميلها الإلكتروني كبير (فيسهل اكتساب إلكترونات) فتصبح أيون سالب لتصل لأقرب غاز خامل (نبيل).

والربطة الأيونية هي : انجذاب كهربائي بين الأيون الموجب والسالب (وليس لها وجود مادي).

حالات المادة

الحالة هو مجموعة من الأنظمة الكيميائية التي لها تركيب عام متماثل, عند التعرض لمدى معين من تغير الظروف مثل الضغط أو الحرارة. الخواص الفيزيائية مثل الكثافة ومعامل الأنكسار تميل أن تكون في المدى المميز لهذه الحالة. الحالة تعرف على أنها النظام الذي إن تم أخذ أو إعطاء طاقة له فإن هذه الطاقة المفقودة أو المكتسبة تستخدم في إعادة ترتيب النظام. بدلا من تغيير شكل الحالة.

وفى بعض الأحيان يعتبر التفريق بين الحالات صعب لوجود أكثر من حالة في نفس الوقت، وفى هذه الحالة تعتبر المادة في حالة حرجة. عند تواجد ثلاث حالات للمادة في نفس الوقت تحت ظروف معينة فإن هذا يسمى النقطة الثلاثية ونظرا لأن هذه النقطة ثابتة، يعتبر ذلك جيد لتحديد الظروف الملائمة لهذه النقطة.

وأكثر الأمثلة شيوعا لحالات المادة الصلب، السائل، الغاز، كما قد توجد حالات أخرى ليست شائعة. ويمكن ملاحظة أن الثلج كمادة له أكثر من حالة اعتمادا على الضغط ودرجة الحرارة. وتتعامل معظم الحالات مع نظام الأبعاد الثلاثي، ولكن يمكن في حالات معينة التعامل مع نظام البعدين وذلك لارتباطه ببعض العلوم الأخرى مثل علم الـأحياء.

التفاعلات

التفاعل الكيميائي هو تحول في التركيب الدقيق للجزيئات. ويمكن أن ينتج التفاعل الكيميائي من مهاجمة جزيئات لجزيئات أخرى لتكوين جزيئات أكبر, أو جزيئات تتفكك لتكوين جزيئين أو أكثر أقل حجما, أو إعادة ترتيب الذرات في نفس الجزيء أو خلال جزيئات أخرى. وتتضمن التفاعلات الكيميائية غالبا تكوين أو تكسير روابط كيميائية.

نظرية الكم

نظرية الكم تقوم بوصف تصرف المادة في مدى صغير للغاية. وعلى هذا فإنه طبقا لذلك وصف جميع الأنظمة الكيميائية باستخدام هذه النظرية, ولكن هذا يعتبر في غاية التعقيد من الناحية الحسابية. ولذا فإنه يتم استخدام هذه النظرية بواقعية في الأنظمة الكيميائية البسيطة, كما أنه يتم استخدام التقريب للحصول على نتائج واقعية



--------------------------------------------------------------------------------


التسامي




التسامي أو التصَعُّد (بالإنجليزية: Sublimation‏) هو تحول المادة من الحالة الصلبة إلى الحالة الغازية دون المرور بالحالة السائلة. يحدث في التسامي تغير لطور المادة والذي يحدث عند درجات حرارة وضغوط أقل من النقطة الثلاثية في مخطط طور المادة.

عند الضغوط النظامية تمتلك معظم العناصر والمركبات الكيميائية ثلاث حالات مختلفة عند درجات حرارة مختلفة، تكون الحالة السائلة هي المرحلة الوسط بين الحالة الصللبة والحالة الغازية. لكن بعض العناصر والمواد تتجاوز الحالة السائلة عند التحول من صلب إلى غاز. تسمى درجة الحرارة التي يحدث عندها هذا التحول بدرجة حرارة التسامي، والضغط كذلك بضغط التسامي، ويشار إلى كليهما بمصطلح نقطة التسامي.

أمثلة

  • توجد العديد من المواد التي تتسامى عند ضغوط منخفضة، بالتاي تسبب مشاكل في التطبيقات التي تتطلب تفريغاً عالياً مثل الزنك والكادميوم.

تستخدم هذه الظاهرة في التجفيف بالتجميد، والتي تمكن من تعليق الملابس المبتلة خارجاً في الطقس المتجمد فتصبح جافة مرة أخرى.

NH4Cl → HCl + NH3
  • تتسامى بعض البوليمرات أيضاً مثل الكيفلر.

.




تختلف عن الطاقة الضوئية التقليدية وتواجه تحدي التخزين أشعة الشمس المركزة تبرز كنوع جديد للطاقة

تختلف عن الطاقة الضوئية التقليدية وتواجه تحدي التخزين أشعة الشمس المركزة تبرز كنوع جديد من مصادر الطاقة المتجددة

تطبيق تقنية الطاقة الشمسية لا يخلو من بعض الصعوبات, فتخزين الحرارة أثناء ساعات النهار لاستخدامها في الليل يشكل التحدي الرئيسي لاستمرار تدفق التيار الكهربائي بصورة ثابتة على مدار اليوم

من الواضح أن العالم سيحتاج إلى مصادر طاقة متعددة ونظيفة هائلة من أجل خفض الانبعاثات الغازية بنسبة 80 في المائة, وهو الحد الذي تأمل عديد من الدول الصناعية إلى تحقيقه بحلول عام 2050م. من المتوقع في خلال العقود القليلة أن يتم التحول بشكل رئيسي إلى الطاقة الكهربائية المنتجة من مصادر متجددة، وذلك لتغطية جميع مناحي الحياة اليومية بما فيها حركة النقل.

أهم الشروط الواجب توافرها في إنتاج الطاقة الكهربائية من مصادر متجددة يمكن تلخيصها في الآتي:

1) أن تكون التكلفة منخفضة بحيث تنافس الطاقة النووية أو طاقة الفحم النظيفة, وهذا يعنى أقل من 0.1 دولار لكل كيلوات ساعة.

2) أن يكون الإمداد الكهربائي غير متقطع, بمعنى أن يستمر الإمداد بمعدل ثابت دون التأثر بالظروف الطبيعية المحيطة.

حتى الآن لا يتوافر هذان الشرطان في معظم مصادر الطاقة المتجددة الرئيسية، فالطاقة المنتجة من التوربينات الهوائية تعتمد على سرعة الرياح التي تتغير أثناء اليوم, أما الطاقة الكهربائية المنتجة بواسطة الألواح الضوئية فتتوافر نهاراً فقط.

وللاستفادة من هذين المصدرين بصورة مستدامة يجب توافر تقنيات تخزين فعالة, وهذا ما لم يتحقق حتى الآن بصورة عملية تتناسب مع حجم التخزين المطلوب. أما الطاقة الحيوية فما زالت الأبحاث جارية لتحسين كفاءة طرق إنتاج الكهرباء منها وجعلها جاذبة من ناحية التكلفة. كما أن الجدال مازال قائماً حول ما إذا كان استخدام الكتل الحيوية لإنتاج الطاقة يأتي على حساب الأراضي المخصصة لزراعة المحاصيل الغذائية.

في وسط هذا الجدال برز في الفترة الأخيرة اهتمام متزايد بالطاقة الشمسية المركزة كحل عملي يحقق جميع الشروط المطلوبة في مصادر متجددة للطاقة الكهربائية في المستقبل. تجب الإشارة هنا إلى أن الطاقة الشمسية المركزة تختلف عن الطاقة الضوئية التقليدية, فالأخيرة تستخدم لإنتاج الطاقة الكهربائية مباشرة عن طريق الخلايا الضوئية, ويكثر استخدامها حاليا على مستوى التطبيقات المنزلية في كثير من دول العالم. أما الأولى فتعتمد على تحويل طاقة الشمس المركزة إلى طاقة حرارية عالية جداً, وهذه بدورها يمكن الاستفادة منها في إنتاج الكهرباء عن طريق التوربينات.

تقنية تخزين الطاقة الشمسية تستخدم فيها مرايات عاكسات ضخمة لتركيز إشعاع الشمس على أنبوب أو وعاء يحتوي على غاز أو سائل لحصد هذه الحرارة التي تتجاوز حدودها 400 درجة مئوية.

قدرت إحدى الدراسات حجم الطاقة المستقبلية الناتجة من أشعة الشمس المركزة بنحو 600 جيجوات بحلول عام 2040م, أي ما يزيد على 5 في المائة من احتياجاتنا للكهرباء في المستقبل. حالياً يقدر حجم الكهرباء المنتجة بواسطة هذه التقنية نحو 400 ميجاوات، وهناك ثلاث دول فقط تعمل بنشاط على تطوير واستخدام هذه التقنية بصورة كبيرة وهي الولايات المتحدة الأمريكية، أستراليا، وإسبانيا.

تطبيق تقنية الطاقة الشمسية لا يخلو من بعض الصعوبات, فتخزين الحرارة أثناء ساعات النهار لاستخدامها في الليل يشكل التحدي الرئيسي لاستمرار تدفق التيار الكهربائي بصورة ثابتة على مدار اليوم. ولكن لحسن الحظ هناك بعض الدراسات المبشرة في هذا المجال، حيث نجح الباحثون في استخدام الحرارة الشمسية المركزة في عملية انشطار الماء لهيدروجين وأكسجين, حيث يمكن بذلك تخزين الطاقة الشمسية بطريقة غير مباشرة في شكل كميات كبيرة من الهيدروجين ليتم استخدامه في إنتاج الكهرباء ليلا عن طريق خلايا الوقود. بهذا يمكن ضمان تدفق التيار الكهربائي نهاراً عن طريق التوربينات وليلاً عن طريق خلايا الوقود.

هناك أيضاً دراسات مبشرة تشير إلى إمكانية تخزين الطاقة الشمسية المركزة في الأملاح المنصهرة. هذه التقنية تعتمد على خاصية تحول هذه الأملاح إلى سوائل عالية الحرارة ومن ثم امتصاصها لكميات هائلة من أشعة الشمس المركزة دون تغيير يذكر في حجمها. أيضا تتميز هذه الأملاح بقدرتها على الاحتفاظ بالحرارة لفترات طويلة، وبذلك يمكن استخدامها بكفاءة في عملية إنتاج بخار الماء اللازم لتشغيل التوربينات في الليل أو في أثناء انخفاض الإشعاع الشمسي عند مرور السحب الكثيفة.

البحوث في هذا المجال ما زالت في بدايتها، إلا أن إحدى الشركات الإسبانية أعلنت في الفترة الأخيرة عزمها على تصميم وتنفيذ أول محطة كهرباء بقدرة 50 ميجاوات يستخدم فيها تقنية تخزين الطاقة الشمسية في الأملاح المنصهرة.

للطاقة الشمسية المركزة أيضا استخدامات غير مباشرة في إنتاج الكهرباء. على سبيل المثال هناك بعض التجارب الناجحة في إنتاج الهيدروجين في مفاعلات كيماوية تستمد حرارتها من الأشعة الشمسية المركزة. وكما هو معروف, يشكل الهيدروجين أحد أهم مصادر إنتاج الكهرباء في المستقبل, ليس ذلك فحسب, فالهيدروجين سيكون الوقود الرئيسي لمركبات النقل في المستقبل القريب.

ينظر العالم اليوم إلى منطقة الشرق الأوسط باهتمام باعتبارها من المواقع المثلى للشروع في تنفيذ مشاريع كبيرة للاستفادة من تقنية الطاقة الشمسية المركزة في إنتاج الكهرباء، فطبيعة المنطقة التي تتمتع بتغطية شمسية جيدة على مدار العام شجعت بعض الشركات على التعاون مع دول المنطقة لتطوير مشاريع رائدة في هذا المجال.

إمارة أبو ظبي بالتعاون مع إحدى الشركات الإسبانية تعمل حاليا على تطوير حقل من المرايات العاكسة لإنتاج 10 ميجاوات من الكهرباء. أما في المملكة العربية السعودية فلم يعلن حتى الآن أي استثمار في الطاقة الشمسية المركزة إلا أن أحدث الجامعات السعودية, وهى جامعة الملك عبد الله للعلوم والتقنية على ساحل البحر الأحمر, تعتزم تغطية بعض من احتياجاتها الكهربائية بواسطة ألواح ضوئية بطاقة 2 ميجاوات. مثل هذه المشاريع الرائدة تدعو إلى التفاؤل وتشجع مراكز البحوث للاستمرار في تطوير مصادر الطاقة المتجددة بصورة عامة وخصوصا الطاقة الشمسية المركزة.
الاقتصادية الالكترونيه

مادة كيميائية خطرة في حرائق الغابات ونار الطهي

واشنطن- ( ي ب أ)

    وجد علماء أميركيون مادة كيميائية تشكل خطراً كبيراً على الصحة في دخان السجائر وحرائق الغابات ونار الطهي.

وأوضح العلماء أن المادة هي حمض إيزوسيانيك isocyanic acid (أو حمض السيان) وهو خطير خصوصاً لأنه يذوب في الماء ما يعني أن البشر يمكن أن يتعرّضوا للخطر إذا دخل الماء الملوّث في عيونهم، وليس فقط إذا دخل الحمض إلى رئتيهم.

والعلماء هم فريق من الإدارة الأميركية الوطنية التي تعنى بالمحيط والغلاف الجوي، وقد توصلوا إلى آلة لقياس نسبة هذه المادة في الهواء، مع العلم أنه حتى الآن كان من الصعب رصدها بالوسائل التقليدية.

ووجد العلماء حمض السيان في الهواء بمدينة لوس أنجلس وفي بولدر في كولورادو بعد الحرائق التي شبت هناك العام الماضي وأيضاً في اختبارات احتراق على كثافة عالية وفي دخان السجائر.

ولكن العلماء لم يحددوا بالضبط ما هي المخاطر المترتبة عن تنشّق هذا الحمض، إلاّ أنهم وجدوا أنه مرتبط بمرض الماء الأزرق وبالتهاب قد يقود إلى مرض في الأوعية الدموية والتهاب المفاصل.

وحذر الكاتب الرئيسي للدراسة البروفيسور جيم روبرتس من أنه إذا تبيّن ان نسبة حمض السيان في النار التي يتم إشعالها للطهي داخل البيوت مشابهة لنسبته في النار التي تمت دراستها في المختبرات، فهذا يعني أن الأسر معرضة لخطر هذه المادة.


Earth

Earth
is one of the 8 planets of our solar system. It is the third closest planet to the Sun.

Description of our planet:

Size:
The planet Earth is a relatively small planet for our solar system with a mass of 5.9736×1024 kg and a diameter of 12,756.3 km.

Orbital Characteristics:
The planet Earth obits the Sun at an average speed of 29.78 km/s. At this speed it takes this planet 365.2 days to complete its revolution around the Sun. A day on Earth lasts 24 hours.

Brightness:
Earth is a relatively bright planet for the solar system with a visual magnitude of -3.86 V(1,0) and an irradiance of 1367.6 W/m2.

Atmosphere:
Earth has a relatively thick atmosphere with an average density of 5,515 kg/m3 and a mean pressure of 1014 mb.  It's atmosphere is composed of the elements 78.084% Nitrogen (N2), 20.946% Oxygen (O2), and other trace elements.

The mean temperature of Earth is 15 degrees Celsius.

Moons:
Earth has 1 moon.  It is usually simply called "the Moon" but it is sometimes referred to by its Latin name "Luna".  This name is the derivative of the word "Lunar" - as in "Lunar Orbit".

Some important Fact Sheets of our Earth:

Mass

 

5.9736×1024 kg

Diameter

 

12,756.3 km

Average Density

 

5,515 kg/m3

Distance From Sun

 

149,597,870 km (Average)

 

152,104,980 km (Maximum)

 

147,085,800 km (Minimum)

Gravity

 

9.80 m/s2

Escape Velocity

 

11.19 km/s

Visual Magnitude

 

-3.86 V(1,0)

Orbital Velocity

 

29.78 km/s (Average)

 

30.29 km/s (Maximum)

 

29.29 km/s (Minimum)

Orbit Inclination

 

0 degrees

Orbit Eccentricity

 

0.0167

Average Surface Pressure

 

1014 mb

Temperature

 

15 degrees Celsius (Average)

 

58 degrees Celsius (Maximum)

 

-90 degrees Celsius (Minimum)

Axis Tilt

 

23.45 degrees

Aphelion

 

152.1×106 Km

Perihelion

 

147.09×106 Km

               The earth


                                تصميم تلسكوب عاكس بسيط

التلسكوب:

      هو عبارة عن أداة بصرية تساعد في تجميع وتوليد الضوء (الفوتون) سواء كان هذا الضوء منعكسا عن سطح جرم ما أو ضوء صادر بشكل مباشر عن هذا الجرم، وكلما زادت أحجام العدسات والمرايا الأولية (Primary Mirror-Lens) المستخدمة، نتج عن ذلك تجميع كمية أكبر من الضوء وبالتالي القدرة على روية أشياء أبعد وأكثر قتما وأوضح ملامح وأكثر تفصيلا، وتحدد أحجام المرايا أو العدسات الأولية القدرة الاستيعابية للتلسكوب ومدى الوضوح في الصورة المرصودة وجميع الوظائف المذكورة تتم بالاعتماد على حجم (قطر) العدسة أو المرآة الأولية ، وبمعنى أخر كلما كبرت أقطار المرايا والعدسات الأولية كلما قوي أداءه. 

ثم يأتي دور العدسة العينية Eyepiece والتي تقوم بتجميع حزم الضوء التي ثم تجميعها بالسابق للجرم بواسطة العدسة أو المرآة الأولية لتظهر في النهاية صورة الجرم الذي كان قد بدا كشيء مبهم معلق في السماء.

والتلسكوب جهاز يستخدم لرؤية الأجسام البعيدة ومنه ما يستخدم لرؤية الأجسام على سطح الأرض مثل المسارح والسباقات وغيرها ويسمى التلسكوب الأرضى Terrestrial ومنها ما يستخدم لرؤية الأجرام السماوية كالنجوم والكواكب ويسمى التلسكوب الفلكى .

وهناك العديد من أنواع التلسكوبات حسب نوع الأشعة التى تستقبلها مثل الأشعة تحت الحمراء والفوق بنفسجية والأشعة السينية، وجميعها تتفق في أساس عملها إلا أن بينها فروق عملية كبيرة في التصميم وأكثرها استخداما التلسكوب الضوئي الذي يعمل في منطقة الضوء المنظور ويعمل التلسكوب الفلكي على جمع أكبر كمية من الأشعة من الجرم السماوي البعيد وتستخدم في ذلك أما عدسة كبيرة أو مرآة مقعرة كبيرة وتتجمع الأشعة في بؤرة العدسة أو المرآة مكونة صورة حقيقية مصغرة مقلوبة للجسم يتم تكبيرها ورؤيتها أو تسجيلها على فيلم حساس أو نقلها كهروضوئياً إلى شاشة تليفزيونية .

وقد صنعت التلسكوبات في أول الأمر من العدسات وتسمى انكسارية Refractors وأكبر تلسكوب من هذا النوع موجود في مرصد يركزYerkes  في وسكونسن ويبلغ قطر عدسته 102سم  وطول أنبوبته 18متراً وتفضل المرايا في صناعة التلسكوبات لعدة أسباب منها:

أن العدسة تثبت عند حافتها فقط ونظرا لثقل مثل هذه العدسة الضخمة يمكن أن يتغير شكلها تحت هذا الثقل ويحدث تشويها في الصورة  أما المرآة المقعرة الكبيرة فيمكن تثبيتها بسهولة على كل مساحتها، بالإضافة إلي ذلك فالمرآة تحتاج إلى صقل جانب واحد بخلاف العدسة التي تحتاج لصقل جانبين، كذلك فإن تشوه الصورة الناتج عن الزيغ اللوني غير موجود في المرآة، لذلك فإن جميع التلسكوبات الضخمة في العالم تستخدم المرآة المقعرة .

وبالنسبة للتلسكوب الذي قمت بتصنيعه يدويا فيعد من ضمن مجموعة التلسكوبات العاكسة وبالأخص منها النوع الذي يسمى بالنيوتوني نسبة للعالم اسحاق نيوتن وفيما يلي شرح مفصل لهذا النوع من التلسكوبات:

التلسكوب العاكس:

     في عام 1668 أخترع اسحق نيوتن تلسكوبا عـاكــــســـــ لا يشتمل على عدسة شـيـئـية، فالضوء يسري عبر أنبوب طويل  مفتوح ليسقط على مرآة مـقـعـرة في أسفل الأنبوب، وتعكس المرآة المقعرة أشعة الضوء نحو أعلى الأنبوب إلى مرآة ثانية مسطحة  مائلة الوضع لتوجه (تعكس) الأشعة بدورها إلى عدسة محدبة مكبرة هي عينية  التلسكوب وكانت الصور الناتجة بتلسكوب نيوتن واضحة و خالية من الحواف  اللونية التي كانت تعاني منها التلسكوبات الكاسرة.

وكلما كان حجم المرآة أكبر أصبح التلسكوب عمليا أكثر من ناحية الرصد الفلكي لكن عندها سوف تظهر مساوئ من ناحية التركيب والصيانة والحمل لأغراض التنقل.

وأكبر التلسكوبات الفلكية في يومنا هذا هي من نفس  مبدأ هذا النوع (بما فيها  تلسكوب هابل) الموجود في الفضاء. فالمرايا تعطي صورا واضحة محددة المعالم خالية من الحواف اللونية بالإضافة لبساطة صنعها و قلة تكاليفها مقارنة بالتلسكوبات الكاسرة.

مبدأ عمل التلسكوب العاكس:

مثلا التلسكوبات النيوتيونيه العاكسة (Newtonian Reflectors) :  اخترعت بواسطة إسحاق نبوتن عام 1668، فكره عمل هذه التلسكوبات تقوم على أساس وجود مرآة منحنية (مقعرة) مصقولة جيدا تسمى المرآة الأوليه primary mirror تقوم بتجميع الضوء الصادر عن الأجرام السماوية وتركيزه في نقطه واحدة تم بعد ذلك تقوم بعكسه(الضوء/الصورة) إلى مرآة أخرى تسمى المرآة الثانوية (flat secondary mirror) وهي عبارة عن مرآة مسطحة صغيره جدا مثلثة الشكل تقريبا(diagonal) تقوم  بعكس الصورة (image) إلى الجانب العلوي من التلسكوب ومنها إلى العينية (نقطة تجمع الضوء أو نقطة البؤرة) كما هو موضح بالشكل التالي الذي يمثل الخريطة البصرية لتصميم هذا التلسكوب والذي تم اعتماده في التصنيع.

الشكل (2-2) يوضح مبدأ عمل التلسكوب العاكس.

مميزات التلسكوب العاكس:

1.               الجودة البصرية الممتازة.

2.                التّكلفة المنخفضة لكل أنش من حجم المرآة مقارنة بالأنواع الأخرى.

3.                مثالي للرصد الفلكي مثل رصد المجرات والسدم والمجموعات النجمية .

4.               صغر حجمه و سهولة حمله نوعا ما وخصوصا للأنواع ذات البعد البؤري المقدر بـ 1000 ملم.

5.               جيد فيما يتعلق بالرصد الأرضي والكواكب.

6.               جيد بالنسبة لاستخدامات التصوير الفلكي ومن الممكن جعله من النوع الإلكتروني (المتحرك آليا).

عيوب التلسكوب العاكس:

1. محدود إلى الاستعمالات الفلكية (لأنه يقوم بقلب الصورة رأسا على عقب).

2. يحتاج للتعيير الدائم  بالنسبة (للمرايا الأولية - الخلفية) للمبتدى ويعتبر صعب الصيانة نوعا ما.

3. كبير الحجم .

4. لأن تصميم الأنبوب (غير مغلق من طرفه البعيد) المفتوح فأنه عرضة لتجميع الغبار.

أساسيات الرصد الفلكي بالتلسكوب:

يعد التلوث الضوئي Light Pollution  من ألد أعداء السماء فالمناطق المأهولة لا تخلو من إنارة الشوارع والبيوت ليلا ومع هذه الأنوار ينتشر الضوء باتجاه السماء حيث يؤثر على نتائج الأرصاد الفلكية، مثلا بافتراض استخدام تلسكوب 5 أنش عاكس (مقارب للتلسكوب المصنع) فان  مجرة الأندروميدا ستكون مجرد بقعة ضوء خافت ومشتته بتكبير يقارب 200× من حديقة المنزل لكن في الصحراء أو الظلام الدامس ستبدو تماما كالمجرة 100% مع تفاصيل أكثر، وبنفس قوة التكبير ونفس الأمر مع كوكب المشتري الذي لن يشاهد الكثير من أحزمته السحابية (حزمتان أو ثلاث على الأكثر) مثلما ستبدو لو كنت في مكان ذو ظلام دامس (خمس حزم مختلفة الأشكال وبعض التفاصيل حول السحب وعاصفة البقعة الحمراء أن كانت موجودة  وأكثر) وهكذا لمعظم الأجرام السماوية الأخرى.

التلسكوب اليدوي الصنع:

تم تصنيع تلسكوب يدويا باستخدام أدوات بسيطة متوفرة وكان من نوع التلسكوب العاكس ومواصفاته هي:

1. مرآة مقعرة (تمثل الشيئية) قطرها   15 cm  أي  6 Inch.

2. عدسة محدبة (تمثل العينية) قطرها  2.3 cm قوة تكبيرها 7 مرات مأخوذة من مجهر طبي.

3. مرآة مستوية صغيرة.

4. انبوبة التلسكوب الرئيسية طولها  89 cm  مصنعة من مادة البلاستك كونها أساسا من أنابيب المياه الرئيسية.

5. ناظور للتقريب وضبط الرؤية تركيب محلي مؤلف من عدسة عينية قطرها وعدسة شيئية  قطرها  وضبطت المسافة بينهما بواسطة انبوب بسيط الصنع وظيفته استهداف الأجرام البعيدة المراد رصدها، وذلك  بفضل التكبير المنخفض ومجال الرّؤية العريض ما يسمح أن يرى مزيدا من حجم السّماء أكبر مما يرى من خلال التّلسكوب الرّئيسيّ و بمجرد توسيط الهدف في وسط مرماه يكون الهدف أيضا في(وسط) المرآة أو العدسة الرئيسية.

6. أنابيب حديدية حاملة لأنبوبة التلسكوب الأول قصير يرتبط مباشرة بالأنبوبة الرئيسية وحركته عمودية (مما يعطي إحداثي الميل للجرم السماوي المرصود)، والثاني طويل ويرتبط بالجزء القصير المذكور أعلاه، ويثبت هذا الجزء على القاعدة ليعطي حركة أفقية للأنبوب الرئيسي (مما يعطي إحداثي المطلع المستقيم للجرم السماوي المرصود)، وبهذا فان هذا التلسكوب يعمل وفق نظام الإحداثيات الفلكية الاستوائية الذي يعد أسهل أنواع الأنظمة وخاصة ان الاحداثيات في هذا النظام لا تعتمد على الزمن (فلا يحتاج الى تضبيط مستمر للمواقع) وخاصة مع توفر الجداول الفلكية التي تعطي الاحداثيات الاستوائية للأجرام السماوية.

 

التلسكوبات المصنعة عالميا:

أما التلسكوب المصنع بإحدى أكبر شركات صناعة التلسكوبات في العالم Meade الأمريكية والموجود حاليا في جامعة أهل البيت العالمية فرع كربلاء فهو تلسكوب محوسب متطور وحديث جدا من نوع LX 200 وخريطته البصرية مشابهة للخريطة البصرية للتلسكوب المصنع يدويا ومواصفاته هي:

1. قطر مرآته المقعرة  20.3 cm.

2. قطر عدسته المحدبة  2.8 cm .

3. يحتوي على جهاز تحديد المواقع الجغرافية العالمي  GPS.

4. شكل نظامي وتجميلي أكثر بكثير.

ويعمل هذا التلسكوب على نظام الإحداثيات الأفقية وليس الاستوائية مع إن النظام الاستوائي أفضل بكثير من النظام الأفقي في عملية الرصد لسهولة استعماله وفهمه وقياساته عكس الإحداثيات الأفقية التي تواجه مستخدمها صعوبة الاستخدام و صعوبة تضبيط المواقع الفلكية عليها لكن ممكن أن تسهل مهمتها كثيرا بوجود جهاز GPS الذي يعمل على متابعة الأجرام السماوية المحددة للرصد حتى مع تغير الزمن.

 

 

 

التلسكوب المصنع بشركة meade العالمية.

 

المقترحات:

1.  أهمية وجود مختلف الأجهزة العلمية بصورة عامة في الجامعة لغرض التطوير العلمي حتى لو كانت الأجهزة تصنيع محلي بسيط المهم وجودها واستخدامها للأبحاث العلمية.

2.    إمكانية توفير الأجهزة العلمية بأسعار زهيدة مقارنة بتلك المصنعة عالميا.

3.  إمكانية استخدام التلسكوب المصنع حاليا للقيام بالأبحاث العلمية الفلكية وخاصة المتعلقة بفترات النشاط الشمسي والكواكب والقمر.

4.  استخدام التلسكوب للقيام بعملية الاستهلال الشهري وتحديد ضوابط رؤية الهلال وتعريف الناس بصورة عامة على هذه الضوابط للتقليل قدر الامكان من الاختلافات والأخطاء الحاصلة في رؤية الهلال لما لهذا الموضوع من أهمية خاصة بالنسبة للمسلمين عامة.

5.    إمكانية تطوير هذا التلسكوب البسيط تدريجيا بالدعم المادي بتغيير حجم المرايا المستخدمة فيه.

6.  إمكانية فتح مركز أبحاث فلكية بالتطوير التدريجي للتلسكوبات المصنعة محليا بالتعاون مع المراكز والأفراد أصحاب الخبرة بهذا المجال.

7.  إقامة ورش عمل ودورات تعريف باستخدام التلسكوب البسيط والتلسكوب المحوسب الحديث بالتعاون مع بعض المؤسسات والهيئات ذات العلاقة مثل وزارة العلوم والتكنولوجيا، مرصد الصبار بالديوانية (ومديره السيد حسن صبار الذي لم يكن بالامكان اكمال العمل بدقة متناهية لولا مساعدته المميزة لنا)، جامعة أهل البيت (ع) لوجود تلسكوب محوسب حديث متوفر في مركز الأبحاث الفلكية، وغيرها.

 

 

 

 

 


احمرار القمر

 لقد تعددت الآيات الكونية بشتى الصور والألوان فمنها خسوفات القمر التي تحدث في منتصف الأشهر القمرية  وذلك عندما تحُول الأرض من وصول أشعة الشمس إلى القمر ثم انعكاسها إلينا. وبحكم كروية الأرض فإن أشعة الشمس تكوّن ظل مخروطي في الاتجاه المعاكس لموقع الشمس، ويصل طول المسار الذي يتحرك فيه القمر داخل المخروط حوالي 9000 كيلومتر، وبما أن قطر القمر يُقدر بحوالي 3500 كيلومتر لذا فإن الخسوف يستمر ساعات مما يتيح رؤيته في أنحاء كثيرة من الكرة الأرضية التي يتغشاها الليل أثناء الحدث. ويعتمد نوع الخسوف  على كيفية مرور القمر خلال مخروط الظل، فيكون خسوف جزئي عندما يكون يتحرك جزاٌ من قرص القمر ضمن المخروط،  أما عندما يكون القمر بالكامل داخل المخروط فيحدث خسوف كلي للقمر،  أي عدم وصول أي أشعة إلى سطحه مما يتطلب أن يختفي قرص القمر تماماً، لكن غالباً ما يحدث خلاف هذا إذ يظهِر قرص القمر باللون الأحمر. والسؤال الآن إذاً لماذا لم يختف قرص القمر تماماً،  ولماذا اكتسى بتلك الصبغة الحمراء؟

             لقد أوضحت الدراسات المستفيضة أن الغلاف الجوي الأرضي يعمل كعدسة لآمة (محدبه) تكسر بعضاً من أشعة الشمس باتجاه القمر مما يتسبب في إضاءته وعدم اختفائه تماماً أثناء الخسوف الكلي. وغالباً ما يكتسي سطح القمر أثناء الخسوف باللون الأحمر كنتيجة عن طبيعية أشعة الشمس المنكسرة خلال الغلاف الجوي الأرضي. 

وكما هو معروف أن أشعة الشمس عبارة عن مزيج من ألوان الطيف ابتداء من الأزرق ذو الموجات القصيرة إلى الأحمر ذو الموجات الطويلة،  وان الغلاف الجوي الأرضي يعمل على تشتت الضوء لكن بنسب متفاوتة فذو الأطوال الموجية القصيرة يتشتت بنسبة اكبر وهكذا فاللون الأزرق يكون أكثر تشتتا من اللون الأحمر مما يجعل لون السماء ازرق، بينما يستمر الأحمر باختراق مسافات أطول خلال الغلاف الغازي وذلك ما يجعلنا نشاهد الشمس حمراء عند الشروق والغروب. وعندما يحث خسوف كلي للقمر فإن غلافنا الغازي يقوم بتوجيه (بكسر) الأشعة الحمراء  باتجاه القمر مما يجعل لونه ذو احمرار،   ولو أن  راصداً  موجوداً على سطح القمر ويراقب الأرض لحظة الخسوف الكلي فإنها ستبدو على شكل قرص اسود وقد أحاطت به هالة حمراء لامعة.

وكلما ازداد صفاء الغلاف الغازي الأرضي ازدادت كمية الأشعة الحمراء المنكسرة وبالتالي تزداد شدة احمرار قرص القمر أثناء الخسوف الكلي، وقد ورد في بعض تقارير الخسوفات بان قرص القمر قد اختفي تماماً وبدت السماء كالحة السواد، وذلك يكون في حالة انعدام صفاء الغلاف الجوي مما نتج عنه عدم وصول الأشعة الحمراء إلى القمر.  لذا فهنالك عدة مراكز بحثية تهتم بدراسة اختلاف تغير شدة احمرار قرص القمر من خسوف إلى آخر، وذلك لدراسة مدى التغيرات التي تحدث في طبقات الغلاف الجوي الأرضي. وقد تم تصنيف لون القمر أثناء الخسوفات الكلية إلى أربعة أقسام: الأول، اسوداد تام وعدم ظهور أي ملامح على سطح القمر. الثاني، يظهر القمر باللون الرمادي أو البني مع ظهور باهت لبعض ملامح القمر. الثالث، أن يكون لون القمر محمر والرابع هو أن يكون لون القمر برتقالي أو نحاسي.

ومن أهم مسببات عدم صفاء الغلاف الجوي عنصران : الأول، حرائق الغابات الضخمة والتي يصدر عنها كميات كبيرة من الغازات. الثاني، حدوث انفجارات بركانية ضخمة تتدفق خلالها المخلفات البركانية من غازات وجزيئات رمادية إلى طبقة الأستراتوسفير على ارتفاع مابين 25 -  50 كيلومتر، حيث يبقى فيها الرماد البركاني عدة أيام، بينما تتفاعل الغازات الكبريتية المؤكسدة مع بخار الماء مكونة سحب كيميائية تظل عالقة في الجو وتتسبب في عدم انكسار الأشعة الشمسية باتجاه القمر .

 

فعلى سبيل المثال بركان كراكاتوا الذي انفجر سنة 1833 باندونيسيا في جزيرة واقعة ما بين سومطرة وجاوه اندفع منه الرماد والغبار إلى ارتفاع 35 كيلومترا غامراً سماء الكرة الأرضية مما تسبب في تغير لون الشمس أثناء شروقها وغروبها وقد رآه الناس في شتى أنحاء الأرض ومنهم  سكان نجد إذ شاهدوا هذا التغير في الأفق إثناء الشروق والغروب وذلك ما  أوضحه ابن بشر في  كتاب عنوان المجد في تاريخ نجد حيث قال " ظهر (1247هـ - 1833م) في الشرق والغرب حمرة وصفرة بعد غروب الشمس ودامت أشهراً. وصار في السماء والأرض نور قريب من نور القمر وعجب الناس من ذلك. أما بركان اشيكون   الذي ثار  في المكسيك في مارس 1982 مطلق كميات هائلة من الغبار والأدخنة والأتربة التي غطت القرية المجاورة له فبدت وكأنها مدينة أشباح.  والجدول المرفق يبين الانفجارات البركانية التي صاحبها اختفاء تام للقمر أثناء كسوفه الكلي والتي تعطي مدلولاً عن مدى عدم الصفاء في طبقات الجو العليا.

وهكذا نجد أن ظاهرتي الكسوف والخسوف تحملان في طياتهما الكثير مما سيكشف عنه العلم في المستقبل لتتضح لنا ما نجهل من آيات الطبيعة المحيطة بنا وما يحدث حولنا من تغيرات كونية تبين صِغر حجم هذا الإنسان أمام ما أودعه المولى عز وجل في هذا الكون وليظل فينا حديث المعلم الأكبر سيدنا محمد صلى الله عليه وعلى آله وصحبه وسلم  بأن الشمس والقمر  آيتان من آيات الله الدالة على وحدانيته وعظيم قدرته سبحانه وتعالى.

 

 

 


بسم الله الرحمن الرحيم

((فلا أقسم بالشفق))

صدق الله العلي العظيم

حساب سرعة الضوء من القرآن

اكتشف العالم المعروف : أينشتاين سرعة الضوء وأنها تساوي : 299792.5 كلم في الثانية ولكن المذهل ما اكتشفه مؤخرا أحد العلماء أن هذا الرقم يمكن إستنتاجه من آية بالقرآن الكريم، لتكون دليلا جديدا ضد من يزعم أن القرآن من تأليف محمد بن عبدالله (صلى الله عليه و سلم).

سرعة الضوء طبقا للجنة المعايير الأمريكية : 299792.4574 +- 0.0011 كم\ثانية

وطبقا للجنة المعايير البريطانية : 299792.4590 +- 0.0008 كم\ثانية

ولقد قام المؤتمر العالمي للمقاييس والوحدات بتعريف المتر على أنه : "هو طول المسار الذي يقطعه الضوء خلال أنبوبه في زمن قدره 1 على 299792458 من الثانية". و تنص نظرية النسبية على أن سرعة الضوء هي الحد الأقصى لأي سرعة يمكن أن تبلغها جميع الأجسام المعروفة.

من ألف و أربعمائة عام مضـت نزل القرآن الكريم كلام الله عز وجل على محمد (صلى الله عليه و سلم). معجزة خلبت قلوب العجم قبل العرب ، و تحدى الله البشر إن كانوا يشكون في نبوة نبيه أن يأتوا بكتاب مثله إن كانوا صادقين.

أولاً: من المعلوم أن حساب السنين في القرآن الكريم يعتمد على السنة القمرية وليس السنة الشمسية. أي أن طريقة الحساب المتبعة في عدد السنين هي السنوات القمرية ، والدليل على ذلك قول الله تعالى : { هو الذي جعل الشمس ضياء والقمر نورا وقدره منازل لتعلموا عدد السنين والحساب ، ما خلق الله ذلك إلا بالحق ، يفصّـل الآيات لقوم يعلمون } (10 : 5)

إن من المعروف أن القمر يدور حول الأرض بنفس السرعة التي يدور بها حول نفسه (29.53 يوما) مما يعني أننا نرى جانبا واحدا من سطح القمر، و يسمى الجانب الآخر بالجانب المظلم بالرغم من أنه ليس بمظلم طوال الوقت. و تسمى هذه الفترة بالشهر الاقتراني الذي يبلغ 29.53 يوما. و لذلك في التقويم القمري الشهري يكون إما 29 يوما أو 30 يوما. لكن يجب الانتباه هنا إلى أن الأرض تدور حول الشمس، و بالتالي فالقمر يدور حول الشمس أيضا نتيجة دورانه حول الأرض. فخلال دوران القمر حول الأرض أثناء الشهر الاقتراني، تكون الأرض (و بالتالي مدار القمر) قد قطعت مسافة في دورانها حول القمر. فموقع القمر بالنسبة للنجوم قد تغير. فالوقت الذي يستغرقه القمر ليعود لنفس مكانه بالسماء (كما يرى من الأرض) يسمى بالشهر الفلكي (27.32 يوم) حيث يعبر عن الوقت الصافي الذي تستغرقه دورة واحدة في مدار القمر. هذا المدار هو دائري تقريبا بمعدل نصف قطر r يساوي 384264 كم. راجع الجدول أدناه (من المهم التفريق بين t و بين T)

 

الـفـتـرة

الـفـلـكـي

الاقـتـرانـي

الشهر القمري T

27.321661 يوماً = 655.71986 ساعة

29.53059 يوماً

اليوم الأرضي t

23 ساعة و 56 دقيقة و 4.0906 ثواني = 86164.0906 ثانية

24 ساعة = 86400 ثانية

 

و في الآية السابقة (10 : 5) نلاحظ أنها فرقت بين الفترة فترة الاقتران الظاهرية لمعرفة عدد السنين و بين الفترة الفلكية الحقيقية لمعرفة الحساب. و لذلك نحن الآن ملزمين في حساباتنا باستعمال النظام الفلكي الحقيقي للشهر القمري و اليوم الأرضي. و دقة حساباتنا تعتمد على هذين الرقمين.

يقول الله عز وجل في كتابه الكريم : { يدبر الأمر من السماء إلى الأرض ثم يعرج إليه في يوم كان مقداره ألف سنة مما تعدون } (32 : 5). فالله سبحانه وتعالى يتحدث عن بعض الملائكة التي تعرج من السماء إلى الأرض .

والمعلوم أن المقصود من هذه الآيـة أن هذه الملائكة تعرج من السماء إلى الأرض وتقطع المسافة التي يقطعها القمر في ألف سنة قمرية في يوم واحد ( أي أنها تقطع تلك المسافة في يوم يوازي : 12 ألف شهر قمري ). والسؤال هنا : ما هي تلك المخلوقات العجيبة ؟ وما هي السرعة التي يمكن أن تصل إليها حتى تتمكن من تلك الخاصية المدهشة ؟

هدفنا الآن: (1) أن نحسب المسافة الفلكية الحقيقية التي يقطعها القمر خلال ألف سنة (2) أن نحسب السرعة الازمة لنقطع هذه المسافة خلال يوم واحد فقط عن طريق القاعدة البسيطة: السرعة تساوي المسافة على الزمن

لفهم تلك الآيـة فهماً صحيحاً، دعونا نتحدث عن معادلة هامّــة:

قلنا أن مسافة الألف سنة هو طول المسار الذي يقطعه القمر في خلال 12000 شهر، أي أن :

C*t= 12000 L (المعادلة الأولى)

حيث C هي سرعة الملائكة، و t هو الزمن الذي يستغرقه القمر في دورة فلكية واحدة حول الأرض و هو كما ذكرنا من قبـل ( 23 ساعة و 56 دقيقة و 4.0906 ثانية ) أي : 86164.0906 ثانية.

و L هي المسافة التي يقطها القمر في دورانه في شهر فلكي واحد حول الأرض دون الأخذ بالاعتبار دوران الأرض (و بالتالي مدار القمر) حول الشمس.

دعونا نأخذ V أنها هي السرعة الزاويّـة المتوسطة لسرعة القمر في المسار الخاص به ، و هي تستنتج من طول نصف القطر المتوسط بين المسار و الأرض. فيكون: V = 2 Pi * R / T

و بالتعويض عن R بـ : 384264 كم .. و T بـ 655.71986 ساعة ( و هي فترة الاقتران التي تبلغ 29.53059 يوم أي متوسط الوقت بين مرور قمرين )

فنتج عن ذلك : V= (2*3.146*384264) / (655.71986) = 3682.07 كم\سا

و هذه القيمة معطاة في كل كتب الفلك و تم مراجعتها و اعتمادها من قبل وكالة ناسا.

و دعونا بذلك نقول أن @ هو الملك يجري حول الشمس وفق قواعد النظام الأرضي-القمري خلال شهر فلكي واحد (27.321661 يوما). فإذا أخذنا بالاعتبار فترة سنة شمسية (365.25636 يوماً) فيمكننا بذلك حساب @

@ = ( 27.321661*360 ) / 365.25636 = 26.92848

حيث @ هو الثابت الذي يعتمد على زمن الشهر و العام الذي يدور فيه القمر.

و حيث أن وجود الشمس سيغير الخصائص الجاذبية للفضاء و الوقت، يجب أن نعزل تأثير جاذبيتها من على النظام الأرضي-القمري بأن نتجاهل دوران النظام الأرضي-القمري حول الشمس. فإذا اعتبرنا الأرض ثابتة أمكننا أن نطبق القاعدة VO=V cosO لنحسب السرعة الزاويّـة الصافية للقمر. و بذلك يمكننا حساب المسافة الخطية التي يقطعها القمر خلال شهر فلكي واحد.

L = V cos @ T (المعادلة الثانية)

بتعويض المعادلة الثانية في المعادلة الأولى نحصل على:

C =12000 V cos @ T/t

و بتعويض قيم الثوابت من الجدول أعللاه. حيث cos@ = cos 26.92848 = 0.89157 و V = 3682.07 كم\سا نحصل على:

C=12000 x 3682.07 x 0.89157 x 655.71986/86164.0906

.:. C = 299792.5 كم\بالثانية

و هي السرعة التي تجري بها تلك الملائكة في الكون و هي مطابقة تماما لسرعة الضوء التي تعتبر أقصى سرعة يمكن أن تبلغها الأجسام الكونية التي نعرفها حتى الآن. و هذا الحساب يتعلق بدقة الأرقام التي نعلمها عن مدة دوران القمر حول الأرض.

{ سَنُرِيهِمْ آيَاتِنَا فِي الْآفَاقِ وَ فِي أَنفُسِهِمْ حَتَّى يَتَبَيَّنَ لَهُمْ أَنَّهُ الْحَقُّ أَوَلَمْ يَكْفِ بِرَبِّكَ أَنَّهُ عَلَى كُلِّ شَيْءٍ شَهِيدٌ } (فصلت : 53)


إثبات خطأ نظرية الموت الجماعي على الأرض

 في منتصف القرن الماضي، سادت نظرية تعرف باسم "الموت الجماعي" افترضت أن الأرض اصطدمت قبل حوالي 65 مليون عام بنيزك كبير جدا أدى إلى موت جميع الديناصورات، وبحسب النظرية السابقة، فان منطقة الاصطدام هذه حدثت في شبه الجزيرة المكسيكية ، ما أدى إلى رفع كمية هائلة من الغبار والأتربة واستقرارها لفترة طويلة في طبقات الغلاف الجوي للأرض أدت لحجب أشعة الشمس عن سطح الأرض لمدة زمنية طويلة، كانت نتائجها انقراض جزء كبير جدا من الحياة البحرية واندثار 750 ألف فصيلة حية من ضمنها الديناصور وهو ما نفته دراسة حديثة قام بها علماء من جامعة واشنطن، حيث تمخضت الدراسة التي استغرقت ثلاثة أعوام انه لا يوجد أي دلائل قوية تدلل على صحة فرضية الاصطدام.
من وجهة نظر القائمين على الدراسة، فان سبب هذا الموت الجماعي ارتفاع درجات حرارة غلاف الأرض الغازي بسبب نشاط البراكين الكبيرة قبل حوالي 250 مليون سنة، كما بين الباحثون أن الانقراض حدث في الفترة التي شهدت ثوران براكين كثيرة على سطح الأرض أدت إلى زيادة نسبة ثاني أو كسيد الكربون وغازات سامة أخرى في الغلاف الغازي الأرضي بينما حدث نقصان تدريجي في نسبة الأوكسجين، كما ارتفعت درجة حرارة سطح الأرض بشكل لم يسبق له مثيل في تاريخ الكرة الأرضية وكانت نتيجة ذلك موت الحياة البرية والحياة البحرية في نفس الوقت تقريبا وهذا ما توصل إليه الباحثون في هذه النظرية من خلال دليل كيميائي ارضي.
حيث ربط الباحثون من خلال الدليل البيولوجي والمغناطيسي والكيميائي لربط الطبقات الرسوبية في جنوب إفريقيا إلى الطبقات الجيولوجية المتشابهة في الصين حيث حدث هنالك انقراض بحري في نهاية الفترة البرمية ولم يجد العلماء أي دليل في المنطقة على اصطدام نيزك أو مذنب بالمنطقة، بل وجدوا أدلة على وجود مواد طينية بركانية، وعندما جمع العلماء حوالي 126 هيكلا عظميا لأحياء بحرية من جنوب أفريقيا على أعماق مختلفة تبين أن عملية الانقراض استمرت من 5 إلى 10 ملايين عام وهو موت تدريجي حدث نتيجة التسخين التدريجي للأرض، ولو أن الانقراض في نفس المكان حدث نتيجة لارتطام الأرض بنيزك ضخم لحدث الموت بشكل سريع جدا.


هل تعلم:

1. إن هناك حوالي 6,000 نجم تشع بلمعان يكفي لرؤيتها دون تلسكوب، مثل قلب العقرب والسماك الرامح، والعيوق والنسر الواقع وغيرها كثير وقد قسم الفلكيون النجوم في الماضي من حيث اللمعان إلى أقسام تسمى أقدارًا، فأعطوا لألمع نجم القدر الأول والأقل منه لمعانًا القدر الثاني، وهكذا. أما أخفت النجوم التي تمكن رؤيتها بصعوبة بالعين المجردة فصنفت من القدر السادس، ويستعمل الفلكيون في الوقت الحالي هذا النظام بعد تطويره.

2. يعتبر كوكب المريخ أكثر الكواكب شبهًا بالأرض؛ فعلى سطحه جبال وأودية وبراكين وفوالق زلزالية ومجارٍ لأنهار جافة، وتغطي أقطابه الثلوج كما هو في الأرض، وله غلاف جوي يحوي سحبًا ورياحًا وعواصف ترابية، وله فصول كفصل الصيف وفصل الشتاء، وله سطح صلب ويتكون أساسًا من الرمل (ثاني أكسيد السليكون)، و الجبال على سطح المريخ هي جبال بركانية صغيرة تكونت نتيجة لبراكين في عصور سحيقة، والثلوج الموجودة على أقطاب المريخ هي عبارة عن ثاني أكسيد الكربون المتجمد (الثلج الجاف).

3. أن القدرة الإشعاعية للشمس هي أربعمائة بليون بليون ميجاواط  أيّ أنها تنتج  في الثانية الواحدة كمية من الطاقة  تعادل ما تنتجه جميع المحطات الكهربائية في العالم في ثمانية ملايين سنة.

4. تكون الأرض في أقرب نقطة من الشمس في الثاني من كانون ثاني (يناير) من كل عام وتبلغ المسافة بينها وبين الشمس 147.1 مليون كم وتسمى تلك النقطة بنقطة الحضيض ، وتكون في أبعد نقطة لها عن الشمس في الثاني من (تموز) يوليو وتبلغ المسافة بينها وبين الشمس 152.6 مليون كم وتسمى تلك النقطة بنقطة الأوج وبذلك فأن معدل بعد الأرض عن الشمس 150.000.000 كم وتعرف هذه المسافة بالوحدة الفلكية.

دعاء ضياء


الشفق القطبي The Aurora:

  من الظواهر الطبيعية التي تظهر في السماء ظاهرة الشفق القطبي الذي يعتبر واحداً من أجمل الظواهر الفلكية التي يعرفها هواة الفلك ويستمتعون بمشاهدتها وتصويرها. وتحمل هذه الظاهرة اسماً آخر هو الأضواء الشمالية أو الفجر القطبي، وهي عروض خلابة لمناظر ملونة على الشاشة السماوية الكبيرة باتجاهي المنطقتين القطبيتين الشمالية والجنوبية.


ويظهر الشفق القطبي في بعض أحيانه على شكل أقواس أو تجعيدات جميلة وأحياناً أخرى على شكل إشعاعات براقة تستمر للحظات أو ساعات أو ربما حتى الفجر، ومن النادر جداً أن يتشابه شفقان في زمانين أو مكانين إنما يأخذان نمطاً متقارباً من الأشكال.

فعادة، يظهر العرض الشفقي بُعد غروب الشمس، حيث يحتل الأفق الشمالي قوس شفاف يستمر حتى نصف ساعة ثم يبدأ بالتحرك عالياً في السماء آخذاً باللمعان أكثر كلما ارتفع، ويبدأ خلفه قوس آخر جديد بالتكون منفصلاً عن سابقه.... وهكذا، وبينما تأخذ هذه الأقواس بالارتفاع تتولد بينها انثناءات وحلقات تصبح لامعة فيما بعد، ثم بعد وقت يبدأ الشفق بالتلاشي.

وللشفق شكلان أساسيان هما الشكل الشريطي والشكل الغيمي. وعادة ما يبدأ العرض الشفقي في السماء بشكله الشريطي عدة مئات من الكيلومترات، ويبلغ عرضه شرقاً وغرباً عدة آلاف من الكيلومترات حيث يظهر ذلك واضحاً عند مقارنته مع خلفية النجوم التي تظهر صغيرة مقارنة بمساحته العظيمة، وأما سماكته فتصل عدة مئات من الأمتار فقط وتدعى الانثناءات التي تتكون نتيجة ارتفاع الشفق في السماء الأقواس الهادئة(Rayed Arcs) وبازدياد النشاط الشفقي تنطبق الانثناءات الكبيرة على الصغيرة منها مكونة ما يدعى الزمر الشعاعية (Rayed Bands) يصل عرضها عشرات الكيلومترات. وبازدياد آخر للنشاط ينبعث من الزمر الشعاعية لون وردي ويصبح عرضه عدة آلاف من الكيلومترات، وحالما يتوقف النشاط الشفقي يعاود الشفق شكله الشريطي وتحتفي كل الانثناءات التي كانت موجودة، أو أن يتحول الشفق إلى شكله الغيمي الغير المنتظم. ويظهر الشفق القطبي بألوان مختلفة يغلب عليها الأخضر والأحمر والبنفسجي والأصفر، وأما بقية الألوان فهي مزيج من الألوان الأساسية.

ولمعرفة كيف يحدث الشفق القطبي، علينا أن نعرف ماذا يحدث على سطح الشمس وماذا يحدث حول الأرض وكيف يتفاعلان معاً.

تمثل الأرض قطعة مغناطيسية ذات قطب شمالي وآخر جنوبي تربط بينهما خطوط القوى المغناطيسية المتجهة من القطب الجنوبي باتجاه القطب الشمالي. ويميل المحور المغناطيسي الأرضي عن المحور الجغرافي بمقدار 11.6 درجة، وينتهي بنقطتين على سطحها تدعيان القطبين المغناطيسيين Geo-Magnetic Points وتقع الشمالية منها شمال جرينلاند وبالتحديد عند خطي طول 104 درجة غرباً وعرض 78.5 درجة شمالاً، ولكنه نتيجة للرياح الشمسية القادمة باتجاه الأرض فإن مجال الأرض المغناطيسي ينحصر داخل تجويف عظيم يدعى الغلاف المغناطيسي (Magnetosphere) ويحيط بالأرض على شكل مذنب فتنضغط خطوط المجال المغناطيسي بشكل حاد من ناحية الشمس، بينما تمتد خارجاً بالاتجاه المعاكس مشكلة ذيلاً مغناطيسياً طويلاً يصل حوالي ستة ملايين كيلومتراً، وعند وصول الجسيمات المشحونة إلى الأرض فإنها تقع في أسر المجال المغناطيسي فتبدأ بالتردد بحركة لولبية الشكل بين نقطتين قريبتين من القطبين المغناطيسيين عند خط عرض 70-75 درجة شمالاً وجنوباً بسرعة كبيرة بحيث تتدفق الإلكترونات شرقاً والبروتونات غرباً حول الأرض مشكلة أحزمة ذات مقطع هلالي تدعى أحزمة فان ألن الإشعاعية نسبة إلى الفيزيائي جيمس فان ألن (James Van Allen) الذي كان أول من تنبأ بحساباته بشكل هذه الأحزمة بعد النتائج التي جاءت بها مركبتا الفضاء (Explorer1&3) سنة 1958.


وهما حزامان، الأول صغير نسبياً وقريب، حيث يبعد ثلاثة آلاف كيلومتراً فقط عن سطح الأرض، ويتكون بشكل رئيسي من بروتونات ذات طاقات عالية، والثاني أبعد وأكبر، ( على بعد 20000 كيلومتراً ) ويتكون بشكل رئيسي من إلكترونات وبروتونات ذات طاقات منخفضة.  فعند حدوث النشاط الشمسي فإن ظهور البقع الشمسية تعني وجود المئات من الصياخد الملتهبة التي تصل درجة حرارتها أكثر من عشرة آلاف درجة مئوية، وبهذا فإنها تبعث بمختلف إشعاعاتها فتزيد من حدة الإكليل الشمسي الذي يرى خلال الكسوف الشمسي الكلي كألسنة لهب مبتعدة عنها، والإكليل يعني الريح الشمسية القوية التي تغمر المجموعة الشمسية، فعند وصولها الأرض تمتلئ أحزمة فان ألن بالجسيمات المشحونة من بروتونات وإلكترونات فتفيض الأحزمة بها، ونتيجة للسرعة التي تتحرك بها هذه الجسيمات المشحونة فإنها ما أن تصل نقطتي التردد القطبيتين لا تقف لترتد بالاتجاه المعاكس إنما تستمر في اختراق تلك المنطقة التي هي تقاطع الغلاف الأيوني للأرض بالجسيمات المتفلتة من الأحزمة لتعطينا شكلاً بيضاوياً حول نقطة القطب المغناطيسي يدعى النطاق الشفقي خاصة إذا نظرنا إليه من أعلى الفضاء.


والإلكترونات هي الجسيمات المعنية هنا حيث تمتلك طاقات عالية جداً نتيجة تسريعها على طول الذيل المغناطيسي باتجاه الأرض، وعند اختراقها للغلاف الأيوني الأرضي الذي يتكون من مختلف العناصر وفي مقدمتها النيتروجين والهيدروجين فإنها تتفاعل مع ذرات هذه العناصر مهيجة إلكتروناتها إلى مدارات طاقة أعلى، وبرجوعها تنبعث الإشعاعات الضوئية بألوانها المختلفة.

 فالمسؤول المباشر عن اللونين الأخضر والأحمر هو الأكسجين، والمسؤول عن اللونين الأزرق والبنفسجي هو النيتروجين وكلها ذرات مهيجة.


وبالإضافة إلى هذه الألوان، فإن ثمة أصوات مرافقة للعروض الشفقية تسمع في بعض الأحيان كذلك، ويتخذ النطاق الشفقي الشكل البيضوي كما ذكرنا، وفي حال ازدياد النشاط الشمسي وحدوث عاصفة شمسية فإن هذا النطاق يتمدد باتجاه خط الاستواء حتى يصل خطوط عرض تصل 35 درجة شمالاً أو جنوباً أو أدنى من ذلك ، وعندها يمكن لسكان تلك المناطق التمتع بمشاهدة العروض الشفقية كما حدث عام 1989 في ولاية فكتوريا باستراليا والتي تقع على خط عرض 35 جنوباً لما حدثت العاصفة الشمسية.



البيئة من منظور إسلامي

 لقد اهتم الدين الإسلامي بالبيئة بمفهومها الواسع ومواردها المختلفة الحية وغير الحية، وأظهر أسس التعامل معها بحيث يمكن حمايتها والحفاظ عليها. ونهى الإسلام عن الإسراف بكل أشكاله السلبية سواء في المأكل والمشرب وغير ذلك من الموارد الطبيعية الأخرى، وهذا ما تؤكده الآيات القرآنية والأحاديث النبوية الشريفة، قال الله تعالى في كتابه العزيز: {يا بَنِي آدَمَ خُذُوا زِينَتَكُمْ عِنْدَ كُلِّ مَسْجِدٍ وَكُلُوا وَاشْرَبُوا وَلا تُسْرِفُوا إِنَّهُ لا يُحِبُّ الْمُسْرِفِينَ} [الأعراف: 7/31]. وقال تعالى: {وَلا تَجْعَلْ يَدَكَ مَغْلُولَةً إِلَى عُنُقِكَ وَلا تَبْسُطْها كُلَّ الْبَسْطِ فَتَقْعُدَ مَلُوماً مَحْسُوراً} [الإسراء: 17/29].

إن الواقع البيئي في كرتنا الأرضية يتعرض لخطر شديد جراء سلوك الإنسان الجائر تجاه موارد البيئة التي سخرها الله لنا. فالمشكلات البيئية تتفاقم بسرعة كتلوث الماء والهواء والتربة، وتدهور الغابات واستنزاف الطاقة، وتهديد التنوع الحيوي الحيواني والنباتي، ونتيجة لتلوث الهواء أصبحت ظاهرة الاحتباس الحراري وتآكل طبقة الآوزون تهدد الحياة على كرتنا الأرضية.

لقد مد الله سبحانه وتعالى الأرض بتنوع هائل وعجيب من المخلوقات الحية النباتية والحيوانية الدقيقة منها والكبيرة، ومع تقدم الإنسان العلمي الواسع ما زال يجهل الكثير عن هذه المخلوقات لبني البشر واستخلفهم على هذه البيئة {هُوَ الَّذِي جَعَلَكُمْ خَلائِفَ فِي الأَرْضِ فَمَنْ كَفَرَ فَعَلَيْهِ كُفْرُهُ وَلا يَزِيدُ الْكافِرِينَ كُفْرُهُمْ عِنْدَ رَبِّهِمْ إِلاّ مَقْتاً وَلا يَزِيدُ الْكافِرِينَ كُفْرُهُمْ إِلاّ خَساراً} [فاطر: 35/39]. والله سبحانه وتعالى خلق كل شيء لسبب وغاية وبقدر موزون {إِنّا كُلَّ شَيْءٍ خَلَقْناهُ بِقَدَرٍ} [القمر: 54/49]. وإذا كانت الأشياء تبدو لنا ليست بذات أهمية فهذا لا يمكن أن يكون سبباً مبرراً لكي نقضي على تلك الأشياء من الموارد المختلفة، ولا يجوز لنا أن نخل بذلك التوازن الإلهي الذي حبا الله به الطبيعة وذلك حفاظاً على حياتنا وحياة الأجيال القادمة.


انقراض الديناصورات على الأرض:

 في منتصف القرن الماضي ، سادت نظرية تعرف باسم "الموت الجماعي" افترضت أن الأرض اصطدمت قبل حوالي 65 مليون عام بنيزك أو مذنب كبير أدى إلى موت جميع الديناصورات. وبحسب النظرية السابقة ، فان منطقة الاصطدام هذه حدثت في شبه جزيرة يوكاتان المكسيكية ، مما أدى إلى رفع كمية هائلة من الغبار والأتربة واستقرارها لفترة طويلة في غلاف الأرض الغازي أسفرت عن حجب الشمس وغياب أشعتها عن سطح الأرض لمدة زمنية طويلة ، كانت نتائجها انقراض قرابة 90% من الحياة البحرية واندثار 750 ألف فصيلة حية من ضمنها الديناصور. وهو ما نفته دراسة حديثة قام بها علماء من جامعة واشنطن ، حيث تمخضت الدراسة التي استغرقت ثلاثة أعوام انه لا يوجد أي دلائل قوية تدلل على صحة فرضية الاصطدام، ومن وجهة نظر القائمين على الدراسة ، فان مرد حدوث الموت الجماعي ارتفاع درجات حرارة غلاف الأرض الغازي بسبب نشاط البراكين الكبيرة قبل حوالي 250 مليون سنة. كما بين الباحثون أن الانقراض حدث في فترة العصر الترياسي التي شهدت ثوران براكين كثيرة على سطح الأرض أدت إلى زيادة نسبة ثاني أو كسيد الكربون وغازات سامة أخرى في الغلاف الغازي الأرضي بينما حدث نقصان تدريجي في نسبة الأوكسجين. كما ارتفعت درجة حرارة سطح الأرض بشكل لم يسبق له مثيل في تاريخ الكرة الأرضية وكانت نتيجة ذلك موت الحياة البرية والحياة البحرية في نفس الوقت تقريبا وهذا ما توصل إليه الباحثون في هذه النظرية من خلال دليل كيميائي أرضي. والجدير بالذكر إن النتائج العلمية هذه ، استمدها الباحثون بعد دراسة جيولوجية وكيماوية أجريت على حوض كارو في جنوب إفريقيا بصفته من أفضل المناطق لدراسة العصر الترياسي وهو أحد العصور الجيولوجية التي مرت بها الأرض ، حيث ربط الباحثون من خلال الدليل البيولوجي والمغناطيسي والكيميائي لربط الطبقات الرسوبية في منطقة كارو في جنوب إفريقيا إلى الطبقات الجيولوجية المتشابهة في الصين حيث حدث هنالك انقراض بحري في نهاية الفترة البرمية . لم يجد العلماء أي دليل في منطقة كارو على اصطدام نيزك أو مذنب بالمنطقة ، بل وجدوا أدلة على وجود مواد طينية بركانية ، وعندما جمع العلماء حوالي 126 هيكلا عظميا لأحياء بحرية من حوض كارو على أعماق مختلفة تبين أن موت هذه الأحياء البحرية كان مفاجئ حيث استمرت عملية الانقراض من 5 إلى 10 ملايين عام وهو موت تدريجي حدث نتيجة التسخين التدريجي للأرض ، ولو أن الانقراض في نفس المكان أي في حوض كارو حدث نتيجة لارتطام الأرض بنيزك أو مذنب لحدث الموت بشكل أسرع.

 


أجهزة التلسكوب

التليسكوبات

مقدمة:

الرغبة فى المعرفة واكتشاف المجهول تصاحب الانسان من بداية وجوده ، ومنذ قديم الازل والانسان يحدق فى السماء لاكتشاف اسرارها ، ولاحظ ( الفلكيون القدماء ) نقطا مضيئة تتحرك بين النجوم ، وعرفوها باسم ( الكواكب ) وأطلقوا عليها اسم بعض ألآلهه الرومانية ، مثل ( المشترى ملك الآلهة ) و( المريخ إله الحرب ) و (عطارد رسول الآلهة ) و (الزهرة آلهة الجمال ) و (زحل إله الزراعة (، وفيما بعد اكتشفوا ان هذه الكواكب تتبع مجرة ، وإن هذه المجرة هي تجمع هائل من مئات الملايين من النجوم ترتبط معا بقوى الجذب المتبادلة وتدور حول مركز مشترك.

ويقدر الفلكيون أن هناك حوالي 125 بليون مجرة في الكون، وكل النجوم التي يمكن رؤيتها بالعين المجردة تنتمي إلى مجرتنا، مجرة درب اللبانة ، وإن الشمس بمجموعة الكواكب المرتبطة بها ما هي إلا نجم واحد فقط من نجوم هذه المجرة !! .. كما اكتشفوا بواسطة التليسكوبات وجود ثقوب سوداء ، وهذه الثقوب السوداء هي أجسام سماوية شديدة الكثافة متواجدة في الكون ، وجاذبية الثقب الأسود شديدة للغاية حتى أن الأشعة الكهرومغناطيسية لا تستطيع الهروب من قبضتها، ويحيط بالثقب الأسود نطاق كروي يعرف بالأفق والذي يمكن للضوء أن يمر خلاله ولكن لا يستطيع الهروب منه ولهذا يظهر الثقب أسود واضحا ، وفضل التليسكوبات كبير فى مجال اكتشافات الفضاء ، بجانب نواحى اخرى عديدة من نواحى الحياه ، ومنذ اختراع التليسكوب تم اكتشاف ثلاثة كواكب جديدة في مجموعتنا الشمسية: أورانوس (عام 1781م) ونبتون (عام 1846م) وبلوتو (عام 1930م) بالإضافة إلى آلاف الأجرام الصغيرة مثل الكويكبات والمذنبات.

بداية اكتشاف التليسكوب :


فى احد الايام قام طفل وهو يلهو بعدسات والده (الهولندى . ليبرشي) بوضع عدستين على التوالي مع ترك مسافة بينهما فلاحظ أن جرس الكنيسة أصبح اقرب مما كان ، عليه فأخبر والده الذي عرف بعدها كيف يكون تقريب الأشياء ، والتقط )الإيطالي جاليليو جاليلي ) هذا الاكتشاف فأخذ يدرس ويطور حتى صنع التليسكوب وبذالك كان أول من صنعه .
وبدأت ثورة في صناعة التليسكوبات حتى باتت توضع في الفضاء الخارجي بعيداً عن شوائب الغلاف الجوي للأرض (التليسكوبات الفضائية) ، ولكن مهما طور الإنسان من اختراعاته وتطويراته فلن يرى ويعى كل شئ بل سيحصل على اقل القليل فقط بالنسبة لحجم الكون ، وايضا والاهم ( حجمه هو بالنسبة لهذا الكون ) !!

تعريف التليسكوب :

التليسكوب : (telescope) كلمة انجليزية مقسمه إلى قسمين الأول (tele) ومعناها بعيد والثاني (scope) ومعناها كاشف وعندما تركب الكلمتان بالغة العربية تصبح (كاشف البعد) ، والعرب أطلقت علية اسم ( مرقب وايضا مجهر وكذلك منظار ) أي يقرب الأشياء البعيدة ، وهو عبارة عن أداة بصرية تعمل على تقريب الأجرام البعيدة وذالك بتركيز ضوئها في نقطة تسمى نقطة البؤرة لكي يسهل على الراصد رؤيتها وتكبيرها.

أنواع التليسكوبات :


هناك أنواع متعدده من التليسكوبات مثل التليسكوبات الكاسره ( التي تعتمد على إنكسار الضوء ) والتليسكوبات العاكسة ( التي تعتمد على إنعكاس الضوء) .
وهناك التليسكوب الراديويه وهي ضخمه وتلتقط موجات الراديو مثل تليسكوب جودريل بانكس .
وللهواه يفضل استعمال التليسكوبات ( الكاسر أوالعاكس ) وإن كان العاكس هو أكثر إستقرارا واسهل استعمالا خلال المراقبه .

1 - التليسكوبات الكاسرة:
واسمها مشتق من عملها وهي كسر الضوء وهي أول التليسكوبات التي صُنعت ويندرج تحتها أنواع متعددة.
يعتمد فكرته على عدسة شيئية محدبة تقع في جبهة المنظار وهذه العدسة تعمل على كسر الضوء بسبب انتقاله من وسط إلى وسط مختلف الكثافة (الهواء والزجاج) وتقوم كذالك بتجميع الضوء وإرساله من خلال أنبوبة التليسكوب ، وإسقاط الضوء في العدسة العينية(نقطة البؤرة) التى تقع في نهابة التليسكوب.
مميزاته : ( لايتأثر باختلاف درجة الحرارة ) وايضا ( سهولة استخدامه )
عيوبه:
أ- ظهور الزيغ اللوني في الصورة ( والزيغ هو الألوان القزحية التي تظهر حول الجرم المرصود وذالك بسبب تحلل الضوء عند مروره على العدسة( .
ب- أنه كلما كبر قطر التليسكوب كلما احتاج إلى عدسة شيئية أكبر وبالتالى يصبح أثقل وزنا و اغلى سعرا

2 –التليسكوبات العاكسة (النيوتيونية ) :
أخترعه العالم إسحاق نيوتن عام 1668م ولذالك سمي باسمة.
وضع نيوتن مرآة مقعرة بدلاً من العدسة الشيئية وتقع هذه المرآة في مؤخرة التليسكوب وهي تكون فى الغالب ذات بعد بؤري كبير تعمل على عكس الضوء المار من أنبوبة التليسكوب وتجميعه في مرآة ثانوية تكون واقعة بزاوية 45ْ ومن ثم يُعكس الضوء إلى العدسة العينية ( نقطة البؤرة ) التي تقع بجانب التليسكوب ( وتليسكوب هابل الفضائي يعمل على نفس هذا المبدأ ) .
مميزاته:
أ- لايظهر الزيغ اللوني في الصورة لأن من صفات المرآة أنها تعكس الضوء والضوء المنعكس لايتحلل .
ب- سعره اقل من سعر التليسكوب الكاسر، واخف وزنا .
عيوبه: يظهر الصورة مقلوبة ، وكبير الحجم .

3 - التليسكوب الكاتدري أوبتك
 بدأ هذا النوع عام 1673م والذي صممه عالم الرياضيات الاسكتلندي جيمس جريجوري, وهذه التليسكوبات تعمل عمل التليسكوبات الكاسرة والعاكسة معاً ، وهناك عدة أنواع تتبع تليسكوبات كاتدري أوبتك ، لكن التصميمان الشعبيان اللذان يعتبران الأشهر من هذا النوع هما شميتد وماكستوف.
1 – تليسكوب : شميتد:
صنع هذا النوع في عام 1930م من قبل العالم الفلكي الألماني بيرنهارد شميتد حيث وضع مرآة وعدسة ، وهذه العدسة كأي عدسة من عدسات الكاميرات أو النظام البصري لدى عين الإنسان حيث تعمل كمصحح للزيغ اللوني.

نظرية عمله:
عندما يدخل الضوء عن طريق العدسة المصححة يذهب من خلال الأنبوبة إلى المرآة الرئيسية المقعرة فتعكس هذا المرآة الضوء إلى المرآة الثانوية المحدبة والتي تقع في وسط التليسكوب ثم تعكسه هذه المرآة إلى العدسة العينية(نقطة البؤرة) التي تقع في خلفية التليسكوب من الخارج .
2 – تليسكوب : ماكستوف:
صنع هذا النوع من قبل رجلان أيوويرز من هولندا في فبراير عام 1941م والروسي دمتري ماكستوف في شهر أكتوبر من العام نفسه وبشكل مستقل عن الآخر.

نظرية عمله:
الفكرة هي نفس فكرة تليسكوب : شميتد – ولكن تختلف عنها من ناحية العدسة المصححة حيث أن شكلها هلا لياً ، وتعمل هذه العدسة أيضا على تصحيح أكثر للزيغ اللوني .
ومن مميزاته أن حجم أنبوبتة اصغر من التليسكوبات السابقة وهي جيدة في رصد الأجرام البعيدة وغيرها.
لكن يعيبها أنها غالية الثمن باختلاف الحجم ومميزاته ، وتكون صعبه التحكم في بداية الأمر.

كيف تختار التليسكوب :
اختر ( واحدا ) متعدد الأغراض وله الكثير من الإكسسوارات حيث يمكنه أن يفى باحتياجاتك المستقبليه .
اختر تليسكوب قابل للحمل ، فيكون سهل التنقل معك الى اى مكان ..
إذا كنت محترفا وتريد منظاراً اكبر فأنصحك باقتناء تليسكوبات ( كاتدري أوبتك ) من 6انش لاعلى .
واهم امر عند القيام بالشراء هو اسم الشركة المصنعه ( تكون معلروفه ) وكذلك توافر مراكز الخدمه لها فى البلد .
 

المصدر: www.falak.ae

 

مقدمة في التلسكوبات الفلكية

      التلسكوب أو (المرقاب) هي أجهزة بصرية تستخدم لرؤية الأشياء البعيدة  ويعتقد أن أول تلسكوب كان من صنع النظاراتي الهولندي (هانز ليبرشي) عام 1608 ، فقد لاحظ صدفة و هو يتفحص زوجين من العدسات واحدة تلو الأخرى، أن الأجسام تبدو أقرب بالنظر عبرهما وفي عام 1610 صنع العالم الايطالي الشهير (غاليليو)  تلسكوبا أفضل، عرف بتلسكوب غاليليو، يكبر الأشياء 33 ضعفا ، تم توالت التحسينات تدريجيا على التلسكوب على أيدي مختلف العلماء والفلكيين.

 

و تسمى التلسكوبات التي تستخدم العدسات (بدلا عن المرايا) تلسكوبات كاسرة،  لان الضوء ينحني فيها بالانكسار عبر العدسات الزجاجية، ولقد أستخدم غاليليو تلسكوبه للقيام برصد الأفلاك  فأكتشف أقمار كوكب المشتري وشاهد التلال والوديان على سطح القمر وقد صنع غاليليو تلسكوبه من عدسة محدبه في المقدمة هي  الشيئية ومن عدسة أخرى مقعرة هي العينية  وبهذه التركيبة من العدسات ترى الأجسام في  تلسكوب غاليليو قائمة غير معكوسة (ليست رأسا على عقب).

 

      أما التلسكوبات التي تلت مرصد غاليليو فقد صنعت من عدستين محدبتيين تكون  الأولى (الشيئية) صورة مقلوبة رأسا على عقب للجسم بين العدستين ثم تكبر العدسة المحدبة الأخرى (العينية) هذه الصورة بحيث يشاهدها المراقب مكبرة مع بقائها مقلوبة (وطبعا هذا لا يؤثر في مراقبة الأجسام الفلكية).

وقد كانت التلسكوبات الأولى(الكاسرة) تعاني من تلون حواف الصور فيها نتيجة لتفاوت نسبة أنكسار مكونات الضوء اللونية في عدستها وهو ما يعرف ب(الزيغ اللوني) ويعالج هذا الزيغ في التلسكوبات الكاسرة الحديثة باستخدام عدسات لا لونية (أكروماتك).

لا تصلح التلسكوبات الفلكية بعدستيها المحدبتين للمراقبة الأرضية لأن الصور تبدو فيها مقلوبة رأسا على عقب و لكن بإضافة عدسة ثالثة محدبة في أنبوب التلسكوب بين الشيئية و العينية يمكن الصورة من الظهور بشكلها الواقعي (القائم)، وهنا ندعي التلسكوب الذي يحوي هكذا نوع من العدسات بالتلسكوب الأرضي.



 

 

 


Comments