التكنولوجيا والعلوم التطبيقية

الانكسار الهشّ . علم ميكانيك الفشل

2014 لنسامح التصميم

هنري بيتروكسكي

مؤسسة الكويت للتقدم العلمي

التكنولوجيا والعلوم التطبيقية الهندسة

تضمّنت الدراسات والكتب التي صدرت في السنوات الأولى عن الكسور ميزة مشتركة، كانت تحتوي على مقدمة إجبارية، أو فصل، عن الخلفية التاريخية للموضوع، وقد أعجبت بذلك كثيراً، حيث يستدلّ منها أن موضوع الفشل كان مصدر سمٍّ للهندسة؛ أضف لذلك فإن الموضوع أكّد لي أن مفهوم الكسور لم يستنبط من النظرية، بل العكس كان الصحيح. لذا بدأ الفصل الافتتاحي من كتاب رولف وبارسوم (Rolfe & Barsom) السيطرة على الكسور والإجهاد في الهياكل الذي نشر عام 1977 بلمحة تاريخية لبعض معالم الفشل بسبب الانكسار الهشّ، وهي ظاهرة يحصل فيها الفشل في هيكل أو ماكنة أو جزء منها من دون سابق إنذار – فتنفصل القطعة فجأة أو تنكسر، والأمثلة على مثل هذا الفشل، شملت حاوية دبس السكر في بوسطن عام 1919، حيث قتل فيها 12 شخصاً، وجُرح 40، وانسكب بشكل فجائي أكثر من مليوني غالون من القطر اللزج؛ عانت سفن لبيرتي الملحومة التي تجاوز عددها المئتين والتي بُنيت خلال الحرب العالمية الثانية من كسور هشة نتج من بعضها شطر سفينة إلى نصفين. الطائرة النفاثة دي هافيلاند كومت (de Havilland Comet) المبكّرة الصنع تحطّمت بشكل غامض في رحلة منتصف الخمسينات من القرن الماضي، وقضى جميع ركابها؛ وجسر بوينت بليزانت (Point Pleasant) انهار فجأة عام 1967 ورمى جميع المسافرين اليوميين للعمل في نهر أوهايو، وقتل 46 منهم. أحداث فشل درامية كهذه أوضحت بشكل لا يقبل الشك أن الإجهاد والكسر ليست مواضيع أكاديمية بحتة للمتابعة.

هذا لا يعني أن البحث النظري والتطبيقي ليس مهماً لتطوّر فهمنا عن أسباب اتساع ونمو الكسور وحدوث الفشل الهيكلي. والحقيقة أن الكسر الهشّ في السفن الحديدية ألهمت عمليات البحث في المكونات الكيميائية للمواد البنيوية، وفي طبيعة وتأثيرات اللحام، خاصة بالنسبة لتأثيرها في مقاومة الكسر. بالنسبة لي، عندما دخلت هذا الحقل في منتصف السبعينات من القرن الماضي، كان معظم الأشخاص المهمّين الذين يتعاملون مع الكسور منضمين إلى الجمعية الأميركية للاختبار والمواد – أستم (American Society for Testing and Materials – ASTM) وهي جمعية تأسست في أواخر القرن التاسع عشر للتعامل مع المشاكل المستعصية لقضبان السكك الحديد وانكسار محاور العجلات. [تلك كانت] أطياف من مختبر تالبوت! وتعرّفي على أستم كان من خلال إشارات كتاب رولف وبارسوم العديدة للمنشورات الفنية الخاصة للجمعية التي هي مجلدات جمعت أوارقاً بحثية مقيَّمة من أنداد (Peer Reviewed) في مواضيع معيّنة تقدم في لقاءات متخصصين، وتسمّى الجمعية اليوم أستم انترناشونال (ASTM International)، وتعتبر نفسها "أكبر جمعية تطوعية لتطوير المقاييس في العالم". تنتج مجموعات من كتب أستم السنوية للمعايير تغطي منتجات ومواد متنوعة – تتراوح ما بين رصاص القلم إلى الفولاذ البنيوي – وكانت منظراً مألوفاً على رفوف المصادر في المكتبات الفنية، والتي استبدلت الآن بنسخ إلكترونية رقمية، لكن الجهد المبذول من قبل أعضاء الجمعية الثلاثون ألفاً ما زال مستمراً بشكل كبير من خلال اجتماعات لجانٍ وجهاً لوجه، من ضمنها اللجنة E08 التي تعنى بالإجهاد والتشقّق والتي تهتم بالطبع بموضوع الفشل.

بعد حادث محطة التوليد النووية، ثري مايل آيلاند (Three Mile Island)، في ولاية بنسيلفانيا في العام 1979 أصيب موضوع البحث والتطوير في مجال المفاعلات النووية في أرغون بانتكاسة، وحصل نزوح كبير من البرنامج، وعندما انتقلت إلى جامعة ديوك (Duke University) في العام 1980 كنت على مفترق الطريق بالنسبة لمستقبلي المهني: لقد وظِّفت لملء شاغر في مجال ميكانيك الأجسام المتواصلة النظري، لكن رغباتي البحثية كانت متجذرة في ميكانيك الكسور التطبيقي، وورثت مختبراً للهندسة الإنشائية قليل الاستخدام، كان قد صُمِّم وبُني حوالي العام 1960 لفحص نماذج من العوارض المصنوعة من الكونكريت المسلّح، بالقياس الحقيقي، حتى الفشل. كان للمختبر "أرضية صلبة"، مما يعني أن في الإمكان وضع أجهزة اختبار ضخمة عليه وتسليط قوة كبيرة على الشيء المفروض اختباره – المثبّت أيضاً على الأرضية – (الأرضية هي بمثابة جهاز اختبار عملاق ممدّد) وفي خلال العقدين منذ بناء المختبر، فقدت الاختبارات الثقيلة أهميتها في ديوك – وكما حصل أيضاً بعد ذلك في إلينوي نفسها، على الرغم من التراث المتميّز لمثل هذه الاختبارات هناك – وأصبحت الأرضية الصلبة تستخدم لحمل أجهزة اختبار أصغر مسيطر عليها بالحاسوب يمكنها العمل بقدرات عالية لاختبار الضغط المسلّط وبوتائر عالية لتجارب الإجهاد، وبعض هذه الأجهزة، المنحدرة من أجهزة، كان جو موروو (Jo Morrow) قد عرّفني بها قبل عقد ونصف، كانت تستعمل من قبل القسم وطلاب الدراسات العليا في هندسة الطب الحيوي (Biomedical Engineering) كانوا مهتمين بالخصائص الميكانيكية للأنسجة البشرية، وقد قام طلابي في الدراسات العليا باستخدام أجهزة مماثلة لتجارب عن نمو الشقوق والكسور في الكونكريت.

في نفس الوقت، تزايد اهتمامي بموضوع الفشل من منظوره العام، ومن المفهوم أن حالات الفشل التي حظيت بالإعلام الواسع عنها تاريخياً وحديثاً، حظيت باهتمام المهندسين وغيرهم على السواء. فبالإضافة إلى حالات الفشل ذات العلاقة بالكسور والإجهاد هناك حالات متجذّرة في التصميم. فجسر تاكوما ناروز (Tacoma Narrows) الذي اقتبست قصة التوائه وسقوطه في فيلم سينمائي عام 1940، وكذلك انهيار المسار المرتفع في فندق حياة ريجنسي في مدينة كنساس، كلها حالات فشل تستغيث لمعرفة تفاصيلها المتضمنة عوامل بشرية وفنية. فتفسير حالات متنوعة من الفشل كهذه تتطلّب اعتماد توجه جديد لم يستخدم سابقاً في مختبرات الفحوص الميكانيكية عموماً.

محاولتي توضيح هذه الأنواع من الفشل، ولماذا حدثت بالمقام الأول، نتج عنه تأليف كتابي:  أن تهندس هو أمر إنساني (To Engineer Is Human)، الذي فصلت فيه حالات دراسية واسعة التنوّع تترواح من ألعاب الأطفال المكسورة إلى جسور منهارة لكي أُوضح المبادىء العامة للفشل، والفشل بأنواعه المختلفة استمرّ في جذب اهتمامي، من انكسار رؤوس قلم الرصاص إلى المفهوم بأن الأشكال لا تخضع إلى وظيفة محدّدة، لكنها تفشل، وقد لعبت هذه المشاهد دوراً مهماً في تحفيزي لتأليف كتبي: القلم وتطور الأشياء المفيدة (The Pencil and The Evolution of Useful Things)، وبعد سنوات، وبسبب هذه الكتب، سرّني أن دُعيت ثانيةً إلى أوربانا لاستلام جائزة الخريجين المتميزين، وفي مناسبة تلك الزيارة، طُلب مني أن أتكلم عن مختبر تالبوت، وقد رحبت بالفرصة التي أتيحت لي لأحاضر في المبنى الذي درَّستُ فيه لأول مرة – في مساق مخصّص كلياً لطلاب الهندسة المعمارية – واخترت ألّا أتكلم عن النظريات الرياضية التي انغمست بها حينما كنت طالباً في الدراسات العليا، بل اخترت الكلام عن المشبك الورقي (Paper Clip) كحالة دراسية لتطوير الأشياء العامة من خلال الفشل، وبعد المحاضرة أعلنت لأساتذتي القدامى أن تحوّلي من الميكانيك النظري إلى الميكانيك التطبيقي قد اكتمل.

كانت لحظة مرّة – حلوة. لقد امتلأ مسار الرافعة الضخم بما يمكن أن يطلق عليه مبنىً داخل مبنى، لكي تتوفر مساحة إضافية للمكاتب، وبعض المختبرات وغرف للمحاضرات، والماكنة العملاقة التي وزنها ثلاثة ملايين باوند، الممتدة في المبنى والتي يمكن رؤيتها الآن من منتصف المبنى من خلال شبّاك صغير فقط في الجدار الجديد الذي بُني لاحتواء فضاء الدهليز السابق. أخيراً حصل مختبر تالبوت على أروقة تقليدية ذات جدارين، والغرفة التي ألقيت فيها المحاضرة كانت جميلة وتبدو مريحة، ولكنها مربكة بالنسبة لي لأنها ذكّرتني بأنني أقف في موقع كان فضاءً مفتوحا،ً كانت تطلق من خلاله أصوات الأبواق الهوائية لتنبيه القاطنين في تالبوت أن جزءاً كبيراً من الهيكل المصنوع من الفولاذ أو الكونكريت على وشك أن ينهار، والأرض والمبنى سيهتزّان عند إحداث الفشل المتعمد، والآن، وبعد عقدين من الزمن، لم يعد هناك قسم للميكانيك النظري والتطبيقي. في عام 2006، دُمجت تام مع الهندسة الميكانيكية في إلينوي لإحداث قسم العلوم الميكانيكية والهندسة، وأتساءل إن كان طلاب الدراسات العليا في هذا القسم الجديد يناقشون تراتب مفردتي التسمية والفرق بينهما، وأتساءل أيضاً كيف يحصلون على حسّهم الشخصي للفشل.

مجلة العلوم
‫‪الهرمونات الجنسية  تفسر سبب إصابة الرجال أكثر بالفيروس
قلم:       ميريديث وادمان
ترجمة:   د. عبد الرحمن سوالمة
في يناير ذكرت إحدى أولى النشرات العلمية عن المصابين بفيروس كورونا المستجد  Novel coronavirus في ووهان بالصين، أن ثلاثة من كل أربعة أدخلوا المستشفى كانوا ذكورًا. ومنذ ذلك الوقت أكدت بيانات من مختلف أنحاء العالم أن الرجال يواجهون خطرًا أكبر للإصابة بمرض شديد أو الوفاة، وأن الأطفال مستَثْنَوْن بشكل كبير. مؤخرًا، توصل العلماء الذين يبحثون في الكيفية التي يؤدي  الفيروس بها إلى الوفاة ... (قراءة المقال)
مجلة العلوم
‫‪دراسات كبيرة تذوي آمال عقار الهيدروكسي كلوروكوين
قلم:      كاي كوبفرشميدت
ترجمة:   د. عبد الرحمن سوالمة
تغطية مجلة ساينس Science لأخبار كوفيد-19 يدعمها مركز بوليتزر Pulitzer Center.
عبر ضباب مزاعم الاستغلال، والأمل، والمبالغة في الدعاية، والتسييس الذي يكتنف الدواء هيدروكسي كلوروكوين Hydroxychloroquine، دواء لعلاج الملاريا Malaria الذي أعلن عنه كعلاج لمرض كوفيد-19 COVID-19، تبدأ حاليا الصورة العلمية بالتجلي.
الهيدروكسي كلوروكوين الذي أثنى عليه رؤساء كمعجزة شفائية محتملة ... (قراءة المقال)
التقدم العلمي
‫‪الإشكاليات الطبية لمرض كوفيد 19
. جمال المطر اختصاصي في أمراض الأذن والأنف والحنجرة، الكويت
تعد الكائنات الحية الدقيقة والفيروسات من العوامل الممرضة الشائعة للإنسان، ويتميز بعضها عن بعض بعدد من الخصائص والسمات. فبعض الفيروسات يصيب النباتات وبعضها يصيب الحيوانات، وهناك أنواع تصيب الإنسان مسببة له أمراضاً متنوعة مثل متلازمة عوز نقص المناعة المكتسبة الإيدز، والتهاب الكبد الفيروسي، والحصبة. ويشهد العالم حاليا أول جائحة يسببها فيروس كورونا الذي ينتمي إلى فصيلة فيروسات واسعة ... (قراءة المقال)
‫‪مجرة درب التبانة و جيرانها
لسلام عليكم .. في كثير من حلقات البرنامج السابقة تكلمنا عن اهم عناصر المجموعة الشمسية التي نعيش فيها من كواكب و أقمار و كيوكبات و احزمة .. و انتهينا بشرح عن بلوتو و حدود المجموعة الشمسية .. ولكن هذه المجموعة تقع و تدور ضمن كيان و محيط اكبر .. و هي المجرة التي نعيش فيها و تحوي الملايين و الملايين من النجوم المشابهة لشمسنا و غيرها من الشموس و نطلق عليها درب التبانة .. في هذه الحلقة سنسافر في رحلة كونية بعيدة نتعرف فيها على بنية المجرة و مكوناتها ... (قراءة المقال)
أخبار العلوم
‫‪التعديل الوراثي التخلّقي يصل إلى الحمض النووي الريبي
قلم: كين غاربر، في شيكاغو بولاية إلينوي
ترجمة: صفاء كنج
انتقلت فكرة تأثير الواسمات الكيميائية في الجينات على تعبيرها الخارجي دون تغيير تسلسل الحمض النووي اختصاراً: الحمض DNA من كونها مسألة مفاجئة في الماضي إلى أن صارت مادة مقبولة تُدرس في الكتب.
ظاهرة التعديل الوراثي التخلقي Epigenetics، وصلت إلى الحمض النووي الريبي المرسال اختصاراً: الجزيء mRNA، وهو الجزيء الذي يحمل المعلومات الوراثية من الحمض النووي إلى مصانع تصنيع البروتين في ... (قراءة المقال)
مجلة مدار
‫‪هل تنجح هيئة الخدمات الصحية في مشروع تتبع الاتصالات الذي تعده؟
جرّب الفرع الرقمي لهيئة الخدمات الصحية الوطنية اختصاراً: الفرع NHSX تطبيقا App سيخبرك ما إذا خالطت أي شخص ظهرت عليه أعراض كوفيد -19. ولكن ما هي التكلفة المترتبة على خصوصيتك جراء ذلك؟
إن أحد التحديات الكبيرة التي تطرحها مكافحة فيروس كوفيد-19 COVID-19 هو أنه معدٍ قبل ظهور أي أعراض على الأشخاص المصابين به. ويمكن أن يساعد تتبع الأشخاص الذين اختلطوا بالمصاب على الحد من انتشار الفيروس، من خلال معرفة عدد الأشخاص الذين ربما نقل إليهم المريض ... (قراءة المقال)
مجلة مدار
‫‪أواخر أربعينات العمر: هل هذا هو الوقت الأكثر تعاسة في حياتنا؟
ا هو أتعس عمر؟ تفيد دراسة حديثة أنه أواخر سنوات الأربعين. إذ يبدو أن سعادتنا تميل إلى الانخفاض في منتصف العمر هذا، قبل أن تزداد باطراد خلال الخمسينات والستينات. وقد قارن د. ديفيد بلانشفلاور David Blanchflower -أستاذ الاقتصاد في كلية دارتموث في نيو هامبشير Dartmouth College in New Hampshire، في الولايات المتحدة الأمريكية- في هذه الدراساة ملفات بيانات 109 حالة من استبيانات السعادة من جميع أنحاء العالم، وتحرى العلاقات بين السعادة والعمر لمئات ... (قراءة المقال)
التقدم العلمي
‫‪النظائر المشعة وفوائدها الطبية
لمهندس أمجد قاسم
ترتبط كلمة الإشعاعات لدى كثير من الناس بالأخطار والكوارث النووية، إلا أن الحقيقة تدحض بعض تلك المزاعم، فعلى الرغم من أخطار بعضها، فإن لكثير من تلك الإشعاعات دوراً مفيداً للإنسان، وقدمت خدمات جليلة على امتداد نحو قرن من الزمن. علماً أنه في كل لحظة تخترق أجسامنا آلاف الأنواع من الأشعة، ولم يعرف الإنسان ماهيتها حتى وقت قريب نسبياً، بعد أن تنبه عدد من الباحثين لها، وجرى الكشف عن أنواعها وهويتها وفوائدها وأضرارها.
الإشعاع ... (قراءة المقال)
كيف تعمل الآشياء
‫‪الطنين
المؤلف: ثور هانسون Thor Hanson ■ الناشر: منشورات أيكون / منشورات بيسك Icon Books / Basic Books ■ السعر: 9.99 جنيه إسترليني / 17.99 دولار؟ ■ تاريخ الإصدار: صدر فعلياً
عندما ترى شيئاً صار موضوع إحدى حلقات «دكتور هو» Doctor Who، ستعلم أنه بالغ الأهمية. رصدنا منذ سنوات انخفاض أعداد النحل، وهو أكثر من مجرد مادة للخيال العلمي. اجتذب علم النحل اهتماماً كبيرا في الآونة الأخيرة. ومع ذلك، فعلى عكس العديد من الكتب الحديثة، فكتاب الطنين لمؤلفه ثور ... (قراءة المقال)
مجلة العلوم
‫‪الهرمونات الجنسية  تفسر سبب إصابة الرجال أكثر بالفيروس
قلم:       ميريديث وادمان
ترجمة:   د. عبد الرحمن سوالمة
في يناير ذكرت إحدى أولى النشرات العلمية عن المصابين بفيروس كورونا المستجد  Novel coronavirus في ووهان بالصين، أن ثلاثة من كل أربعة أدخلوا المستشفى كانوا ذكورًا. ومنذ ذلك الوقت أكدت بيانات من مختلف أنحاء العالم أن الرجال يواجهون خطرًا أكبر للإصابة بمرض شديد أو الوفاة، وأن الأطفال مستَثْنَوْن بشكل كبير. مؤخرًا، توصل العلماء الذين يبحثون في الكيفية التي يؤدي  الفيروس بها إلى الوفاة ... (قراءة المقال)
مجلة العلوم
‫‪أول فضيحة بحثية كبيرة حول الجائحة
قلم:       كيلي سيرفيك ومارتين إينسرينك
ترجمة:   د. عبد الرحمن سوالمة
كان من الواضح جدًا أنها نتيجة مهمة: الأدوية المضادة للملاريا Anti-malarial التي روّج لها البيت الأبيض كعلاجات محتملة لكوفيد-19 COVID-19 كانت تبدو غير فعالة، بل قاتلة بكل ما للكلمة من معنى. ففي 22 من مايو نشرت دراسة في دورية ذي لانسيت The Lancet استُخدمت فيها سجلات مستشفى حصلت عليها شركة تحليل بيانات غير مشهورة تدعى سيرجيسفير Surgisphere ، وكانت النتيجة أن مرضى ... (قراءة المقال)
‫‪الكتاب الصغير في علم الكون
يمان بيج طابع جامعة برينستن 16.99 جنيه إسترليني غلاف مجلد فني
من الأكيد أن الكتاب الصغير في الكوزمولوجيا The Little Book of Cosmology هو كتاب صغير الحجم، وقد يتوه منك داخل حقيبتك. ويستكشف هذا الكتاب في 100 صفحة تقريباً، تركيب وبنية وهندسة وتطور الكون، وأيضاً آفاق الكوزمولوجيا. أليس رائعاً أن نعتقد أننا نستطيع إدراك الكون، بأوسع مقاييسه بدقة نسبة مئوية من خلال عمليات القياس التي نجريها؟
يضم كتاب الوجيز في علم الكون كل شيء قد ... (قراءة المقال)