الرياضيات والهندسة

تأثير النطاق (القياس)

2014 أبجدية مهندس

هنري بيتروسكي

مؤسسة الكويت للتقدم العلمي

الرياضيات والهندسة الهندسة

تأثير النطاق (القياس) (Scale Effect). تعود الملاحظة التي تقول إنه لا يمكن تكبير قياس نماذج عمل للآلات والهياكل بطريقة لا نهائية إلى المهندس الروماني فيتروفيوس في القرن الأول قبل الميلاد، في كتابه The Ten Books on Architecture. وبحسب فيتروفيوس، فقد تم الدفاع عن مدينة رودس (Rhodes) بنجاح من قِبل مهندس مقيم فيها كان يتقدّم بحلول ملائمة في كل مرة تُهاجم فيها المدينة من جديد. ولكن، وعندما قام مهندس آخر بعرض نموذج يشبه آلة الذراع الدوارة، الذي ادّعى أنه عندما تُصنع بالقياس المناسب ستكون قادرة على الدفاع عن المدينة ضد كل الاعتداءات في المستقبل، وأقيل بذلك المهندس السابق.

شعر أهل الجزيرة بالأمان مع هذه الآلة التي تتضمّن الحل الكامل لكل الحالات، واختبرت في الحال. ومع اقتراب آلة حصار معادية بأبعاد ضخمة جداً من المدينة، طلب من أهل المدينة بناء آلة الدفاع الجديدة. وهنا اعترف المهندس الجديد أنه لا يمكن لآلته أن تبلغ مثل هذا الحجم، وأنه على المدينة أن تستسلم لمهاجميها. وفي حالة من اليأس، ترجّى أهل المدينة من المهندس السابق مساعدتهم، فقام برسم مخطط تُوجَّه بموجبه كل مياه المجاري في المدينة إلى الطريق الذي يسلكه هذا الكائن الضخم ما جعله يغرق في المستنقع نتيجة وزنه الضخم. وتلى ذلك أن أُحضرت آلة الحصار إلى داخل الأسوار ووضعت كنصب تذكاري تخليداً لعبقرية المهندس القديم، وللتذكير أيضاً بأن الأشياء التي تعمل بالحجم الصغير لا تعمل بالحجم الكبير.

تأثير النطاق (القياس) شرحه غاليليو في عمله الأساسي عام 1638، الذي ترجم إلى الإنجليزية بعنوان Dialogues Concerning Two New Sciences، قدّم فيه مقاربة منهجية لدراسة متانة المواد. وقدم موضوعه بملاحظة أن مهندسي النهضة كانوا حيارى بواقع ظهور حدود لنجاح تصاميم السفن، والمسلات، وما شابه التي يمكن زيادة قياسها الهندسي إلى حدّ معيّن لتنهار بعد ذلك. أي أن هناك تأثيراً للنطاق يتعلّق بالحد الأقصى في زيادة القياس الهندسي للهياكل ناجم عن حقيقة أنه مع زيادة قياس الهيكل فإن وزنه يزداد بمقدار مكعّب البُعد المميز، في حين أن متانته في مقاومة الإجهاد الناجم عن الوزن تتزايد بمقدار التربيع. وتأثير النطاق هذا هو الذي يحدّد حجم الحيوانات والنباتات، ويُفسر، وفقاً لغاليليو، أن النسب المختلفة للأشياء الحية هي بسبب اختلاف حجمها.

في القرن التاسع عشر، كان لتأثير النطاق دور في تطوير أول السفن البخارية. فبعض العلميين ادّعوا بأنه لا يمكن للسفينة البخارية أبداً أن تكون من الضخامة لحمل ما يكفيها من الفحم ليُحرق في مراجلها لمدة رحلة عابرة للمحيط الأطلسي. واعتقد بعض المهندسين بخلاف ذلك، ملاحظين أنه مع زيادة حجم السفينة – ومن ثم قدرتها على حمل الفحم – فإن الطاقة اللازمة لتحريكها لا تزداد تناسبياً. وبالفعل فمع زيادة حجم السفينة بمقدار مكعّب أبعادها، فإن مقاومة المياه لحركتها تزداد بمقدار التربيع. وكان إنجاز إيسامبارد كنغدوم برونل (Isambard Kingdom Brunel) لسفينة الغربية الكبيرة البخارية التي عبرت الأطلسي بطاقة البخار فقط عام 1838 مقدّمة مثلاً مضاداً عن الفرضية العلمية لا تمكن مناهضته.

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
‫‪حرائق الغابات الأسترالية: هل هناك ما يمكن فعله لوقف احتراق العالم؟
يل ماكغويرBill McGuire أستاذ فخري متخصص بالمخاطر الجيوفيزيائية والمناخية في يونيفرسيتي كوليدج لندن UCL، وهو مدير مشارك لمعهد الطقس الجديد New Weather Institute ومناصر لحركة علماء من أجل المسؤولية العالمية Scientists for Global Responsibility. سينشر فيلمه البيئي Skyseed في وقت لاحق من عام 2020.
على كوكبنا الذي تزداد حرارته، فإن حرائق الغابات حاليّاً هي واحدة من أكثر الكوارث الطبيعية المرعبة والمكلفة من بين جميع الكوارث الطبيعية الأخرى. من ... (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)
‫‪سؤال وجواب مع عالمة بالكواكب النجمية
. هانا ويكفورد Dr. Hanna Wakeford: أستاذة محاضرة في مجال الفيزياء الفلكية من جامعة بريستول، حيث تجري أبحاثها عن الأغلفة الغازية للكواكب النجمية باستخدام تلسكوب هابل الفضائي.
- كيف تستخدمين تلسكوب هابل الفضائي في استكشاف الأغلفة الغازية للكواكب النجمية خارج المجموعة الشمسية Exoplanets؟
نستخدم التلسكوب هابل لننظر إلى تلك الكواكب عندما تعبر أمام نجومها. وإذا كان لأحدها غلاف غازي، فإن ضوء النجم سيعبر من خلاله قبل وصوله إلى هابل. وسيتعرض ... (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)