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
‫‪عناقيد الحالات: لغز رئيسي من ألغاز جائحة كورونا
قلم:      كاي كوبفرشميدت
ترجمة:   د. عبد الرحمن سوالمة
تغطية مجلة ساينس Science لكوفيد-19 بدعم من مركز بوليتزر Pulitzer Centre
في 10 مارس، عندما التقى 61 شخصًا للتدريب على التراتيل بكنيسة  في ماونت فيرنون بواشنطن، بدا كل شيء طبيعيًا. ولمدة ساعتين ونصف الساعة أنشد المنشدون، وتناولوا الكعك والبرتقال، وأنشدوا مرة أخرى. ولكن أحدهم كان يعاني منذ ثلاثة أيام ما يبدو كأنه زكام، والذي تبين فيما بعد أنه كوفيد-19 COVID-19. وفي 12 مايو نشرت ... (قراءة المقال)
التقدم العلمي
‫‪هل أنت سجين "غرف الصّدى"؟
. عمّار العاني باحث في المعلوماتية وتأثير وسائل التواصل الاجتماعي، سورية
في الوقت الذي تظهر فيه معظم الأبحاث العلمية أن ظاهرة الاحترار العالمي والتغير المناخي حقيقة مؤكدة، فإن نحو 15% من الجمهور لا يصدق هذه النظرية ويعتبرها خدعة من قبل الحكومات. وتظهر الإحصاءات أن نحو 5% من الأهالي يمتنعون عن تقديم اللقاحات الأساسية لأطفالهم إيماناً منهم بأخطارها، على الرغم من التوافق شبه الكامل في الأوساط الطبية على أن هذه المخاوف لا أساس لها.
   ... (قراءة المقال)
مجلة العلوم
‫‪"سرعة خاطفة": جهود أمريكية لإنتاج اللقاح تخرجإلى العلن
قلم:       جون كوهين
ترجمة:   د. عبد الرحمن سوالمة
الحكمة المتعارف عليها هي أن إنتاج لقاح لكوفيد-COVID-19 19 لن يكون ممكنا قبل سنة على الأقل من الآن، ولكن جهود الجهات التنظيمية في حكومة الولايات المتحدة، والتي تعرف بعملية السرعة الخاطفة  Operation Warp Speed أو أسرع من الضوء، لا تنطبق عليها هذه الحكمة التقليدية. وهذا المشروع،  المبهم حتى الآن، والذي من المرجح أن يُعلِن عنه البيت الأبيض رسميًا في الأيام القادمة، سيختار مجموعة متباينة ... (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)
التقدم العلمي
‫‪أصبح العدو القديم حليفًا .. استخدام الفيروسات في علاج السرطان
. خالد صنبر، د. معتصم البارودي، د. نبيل أحمد باحثون في مجال الأمراض والفيروسات بكلية الطب في هيوستن، الولايات المتحدة
على الرغم من كونها أكثر الكائنات بساطًة فإن الفيروسات أتقنت عملية التطور بصورة مذهلة؛ فقد أتاح استغلال تلك المخلوقات الدقيقة لمخلوقات أكثر تعقيدًا، لحاجتها إلى التكوينات الخلوية، قدرة كبيرة لها على اجتياز العقبات التطورية. ففي جينومنا الخاص، اتخذت الفيروسات مخبئًا لإحدى أكثر الرحلات نجاحًا عبر الزمن، إذ يعتقد أن نحو %10 من ... (قراءة المقال)
التقدم العلمي
‫‪قصة الفيروسات .. 3 رواد أسهموا في اكتشافاتها المذهلة
. إسلام حسين باحث في مجال الفيروسات في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، الوريات المتحدة
يعتبر أواخر القرن التاسع عشر العصر الذهبي لعلم الميكروبيولوجيا علم الأحياء المجهرية، إذ شهد اكتشافات كثيرة عن بعض أنواع المكروبات، وتحديدا البكتيريا والفطريات. وأدت هذه الاكتشافات إلى تكوين نظرية شمولية عن الميكروبات، تعرف بنظرية الجراثيم germ theory، التي بنيت على معلومات توفرت لدى العلماء في ذلك الوقت. افترضت هذه النظرية توفر بعض الخصائص في أي مسبب ... (قراءة المقال)
التقدم العلمي
‫‪المادة السلبية.. أسرع من إيقاع الضوء والزمن
.أحمد مغربي طبيب ومترجم وكاتب متخصص بالموضوعات العلمية، لبنان
هل يمكن السفر بأسرع من الضوء؟ إذا كان إيقاع الزمن يسير بسرعة الضوء، وفق نظرية آينشتاين عن النسبية، ألا يكون التحرك بسرعة الضوء أو أكثر سفراً في الزمن أيضاً؟ أليس بموجب معادلة آينشتاين الشهيرة عن المادة والطاقة E=a.mc2 تتبدد المادة وتتحوّل إلى طاقة صرفة عندما تصل إلى التحرّك بسرعة الضوء، فكيف يمكن التنقل أسرع من الضوء من دون حدوث ذلك؟
 يألف عُشاق السينما أفلاماً عن آلة ... (قراءة المقال)
التقدم العلمي
‫‪هل أنت سجين "غرف الصّدى"؟
. عمّار العاني باحث في المعلوماتية وتأثير وسائل التواصل الاجتماعي، سورية
في الوقت الذي تظهر فيه معظم الأبحاث العلمية أن ظاهرة الاحترار العالمي والتغير المناخي حقيقة مؤكدة، فإن نحو 15% من الجمهور لا يصدق هذه النظرية ويعتبرها خدعة من قبل الحكومات. وتظهر الإحصاءات أن نحو 5% من الأهالي يمتنعون عن تقديم اللقاحات الأساسية لأطفالهم إيماناً منهم بأخطارها، على الرغم من التوافق شبه الكامل في الأوساط الطبية على أن هذه المخاوف لا أساس لها.
   ... (قراءة المقال)
مجلة العلوم
‫‪كيف تولِّد الجبال بؤرة مضطربة ساخنة
قلم:     إريك هاند
ترجمة:  صفاء كنج
المحيط الجنوبي شهير بعواصفه، وهو موطن لأمواج أعلى من أعمدة الهاتف. ولكن على ارتفاع 50 كيلومتراً، يكون الطقس عاصفاً بالقدر نفسه، حتى وإن لم نر ذلك بالوضوح نفسه. هناك، تتكسر موجات قوية في الهواء وتتحطم وتدفع بالطاقة إلى طبقة الستراتوسفير Stratosphere وتغير اتجاه الرياح التي تساعد على التحكم في المناخ.
على امتداد عقدين عرف الباحثون أن منطقة قريبة من خط العرض 60° جنوباً، على طول ممر دريك Drake ... (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)
التقدم العلمي
‫‪جائحة كورونا عربيا.. استجابة إقليمية طارئة للحد من تداعياتها
. محمد القطان باحث وكاتب علمي،الكويت
لم يشهد العالم خلال عقود عدة كارثة كالتي شهدها في هذا العام متمثلة في جائحة كورونا-19 التي كان لها تداعيات على جميع مجالات الحياة، وآثار على كل المجتمعات، وأخطار كبيرة على حياة البشر في كل القارات. ولا تزال المشكلات الناجمة عن تلك الجائحة تهز كل القطاعات، وتضرب كل المجالات، وتربك العلماء والباحثين وتجعلهم في حيرة من كيفية معالجتها والحد من تداعياتها، وتدفعهم إلى دراسة كل السبل الكفيلة بالتخفيف من ... (قراءة المقال)
مجلة العلوم
‫‪التجربة المعيبة التي أفقدت العالم ثقته بالطب النفسي
قلم: سوزانا كاهالان
ترجمة: يحيى طالب
في السادس من فبراير 1969، أخبر ديفيد لوري  David Lurieأحد الأطباء النفسيين في مستشفى هيفرفورد ستيت Haverford State Hospital في ولاية بنسلفانيا، بأنه يسمع أصواتا تخاطبه. كانت الأصوات تردد كلمات فجوة، وفراغ وارتطام.
لم يكن هذا الرجل البالغ من العمر 39 عاماً ويعمل في تحرير الإعلانات يشتكي من أي علة أخرى، فكانت هذه الأصوات التي يسمعها هي العارض الوحيد. وبعد مقابلة معمقة سُئل فيها عن حياته العائلية ... (قراءة المقال)
مجلة العلوم
‫‪كيف تتطور طفرات فيروس الكورونا وينتشر
قلم: جوناثان كوروم و كارل زيمر
ترجمة: د. ليلى الموسوي
April 30, 2020
جينوم فيروس الكورونا
يتألف الفيروس التاجي من غشاء دهني مليء بالتعليمات الوراثية لصنع ملايين النسخ منه. ويتم ترميز التعليمات في 30 ألف حرف من حروف الحمض النووي الريبوزي RNA – هي: - a, c, g, u – التي تقرؤها الخلية المصابة وتُترجِمُها إلى أنواع عديدة من بروتينات الفيروس.

26 ديسمبر  فيروس كورونا جديد
في ديسمبر ظهرت مجموعة من حالات الالتهاب ... (قراءة المقال)
مجلة العلوم
‫‪قدرتك على اتخاذ القرار: وكالة خارقة لا تستطيع الفيزياء شرحها
قلم:     ريتشارد ويب
ترجمة: همام بيطار
في الآونة الأخيرة كنت أفكر في اقتناء جرو، وكما تعلم، فقد دفعني إلى ذلك الرغبة في الحصول على بعض من الرفقة، شيءٌ ما ليحفزني خلال تلك الأيام الكئيبة عندما تكون المعنويات منخفضة والجسد متعبا.
بل إنني ذهبت إلى دارٍ لإيواء الكلاب الضالة؛ لأنّ ذلك بدا الشيء المناسب فعله. وهناك شاهدت كلبة محببة بعينين جميلتين ولعوبتين. ذكرتني بكلبنا المهجن Mutt ويسكي Whiskey عندما كنت طفلاً. وفي نهاية المطاف ... (قراءة المقال)
أخبار العلوم
‫‪من الفئران إلى النسانيس، العلماء يدرسون حيوانات بحثًا عن إجابات حول فيروس كورونا
ع تقرير من: آن غيبونز Ann Gibbons وبول فووزن Paul Voosen
بقلم:       جون كوهين
ترجمة:   د. عبد الرحمن سوالمة
الهامستر السوري القداد Syrian hamsters من الحيوانات الأليفة المحبوبة، وهي الآن تستحوذ الآن على نوع جديد من اهتمام العلماء الذين يحاولون فهم كوفيد-19 COVID-19 ويسعون إلى هزيمته. وقبل 15 سنة وجد العلماء أن الهامستر قد تصاب بعدوى فيروس كورونا المسبب للمتلازمة التنفسية الحادة الوخيمة Severe Acute Respiratory Syndrome اختصارًا: ... (قراءة المقال)
مجلة العلوم
‫‪في عالم الكمالسبب لا يأتي قبل النتيجة بالضرورة
بقلم: كيلي أوكس
ترجمة: أ. د. محمد قيصرون ميرزا
وجبة الفطور في بيتي هي عملية سببية، إذ يغلي الماء في الإبريق لأنني أدرت مفتاحه الكهربائي، ويصير الخبز المحمص ذهبي اللون لأنني وضعته في المحمصة. أما الزبدة؛ فإنها تصل إلى الطاولة لأنني نقلتها من الثلاجة. ومع كل ما نرى في الكون من غرابة، فإن هذه حقائق نقبلها دون نقاش. فالماضي هو الماضي والحاضر يسبق المستقبل، والسبب يسبق النتيجة. إلا عندما لا يكون الأمر كذلك.
لقد بدأ الفيزيائيون بإدراك ... (قراءة المقال)
مجلة العلوم
‫‪داخل مهمة منع ارتطام كويكبات عملاقة بالأرض
قلم:     ليا كرين
ترجمة: وفاء الكندري
تجاوز الوقت منتصف الليل للتو في 29 أبريل 2027. أُجلي سكان جزيرة مانهاتن بنيويورك إجلاءً تامًّا. أضواء تايمز سكوير Times Square مطفأة، والشوارع مهجورة. يكتنف صمت مخيف الأحياء الخالية. وفي السماء، تقترب كرة صخرية بحجم مبنى كبير من الأرض بسرعة 19 كم/ثانية. في أقل من دقيقة – إذا ما صحت الحسابات – ستنفجر الصخرة في سماء حديقة سنترال بارك Central Park.
حظيت المدينة بستين يوما للاستعداد للحدث. ... (قراءة المقال)
مجلة العلوم
‫‪رئيسة سيرن CERN: قد تكون الفيزياء الكبيرة يائسة، غير أننا نحتاج إليها أكثر من أي وقتٍ مضى‪
قلم: ريتشارد ويب
ترجمة: محمد الرفاعي
على الرغم من مدخل سيرن CERN المرتب، وخط الترام الحديث الذي ينطلق من أمام بابه إلى مركز مدينة جنيف Geneva، فإنه يصعب تمييزه من الخارج عن مؤسسات التعليم العالي الأخرى التي تحتاج إلى مسحةٍ من الدهان. غير أن أعلام 23 دولة التي ترفرف أمام مدخله الرئيسي، وهدير النشاط داخله، تخبرنا بقصةٍ أخرى. ويتربع سيرن على الحدود الفاصلة بين فرنسا وسويسرا، وهو أكبر مختبر فيزياء جسيمات في العالم، ويمثل تعاوناً علمياً لا ... (قراءة المقال)

اظهر المزيد

مقالات ذات صلة

زر الذهاب إلى الأعلى