كيف تبقى الجسور واقفة؟
ينطلق أوولو وكوكو في تجربة ممتعة لاكتشاف كيف تبقى الجسور واقفة دون أن تسقط في النهر.
About this story
ينطلق أوولو وكوكو في تجربة ممتعة لاكتشاف كيف تبقى الجسور واقفة دون أن تسقط في النهر.
What you'll learn
- فهم كيفية صمود الجسور وتحمّلها للأوزان
- التعرّف على دور المهندسين في تصميم المباني
- إجراء تجربة بسيطة لمحاكاة بناء الجسور
- تنمية حب الاستكشاف وطرح الأسئلة العلمية
يا أوولو، ظللت أفكّر في شيء منذ رحلتنا المدرسية أمس. عبرنا ذلك الجسر الضخم فوق النهر، وبقيت أحدّق فيه طوال الطريق.
لاحظت ذلك يا كوكو. كان أنفكِ ملتصقا بزجاج النافذة طوال الوقت، ولم تبعدي نظركِ عنه أبدا.
كان هائلا جدا! كل ذلك المعدن والإسمنت، معلّق فوق الماء هكذا. كيف لا يسقط في النهر؟
هذا بالضبط نوع السؤال الذي يطرحه المهندسون على أنفسهم قبل أن يبنوا أي شيء. هيا بنا إلى مختبر العلوم لنكتشف الإجابة معا.
حسنا، ها نحن وصلنا. من أين نبدأ أصلا بشيء بهذا الحجم الكبير؟
نبدأ بشيء صغير في الحقيقة. خذي كومتين من الكتب من ذلك الرف، وضعيهما متباعدتين بمقدار طول مسطرة تقريبا.
انتهيت من ذلك. إنهما تبدوان الآن مثل ضفتي نهر صغيرتين.
رائع. الآن ضعي إحدى تلك المساطر المسطّحة فوق الفراغ، بحيث ترتكز على الكومتين. هذا هو جسركِ الأول.
إنها مستلقية هناك فقط. يبدو الأمر بسيطا جدا حين تشرحه بهذه الطريقة.
الآن ضعي أحد تلك الأثقال الصغيرة في منتصف المسطرة تماما. راقبي جيدا ماذا سيحدث.
إنها تنحني! المنتصف ينخفض ويتدلى نحو سطح الطاولة الآن.
هذا الانحناء يسمى الترخّي. الثقل يضغط إلى الأسفل، فينحني الجسر تحت تلك القوة. الجسور الحقيقية تواجه المشكلة ذاتها، لكن مع سيارات وشاحنات بدلا من ثقل صغير.
إذن كيف يمنع المهندسون الجسر كله من الانحناء كثيرا ثم الانكسار؟
إنهم يستخدمون بعض الحيل الذكية. الحيلة الأولى هي الشكل. حاولي ثني تلك المسطرة الثانية لتصير قوسا منخفضا، ثم ضعيها فوق الفراغ بدلا من الأولى.
عجبا، هذه المسطرة تكاد لا تنحني أبدا رغم وضع الثقل نفسه عليها! لماذا يصنع الشكل كل هذا الفرق الكبير؟
القوس من أقدم وأقوى الأشكال في الهندسة. حين يضغط الثقل على القوس إلى الأسفل، ينشر القوس تلك القوة إلى الخارج نحو طرفيه، اللذين نسميهما الدعامتين.
إذن بدلا من أن يتجمّع كل الضغط في مكان واحد، فإنه ينتقل إلى الجانبين ويتوزّع في كل مكان؟
صحيح تماما. اكتشف الرومان القدماء هذا الأمر قبل أكثر من ألفي عام، وما زالت جسورهم الحجرية المقوّسة قائمة إلى اليوم.
هذا أمر مذهل حقا. لم يملك الرومان حواسيب ولا رافعات، ومع ذلك ما زالت جسورهم موجودة هناك.
لقد كانوا أذكياء بشكل ملحوظ. أما الجسور الحديثة فتستخدم حيلة ثانية تسمى الشد والضغط. الضغط هو حين تُعصر المادة، والشد هو حين تُمدّ أو تُسحب.
مثلما حين أمدّ شريطا مطاطيا، هذا شد. وإذا ضغطت إسفنجة بين يديّ، فهذا ضغط؟
هذه طريقة رائعة جدا للتفكير في الأمر. في الجسر، يتعرض الجزء العلوي من العارضة للضغط، بينما يتمدد الجزء السفلي تحت الشد. ويختار المهندسون موادا تتحمل كل قوة جيدا.
هل لهذا السبب نرى في بعض الجسور كل تلك الأشكال المثلثة على الجانبين؟ كنت دائما أظنها مجرد شكل جميل.
تلك المثلثات تشكّل ما نسميه الجملونة. المثلث هو الشكل الوحيد الذي لا يمكن دفعه ليتغيّر دون كسر أحد أضلاعه. إنه شديد الصلابة والثبات.
إذن المثلثات تثبّت كل شيء في مكانه، وتمنع الجسر من الاهتزاز يمنة ويسرة.
بالضبط. وللجسور الطويلة جدا التي تعبر أنهارا أو خلجانا واسعة، يستخدم المهندسون طريقة أخرى تماما. إنهم يعلّقون أرضية الطريق بكوابل ضخمة مثبّتة في أبراج عالية. وهذا يسمى الجسر المعلّق.
مثل تلك الجسور ذات الأبراج العملاقة والكوابل التي تنحدر في انحناءة كبيرة! لقد رأيت صورا لها من قبل.
الكوابل تحمل وزن الأرضية كلها، وتنقله إلى أعلى نحو الأبراج، ثم إلى أسفل نحو الأرض عبر مثبّتات ضخمة. والأرض نفسها هي التي تحمل كل شيء في النهاية.
إذن الجسر هو في الحقيقة عمل جماعي. الأقواس والمثلثات والكوابل والأبراج والأرض، كلها تعمل معا في وقت واحد.
هذه طريقة رائعة لوصف الأمر. كل جزء له مهمة، ودور المهندس هو أن يتأكد من أن كل جزء يتحمل نصيبه من القوى دون أن يُثقل عليه.
أظن أنني أريد أن أبحث عن الجسور المعلّقة حول العالم بعد ذلك. لا بد أن هناك جسورا مذهلة حقا.
بكل تأكيد هناك جسور كذلك. لكن أولا، أظن أنكِ مستعدة لتجميع كل شيء معا. هل يمكنكِ أن تخبريني بما تعلّمتِه اليوم عن بقاء الجسور واقفة؟
حسنا. تبقى الجسور واقفة لأن المهندسين أذكياء جدا في توزيع القوى. القوس ينشر الوزن إلى الخارج نحو الدعامات بدلا من تركه يتجمّع في المنتصف. والمثلثات في الجملونة تثبّت الشكل حتى لا يهتز. وفي الجسور المعلّقة، تحمل الكوابل العملاقة الوزن إلى الأبراج ثم إلى الأرض. باختصار، الجسر هو مجرد جدال منظّم جدا بين قوى الدفع والسحب، ولا أحد يفوز لأن كل شيء يبقى متوازنا تماما.
قد يكون هذا أفضل تلخيص سمعته يوما في هذا المختبر. في المرة القادمة، يمكننا أن نكتشف كيف يختبر المهندسون الجسور قبل بنائها، ولماذا تتمايل بعض الجسور قليلا عن قصد.
مهلا، هل تتمايل عن قصد حقا؟ يبدو هذا مثل لغز جديد كامل علينا أن نحله معا.
