علم الآلات

علم الآلات أو ما يعرف بعلم الميكانيكا: هو أحد فروع علم الفيزياء، والتي تهتم بدراسة سلوك الأجسام عند تعرّضها لقوى أو تغييرٍ في مسارها، وتأثيرها على المحيط حولها، والتعبير عن هذا السلوك بقيمٍ رياضيةٍ ومعادلاتٍ كميةٍ تحكمه، ولهذا ارتبط تطور تلك العلوم بتطورعلم الرياضيات، وكانت التجربة هي الوسيلة لاختبار النظريات والمعادلات التي تربطها.

فروع علم الآلات

ينقسم علم الآلات إلى فرعين رئيسيين، وهما يشكلان معاً اللبنة الأساسية لفهم جميع العلوم التي تدور حول فيزياء الأجسام، وهذين الفرعين هما:

الميكانيكا الكلاسيكية

هو الفرع الذي يهتم بدارسة سلوك الأجسام عند تعرضها لقوى أو تغييرٍ في مسارها، ومن خلال قوانين الميكانيكا يمكن التنبّؤ بالحركة والمسار للجسم، وأيضاً تفصيل القوى المؤثرة على الجسم الساكن وذلك للأجسام الكبيرة (أكبر من ذرة) وأيضاً للسرعات التي تقل عن سرعة الضوء، وعلم الميكانيكا الكلاسيكية من العلوم القديمة جدّاً، عرفها اليونان والفراعنة، ولكن صاغها وأرسى قواعدها العالم إسحاق نيوتن في منصف القرن السابع عشر، فلا يمكن دراسة الميكانيكا الكلاسيكية دون تمحيص قوانين نيوتن الثلاثة.

ظهرت النظرية النسبية للعالم الكبير البيرت اينشتاين، وأساسها إضافة بعدٍ رابعٍ للكون وهو الزمن إلى الأبعاد الثلاثة المعروفة، والتي هي الطول والعرض والإرتفاع، وهذه النظرية أوضحت أنّ لا شيء مطلقٌ نهائياً وكل الأمور الكمية التي كانت تقاس هي نسبية لسرعة الجسم الذي تقاس بالنسبة إليه، ومع تغيّر سرعته نفس الكم يتغير ، والنظرية النسبية شقين هما النظرية النسبية العامة والنظرية النسبية الخاصة استخدمت لتعالج بعض المفاهيم المبهمة والحالات التي عجزت عن تفسيرها الميكانيكا السائدة وأحدثت تعريفاً جديداً لكلٍ من الزمان والمكان والكتلة والطاقة، فأصبح الزمان والمكان مرتبطان بنسبة وذلك بالرجوع لسرعة الأجسام. وكما أثبتت النظرية النسبية أنّ سرعة الضوء تبقى ثابتةً وهي 299,792,458 م/ث.

ميكانيكا الكمّ

من العلوم الحديثة والتي تعود لبدايات القرن العشرين، تعتمد على تفسير الظواهر على المستوى الذري للمادّة والجسيمات دون الذّرة، وأبرزت مفهوماً جديدً يسمّى إزدواجية الموجة – جسيم، والتي توضح أن للجسيم دون الذرة طبيعةٌ موجيةٌ.

ميكانيكا الكم تعتبر أوسع من حيث المفهوم والأهداف مقارنةً مع الميكانيكا الكلاسيكية، حيث تعتبر الميكانيكا الكلاسيكة واقعةٌ تحت مظلّتها وتحتكم بأحكامٍ خاصةٍ، وميكانيكا الكم لا تزال نظريةً وتضع احتمالاتٍ وذلك لعدم القدرة عل الإلمام بكافة المتغيرات المؤثرة على الأجسام، وكلمة الكم تعتبر وصفاً لأصغر كميةٍ من الطاقة يمكن تبادلها بين الجسيمات، وتجدر الإشارة هنا إلى أنّ المقصود هو الطاقة المتقطعة وليست المستمرة.

أهم مصطلحات علم الميكانيكا

الكتلة: كمّية المادة الموجودة في حجم معين.
المسافة: البعد بين نقطتين.
الزمن: المدّة التي يستغرقها جسم للانتقال من موضع لآخر.
الجسيم: جسم له كتلة وطاقة ويمكن تعريفة بأبعاد ثلاثة هي الطول والعرض والارتفاع مهما كبر أو صغر.
الموقع في الفضاء: يتم تحديده بافتراض نقاط صفرٍ في الفضاء وحساب بعد الجسيمات عن نقطة الصفر التي تم تحديدها.
السرعة: المسافة المقطوعة خلال مدّة محددة.
التسارع: هي معدل التغير في السرعة بالنسبة للزمن.
الجاذبية: هي القوة الأرضية والتي تمنح الأجسام من خلالها تسارعاً وقيمته ثابتة وهي 9.81م/ث2 .
القوة المحصلة: هي القوة المكافئة لجميع القوة المؤثرة على جسيم في لحظة معينة.
السقوط الحر: هو سقوط الأجسام باتجاه مركز الأرض بحيث تكون القوة الوحيدة المؤثرة على الجسم هي قوة الجاذبية الأرضية.
قانون حفظ الطاقة: الطاقة لا تفنى ولا تستحدث ولكن تتحول من شكل لآخر.