موسوعة كيف تعمل؟؟

[صائد الأفكار]

جهاز انذار الحريق

جهاز كشف الدخان المستخدم للتحذير من اندلاع حريق في غرفة أو مبني من الاجهزة الهامة والضرورية فبالرغم من انخفاض تكلفتها التي تبلغ في حدود 15 دولار فإنها تقي من نشوب حريق قد يقضي على ممتلكات مؤسسة بكاملها. يتكون جهاز كاشف الدخان Smoke Detectorمن جزئين اساسيين اولهما مجس حساس للضوء وهو الفوتوديود Photodiode والجزء الثاني هو جهاز الكتروني يصدر صوت منبه مرتفع. يعمل جهاز انذار الحريق من خلال بطارية 9 فولت أو من خلال مزود الكهرباء المنزلي.

فكرة كمل جهاز انذار الحريق

يعتمد هذا النوع من كاشف الدخان على فوتوديود وهو حساس للضوء، وإذا ما تم تصميم دائرة إلكترونية بحيث اذا سقط الضوء على الفوتوديود تصدر الدائرة الإلكترونية جرس منبه ذو صوت عالي. وهذه فكرة عمل جهاز انذار الحريق حيث أن الجهاز يحتوي على شعاع ضوئي عادي يصدر من ديود باعث للضوء LED مثبت في نهاية انبوبة اسطوانية الشكل وعلى زاوية 90 درجة يتفرع اسطوانة اخرى مثبت في نهايتها فوتوديود. كما في الشكل التوضيحي التالي:

في حالة تواجد دخان كثيف في الغرفة فإن هذا الدخان سيدخل من الجهة المقابلة للاسطوانة المثبت بها المصدر الضوئي وسيعمل على تشتيت الضوء ليسقط على الفوتوديود وبالتالي سيتم تفعيل الدائرة الإلكترونية التي بدورها ستطلق صفارة الإنذار

[صائد الأفكار]

كيف تعمل النوافذ الذكية
Smart Windows

يواجه العالم في هذا القرن تحدي كبير في مواجهة النقص في توفر مصادر الطاقة مقابل الحاجة الى المزيد لها نتيجة للتطور التقني والتكنولوجي المعتمد عليها واصبحت عصب حياتنا العملية، وقد قامت دائرة ابحاث الطاقة في الولايات المتحدة بدراسة على معدل استهلاك الوقود لتوفير الطاقة الكهربية ووجدت أن خلال 10 سنوات سيزيد الاستهلاك الى مايقارب 62%، وهذا سيؤدي الى ارتفاع كبير في الأسعار كما ان الموارد الطبيعية لن تكون قادرة على توفير الزيادة في الاستهلاك. ولحل هذه المشكلة يلجىء بعض العلماء إلى البحث عن بدائل لسد هذا النقص والبعض الآخر يقومون بالأبحاث التي من شأنها التقليل من استهلاك الطاقة.والنوافذ الذكية هي أحد نتائج الأبحاث التي تعمل على هذا المبدأ.
لو نظرنا حولنا لوجدنا إننا نقضي الكثير من أوقاتا داخل مباني مزودة بنوافذ زجاجية لتعزيز اتصالنا بالعالم الخارجي، حيث تسمح النوافذ الزجاجية لأشعة الشمس بتدفئة المبنى من الداخل، كما توفر الضوء الكافي للرؤية، وكما نعلم أن اشعة الشمس بالإضافة إلى ضوئها المرئي فإنها تحتوي على أشعة غير مرئية وبالتحديد الاشعة فوق البنفسجية التي تسبب احساسنا بارتفاع غير مرغوب به في الحرارة وتتلف الأثاث وترفع درجة حرارة المبنى، مما يؤدي إلى ضرورة استخدام أجهزة التكييف والتبريد التي تستهلك الكثير من الطاقة هذا بالإضافة إلى تكلفتها العالية على المستخدم.
ولا تندهش اذا علمت إن أكثر من 40% من استهلاكنا للطاقة مركز فقط على التحكم درجة حرارة المبنى الذي نقطنه سواء بالتبريد أو التدفئة. لذا فكر العلماء في كيفية التقليل من استهلاك الطاقة عن طريق تطوير تكنولوجيا النوافذ الذكية smart windows التي تعمل على ادخال اشعة الشمس اللازمة للمباني ولكن هذه النوافذ لها القدرة على التحكم بكمية الضوء التي تدخل من خلالها. إن امكانية التحكم في كمية الضوء التي تدخل عبر النوافذ للمبني له الأثر الكبير في التقليل من استهلاك الطاقة.

وفي هذه المقالة سنقوم بشرح فكرة عمل النوافذ الذكية يمكن للمستخدم من التحكم في شدة الضوء من خلالها.

حرك المؤشر على اليمين ولاحظ تعتيم النافذة

تكنولوجيا النوافذ الذكية
تعتمد فكرة عمل النوافذ الذكية في التحكم في مرور الضوء من خلالها على أحد الظواهر الفيزيائية الكثيرة التي تستجيب للضوء ولكل ظاهرة ميزاتها وعيوبها ومن هذه الظواهر:

1
البصريات الحرارية
Thermotropics
2
تغيير لون الضوء
photochromatics
3
البلورات السائلة
Liquid Crystals
4
شاشة الجسيمات المعلقة
Suspended Partical Displays
5
تغير اللون بالكهرباء
Electrochromics

لعلك استخدمت نظارة شمسية تستخدم ظاهرة تغير لون الضوء photochromatics، ولربما اعتقدت إن النوافذ الذكية ستكون مصنوعة من نفس مادة النظارات الشمسية تلك، وبالفعل كانت هذه الفكرة مطروحة حيث أن نافذة مطعمة بمادة تتغير لونها بتعرضها لأشعة الشمس يمكن أن تفي بالغرض ولكن تصبح هذه النوافذ عديمة الفائدة وغير مرغوب بها في فصل الشتاء، فعندما تكون درجة حرارة الغرفة منخفضة في فصل الشتاء ولكن الشمس مشرقة فإن نوافذ المصنوعة من مواد تتغير لونها بالضوء لا تكون ذكية لانها سوف تحجب اشعة الشمس في الوقت المطلوب ان تدخل عبر النافذة لتدفئة الغرفة.

ومن بين الوسائل التكنولوجية التي تعتمد عليها النوافذ الذكية هي البلورات السائلة وشاشة الجسيمات المعلقة وتغير اللون بالكهرباء. وسنقوم بشرح هذه الوسائل بشيء من التفصيل.

التحكم في كمية الضوء من خلال زيادة او تقليل المجال الكهربي المار في النافذة
قم بتحريك الزر الأحمر للاسفل لتقليل كمية الكهرباء ولاحظ التأثير على النافذة.

شاشة الجسيمات المعلقة Suspended Particle Display
لا شك ان النوافذ تلعب دوراً هاماً في المنازل والمنشآت التجارية. فهي تسمح لضوء الشمس بالدخول لتقليل الاعتماد على الاضاءة باستخدام المصابيح الكهربائية كما وتلعب النوافذ دوراً هاماً في عملية التدفئة. يسعى العلماء للوصول إلى فكرة لنوافذ ذكية يستطيع المستخدم من جعل النافذة شفافة تماماً أو معتمة بالكامل أو اي درجة بينهما من خلال أزرار تحكم.

تعتمد فكرة النوافذ الذكية على استخدام جسيمات دقيقة تستطيع امتصاص الضوء وتدعى هذه الطريقة بالجسيمات المعلقة suspended particle devices (SPD) أو صمامات الضوء التي تتكون من:

• لوحان من الزجاج او البلاستيك.
  مواد موصلة للكهرباء تغطي اللوج الزجاجي أو البلاستيكي المستخدم.
  الجسيمات المعلقة وهي ملايين الجسيمات الموضوعة بين اللوحين.
  سائل بين اللوحين لسماح للجسيمات المعلقة بالحركة.
• أداة التحكم.

فكرة عمل الجسيمات المعلقة بسيطة، تخيل إن هذه الجسيمات هي بمثابة صمامات للضوء يمكن أن تسمح له بالمرور أو تحجبه، يصل عدد الجسيمات المعلقة عدة ملايين موجودة بين لوحين من الزجاج المغطى من الداخل بمادة شفافة موصلة للكهرباء. عند تطبيق فرق جهد معين على اللوحين الزجاجيين فإن هذه الجسيمات المعلقة تتحرك وتصطف بانتظام لتسمح للضوء بالمرور بينها، وبدون تطبيق فرق جهد كهربي فإن الجسيمات تترتب بطريقة عشوائية مما ينتج عنه حجب الضوء ومنعه من النفاذ. وبهذا فإن بتقليل فرق الجهد المطبق يصبح الزجاج معتماً شيئاً فشيئاً حتي تصبح سوداء عند فرق جهد صفر.

بالتالي يمكن للمستخدم في المنزل التحكم بحجب الضوء أو السماح له من خلال تطبيق استخدام زر تحكم أو حتى ريموتكنترول للتحكم في فرق الجهد على لوحي الزجاج. وتم تجربة هذه التكنولوجيا في عدة منازل في الولايات المتحدة من حيث تم تحويل نوافذ المنزل من النوافذ العادية إلى نوافذ ذكية وكان ذلك له الأثر الكبير في التقليل من قيمة فواتير الكهرباء الشهرية.
سنقوم الآن بشرح وسيلة أخرى متبعة في النوافذ الذكية وهي البلورات السائلة وكيف تعمل.

البلورات السائلة Liquid Crystals
تدخل البلورات السائلة في العديد من التطبيقات المتقدمة وعلى سبيل المثال شاشات التلفزيون والكمبيوتر الحديثة، وهنا تم استخدام البلورات السائلة كتطبيق عملي لصناعة نوافذ ذكية كبديل أو منافس لتكنولووجيا الجسيمات المعلقة.

على اليسار لوح زجاجي شفاف من البلورات السائلة تحول إلى لوح معتم في الصورة على اليمين.

تعمل البلورات السائلة في النوافذ الذكية على التحكم في كمية الضوء النافذ منها وذلك من خلال تغيير إستجابة البلورات السائلة للشحنات الكهربية. حيث تعمل الشحنة الكهربية على ترتيب البلورات بشكل منتظم لتسمح للضوء بالمرور وعندما تختفي الشحنة الكهربية تعود البلورات إلى وضعها العشوائي مما يمنع أشعة الضوء بالمرور خلالها.

تغير اللون بالكهرباءElectrochromic windows

هذه المواد تصبح معتمة عند تطبيق فرق جهد كهربي ومنفذة للضوء عند اختفاء فرق الجهد، تعتمد هذه التكنولوجيا على مواد تتغير لونها عند تطبيق فرق جهد كهربي عليها وتعرف باسم المواد الكتروكروماتك electrochromic. تعمل الكهرباء على تنشيط تفاعل كيميائي يعمل على تغير خواص المادة من حيث امتصاص المادة للضوء. ولصناعة نوافذ ذكية من هذه المواد يتم وضعها بين شريحتين من الزجاج عل النحو التالي:

• <LI dir=rtl>شريحتين من الزجاج او البلاستيك Glass or plastic panel
  <LI dir=rtl>طبقة من مادة موصلة على الجزء الداخلي من الشريحة Conducting oxide
  <LI dir=rtl>طبقة من مادة الالكتروكروماتك مثل اكسيد التنجستن Electrochromic layer
  <LI dir=rtl>موصل ايوني Ion conductor
• مخزن ابونات Ion storage

في هذا التصميم يكون التفاعل الكيميائي من نوع تفاعل الاكسدة حيث تفقد الجزيئات إلكترونات لتصبح أيونات. بين طبقة الالكتروكروماتك تؤثر هذه الأيونات على درجة حجب الضوء في طبقة الالكتروكروماتك. يتم توصيل مصدر الجهد الكهربي على طبقتي التوصيل التي تغطي السطح الداخلي للزجاج يعمل فرق الجهد المطبق على دفع الايونات من طبقة مخزن الايونات الى طبقة الالكتروكروماتك عبر طبقة الايونات الموصلة. عند اغلاق الجعد الكهربي فإن الايونات تعود الى طبقة مخزن الايونات. وتترك الايونات طبقة الالكتروكروماتك لتعود شفافة ومنفذة للضوء.

تكون النافذة شفافة ومنفذة للضوء عندما يكون فرق الجهد صفر





تصبح النافذة معتمة عند تطبيق فرق جهد





مرأة رؤية خلفية تعتم تلقائيا باستخدام المواد الالكتروكروماتك

الخلاصة
النوافذ الذكية هي تلك التي تتحكم بكمية الضوء المطلوب حسب الحاجة ويمكن أن تعتمد فكرتها على العديد من الطرق والوسائل التكنولوجية التي تعتمد على مواد تتغير خواصها الضوئية من ناحية الامتصاص أو الانعكاس مع تغير فرق الجهد المطبق ولازالت الأبحاث مستمرة لتطوير نوافذ ذكية بكفاءة عالية.

[صائد الأفكار]

كيف تنشأ النار؟

النار يمكنها ان تدمر كل ما هو حولنا في غضون ساعة أو أقل، كما ان النار قادرة على ان تأتي على غبة من الاشجار وتحولها إلى كومة من الرماد. وتستخدم النار كسلاح فتاك في الحروب وحسب الاحصائيات السنوية تعتبر كوارث النار الاكثر سببا للوفيات كل عام.
ولكن وبالرغم من الصوةر القاتمة التي بدأنا بها المقال فإن النار مفيدة للغاية. فهي الوسيلة الأولى للنسان استخدمها للاضاءة والتدفئة، هذا بالطبع استخدامها لطهو الطعام ودخل استخدام النار في الصناعة لتشكيل الحديد وتحويله الى الات مفيدة للبشرية. لا يوجد مثيل للنار في المضار التي يمكن أن تسببها للانسان وفي نفس الوقت للنار الكثير من الفوائد. ولذلك فإن النار بالتأكيد مهمة جداً لنا وعنصرا اساسياً للحياة وقوة مهمة للبشرية ولكن ماهي النار؟
في هذه المقالة من تفسيرات فيزيائية سوف نقوم بشرح من كيف تتولد النار وما مصدرها وكيف تتصرف؟؟!!



فيما يلي نستعرض الخطوات التي تحدث لاشتعال الخشب وانطلاق النار.

اذا نستنتج مما سبق ان حرق الخشب يحدث على مرحلتين منفصلتين كل مرحلة عبارة عن تفاعل كيميائي وهما كما يلي:

• عندما تكون الغازات القابلة للاحتراق والتي تنطلق في صورة دخان عند درجة حرارة 260 درجة مئوية فإن جزيئات الخشب تتكسر وتنفصل عن بعضها البعض وتتحد ذراتها مع الاكسجين لتكون الماء واول اكسيد الكربون ومواد أخرى وتلك العملية نسميها عملية الاحتراق.
• الكربون الموجود في الخشب بعد الاحتراق يكون في صورة فحم يتحد مع الاكسحين ايضاً في تفاعل كيميائي ولكن عملية الاتحاد مع الأكسحين في هذا التفاعل تكون أبطىء ولهذا نلاحظ ان الفحم المشتعل يبقى حاراً لفترات طويلة. ينتج عن التفاعلات الكيميائة السابقة انطلاق الحرارة والتي تؤدي الى استمرار وبقاء النار مشتعلة.

ولهذا السبب تعلم الانسان كيف يستفيد من تلك الخاصية في الابقاء على النار مشتعلة لفترات زمنية طويلة فنحن نعلم مثلا ان وقود مثل البنزين يحترق في لمح البصر نتيجة لتبخر البنزين بارتفاع درجة الحرارة وتحوله الى غازات قابلة للاشتعال بدون ترك مخلفات مادية مثل الفحم ولكن بااستخدام مادة الشمع يمكن ان نجعل النار مستمرة لفترة طويلة نتيجة لان تبخر الشمع ابطىء بكثير من تبخر البنزين لذا بتقليل معدل التبخر للمادة المحترقة "الوقود" يمكننا الحصول على نار لفترة زمنية طويلة.

ينتج الضوء من النار لان ذرات الكربون في المادة المحترقة تسخن وبالتالي تثار هذه الذرات بالحرارة وتتخلص تلك الذرات من اثارتها باصدار الضوء المرئي كما يحدث في المصباح الكهربي عندما يمر التيار الكهربي في فتيلة المصباح وترتفع درجة حرارتها نتيجة لمقاومتها للتيار فينطلق الضوء منها طالما استمرت درجة حرارة الفتيلة مرتفعة.
ينطلق الضوء من النار في صورة لهب Flame والهب له لون مميز يعتمد على مادة الاحتراق بدرجة رئيسية ويعتمد أيضا على درجة الحرارة. الالوان المختلفة والصادرة من اللهب هي بسبب تغير درجة الحرارة في شعلة اللهب نفسها. فالجزء الاسخن في اللهب يكون في اسفله والجزء الاكثر برودة في اعلى منطقة في اللهب.ولهذا يبدو لون اللهب في الاسفل ازرق بينما أعلى اللهب يكون اللون قريبا من اللون البرتقالي أو الأصفر.

وبالاضافة الى الضوء المنبعث من اللهب فإن جسميات من الكربون تتجمع حول اللهب في صورة شبيه بجسميات الغبار كما في الشكل التالي:

الغازات المحيطة وتأثيرها على شكل اللهب

ولكن لو نظرنا الى اللهب في مكان عديم الجاذبية مثل على سطح مركبة فضائية فإن اللهب يأخذ شكل كروي كما في الشكل التالي:

(A) شكل النار على الأرض، (B) شكل النار في حالة انعدام الجاذبية

تختلف درجات الحرارة اللازم توفرها للوقود لكي يشتعل وينتج النار. وهذا بالتأكيد بسبب اختلاف طبيعة المادة ودرجة الحرارة اللازمة للتحول من حالتها الصلبة او السائلة الى الحالة الغازية.

يلعب حجم المادة القابلة للاشتعال "الوقود" في درجة انتشار النار واتساع تأثيره، فمثلاً في منطقة تكثر فيها الاشجار فإنها تمتص الحرارة بكمية كبيرة وبالتالي سوف توفر الغازات القابلة للاشتعال بكثافة مما يساهم في انتشار النار بسرعة كبيرة.

عند احتراق الوقود فإن الحرارة المنطلقة منها تختلف في مقدارها حسب نوع مادة الوقود وكذلك سرعة انتشاره الذي يعتمد على سرعة تفاعله مع الاكسجين.

[صائد الأفكار]

كيف يعمل الموتور الكهربي




موتور كهربي

وفي هذا الموضوع من كيف تعمل الأشياء سوف نتعرف على فكرة عمل الموتور وهذا من خلال دراسة بعض لخواص المغناطيسية وعلاقتها بالكهرباء لان الموتور هو نتاج العلاقة بين الخواص المغناطيسية والخواص الكهربية والتي سوف نستعرضها بشكل مبسط لفهم فكرة عمل هذه الاداة المفيدة "الموتور الكهربي"


مكونات الموتور

لنستعرض مكونات موتور بسيط مكون من قطبين ويعمل بالتيار المستمر وهذا الموتور سوف نجد انه يحتوي على 6 اجزاء موضحة في الشكل ادناه وهذه القطع هي:

• <LI class=MsoNormal dir=rtl style="TEXT-JUSTIFY: kashida; COLOR: #000099; TEXT-ALIGN: justify; TEXT-KASHIDA: 0%">المحرك الدوراني rotor <LI class=MsoNormal dir=rtl style="TEXT-JUSTIFY: kashida; COLOR: #000099; TEXT-ALIGN: justify; TEXT-KASHIDA: 0%">الموصل commutator <LI class=MsoNormal dir=rtl style="TEXT-JUSTIFY: kashida; COLOR: #000099; TEXT-ALIGN: justify; TEXT-KASHIDA: 0%">الفرشاة Brushes <LI class=MsoNormal dir=rtl style="TEXT-JUSTIFY: kashida; COLOR: #000099; TEXT-ALIGN: justify; TEXT-KASHIDA: 0%">المحور Axle <LI class=MsoNormal dir=rtl style="TEXT-JUSTIFY: kashida; COLOR: #000099; TEXT-ALIGN: justify; TEXT-KASHIDA: 0%">المجال المغناطيسي field magnet
• مزود التيار الكهربي المستمر DC power supply

فكرة عمل الموتور

اجزاء الموتور الكهربي البسيط

الموتور الصغير
ابسط موتور يمكن ان نجده هو ذلك الموتور الذي يعمل على تشغيل لعب الاطفال مثل الموتور الذي يحرك سيارة والموضح في الشكل ادناه.

الجزء الخارجي للموتور
يتكون الجسم الخارجي للموتور من اسطوانة معدنية تخرج منها محور الدوران axle وغطاء بلاستيكي مثبت عليه سلكين للتوصيل مع البطارية. لو قمت بتوصيل السلكين بقطبي بطارية فإن محور الدوران سوف يدور طالما استمر مرور التيار الكهربي في السريان. واذا قمت بعكس قطبي البطارية فإن محور الدوران سوف يدور في الاتجاه المعاكس.

الصورة على اليمين لموتور يوضح المحور والصورة على اليسار للجزء المقابل ويوضح الغطاء البلاستيكي واسلاك التوصيل.

لو قمت بانتزاع الغطاء البلاستيكي لرؤية الجء الداخلي منه فسجد الفرشتين brushes الداخليتين التي تعمل على نقل الكهرباء من البطارية الى قطعة الموصل commutator

الجزء الداخلي للموتور
يثبت على المحور بعض الاجزاء الداخلية للموتور مثل الموصل commutatorوالاطار الحامل armature. ويتكون الاطار الحامل من مغناطيس كهربي في صورة ثلاثة ملفات كهربائية تتكون من اسلاك نحاسية تشكل ثلاثة اقطاب. يخرج من كل ملف سلكين للتوصيل يتم توصيلهم في الموصل commutator كما هو موضح في الشكل ادناه.

الجزء المتبقي في تركيب الموتور هو المغناطيس الدائم والذي يثبت على الجدار الداخلي للغلاف المعدني الاسطواني ويكون عبارة عن ثلاثة قطع في صورة مغناطيس منحني كما في الشكل ادناه.

المغناطيسات الدائمة داخل الموتور الكهربي

الموتور والمجال المغناطيسي

مغناطيس كهربي المسمار محاط بمغناطيس دائم

اجزاء الموتور الداخلية: المغناطيس الدائم على الجانبين N و S المحور في الوسط تماما ومثبت عليه الموصل commutator ومتصل مع الفرشاتين والمحور يحمل ايضا الملفين الذان يشكلان المغناطيس الكهربي.

سنقوم باستبدال المسمار بالاطار الحامل armature في الموتور الكهربي. وكما ذكرنا فإن هذا الاطار الحامل عبارة عن مغناطيس كهربي في صورة ملف حول قطعتين او ثلاثة قطع معدنية لينتج عنه قطبين او ثلاثة اقطاب. مغناطيسية.

يحتوي الاطار الحامل على الموصل commutator والمتصل بمحور الدوران axle كما هو موضح في الشكل السابق حيث يوضح التركيب الداخلي لاجزاء الموتور التي تعمل مع بعضها البعض للحصول على دوران مستمر للمحور بين قطبي المغناطيس الدائم. وتلاحظ من الشكل ان الموصل commutator عبارة عن زوج من الالواح المتصلة مع المحور وتتصل هذه الالواح ايضا مع الملف المغناطيسي.

أين يستخدم الموتور؟

Simple Electric Motors - http://www.simplemotor.com/
http://en.wikipedia.org/wiki/Motor
http://en.wikipedia.org/wiki/Electric_motor

[صائد الأفكار]

كيف تعمل طائرة الأباتشي Apache

سوف نقوم بشرح مفصل لطائرة الاباتشي مع التركيز بالشرح على نظام الطيران ونظام الاسلحة ونظام المراقبة ونظام الدفاع فيها. وكل نظام من هذه الانظمة عبارة عن تكنولوجيا مستقلة بذاتها ولكنها تعمل مع بعضها البعض لتعطي قدرات هائلة لمقاتلة حربية خطيرة.

المروحة الرئيسية مثبتة في اعلى الطائرة وتتكون من اربع شفرات بطول 6 امتار ويمكن لقائد الطائرة ان يتحكم في محور الدوارن وزاويته من خلال القاعدة الحاملة للمروحة ومن خلال التحكم في سرعة الدوران يمكن للطائرة الارتفاع او الهبوط او الثبات في الجو، كما يمكنه ان يجعل الطائرة تندفع للأمام أو تتحرك للخلف حسب زاوية مستوى الدوران مع سطح الارض. والشكل التالي يوضح القاعدة التي تتحكم في المروحة الرئيسية.

مخطط للأجزاء الرئيسية في طائرة الأباتشي

صورة لطائرة اباتشي وقد تم تفكييك المروحة لتسهل عملية نقلها

وبهذا يمكننا القول ان طائرة الأباتشي هي عبارة عن طائرة هيليكوبتر ولكن مضاف إليها الكثير من الكماليات. والأن سوف ننتقل إلى نظام الاسلحة المتطور الذي نقل هذا الطائرة إلى مراتب متقدمة من الناحية التقنية.

طائرة الأباتشي AH-64A هي إحدى منتجات شركةبوينغ،تعتبر طائرة الهجوم الرئيسية للجيش الأمريكي. فهي عبارة عن سلاح محمولجوا، ذات ردود افعال سريعة، بحيث تستطيع أن تهاجم من مسافات قريبة أو فيالعمق، بحيث تكون قادرة على التدمير، و الإخلال بقوات العدو. تم تصميمالأباتشي بحيث تكون قادرة على العملليلا ونهارا، و بجميع الظروف المناخية. و تستعمل الأباتشي عدة انواع من الأسلحة وهي على النحو التالي:






صواريخ الجحيم HellFire

الهدف الرئيسي لطائرة الأباتشي في المعارك الحربية هو مهاجمة الدبابات والمدرعات، ولتحقيق ذلك فقد تم تزويدها بنظام اطلاق صواريخ متطورة جداً تسمى hellfire أو صواريخ الجحيم التي له القدرة على اختراق المدرعات وتدميرها. وكل صاروخ مزود بنظام كمبيتري خاص به للتحكم فيه وتوجيهه نحو الهدف.

صاروخ من نوع Hellfire اطلق من طائرة اباتشي في أحد التدريبات

نظام توجه صوواريخ hellfire
صممت هذه الصواريخ لتكون موجه بواسطة اشعة الليزر حيث يقوم الطيار المسؤول عن المدفعية باطلاق شعاع ليزر باتجاه الهدف على الارض على شكل نبضات متقطع تعني اشارة مشفرة.

صاروخ Hellfire وتظهر اجنحة التوجيه

وقبل اطلاق الصاروخ فإن الكمبيوتر يعطي هذه الاشارات للصاروخ ويخزنها في ذاكرة كمبيوتر الصاروخ ليتم الاستجابة لها فقط، ويقوم الصاروخ من خلال مجس ضوئي بتتبع الاشارات الضوئية المنعكسة من سقوط نبضات اليزر على الهدف ويعمل كمبيوتر الصاروخ بحساب المسافة بينه وبين الهدف وتحديد المسار الذي سيسلكه للوصول الى الهدف، وذلك من خلال التحكم في الاجنحة المثبتة على جانبي الصاروخ عند الذيل، وذلك حتى يضمن ان يكون اصطدام الصاروخ بالهدف اصطدام عمودي ليكون له تأثير مباشر وقوي.

صاروخ موجه بالليزر ينطلق في اتجاه الهدف

الصواريخ والمدفع الرشاش
بالاضافة الى صواريخ hellfire فإنه في بعض الاحيان يتم تثبيت صاروخين أخرين بدلاً من صاروخين من نوع hellfire ويسمى بصواريخ 2.75inch aerial وهذين الصاروخين يمكن اطلاقهم واحد تلو الأخر او اطلاق مجموعة من الصواريخ مرة واحدة حسب الغرض من ذلك.

على اليمين نشاهد قاذفة الصواريخ وبجانبه حاملة صواريخ Hellfire لطائرة اباتشي من طراز AH-64A

كما يمكن ان يكون رأس كل صاروخ يحتوي على مواد متفجرة وفي بعض الاحيان يكون داخل رأس الصاروخ مواد تعمل على اطلاق دخان كثيف بهدف التمويه والاختفاء، كما يمكن ان يثبت في الصاروخ صواريخ أخرى صغيرة الحجم تنفصل عن الصاروخ الرئيسي عندما تصل إلى هدفها.
وفي حالة قرب الطائرة من الهدف تصبح تلك الصواريخ عديمة الفائدة ولا جدوى من استخدامها فيعتمد الطيار المدفعي على مدفع رشاش اوتوماتيكي عيار 30mm مثبت اسفل الطائرة وفي مقدمتها، ويقوم الطيار المدفعي بتوجيه الرشاش في اتجاه الهدف باستخدام كمبيوتر متطور يتحكم في موقع الرشاش واتجاهة.

المدفع الرشاش اسفل مقدمة الطائرة من طراز اباتشي AH-64A

ويتحكم في الرشاش الاوتوماتيكي ماتور كهربائي خاص يعمل على تحريك سلسلة الرصاص حركة دائرية لتمرير حزام الرصاص الذي يحمل 1200 رصاصة وتسحب كل رصاصة من الحزام بواسطة ميكانيكية خاصة شبيه بالمدفع الرشاش لتضع الرصاصة في المكان المخصص لاطلاقها ويستطيع الرشاش الاوتوماتيكي من اطلاق اطلاق 600 إلى 650 رصاصة في الدقيقة الواحدة.

كابينة القادة وفيها القسم الأمامي للمدفعي والقسم الخلفي لقائد الطائرة ونلاحظ ان القسم الخلفى مرتفع عن القسم الأمامي لكي يتكن قائدة الطائرة من الرؤية بوضوح.

تشبه طريقة قيادة طائرة الاباتشي قيادة الهيليكوبتر والتي تم شرحها في مقال سابق وتعتمد قيادة الاباتشي على اجهزة التحكم التي تعمل على السيطرة والتحكم في محور دوران المروحة الرئيسية والجانبية وكذلك سرعة دورانهما، بواسطة اجزاء ميكانيكية هدروكلوركية مدعمة بنظام توازن رقمي ليعمل بواسطة كمبيوتر ليساعد القائد في الحفاظ على توازن الاباتشي خاصة عند اطلاق القذائف. كما يمكن ان يقوم الكمبيوتر بالتحكم الكامل في الطيران والتحليق.

داخل كابين القيادة في طائرة الاباتشي

طائرة اباتشي من طراز longbow ويظهر الرادار اعلى الطائرة

صورة توضح المجسات المختلفة لطائرة الاباتشي

كما ان الطيار او المدفعي يمكنه توجيه الكاميرا في اي اتجاه بمجرد تحريك رأسه للنظر إلى منطقة او مشهد اخر فتتحرك الكاميرا المثبته على الاباتشي بنفس الاتجاه لتنقل ما يريد المدفعي مشاهدته عبرها.

صورة للخوذة التي يرتديها المدفعي ولاحظ العدسة المثبتة على العين اليمنى

افضل وسيلة لطائرة الاباتشي للحماية هو ان تكون بعيدة عن مرمى النيران، هذا بالاضافة الى امكانية الاباتشي ان تطير بقرب سطح الارض والاختفاء خلف اي جسم على الارض كلما كان ذلك ممكناً، كما انها مصممة للتخفي عن نظام رادار القوات المعادية باستخدام نظام تشويه يعمل على اخفاء وخداع راردار العدو فلا يمكن رصدها عبر الرادار.

وفي النهاية فإن طائرة الاباتشي طائرة خطيرة جدا في المعارك بكل معنى الكلمة فهي طائرة تجمع القوة والشدة وسرعة الحركة.

لمزيد من المعلومات حول طائرة الاباتشي يمكنك عزيزي القارئ الاستعانة بالمواقع على الروابط التالية:

Jolly-Rogers.com: AH-64D "Longbow" Apache
http://www.jolly-rogers.com/airpower/ah-64d/64d-arm.htm

FAS Military Analysis Network: AH-64 Apache
http://www.fas.org/man/dod-101/sys/ac/ah-64.htm

AH-64A Apache Info Web Site
http://hometown.aol.com/ah64info/index.htm

Airforce-Technology.com: Apache Helicopter
http://www.airforce-technology.com/projects/apache/

AH-64 Apache
http://www.voodoo.cz/ah64/index.html

AGM-114 Hellfire
http://www.fas.org/man/dod-101/sys/missile/agm-114.htm

[صائد الأفكار]

فكرة عمل طابعات الكمبيوتر

|
لم يعد امتلاك جهاز الكمبيوتر قاصراً على الشركات والمؤسسات فحسب بل اصبح امتلاك هذا الجهاز شيئا ضروريا لكل فرد. وحتى تظهر ثمار جهدك على ورق مطبوع فإنك فى حاجة إلى شراء طابعة ما. لكن شراء طابعة ليس بالامر السهل فقد انتشرت فى الاسواق انواع متعددة ومختلفة وباسعار متباينة، وبالتالى وجب عليك عزيزى القارئ قبل اقتناء طابعة ان تعلم الفرق بين الانواع المختلفة ومن ثم تختار مايناسبك.

تقسم الطابعات المستخدم مع الكمبيوتر إلى نوعين حسب طريقة تعامل الطابعة مع الورق. والقسم الأول هو الذي يتعامل مع الورق من خلال تصادم رأس الطابعة مع الورق مثل الألة الكاتبة التي تقوم يصطدم كل حرف بالورق من خلال شريط الحبر ليترك اثاره على الورقة وهذا الطريقة الأولى التي صممت فيها طابعات الكمبيوتر مثل الطابعة الإبرية Dot Matrix Printer. أم النوع الثاني فلا يعتمد على التصادم المباشر بين ارأس الطابعة والورق ويأتي دور الطابعة بالتحكم في الحبر الذي سيرسل إلى الورق مثل طابعات قاذفة الحبر Inkjet Printer أو طابعة الليزر Laser Printer.

على هذه الصفحة سوف نستعرض اكثر طابعات الكمبيوتر شيوعا لنوضح فكرة عملها ومميزاتها.

الطابعة الابرية Dot Matrix Printer

اول طابعة ابرية ظهرت فى عام 1964 وهى (Epson DP-101) وظهرت بعد ذلك (Epson FX80) فى عام 1984 وكانت هذه الطابعات بطيئة نوعا ما. سميت بالطابعات الابرية او النقطية نسبة إلى فكرة عمل هذا النوع من الطابعات حيث تستخدم ابرة متحركة لتصطدم بشريط محبر. تكون نتيجة اصطدام الابرة الواحدة على الشريط الحبري المثبت أمام الورق المراد الطباعة عليه هو ظهور نقطة بلون شريط الحبر. فإذا تخيلنا أن اى حرف أو رقم يمكن طباعته على شكل نقاط متراصة لترسم لنا الحرف على الورقة عن طريق عدة ضربات على الشريط الحبرى. وفى أغلب الأحيان يكون هناك تسع ابر او 24 ابرة مثبتة فى الرأس يتحكم بهم برنامج خاص ليرسم شكل الحرف اثناء حركة الراس والورقة.
ان الفكرة الميكانيكية فى تحريك الابر هو عن طريق مغناطيس كهربى يقوم بجذب الابر باتجاه الشريط الحبرى وتعود الابر إلى مكانها بواسطة زنبرك بعد زوال التاثير المغناطيسى.


الطابعات النقطية هى طابعات خطية لانها تطبع سطرا سطرا ولهذا ميزة جيدة حيث يمكن استخدامها فى طباعة فواتير وشيكات وغيره.
والطابعات التي تحتوي على 24-pin تعطى نتائج افضل من ناحية الوضوح من الطابعات التي تحتوي على 9-pin وتستخدم هذه الطابعات في البنوك والشركات والمؤسسات عندما تكون المادة المطبوعة لاتحتوي على الصور والرسومات مثل طباعة الفواتير للزبائن أو عند الطباعة على أوراق مكربنة للحصول على عدة نسخ.
على الصعيد الشخصي لم يعد لهذا النوع من الطابعات استخدام حيث أن ظهور الطابعات من النوع قاذفة الحبر Inkjet لكفائتها في الطباعة بالألوان ودقتها في طباعة الصور والرسومات وانخفاض سعرها.

الطابعات قاذفة الحبر Inkjet printers
أول شركة صنعت هذا النوع الجديد من الطابعات هى شركة Hewlett-Packard عام 1984 واطلقت عليها اسم Ink jet printers وتبعتها شركة Canon عام 1986 واطلقت على هذا النوع من الطابعات اسم Bubble jet printers وكلاهما له نفس فكرة العمل. هذه الطابعات اخذت مكانه اوسع من الطابعات الابرية سابقة الذكر عند الكثير من المستخدمين للكمبيوتر خاصة بعد انخفاض سعرها فى هذه الايام.

تعتمد طابعة الـ inkjet على قذف قطرات متناهية في الصغر من الحبر على الورق لرسم الصورة أو طباعة النصوص ومن خصائص هذه الطابعات هي:

• يصل حجم القطرات من الحبر إلى 50 مايكرون وهذا ادق من قطر شعرة.
• يتم توجية القطرات إلى الورق بدقة متناهية مما يعطي وضوح يصل إلى دقة 1440x720 نقطة في الإنش. وهذا مايعرف الـ resolution والتي تقدر بوحدة dpi أي dots per inch.
• يمكن الحصول على طباعة ملونة معن طريق التحكم بنسبة خلط الألوان الأساسية لكل قطرة قبل وصولها إلى الورقة.

فكرة عمل الطابعة قاذفة الحبر
تعتمد فكرة عمل هذا النوع من طابعات الكمبيوتر على تسخين جزء من مستودع الحبرإلى درجة حرارة تصل إلى 300 درجة مئوية. وهذا سوف يحدث فقاعات بخار داخل مستودع الحبر مما تدفع قطرات الحبر إلى الخارج من فتحة خاصة تدعى Jet يصل عدد هذه الفتحات إلى 400 فتحة دقيقة يخرج منها الحبر قطرات الحبر في نفس اللحظة. بمجرد ملامسة قطرات الحبر الورقة تجف مباشرة. هذه العملية تتكرر عدة الاف مرة فى الثانية الواحدة.
وهنا نلاحظ أنه لايوجد أجزاء متحركة فى الرأس -ما عدا الحبر بالطبع- مما يجعل الطابعة اكثر هدوءاً وتصل دقة هذا النوع من الطابعات إلى 300dpi أى تضاهى طابعات الليزر. وهذا سبب تسمية الطابعة من هذا النوع بطابعة نصف ليزر.

بتسخين المعدن الملامس للحبر تخرج فقاعة من بخار الحبرتدفع الفقاعة الحبر ليخرج من الفتحة الدقيقة إلى الورق

ماذا يحدث عندما نضغط على امر الطباعة في الكمبيوتر؟

1. عند الضغط على امر الطباعة في الكمبيوتر تحدث الخطوت التالية:
   >يقوم برنامج الطابعة بارسال البيانات إلى معالج الطابعة الـ Driver.
   >يقوم الـ Driver بمعالجة البيانات وترجمتها إلى اللغة التي تفهمها الطابعة ويتأكد البرنامج من ان الطابعة المتصلة بالكمبيوتر وانها تعمل.
   >ترسل البيانات عبر السلك المتصل بين الكمبيوتر والطابعة.
   >تخزن البيانات في ذاكرة الطابعة RAM.
   >يقوم البرنامج بتشغيل موتور رأس الطابعة ويحركه عبر محور الطابعة للتأكد من أنه يعمل ويتم مسح الرأس في هذه الحركة.
   >كذلك يتم تشغيل موتور تحريك الورقة وتجهيز الورقة في المكان المخصص للبدأ في الطباعة.
2. تبدأ الطابعة في العمل بتحريك كلا من الورقة ورأس الطابعة ليقوم برسم البيانات حسب تدفقها من الكمبيوتر إلى ذاكرة الطابعة ويتولى البرنامج بالتحكم بالحبر والالوان وتحريك الورقة كلما انتهى الرأس من مسح السطر وتتكرر العملية إلى ان يتم رسم كافة البيانات المرسلة من الكمبيوتر.

تكاليف الاستخدام لهذا النوع من الطابعات يعتبر الأنسب بالمقارنة بطابعة الليزر وتعتبر تكاليف الطباعة ارخص بكثير إذا ما قورنت بطابعة الليزر الملونة وفي أغلب الاحيان تباع الطابعة بأرخص من تكلفتها وهنا تعتمد الشركات المصنعة في ربحها من بيع الحبر المخصص لكل طابعة. الذي يعتبر سعره مكلفاً لأن تغير الحبر يعنى تغير الرأس.

[صائد الأفكار]

طابعة الليزر Laser printer

ان طابعة الـ Inkjet تعمل من خلال دفع قطرات الحبر إلى الورق ليتم نقل البيانات والمعلومات من الكمبيوتر إلى الطابعة ولكن كيف تعمل طابعة الليزر التي تستخدم شعاع الليزر؟؟
اخترعت شركة Xerox تكنولوجيا طابعات الليزر فى اوائل السبعينات وفى عام 1977 تم تسويق طابعات ليزر تصل سرعة طباعتها إلى 120 صفحة فى الدقيقة ومنذ 1984 سعت شركة Hewlett-Packard إلى تطوير عدة انواع من طابعات الليزر لتناسب جميع الاعمال واصبحت طابعات الليزر التى تحمل ماركة Hewlett-Packard تحتل 70% من سوق طابعات الليزر.


تختلف طابعات الليزر عن غيرها فى انها تطبع الصفحة كاملة وليس سطر سطر كما فى النوعين سابقى الذكر ولهذا السبب تحتاج طابعة الليزر إلى ذاكرة داخلية 1Mbyte على الأقل. وسعة الذاكرة تلعب دورا في سعر الطابعة.
بعض طابعات الليزر تكون مزودة بـ Post script وسعرها مرتفع عن اخرى لا تحتوى على هذه القطعة، لأنها تزيد من كفاءة الطابعة حيث يقوم الكمبيوتر بإرسال ما تحتويه الصفحة المراد طباعتها من تصاميم ورسومات وغيره فى صورة وصف دقيق إلى الـ Post script الذى بدوره يقوم بباقى العمل تاركا لك الكمبيوتر لتكمل عملك بينما الطابعات التى لا تحتوى Post script فإن البرنامج المستخدم سوف يقوم بعمل كل شئ ليرسل تفاصيل الصفحة مما يستغرق الكمبيوتر وقتا طويلاً لينهى عمله.


فكرة عمل طابعة الليزر
تعتمد فكرة عمل طابعة الليزر على الشحنة الكهروستاتيكية، مثلها مثل فكرة عمل ماكنة تصوير المستندات. والشحنة الكهروستاتيكية هي الي يكتسبها الجسم المعزول مثل الشحنة التي يكتسبها المشط عند تمشيط الشعر أو البالون عند حكة بالصوف ومن المعروف أن الشحن السالبة تجذب الشحنة الموجبة.

وتعمل طابعة الليزر من خلال مادة حساسة للضوء تسمي photoconductive هذه المادة تفقد شحنتها اذا سقط ضوء عليها. ففي البداية يتم شحن الدرم drum بشحنة موجبة بواسطة سلك يمر به تيار يسمى بـ charge corona wire وبدوران الدرم تقوم الطابعة بتسليط شعاع الليزر المنعكس من المرأة بمسح الاسطوانة اثناء حركتها على شكل سطور افقية حيث يحتوى كل سطر على مجموعة من النقط، يتحكم بعملية المسح هذه معالج خاص microprocessor موجود داخل الطابعة فيقوم بتشغيل الليزر عند المناطق البيضاء ويطفئه عند المناطق السوداء ليتم تفريغ الشحنة من بعض المواقع بحيث ترسم الحروف والاشكال المرسلة من الكمبيوتر فى صورة مناطق مشحونة كهربيا.

حركة شعاع الليزر على الدرم والتحكم به بواسطة المرأة

بعد ذلك تقوم الطابعة بتمرير الدرم على حبيبات الحبر والذي يسمى بالتونر toner المشحون بشحنة موجبة نتيجة للشحنة الموجبة لحبيبات الحبر فإنها تلتصق على الدرم في المناطق التي مر عليها الليزر أما المناطق من الدرم المشحونة بشحنة موجبة فلن يلتصق بها التونر لأن الشحنات المتشابه تتنافر. وباستمرار دوران الدرم ينتقل الحبر الملتصق به إلى الورق المراد الطباعة عليه حيث تقوم الطابعة باكساب الورقة شحنة سالبة من خلال سلك يمر به تيار corona wire. وهذا يساعد الورقة على جذب حبيبات التونر المشحون بشحنة موجبة لينتقل من الدرم إلى الورقة.



ولمنع الورقة من الانجذاب إلى الدرم فإن الطابعة بمجرد انتقال حبيبات التونر إلى الورقة يتم تفريغ شحنة الدرم من خلال لمبة ضوئية لتجهيز الدرم للدورة الثانية. كل ذلك يعمل خلال دوران الدرم وحركة الورقة بفس السرعة والتوقيت. وفي المرحلة الاخيرة تمرر الورقة قبل خروجها من الطابعة على فرن حراري على شكل اسطوانتين دائريتين لتثبيت التونر على الورقة. وهذا يفسر سخونة الورقة بعد خروجها من الطابعة مباشرة.


خصائص طابعة الليزر
كثير من الاحيان يفضل استخدام طابعة الليزر عن الطابعات الأخرى مثل Inkjet وذبك للأسباب والخصائص التالية:

• <LI dir=rtl>تعتبر طابعات الليزر الأسرع لأن شعاع الليزر يتحرك بسرعة كبيرة لرسم بيانات الصفحة على الدرم.
  <LI dir=rtl>تعتبر تكلفة تشغيلها طابعة الليزر اقل من تكلفة طابعات قاذفة الحبر لأن الحبر المستخدم ارخص ويخدم لفترة أطول ولهذا تستخدم طابعات الليزر في المؤسسات والمكاتب حين الحاجة إلى طباعة مستندات طويلة.
  <LI dir=rtl>قدرة طابعة الليزر على العمل على نظام الشبكات بحيث يمكن لأكثر من مستخدم الطباعة باستخدام طابعة ليزر مركزية جعلها اكثر انتشارا.
  <LI dir=rtl>تصل دقة الطباعة بواسطة طابعة الليزر إلى درجة تضاهي صور الكاميرا وهذا يعود إلى حزمة الليزر المركزة.
  <LI dir=rtl>انخفاض ثمن طابعة الليزر جعل العديد من المستخدمين على الصعيد الشخصي استخدامها بدلاً من الطابعة قاذفة الحبر.
• يمكن دمج طابعة الليزر وماكنة تصوير المستندات والماسح الضوئي وجهاز الفاكس في جهاز واحد لتوفير مساحة في المكتب وكذلك تقليل عدد الاسلاك المتصلة بين تللك الاجهزة والكمبيوتر.

طابعة الليزر الملونة Color Laser printer
يتواجد حالياً في الاسواق طابعات ليزر ملونة فكرة عملها شبيهة بفكرة عمل طابعة الليزر العادية سوى ان الورقة تمر بالمراحل سابقة الذكر اربعة مرات مرة للون الاسود وثلاث مرات للألوان الاساسية الثلاث الأحمر والأزرق والأصفر حيث يقوم برنامج الطابعة بفرز الالوان للصفحة المطلوب طباعتها من الكمبيوتر ويطبع كل لون على حدى في مرحلة منفصلة وفي النهاية نحصل على الورقة مطبوعة بنفس اللألون التي تظهر على شاشة الكمبيوتر.

توضح الصورة شكل الدرم المستخدم في طابعات الليزر العادية (اليمين) والملونة (اليسار)

[صائد الأفكار]

كيف يستخدم كربون 14 في حساب العمر

قد يصل عمر قطعة من الخشب او العظام إلى 5000 عام. ومن الطبيعي ان نتسأل عن كيفية تمكن العلماء من تقدير عمر الأثار والحفريات التي توجد على الكرة الأرضية، وما هي الطريقة المستخدمة؟ وفي هذه المقالة سوف نشرح الفكرة الفيزيائية لتقدير أعمار الكائنات باستخدام الكربون-14.
يستخدم كربون-14 كمقياس لتقدير أعمار الحفريات ذات الأساس البيولوجي والتي قد يصل عمرها في بعض الأحيان أكثر من 50000 سنة.

ما هو كربون-14؟
تصطدم الأشعة الكونية cosmic rays الغلاف الجوي باستمرار، ويقدر أن ملايين الاشعة الكونية تصطدم بجسم الانسان كل ساعة. تصطدم الأشعة الكونية بذرات الغلاف الجوي مما ينتج عنه اشعة كونية ثانوية في شكل نيوترون تحمل طاقة حركة، تصطدم هذه النيوترونات بذرات النيتروجين-14 المكون من سبع بروتونات وسبع نيوترونات. ينتج عن هذا التصادم ذرة كربون-14 المكونة من ستة بروتونات وثمانية نيوترونات وتتحرر ذرة هيدروجين المكونة من بروتون واحد فقط. تعتبر ذرة الكربون-14 ذرة غير مستقرة لأن عدد بروتوناتها لايساوي عدد نيوتروناتها مما تسمي بالكربون المشع الذي له عمر نصف (وهو العمر اللازم لكي تقل كمية النشاط الإشعاعي إلى النصف) هو 5730 سنة.

n + 14N → 14C + 1H

كربون 14 هو نظير من نظائر الكربون المشعة ، وهو مصدر لاشعة (B) يتحلل بمرور الوقت . فاذا كان لدينا كمية معينة منه ، بعد مرور 5730 عام يكون قدتحلل نصفها . وهذا ما ندعوه بعمر النصف ، ويكون لنا هذا العمر بمثابة الاساس الذينعتمد عليه في اعتبار كربون 14 كطريقة ناجعة في تحديد العمر .

شرح للدورة الطبيعية لانتاج كربون 14 وامتصاصه في النبات ومن ثم للانسان إلى ان يتحلل إلى نيتروجين 14 وتقل نسبته في الجسم بمرور الزمن.

الكربون14 موجود في كل الكائنات الحية
ذرات الكربون14 التي تنتج من الأشعة الكونية تتحد مع الأكسجين لتكون ثاني أكسيد الكربون، يتم امتصاص ثاني أكسيد الكربون من قبل النباتات خلال عملية التمثيل الضوئي، ينتقل كربون-14 من النبات إلى الانسان والحيوان من خلال الأكل. تكون نسبة الكربون-12 إلى الكربون-14 في الهواء وفي كافة الكائنات الحية نفس النسبة. ويقدر عدد ذرات الكربون-14 في الهواء بذرة واحدة لكل 1012 ذرة كربون-12، ذرات الكربون-14 مشعة وتضمحل باستمرار من خلال اطلاق اشعة بيتا ولكن يتم تعويض الفاقد من جسم الكائنات الحية بمعدل ثابت من خلال ما نتناوله من طعام أو ماء.
عند هذه اللحظة نؤكد على أن جسم الانسان يحتوي على نسبة ثابتة من الكربون-14 فيه وتساوي نفس النسبة في الحيوان والنبات.

حساب العمر
تكمن الفكرة في الاعتماد على الكربون-14 لحساب العمر عن توقف توزيد الكمية المفقودة من الكربون-14 عند الوفاة للكائن الحي فتختلف النسبة بين الكربون-12 إلى الكربون-14 عن باقي الكائنات الحية لان الكربون-14 هو عنصر مشع ويضمحل بمعدل ثابت مع الزمن من خلال اطلاق جسيمات بيتا ولا يتم تعويضه كما هو الحال للكائن الحي. بينما يبقى الكربون-12 ثابتا في جسم الكائن قبل الوفاة وبعده. وعليه نستنتج أنه بقياس النسبة بين الكربون-14 إلى الكربون-12 ومقارنة النتيجة مع النسبة بينهما في الكائنات الحية يمكن حساب عمر العينة.
والمعادلة التالية توضح نحسب العمر

t = [Ln (Nf/No) / (-0.693) ] x t1/2

حيث Ln هي دالة اللوغاريتم الطبيعي، Nf/No هي النسبة بين كربون-14 في العينة إلى الجسم الحي. و t1/2 هو عمر النصف للكربون-14 والذي يساوي 5730 سنة.
فإذا افترضنا أن هناك عينة تم قياس نسبة كربون-14 ووجدت أنها 10% بالمقارنة مع نسبته في الاجسام الحية فإن حساب عمر العينة يكون حسب المعادلة السابقة على النحو التالي:

t = [ Ln (0.10) / (-0.693) ] x 5,700 years

t = [ (-2.303) / (-0.693) ] x 5,700 years

t = [ 3.323 ] x 5,700 years

t = 18,940 years old

ملاحظة
لأن عمر النصف للكربون-14 هو 5730 سنة فإن الكربون-14 يستخدم لتقدير عمر كائنات لا يزيد عمرها عن 60000 سنة. ولكن بنفس المبدأ الذي يستخدم لتقدير العمر في الكربون-14 يطبق على عناصر مشعة أخرى تتواجد في جسم الانسان مثل البوتاسيوم-40 وعمر النصف له كبير جداً ويساوي 1.3x109 سنة. كذلك عنصر اليوراتيوم-238 وعمر نصفه 4.5x109 سنة ةعنصر الثوريوم-232 الذي عمر نصفه 14x109 سنة وعنصر الرابيديوم-87 الذي عمر نصفه 49x109 سنة.
باستخدام العناصر السابقة يتمكن العلماء من تقدير أعمار العينات التي اساسها كائنات حية أو العينات الجيولوجية.
جدير بالذكر ان تقدير الاعمار باستخدام الكربون-14 او غيره من العناصر المشعة لا يعطي نتائج دقيقة للعينات بعد العام 1940 حيث تم اكتشاف القنابل النووية والمفاعلات النووية التي انتجت التجارب عنها اضافة لنسبة العناصر المشعة الموجودة في الطبيعة مما احدث خلل في النسبة الطبيعية بين الكربون-12 والكربون-14 في الغلاف الجوي التي اعتمدنا عليها في حساب عمر العينة

[صائد الأفكار]

فكرة عمل شاشات البلازما

مبدأ عمل شاشات البلازما يعود إلى العام 1964 في جامعة الينويز الأمريكية، ولم تكن الفكرة اكبر من شاشة مكونة من نقطة ضوء تم منذ ذلك اوقت وحتى نهاية الستينات العمل على تطوير شاشة متكاملة من نقط الضوء هذه وهذه الشاشة كانت صغيرة وتعطي صور غير واضحة وكانت فكرة الحصول على شاشة مسطحة وكبيرة وجودة عالية في ذلك الوقت كمشهد من الخيال العلمي، ولكن مع تطور العالم الرقمي تم الوصول إلى شاشات عالية الجودة وتغطي مساحة كبيرة حديثا سمعنا على شاشات تلفزيونية من نوع اخر تسمى شاشات البلازما plasma flat panel display هذه الشاشات يمكن ان تصل الى 60 انش أو أكثر وسمكها لا يزيد عن 15 سنتيمتر ويمكن تعليقها على الجدار كالصورة هذا بالاضافة إلى العديد من المزايا والخصائص التي تعطي رفاهية ومتعة مشاهدة أكثر من التلفزيونات التقليدية.
وللتعرف اكثر على فكرة عمل هذه الشاشات التي بدأت تنتشر بكثرة يجب اولاً أن نلقى بعض الضوء على فكرة عمل الشاشات التقليدية. فمنذ أكثر من 70 عاماً اعتمدت اجهزة التلفزيون على شاشات الكاثود Cathod ray tube. حيث تتكون شاشات الكاثود من مدفع الكتروني في انبوبة مفرغة وتنطلق الالكترونات المعجلة باتجاه شاشة فسفورية، وباستخدام مجالين كهربيين متعامدين يمكن مسح الشعاع الالكتروني على الشاشة بمعدل يصل الى 25 مرة في الثانية، تعمل الالكترونات عند سقوطها على ذرات الفسفور المونة للشاشة على اثارتها مما تجعلها تعطي ضوء لتتخلص من اثارتها. هذا الضوء المنبعث من تلك العناصر الضوئية (ذرات الفسفور) تكون الصورة التي نشاهدها. هذه الصورة التي نحصل عليها من شاشات الكاثود صورة واضحة ومقبولة ولكن حجم الشاشة الكبير مما يعني عمق كبير لجهاز التلفزيون ويصبح الجهاز ثقيل ويشغل حيز كبير من الغرفة الموجود بها.
ماهي البلازما؟
نعلم ان شاشات الكاثود في التلفزيون الملون تعمل من خلال تقسيم الشاشة إلى مربعات صغيزة تسمى البكسل pixelوهو عنصر الصورة ويكون هناك ثلاثة بيكسلات لكل من الالوان الاساسية وهي الأحمر والأخضر والأزرق وتكون موزعة على مساحة الشاشة وعند اصطدام الالكترونات بأي من هذه البكسلات يعطي ضوء بلون البكسل وهذا يكون الصورة
تعمل شاشات البلازما بنفس الآلية حيث يوجد يتكون كل بكسل من ثلاث ألوان (الأحمر والأخضر والأزرق) ولكن لا يوجد الشعاع الالكتروني ولا يوجد الشاشة الفوسفورية انما يتم توليد هذه الالوان الثلاثة في كل بكسل من خلال fluorescent lights ضوء فلورسنت ومن خلال التحكم ودرجة شدة كل ضوء فلورسنت ينتج اللون المطلوب وهذا يحدث على كل بكسلات الشاشة وعندها تتكون الصورة الكاملة.
يتم توليد ضوء الفلورسنت من خلال البلازما، والبلازما هي غاز متأين حيث تكون ذرات الغاز منزوعة منها الكتروناتها ويصبح الغاز مكون من ايونات موجبة الشحنة والكترونات سالبة الشحنة. وبالطبع هذا الغاز (البلازما) يحدث في ظروف خاصة مثل أن يكون الغاز داخل مجال كهربي كبير ناتج عن فرق جهد عالي مما يؤدي إلى انجذاب الالكترونات إلى الطرف الموجب والأيونات إلى الطرف السالب فتصطدم الالكترونات مع الايونات مما يؤدي الى أثارة ذرات الغاز في البلازما وينتج عن هذه الاثارة تحرر طاقة في صورة فوتونات ضوئية كما هو الحال في المصابيح الفلوريسنت التي نستخدمها للاضاءة.
يتم في شاشات البلازما استخدام غاز مكون من ذرات النيون وذرات الزينون وعند اثارة هذا الغاز بالطريقة سابقة الذكر نحصل على فوتونات في مدى الترددات الفوق بنفسجية التي لا ترى بالعين المجردة ولكن هذه الفوتونات تستخدم للاثارة للحصول على فوتونات بترددات في المدى المرئي.
نظرة أعمق في فكرة عمل شاشات البلازما
تتوزع ذرات النيون وذرات الزينون على ألاف الخلايا المحصورة بين لوحين من الزجاج المنطقة رقم (2) و (6) الموضحة في الشكل. يتصل باللوح الزجاجي الأمامي (2) الكترود يسمى الكترود العرض Display Electrode ويتصل باللوح الزجاجي الخلفي (6) الكترود العنونة Address Electrode. وبالتالي تصبح كل خلية ضوئية (تحتوي على ذرات النيون والوينون) محاطة بالكترود العرض من الامام والكترود العنونة من الخلف.

تحيط مادة عازلة غير موصلة للكهرباءdielectric material الكترود العرض ومغطاة بطبقة واقية من اكسيد الماغنيسيوم لتكون بين الخلية الضوئية ولوح الزجاج الأمامي.
كما هو موضح في الشكل المقابل اللون الأصفر للالكترود الأمامي والخلفي والخلايا ضوئية الموضحة باللون الأزرق ويوجد بجانبها خلية ضوئية خضراء وأخرى حمراء، كذلك موضح الطبقة الواقية الشفافة من MgO.

بنظرة شمولية اكثر نلاحظ في الشكل التالي كيف تترتب الخلايا الضوئية على مساحة الشاشة وتقسم الشاشة الى وحدات صغيرة تسمى عناصر الصورة وتدعى بكسل وكل بكسل عبارة عن ثلاثة خلايا ضوئية للألوان الأحمر والأخضر والأزرق. ونلاحظ أيضا اشرطة الالكترود (اللون الاصفر) بحيث تكون مرتبة في صفوف متوازية ويكون الكترود العنونة ممدد على طول الخلايا الضوئية ذات اللون الواحد ويكون الكترود العرض ممددا على طول البكسل.وهذا يكون على طول وعرض الشاشة مما يشكل في النهاية شبكة من الالكترود

وعملية تأين الغاز في داخل اية خلية ضوئية يتحكم فيه كمبيوتر خاص للشاشة حيث يتحكم في توجيه الشحنة الكهربية الى الالكترودين المتعامدين فيحدث التفريغ الكهربي في تلك الخلية وتتكرر هذه العملية الاف المرات في جزء من الثانية.
عندما يشحن الالكترودين المتعامدين (المتقاطعين) يصبح هناك فرق جهد بينهما فيمر تيار كهربي في تلك الخلية الضوئية التي تحتوي غاز النيون والزينون فيتأين الغاز ويتحول إلى بلازما وتنطلق اشعة كهرومغناطيسية (فوتونات) فوق بنفسجية.
تعمل الاشعة الفوق بنفسجية المنطلقة من البلازما على اثارة المادة الفسفورية المغلفة للخلية الضوئية حيث تمتص الكترونات ذرات الفسفور فوتون الاشعة فوق البنفسجية وينتقل الالكترون الى مستويات طاقة أعلى وعند عودة الالكترون المثار الى مستوى طاقته الأصلي يعطي ضوء في المدى المرئي.
كما ذكرنا سابقا فإن كل بكسل مكون من ثلاث خلايا ضوئية وكل خلية ضوئية مغلفة من الداخل بمادة فسفورية تعطي ضوء أحمر والثانية تعطي ضوء أخضر والثالثة تعطي الضوء الأزرق (أي أن هناك ثلاث انواع مختلفة من الفسفور لكل خلية ليعطي الألوان الأساسة).
وبالتحكم بشدة تيار النبضات الكهربية الموجهة بواسطة الكمبيوتر إلى الخلايا الضوئية المختلفة يمكن الحصول على خليط من الألوان الاساسية لتعطي في المحصلة كل الالوان الممكنة. وحيث أن التحكم يصل إلى كل بكسل فإن الصورة الناتجة من الشاشة ذات دقة عالية مهما كانت الزاوية التي ننظر إليها إلى الشاشة.

ميزات شاشات البلازما
وزن الشاشة خفيف ومسطحة تماماً وسمكها لا يزيد عن 15 سنتيمتر مما يجعل تعليقها على الجدران ممكن.
مدى رؤية كبير يصل إلى 160 درجة وصورة واضحة والوان زاهية ودقة عالية.
لا تتأثر بالمجالات المغناطيسية حولها وبالتالي يمكن تثبيت نظام سمعي عالي الجودة دون القلق على التأثير المغناطيسي للسماعات على الشاشة.

عيوب شاشات البلازما
هذه الشاشات تصنيعها معقد وتكنولوجيا متقدمة وباهظة الثمن حيث سعرها يتراوح من 4000 دولار الى 15 ألف دولار ولكن تدريجيا سيهبط السعر مع انتشارها واستبدالها بالشاشات التقليدية.

[صائد الأفكار]

قوس قزح Rainbow

الوان الطيف التي تظهر في السماء والتي تعرف باسم قوس قزح تعد من ابدع المناظر الطبيعية التي تشهدها العين. ظاهرة قوس قزح هي ظاهرة فيزيائية ضوئية سوف نلقى الضوء على تفسيرها.
انحناء الضوء
ان الظاهرة الاساسية لحدوث قوس قزح هي ظاهرة الانكسار الضوئي التي يحدث فيها انحناء للضوء نتيجة لمرور اشعة الضوء في وسطين مختلفين في معامل الانكسار حيث ينتقل الضوء في هذين الوسطين بسرعتين مختلفتين.
ولمزيد من الفهم لظاهرة انحناء الضوء نتيجة لظاهرة الانكسار دعنا نتأمل في المثال التالي:
تخيل انك تدفع عربة بقوة منتظمة كما في الشكل ادناه، وحيث ان القوة التي تدفع بها العربة منتظمة اي ثابتة فإن سرعة العربة ستكون ثابتة ايضا، هذا اذا كان الوسط الذي تتحرك فيه العربة متجانس اي له طبيعة منتظمة كأن تدفع العربة على الرصيف. ولكن ماذا يحدث لو بدأت تدخل بالعربة على ارض عشبية؟ فإن العربة سوف تقل سرعتها حيث ان قوة الاحتكاك تصبح اكبر ولهذا تحتاج ان تزيد قوة الدفع لتحافظ على نفس السرعة على الرصيف.
والآن تخيل أنك قمت بدفع العربة إلى الأرض العشبية بزاوية فإن شيئ أخر سيحدث! حيث ان العجلة اليمين للعربة تدخل الى منطقة الأرض العشبية قبل العجلة اليسار فإن العجلة اليمين تقل سرعتها بينما العجلة اليسار لازالت محتفظة بسرعتها الاصلية وهذا سيؤدي الي انحراف العربة إلى اليمين نتيجة لاختلف سرعة العجلتين للعربة.

بنفس الطريقة يحدث ذلك لحزمة الضوء عندما ينفذ من خلال منشور زجاجي. حيث يتباطء جزء الضوء الذي ينفذ من زجاج المنشور بينما يحافظ الجزء المتبقي من حزمة الضوء على سرعته. وهذ يؤدي الى انحراف الضوء عند حافة الزجاج الذي يفصل بين وسط الهواء والزجاج. ويحدث انحراف معاكس للضوء عندما يخرج من المنشور إلى الهواء.

هذا بالإضافة إلى ان المنشور يقوم بتفريق الضوء الأبيض إلى مكوناته الرئيسية (ألوان الطيف) حيث ان الضوء الأبيض الذي نراه هو خليط من من الترددات المختلفة بحيث ان لكل لون من الوان الطيف تردد ممختلف وهذا يسبب ان الضوء ينتقل بسرعات مختلفة عندما ينفذ من الزجاج او اي وسط شفاف.
فاللون الذي ينتقل بسرعة بطيئة في الزجاج سوف ينحرف عن مساره بحدة كبيرة عند الحد الفاصل بين الهواء والزجاج. اما اللون الذي يتحرك بسرعة كبيرة في الزجاج فلن يتأثر كثيرا كما في الحالة السابقة، ولهذا فإن الضوء الأبيض المكون من الوان الطيف فإنه سوف يتفرق حسب تردد كل لون وسرعته عندما ينفذ إلى الزجاج وبالتالي نستطيع رؤية الوان الطيف بشكلها البديع عند خروج الضوء من الجهة الأخرى للمنشور وهذه الظاهرة تعرف باسم تشتيت الضوء dispersion.

يقوم المنشور بتشتيت حزمة الضوء إلى مكوناتها من الوان الضيف وللتسهيل سوف نعتبر اللون الاول (الأحمر) واللون الأخير (البنفسجي) اللذان يقعان على طرفي حزمة ألوان الطيف

تحدث قطرات المطر في السماء على اشعة الضوء نفس تأثير المنشور حيث تقوم كل قطرة بتشتيت الضوء الأبيض الى مكوناته الاساسية (الوان الطيف) عندما تعترض مسار اشعة الضوء الصادر من الشمس وفي الاجمالي تعمل هذاه الاقطرات على تشكيل قوس قزح.
قوس قزح
لنأخذ قطرة واحدة ذات الشكل الكروي كما هو موضح في الشكل أدناه، هذه القطرة تمثل فكر عمل المنشور الزجاجي عندما يسقط عليه شعاع من الضوء فيتشتت إلى اللوان الطيف السبعة المعروفة. ولنأخذ على سبيل التبسيط لونين هما الأحمر والبنفسجي كما في الشكل.

عندما ينفذ اللضوء الأبيض قطرة الماء في السماء فإن مكونات الضوء ذات الترددات المختلفة تتباطىء الى سرعات مختلفة كل حسب تردده. فاللون البنفسجي ينحرف بزاوية كبيرة عندما يعبر من خلال قطرة المطر وعلى الجزء الداخلي من القطرة فإن جزء من الضوء ينفذ الى الهواء بينما الجزء الباقي ينعكس لينفذ إلى الهواء من الجانب الايسر للقطرة كما هو موضح في الشكل السابق.
وبهذا الشكل فإن كل قطرة مطر تعمل على تشتيت اشعة الشمس إلى مكوناتها ذات الالوان المختلفة.
وبهذه الطريقة فإن كل قطرة مطر تعمل على تشتيت اشعة اشمس لتظهر الوان الطيف. ولكن لماذا نرى حزمة عريضة من الألوان كما لو أن كل منطقة من المطر تشتت لون محدد؟ والسبب يعود لاننا نرى فقط لون واحد من كل قطرة مطر كما سيأتي شرحه في الشكل التالي:

عندما تقوم قطرة المطر A بتشتيت الضوء فيخرج اللون الأحمر المتشتت من القطرة بزاوية مناسبة لعين المشاهد، بينما للون الأخر يخرج على زاوية اقل بحيث لا تسقط على عين المشاهد. اشعة الشمس سوف تصطدم بجميع قطرات المطر في المحيط بنفس الطريقة بحيث تحرف اللون الأحمر إلى عين المشاهد.
أما قطرة المطر B فتكون في مكان اسفل القطرة A في السماء بحيث تحرف اللون الأحمر بزاوية لا تسقط على عين المشاهد، ولكن اللون البنفسجي ينعكس على زاوية مناسبة لتستقبلها عين المشاهد. وكل القطرات المحيطة بالقطرة B تعمل على اسقاط اللون البنفسجي على عين المشاهد. القطرات في السماء التي تقع بين A وبين B تعمل على تجميع باقي اللوان الطيف على عين المشاهد، وبهذا فإن المشاهد سوف يرى كل الوان الطيف.

اضغط بالماوس على اشعاع الضوئي وحرك للاسفل والاعلى ولاحظ تغير لون الدائرة الذي يمثل ما يراه المشاهد

إذا تواجد المشاهد في السماء فوق المطر فإنه سيرى قوس قذح على شكل دائرة كاملة ولكن على الارض فإن المشاهد يرى جزء من هذه الدائرة على شكل قوس لان الجزء المتبقي من القوس مختفي خلف الافق!