آلة الرّيّ

المقدمة

الأهداف التّعليميّة

  • أن يقدّر المتعلّم دور العلماء المسلمين في التّطور العلميّ.
  • أن يستخلص المتعلّم مبدأ الآلة الميكانيكيّة الّتي تحدث صوتًا تلقائيًّا كلّما ارتفع الماء إلى حدّ معيّن في الحقل عند سقيه.

الفكرة الإبداعيّة

     عند جريان الماء في الحقل ووصوله إلى الارتفاع المطلوب سيدخل من خلال ثقب في جرّة الآلة ثم يبدأ الماء بالارتفاع، وأثناء ذلك يزاح الهواء المحصور ولا مكانَ لخروجه إلا من خلال الأنبوب الخارج من فم الطّائر (دمية فوق الجرّة)، فتشتغل الصّفّارة بمرور الهواء منها.

حيلة ذكيّة يُستفاد منها بالحدّ من ضياع الماء بطريقة سهلة.

قرن وعصر الاختراع

القرن الثّالث الهجريّ /القرن التّاسع الميلاديّ

عصر الخلافة العبّاسيّة

طائر يصفر من فمه عندما يبدأ الماء في الارتفاع داخل الجرة المقلوبة

معلومات العلماء

     أمّا الأبناء فهم (محمد وأحمد والحسن)، وكان أبوهم (موسى بن شاكر) يتولّى شؤون الفلك في بلاط الخليفة المأمون العباسيّ في الفترة الممتدّة بين (198 - 218هـ) أي (813 - 833م)، حيث تمكّن من إتقان علوم الرّياضيّات والفلك، واشتهر بحساباته الفلكيّة المتميّزة، إلّا أنّ "موسى" هذا لم يتمكن من أن ينشئ أبناءه كما أراد لهم، إذ مات وهم صغار، فلم يستطع من مواصلة مسيرة العلم والتّعليم مع بنيه، غير أنّه كان قد عهد بهم إلى الخليفة "المأمون" رحمه الله، سابع الخلفاء العباسيّين، ومؤسّس أهمّ الصّروح العلميّة: بيت الحكمة؛ فتبّنى الخليفة أبناء موسى علميًّا وتربويًّا، وتكفّل بهم بعد وفاة أبيهم؛ فعهد بهم إلى"إسحق بن إبراهيم المصعبيّ" عامله على بغداد، الّذي كان يسمّي نفسه: خادمًا لأبناء موسى، لكثرة ما كان المأمون حريصًا عليهم ويوصيه بهم، أدخلهم إسحق بيت الحكمة الّذي كان يحتوي على مكتبة كبيرة، بالإضافة إلى مرصد فلكيّ، علاوة على الكتب المترجمة الكثيرة الّتي تمّت ترجمتها من اليونانيّة إلى العربيّة من أعمال فلسفيّة وعلميّة أخرى.

    نشأ "بنو موسى " في هذا الوسط العلميّ، وأصبحوا من أبرز علماء بيت الحكمة، لذلك يعتبر "بنو موسى بن شاكر": (محمد وأحمد والحسن) نموذجًا فذًّا للطّاقات العلميّة الإسلاميّة، والّتي برعت في علوم الهندسة (الميكانيك) والفلك والرّياضيّات، في القرن الثّالث الهجريّ /القرن التّاسع الميلاديّ، في عصر الخليفة "المأمون" العباسيّ في بغداد، حيث كانت الحضارة العربيّة الإسلاميّة في أوج ألقها بعلمائها المسلمين، عباقرة ذلك العصر، الّذين قادوا دفّة سفن التّطور والحداثة في تلك الحقبة.

    وقد كان أكبرهم "أبو جعفر محمد" عالمًا بالهندسة والنّجوم، فقد أصبح أعظم أبناء موسى شأنًا، وذا تأثير على الخليفة كأبيه، وكان يرصد النّجوم رصدًا دقيقًا علميًّا، ويُجري القياسات المثيرة للإعجاب، وقد كرّس نفسه بكليّتها؛ لإجراء الحسابات والقياسات، فوضع الكتب الفلكيّة، وكذلك سافر في بعثة بأمر من الخليفة لقياس محيط الأرض، وكان محمد ممّن انصرفوا إلى الفلسفة، وخاصّة علم المنطق منها، واهتمّ بعلم طبقات الجوّ بل تعدّى ذلك كلّه، فاهتمّ بالإنشاءات الميكانيكيّة، وكتب فيه موسّعًا عن معارف القدماء.

    أمّا "أحمد"، فكان متعمّقًا في صناعة الحيل (الهندسة الميكانيكيّة)، وأجاد فيها فابتكر الكثير من الاختراعات العلميّة ذات المنفعة، وقد تجلّت اختراعاته في تقديم ألعاب ميكانيكيّة للأطفال، وخزّانات للحمّامات، وآلات لتعيين كثافة السّوائل، وتركيبات تتيح للأوعية أن تمتلئ كلّما فرغت، وغيرها من الآلات، عدا عن الأنواع العديدة للنّوافير، كما أنّه انصرف إلى خدمة علم الفلك، وتجرّأ ووضع كتابًا، دحض فيه آراء الإغريق، ووضع مع أخيه محمد ساعة نحاسيّة، وقام كذلك بأدقّ الحسابات، كما نقل حسابات أخيه الدّقيقة المعقّدة إلى آلات مدهشة.

    أما "الحسن" فقد كان متعمّقًا في الهندسة، فقد لمس المقرّبون منه نبوغًا خارقًا، وألفوا عنده ذاكرة نادرة ومخيلة قوية تمكّنه من حلّ المسائل الرّياضيّة المستعصية، وسبر غورها، ومن الكتب الّتي ألّفها كتاب في قطع المستديرات.

صورة تخيلية لأبناء موسى

إسهامات العلماء

    كان مبدأ العمل كفريق بحث متكامل (التّعاون العلميّ) من أهمّ ما ميَّز عطاء "بني موسى" العلميّ؛ فقد ظهرت إسهاماتهم العلميّة في ميدان الفلك والرّياضيات، وذلك حينما قام المأمون بتجربته سنة (217هـ /832م) لقياس محيط الأرض، فاختار أشهر علماء الفلك والأرصاد، فوقع الاختيار على بني موسى؛ ليكونوا ضمن ذلك الفريق، نظرًا لنبوغهم وتفوّقهم، وقد قام الفريق بذلك.

    كما اشترك الأخوة  الثّلاثة في وضع كتاب يحتوي على قياسات المساحات المسطّحة والمستديرة، كما وضعوا تقاويم دقيقة لمواقع الكواكب السيّارة، وأكّدوا ميلان المحور الّذي تدور حوله الأرض، واشتركوا فيما بعد في عهد الخليفة "المتوكّل بالله" في بناء مرصد عجيب في قصر المتوكّل بالله في قصره بسامرّاء، وفي هذا المرصد أسطرلابٌ مدهشٌ لامثيل له، دائريّ الشّكل يتحرّك بالقوّة المائيّة، وكان هذا الأسطرلاب يحمل في وسطه صور الكواكب والنّجوم ورموزها على شكل حيوانات، وكان كلّما ظهر نجم في قبّة السّماء ظهرت صورته في تلك الآلة، وكلّما غاب نجم في تلك القبّة، اختفت صورته من الأسطرلاب.

    وقد تفنّن "بنو موسى" في الهندسة الميكانيكيّة (علم الحِيل)؛ فاخترعوا تركيبًا ميكانيكيًّا يسمح للأوعية أن تمتلئ تلقائيًّا كلّما فرغت، كما ابتكروا آلة ميكانيكيّة للزّراعة والفلاحة، تحدث صوتًا تلقائيًّا عندما يرتفع الماء إلى حدّ معيّن في الحقل عند سقيه، هذا بالإضافة إلى عدد كبير ممّا اخترعوه من النّوافير الّتي تُظهر صورًا عديدة للمياه الصّاعدة، وممّا هو جدير بالذّكر أنّ نظريات بني موسى تلك ما زالت مستخدمةً في تصميم النّافورات الحديثة، وهنا لا بدّ من الإشارة  إلى اختراعهم للقناديل الآلية، وهي قناديلُ ترتفع فيها الفتائلُ تلقائيًّا أيضًا، كما أنّها لا تنطفئ عند هبوب الرّيح عليها، ولا يفوتنا أن نشير هنا إلى أن "بني موسى" كان لهم السّبق دون معاصريهم في صنع الآلات المنزليّة، ولعب الأطفال، وبعض الآلات المتحرّكة، كالرّوافع المبنيّة على القواعد الميكانيكيّة المستعملة في جرّ الأثقال أو رفعها أو وزنها.

صفحة من مخطوطة كتاب الحيل لأبناء موسى
صفحة من مخطوطة كتاب الحيل لأبناء موسى
صفحة من مخطوطة كتاب الحيل لأبناء موسى

مؤلفات العلماء

    كتبَ "بنو موسى" كسائر علماء المسلمين النّابغين، في علوم عدّة كالهندسة، والمساحة، والمخروطات، والفلك، والميكانيكا، والرّياضيّات، ومن مؤلّفاتهم: "كتاب الحِيل"، وهو أشهر كتبهم وأهمّها، جمعوا فيه علم الميكانيكا القديمة، وتجاربهم الخاصّة. ويتضمّن كتابهم حوالي مئة تركيب ميكانيكيّ ذات قيمة علميّة كُبرى، شرح الإخوة فيه كيفيّة صنعها، وآليّة عملها، مع بعض الصّور التّوضيحيّة، ومن هذه الأعمال (كما جاء في الكتاب):

  •  "عمل قنّينة لها رأسان، تصبُّ فيها من أحد الرّأسين الشّرابَ ومن الآخر ماءً، فإذا انقلبت خرج من الرّأس الّذي صُبّ فيه الماء شراب، ومن الرّأس الآخر الّذي صبّ فيه الشّراب ماء".
  •   "صنعة سراج يُخرج الفتيلة بنفسه، ويصبّ الزّيت بنفسه، وكلّ من يراه يظنّ أنّ النّار لا تأكل الفتيلة، كما أنّ الرّياح لا تستطيع إطفاءه".

    عُرف هذا الكتاب في أوروبّا تحت اسم (كتاب الإخوة الثّلاثة)، وقد نشر " فيدمان Eilhard   Wedemann  وهاوسر F.Hauser" مقالات مهمّة حول الكتاب باللّغة الألمانيّة، كما ترجمه (دونالد هيل Donald Hill) كاملًا إلى اللّغة الإنجليزيّة عام 1399هـ /1979م (Al-Hiyal).

    وممّا يدلّ على ذهن هؤلاء العلماء المتوقّـد أنّهم استخدموا مبـادئَ علم سكون الموائع في تصميم آلاتِهـم المعقّدة، فاعتمدوا على توازن السّوائل، واستخدموا الصّمّامات الّتي تعمل تـلقائيًّا، والأنظمة الّتي تعمل بعـد زمن معين، وغير ذلك من مبـادئ التّحكّم الآليّ وأفكاره، جزاهـم الله عن أمتهـم خيـر الجزاء.                      


انتشار استخدامات الإسهام في نواحي الحياة

    كان لكلّ الأفكار الإبداعيّة لبني موسى أثرٌ كبير في دفع مسيرة تقنية "الحيل النّافعة" أو الهندسة الميكانيكيّة قدمًا؛ حيث تميّزت تصاميمها بالخيال الخصب، والتّوصيف الدّقيق، والمنهجيّة التّجريبيّة الرّائدة.

    وهذه إحدى الحيل الذكية الّتي عالجت مشكلة هدر الماء ولازال العالم اليوم يبحث عن طرق ووسائل وأجهزة لترشيد الاستهلاك بحيث يؤدي إلى الاستفادة منها بأقل كمية وبأرخص كلفة ممكنة.


مراجع الطالب

مراجع المحتوى
الهدف من النشاط
  • أن يطبّق الطّالب إحدى طرق الرّي الشائعة عمليًّا (الرّي بالتنقيط) وذلك باستخدام موادّ بسيطة.
الإعداد للعمل
  • كوّن فريق عمل مع مجموعة من زملائك؛ لتوزيع المهامّ فيما بينكم (المجموعة تضمّ 4 أشخاص).
البحث العلميّ

    كلّف عددًا من أفراد مجموعتك بمهمّة البحث عن معلومات مفصّلة حول طرق الرّي الشائعة والمواد والأدوات الّتي تستخدم فيها، ويمكن الاستعانة بالمصادر التّالية أو أيّة مصادر أخرى:

مكتبة المدرسة أو أيّة مكتبة عامّة؛ للبحث عن كتاب الحيل لأبناء موسى.

تجهيز الأدوات
قنينة بلاستيكية بحجم 2 لتر مسمار صغير مطرقة
سكين حادّ أداة حفر التربة إبريق ماء أو مصدر للمياه
تنفيذ النشاط
  •  استعن بأحد الأشخاص البالغين عند استعمال الأدوات الحادة والخطرة.
  • نأخذ غطاء القنينة البلاستيكة ونعمل به 5 ثقوب باستخدام المسمار والمطرقة.
  • يعتمد حجم وعدد الثقوب على سرعة.
  • تدفق المياه حيث إنّ الثقب الصغير يسمح للمياه بالتدفق ببطء، في حين أنّ الثقب الكبير سيعمل على تفريغ المياه بشكل أسرع. 
  • احذر عند التعامل مع الأدوات الحادة والثقيلة.
  • باستخدام سكين حادّ نقوم بقطع الجزء السفلي من جسم القنينة البلاستيكية (حوالي 1 سم من أسفل)، وبذلك تصبح القنينة قمعًا يمكن تعبئته بالماء بسهولة.
      • نقوم بحفر حفرة عميقة بشكل يكفي لدفن ما يقرب من ثلث إلى نصف القنينة وذلك بالقرب من النبات.
          • نضع القنينة في الحفرة بشكل مقلوب بحيث يبقى جزء منها ظاهر فوق الأرض، ونثبّت القنينة في التربة عن طريق ضغط التربة حولها.
              • نملأ القنينة بالماء، ثم نتركها للقيام بعملها (الرّي بالتنقيط).
                  المناقشة والنتائج
                  • سجل ملاحظاتك على دفترك. 
                  • اكتب تقريرًا مفصّلًا عن التجربة، ما الرّي بالتنقيط؟ كم يستغرق الماء من الوقت حتى ينفد من القنينة؟ ما هي إيجابيات وسلبيات هذه الطريقة؟
                  اخترع بنفسك
                  • ابتكر طريقة لرّي المزروعات بإحدى الطرق الشائعة بحيث يركب معها جهاز إنذار ينبِّئ بنفاد الماء من الخزان بعد انتهائه.
                  الهدف من النشاط
                  • أن يعمل الطّالب نموذج لنظام التّحذير من فيضان الماء "جهاز التّصفير".
                  الإعداد للعمل
                  • اتّفق مع عدد من زملائك؛ لتوزيع المهامّ بينكم  (3-4) أشخاص لعمل حوض وتركيب الصّفارة عليه.
                  البحث العلميّ

                      كلّف عددًا من أفراد مجموعتك بمهمّة البحث عن معلومات مفصّلة حول نظام التّحذير من فيضان الماء "جهاز التّصفير" وتركيبه وآليّة عمله، ويمكن الاستعانة بالمصادر التّالية أو أيّة مصادر أخرى:

                  مكتبة المدرسة أو أيّة مكتبة عامّة  للبحث عن كتاب الحيل لأبناء موسى.

                   

                  تجهيز الأدوات

                      بعد أن تحقّقت من كافّة المعلومات الّتي تحتاجها، وسجّلت ملاحظاتك عن الآلة الّتي قررت تنفيذ عملها (نظام التّحذير من فيضان الماء "جهاز التّصفير") وطريقة عملها، فأنت قد تكون بحاجة إلى الأدوات التالية:

                  شريط لاصق مقاوم للماء مقصّ أقلام رصاص أوقلم خطاط أو
                  طبشور ملون
                  مسطرة
                   
                  مشرط أو سكين مواد لاصقة مقاومة للماء أنابيب بلاستيكيّة بأطوال وأقطار متنوعة  

                  كما يلزم توفير المواد واللوازم التّالية:

                  صفّارة من البلاستيك أو أيّة صفارة
                  تعمل بنفخ الهواء فيها
                  طاولة أو منضدة بارتفاع متر حوض متوازي الأضلاع بسعة
                  أكثر من 20 لتر
                  سطل عدد 1 بسعة 20 لتر
                  تركيب الأدوات

                  لعمل نظام التّحذير من فيضان الماء "جهاز التّصفير"، فإنّ ذلك يتطلب التّالي:

                  • قم بعمل فتحة دائريّة الشّكل بقطر 2 سم في قاعدة السّطل ( يفضل السّطل المعدني على البلاستيكي).
                  • ثبّت على الفتحة بإحكام  طرف أنبوب (خرطوم ماء) قطر فتحته 2 سم أيضًا، وقم بوضع صلصال أو لاصق مقاوم للماء على الطرف الخارجي للفتحة مكان اتصالها بالأنبوب لمنع حدوث تسرب فيه.
                  • عبّئ السّطل بالماء بعد أن تغلق طرف خرطوم الماء بإصبعك أو بثنيه بإحكام، وراقب تسرب الماء من عدمه.
                  • قم بعمل فتحتين جانبيّتين في السّطل، بقطر 2 سم، ثمّ ثبّت في كلّ من الفتحتين أنبوبين متقابلين وموازيين لخط الأفق.
                  تنفيذ النشاط
                  •  استعن بأحد الأشخاص البالغين عند استعمال الأدوات الحادة والخطرة.
                  • ضع السّطل مقلوبًا في حوض ( بلاستيكيّ)، ثمّ ابدأ بملء الحوض بالماء بهدوء. 
                  • ركّب صفّارة في أعلى الأنبوب (خرطوم الماء).

                  ملاحظة:

                      تعمل الصّفارة عند دخول الهواء إليها من الفتحة الجانبيّة، فيدور الهواء في الحجرة الأماميّة، وبفعل الضّغط فإنّه يخرج من الفتحة العلويّة، يوضع في الحجرة (كرة) تعمل على خلخلة الضغط داخل الحجرة، فتتغيّر نغمة الأصوات.

                  المناقشة والنتائج
                  •  متى تبدأ الصّفارة بإصدار الصّوت؟
                  •  ما أثر ارتفاع الماء في السطل على معدل خروج الماء من الأنابيب الجانبية؟
                  •  لماذا يُفضّل استخدام السّطل المعدنيّ على استخدام السّطل البلاستيكيّ؟
                  •  ناقش مع أفراد مجموعتك الملاحظات الّتي تمّ تسجيلها أثناء العمل.
                  •  اكتب بمساعدة أفراد مجموعتك تقريرًا يوضّح آليّة عمل الآلة.
                  اخترع بنفسك
                  • فكّر مع أفراد مجموعتك للاستفادة من هذا الاختراع لحلّ مشكلة أخرى أو اقتراح فكرة أخرى لحلّ نفس المشكلة.