المضّخة الماصّة الكابسة

المقدمة

الأهداف التّعليميّة:

  • أن يثمّن الطّالب جهود العلماء المسلمين.
  • أن يعرف الطّالب أهميّة اختراعات المسلمين.
  • أن يطبّق الطّالب المنهجيّة العلميّة في حلّ المشكلات وتصميم النّماذج والآلات.
  • أن ينمّي الطّالب مهارات التّفكير وتصميم نماذج مبسّطة تحاكي الاختراعات الكبيرة.
  • أن ينمّي الطّالب المهارات اليدويّة والتّجريب المخبريّ.
  • أن يتعرّف الطّالب على حياة العالم الجزريّ.
  • أن يعدّد الطّالب أهمّ إسهامات ومؤلّفات العالم الجزريّ.
  • أن يشرح الطّالب آليّة عمل المضخّة الماصّة الكابسة.

الفكرة الإبداعيّة:

    صمّم الجزريّ عددًا من الآلات؛ لرفع الماء، وإحدى هذه المضخّات (المضخّة الماصَّة الكابسة)، وتحتوي هذه المضخّة على دواليب مسنّنة ومكابس نحاسيّة وأنابيب شفط وأنابيب ضخّ وصمّامات لسانيّة ذات اتّجاه واحد، وبإمكان هذه المضخّة رفع الماء إلى ارتفاع 12 مترًا.

قرن وعصر الاختراع

القرن السّادس الهجريّ /القرن الثّاني عشر الميلاديّ

عصر الخلافة العبّاسيّة

رسم للمضخّة الماصّة الكابسة من المخطوطات القديمة

معلومات العالم

   تُعرف الأرض الواقعة بين نهري دجلة والفرات بأرض الجزيرة، وتقع شمال سوريّا، وتُعرف بجزيرة ابن عمر أيضًا. وإليها يُنسب الجزريّ. وهو بديع الزّمان أبو العزّ بن إسماعيل بن الرزّاز الملقّب بالجزريّ، نسبة لأرض الجزيرة السّابقة الذّكر، ولد في منطقة جزيرة ابن عمر شمال سوريّا سنة (530هـ /1136م)، وتوفي في بغداد سنة (602هـ /1206م)، تعلّم الهندسة وصناعة الآلات، وكان حريصًا على الجمع بين العلم والعمل. انتقل إلى ديار بكر للعمل مع حكّام بلاده سلاطين بني أرتق وذلك سنة 570هـ /1174م؛ ونتيجة لعمله المتميّز والمبدع حظي برعاية الحكّام، وأصبح كبير مهندسي الميكانيكا في البلاط بعد أن كان رئيسًا للمهندسين. كان الجزريّ حريصًا على طلب العلم بدليل أنّه كان يحثّ الآخرين على طلبه.

    لقد أنجز الجزريّ كثيرًا من الاختراعات ممّا جعله يؤلّف كتابًا بذلك سمّاه (الجامع بين العلم والعمل النّافع في صناعة الحيل)، وقد جمع في ذلك الكتاب أوصاف تلك الاختراعات وكيفيّة صنعها وعملها، ويُعدّ كتابه هذا من أفضل الكتب التي أُلّفت في ذلك الوقت ووصلت إلينا، وقد كان الكتاب زاخرًا بوصف الآلات الهيدروليكيّة والميكانيكيّة.

    إنّ كثيرًا من الكتب الّتي ألّفها علماء المسلمين تُرجمت إلى لغات عدّة، حتّى أنّ النُّسخ الأصليّة منها لا تزال موجودةً في متاحف أوروبا، وذلك نتيجة حرص الأوروبيّين على نقل أسس النّهضة العلميّة الّتي قامت عليها الحضارة العربيّة الإسلاميّة. وقد كان العالم الجزريّ واحدًا من أولئك الأعلام الّذين ساهموا في تأسيس تلك الحضارة. وباعتراف العديد من علماء الغرب، فإنّ الكثير من تصاميم الآلات الّتي ابتكرها الجزريّ قد نُقلت إلى أوروبا، حيث ظهرت التّروس القطعيّة لأوّل مرّة في مؤلّفات الجزريّ، وهي تلك الّتي نقلها عنه الأوروبيّون، وأدخلت فيما بعد في صناعة إحدى السّاعات الفلكيّة الّتي تُعرف باسم ساعة (جيوفاني ديدوندي).

    ترجع أهميّة التّصميمات الّتي ابتكرها الجزريّ والخاصّة بآلات رفع الماء، بأنه استفاد من الطّاقة الكامنة للماء المتحرّك في رفعه لمستويات أعلى من مستوى جريانه، عوضًا عن الاستعانة بالحيوانات لرفعه، كما كان شائعًا في ذلك الوقت.


إسهامات العالم

قدّم العالم الجزريّ تصميمات من أهمّها:

  •  مضخّة ذات أسطوانتين متقابلتين، وهي تقابل حاليًا المضّخات الماصّة والكابسة.
  •  نواعير رفع الماء لأعلى؛ وذلك نتيجة الاستفادة من الطّاقة الحركيّة للمياه الجارية في الأنهار.
  •  مضخّة الزّنجير والدّلاء: وهي نوع من آلات السّقوط إذ تعطي مرورًا حركيًّا بفضل سقوط الماء على المفارق. وهذه الآلات تحتاج إلى رفع منسوب الماء وذلك عن طريق بناء السّدود.
  •  صناعة السّاعات المائيّة والآلات ذاتيّة الحركة العاملة بالطّاقة الكامنة للماء، كما قام بتطوير آلات هيدروليكيّة كان قد ابتكرها علماء مسلمون.
  •  قدّم وصفًا لعدد من الآلات الميكانيكيّة المختلفة من ضاغطة ورافعة وناقلة ومحرّكة، كما أنّه جاء بوصف مفصّل لتركيب ساعات دقيقة، أخذت اسمها من شكل خاصّ كان يظهر فوقها نحو ساعة القرد، وساعة الرّامي البارع، وساعة الكاتب، وساعة الفيل الّتي تُعتبر من أهمّ اختراعاته.

لكلّ ما تقدّم: من خلال المؤلّفات وتصميم الآلات العديدة ووضع قواعد تركيبها ووصف آليّة عملها؛ اعتبر الجزريّ أوّل من وضع أسسًا علميّةً للاستفادة من الطّاقة الكامنة للمياه في مجالات عمليّة كثيرة.

إبريق من صنع الجزريّ، غطاؤه على شكل طير يصفّر لفترة قصيرة
عند استعمال الإبريق وقبل أن ينزل الماء
غاسل اليدين المجدول من اختراعات الجزريّ

 


مؤلفات العالم

     كلّف أحد سلاطين بني أرتق في ديار بكر الجزريّ بتصنيف كتاب يشرح فيه العديد من اختراعاته مع تزويدها بالرّسوم التّوضيحية وذلك أيام الخليفة العباسيّ أبو العباس أحمد النّاصر لدين الله سنة 576هـ /1181م. فقام بعمل أهمّ كتبه وهو (الجامع بين العلم والعمل النّافع في صناعة الحيل). وقد استغرق هذا العمل الجليل خمسًا وعشرين سنةً من البحث والدراسة. وقد قدّم الجزريّ في هذا الكتاب عددًا كبيرًا من الوسائل الميكانيكيّة والتّصاميم، وقد قام بتصنيف الآلات في ستّ فئات وذلك حسب طريقة صنعها واستخدامها، ممّا جعل ذلك كلّه أساسًا للتّصنيفات الأوروبيّة في عصر النّهضة. وقد تضمّن ذلك الكتاب دراساته وأبحاثه في السّاعات والآلات الرّافعة للماء والأثقال والفوّارات المائيّة. ما زال هذا الكتاب يزيّن الكثير من متاحف العالم: كالباب العالي في إسطنبول، ومتحف الفنون الجميلة في بوسطن، ومتحف اللّوفر في فرنسا، ومكتبة جامعة أوكسفورد. 

    وقد كانت اختراعات الجزريّ موضع إعجاب المهندسين وانبهارهم على مرّ العصور، لاسيّما وقد تُرجم الكتاب وغيره من كتب الجزريّ إلى عدّة لغات ممّا أكسبه شهرة كبيرة في الغرب. وقد قام بترجمة بعض فصوله إلى الألمانيّة كل من فيدمان (Weidman) وهاوسر (Hawser) في الرّبع الأوّل من القرن الرّابع عشر الهجريّ / القرن العشرين الميلاديّ. كما ترجمه دونالد هيل (Hill) المتخصّص في تاريخ التّكنولوجيا العربيّة إلى الإنجليزيّة. كما قام معهد التّراث العلميّ العربيّ في حلب بسورية سنة 1399هـ /1979م بإصدار النّص العربيّ، وقد قام بمراجعته وتحقيقه أحمد يوسف الحسن.

صورة من كتاب "الجامع بين العلم والعمل النّافع في صناعة الحيل"
لعبة موسيقيّة: من اختراعات الجزريّ في كتاب معرفة الحيل الهندسيّة

 


انتشار استخدامات الإسهام في نواحي الحياة

    استمدّت المضخّة الماصّة الكابسة طاقتها من حركة المياه الجارية، وتمكّن الجزريّ في تصميمه من إنجاز شغل على الماء يكفي لرفعه مسافة 12 مترًا رأسيًا إلى الأعلى، وتحقّقت الفائدة العمليّة من ذلك في توفير الماء إلى الطّوابق العليا من المنازل، والمستشفيات والقصور ودور العلم، كما تمكّن الجزريّ من توفير الماء لريّ المزارع الّتي ترتفع أرضها فوق مستوى ماء النهر، وتُعدّ هذه المضخّة مثالًا مبكّرًا جدًّا لمبدأ العمل المزدوج؛ بحيث يقوم أحد المكابس بشفط الماء في حين يقوم الآخر بدفعه.


مراجع الطالب
  • كتاب بُناة الفكر العلمي في الحضارة الإسلامية، حليمة الغراري.
  • كتاب المضخات الهيدروليكية، اصدار: ملتقى المهندسين العرب.
  • كتاب محطات الضخ، أمجد زينو وقتيبة السعدي.
  • كتاب المضخات، معن العظمة.
  • الرّابط الأوّل
  • الرّابط الثّاني 

مراجع المحتوى
الهدف من النشاط
  • أن يتعرّف الطّالب على مبدأ عمل الصّمّامات في المضخّة، وأهميّتها في عدم رجوع الماء في حركة عكسيّة.
الإعداد للعمل
  • هذا النّشاط فرديّ يمكن أن ينفّذه طّالب واحد، أو مجموعة طّلاب.
  • التّخطيط لإجراء النّشاط وذلك بعد الاطّلاع على الهدف، والمعلومات العلميّة المتعلّقة بالنّشاط.
  • الاطّلاع على الاستخدامات العمليّة للمضخّة، وأهميّتها في الحياة اليوميّة.
  • مقارنة المضخّات الحديثة بالمضخّة القديمة، بما في ذلك وجود مصادر حديثة للطّاقة.
تجهيز الأدوات
مضخّة بلاستيكيّة يدويّة عبوة ماء بلاستيكيّة كبيرة خراطيم لتوصيل الماء نبتة مزروعة في حوض صغير قابل للنّقل

 

تركيب الأدوات
  • حضّر كرسيًا أو طاولةً صغيرةً، لترفع فوقها النّبتة.
  • صل خرطومًا مناسبًا مع المضخّة البلاستيكيّة.
تنفيذ النشاط
  •  ضع النّبتة فوق الطّاولة.
  •  املأ القارورة بالماء وضعها بجوار الطّاولة.
    •  ضع المضخّة في القارورة، وصلها مع خرطوم الماء، ثم ضع الطّرف الحرّ للخرطوم في حوض النّبتة.
      •  اضغط على المضخّة حتّى يبدأ الماء بالارتفاع إلى الأعلى ويروي النّبتة.
        •  راقب حركة الصّمّامات في المضخّة أثناء صعود الماء إلى الأعلى.
          المناقشة والنتائج
          •  راقب ضخّ الماء، ودوّن أيّ ملاحظات.
          •  زد في طول الأنابيب، وارفع القارورة لمسافة أكبر ولاحظ تدفّق الماء.
          •  لاحظ مقدار تدفّق الماء عندما ينخفض مستوى الماء في القارورة.
          •  ناقش أعضاء المجموعة، في تغيير الأجزاء المختلفة للمضخّة للحصول على نتائج أفضل.
          •  كيف يمكن التّحكم في مقدار تدفّق الماء؟
          •  ارصد الصّعوبات في ضخّ الماء، اقترح طرقًا أخرى لتحسين عمليّة الضّخّ.
          اخترع بنفسك
          • قم باختراع مضخّة بسيطة بتعديل الأدوات المستخدمة في النّشاط، أو ابنِ نموذجًا مصغّرًا للمضخّة واستخدمه في تطبيقات عمليّة.
          الهدف من النشاط
          • أن يجد الطّالب أفكارًا مبتكرةً؛ لتطوير (المضخّة الماصَّة الكابسة) عن طريق تطبيق استراتيجيّة (القبّعات السّتّ) للتّفكير الإبداعيّ.
          البحث العلميّ

              كلّف عددًا من أفراد مجموعتك بمهمّة البحث عن معلومات مفصّلة حول نموذج (المضخّة الماصَّة الكابسة) وآليّة عملها، ويمكن الاستعانة بالمصادر التّالية أو أيّة مصادر أخرى:

          مكتبة المدرسة أو أيّة مكتبة عامّة للبحث عن كتاب (الجامع بين العلم والعمل النّافع في صناعة الحيل) للجزريّ.

          الاطّلاع على المادّة النظريّة الّتي تصف المضخّة.

          الشّبكة العنكبوتيّة، ويمكن الاستعانة بالرّوابط التّالية: 

          الإعداد للعمل
          • كوّن فريق عمل مع مجموعة من زملائك؛ لتوزيع المهامّ فيما بينكم (كلّ مجموعة من 6-8 أشخاص).
          المنهجيّة العلميّة

              تهدف استراتيجيّة (القبّعات السّتّ) إلى التّوصّـل إلى فكرة جوهريـّة تتعلّق بـتركيز التّفكيـر، وعـدم المــزج بيــن الآراء الشّخصيّة والحقـائق، وبين النّقـد الإيجـابيّ والسّـلبيّ، وبين الحـَـدَس والإبـداع، وذلك من خلال إدارة تفكير فعّالة تشجّع التّفكير المتوازي.

          لدينا فكرة ومشروع تطوير تصميم (المضخّة الماصَّة الكابسة):

          1. القبّعة البيضاء: اجمع المعلومات:

          التّفكير المحايد، حقائق وأرقام.

              نماذج التّصميم للمضخّة، آليّة تشغيل المضخّة، الموادّ الّلازمة لبناء النّموذج، حجم المضخّة، البنية التّحتيّة الّلازم توفّرها لبناء المضخّة، توفّر الأيدي العاملة لبناء التّصميم، الوقت الّذي يستغرقه بناء المضخّة، تكلفة بناء المضخة......

          2. القبّعة الخضراء: ابتكر أفكارًا إبداعيّةً:

          التّفكير الإبداعيّ، التّطوير وإيجاد البدائل، مقترحات، تطوير، تعديل، تغيير.

              عمل نموذج باستخدام الطّاقة الكهرَبائيّة، تحويل النّموذج للعبة مسلّية مفيدة للأطفال، دمج النّموذج مع نموذج معاصر لنفس الوظيفة، إيجاد وظيفة جديدة للنّموذج، استخدام جزء من المضخّة في عمل نموذج لوظيفة جديدة له، حذف جزء من النّموذج أو استبداله بجزء آخر......

          3. القبّعة الصّفراء: ركّز على النّقاط الإيجابيّة:

          التّفكير الإيجابيّ - التّفاؤل.

              سأتعرف على نموذج جديد، قد نخترع جهازًا جديدًا، قد نستفيد من النّموذج في مجالات مختلفة، يكفينا شرف المحاولة، نستغلّ أوقاتنا في شيء مفيد.......

          4. القبّعة السّوداء: ركّز على النّقاط السّلبيّة:

          التّفكير السّلبيّ - النّقد - التّركيز على العوائق والمشاكل والتّجارب الفاشلة.

              هذا نموذج قديم ويوجد نماذج حديثة، النّموذج معقّد، نحتاج إلى أيدي مهرة؛ لتنفيذ النّموذج، النّموذج لا يناسب بيئتنا.

          5. القبّعة الحمراء: أظهر مشاعرك وأحاسيسك:

          التّفكير العاطفيّ.

              أشعرُ بالسّعادة عند رؤية نماذج لعلمائنا المسلمين، أتعجب ....أحزن.......

          6. القبّعة الزّرقاء: ارصد المعلومات والأفكار، ورتّب القبّعات وسير الجلسة:

          التّوجيه والتّنظيم والتّحكّم في سائر القبّعات.

              نظّم الجلسة، اتّفق معهم على خطوات إدارة الجلسة، حدّد أوقات الاجتماعات، حدّد لكلّ شخص وظيفته وتابع معه.

          تنفيذ النشاط
          • يحدّد منظّم الجلسة أيّ القبّعات سيرتدي الطّلاب، ويتمّ إثارة الجوّ النّفسيّ المصاحب لألوان التّفكير، ومن الأهميّة كذلك دوره في النّظرة الشّموليّة، والتّنقّل بين الأنماط، والاهتمام بالفترة الزّمنية، وليس هناك ترتيب ملزِم للتّنقّل بين الأنماط (القبعات).
          المناقشة والنتائج
          • بعد الانتهاء من حلقة النّقاش يتمّ مناقشة الأفكار الأكثر تميّزًا وقابليّة للتّطبيق وعرضها على المدرّس.
          اخترع بنفسك
          • يمكنك تحت إشراف مدرّسك وذوي الخبرة التّوصل لاختراع جديد أو تطوير (المضخّة الماصَّة الكابسة) بناءً على الأفكار الّتي تمّ التّوصّل إليها.