نافورة تُبدل هيئة الماء

المقدمة

الأهداف التّعليميّة

  • أن يستخلص المتعلّم مبدأ عمل نافورة يَفُور منها الماء مدَّة من الزّمان كهيئة التُّرس، ومدَّة متماثلة كهيئة القناة، وكذلك لا تزال دهرها تتبدَّل.
  • أن يقدّر المتعلّم دور العلماء المسلمين في التّطور العلميّ.

الفكرة الإبداعيّة

    استخدم بنو موسى مبادئَ علم سكون الموائع في تصميم آلاتِهم المعقّدة، فاعتمدوا على توازن السّوائل، واستخدموا الصّمّامات التي تعمل تلقائيًّا، والأنظمة التي تعمل بعد زمن معين، وغير ذلك من مبادئ التّحكّم الآليّ وأفكاره. وشرح بنو موسى في كتاب " الحيل" فكرة نافورة تُبدل هيئة الماء.

قرن وعصر الاختراع

القرن الثّالث الهجريّ / القرن التّاسع الميلاديّ

عصر الخلافة العبّاسيّة.

رسم لنافورة رسم في كتاب الحيل

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 المتوقّد أنّهم استخدموا مبادئَ علم سكون الموائع في تصميم آلاتِهم المعقّدة، فاعتمدوا على توازن السّوائل، واستخدموا الصّمّامات الّتي تعمل تلقائيًّا، والأنظمة الّتي تعمل بعد زمن معين، وغير ذلك من مبادئ التّحكّم الآليّ وأفكاره، جزاهم الله عن أمتهم خير الجزاء.


انتشار استخدامات الإسهام في نواحي الحياة

    ألّف بنو موسى كتابًا عنوانه " كتاب الحيل" تضمن نوافير تغيّر شكلها باستمرار، وما زالت هذه النّوافير تُستخدم لجمالها وتنوّع أشكالها المائيّة فيها. وبعد ذلك العصر تمّ دمج مستجدات التّكنولوجيا الدّقيقة، ولكنّها اليوم تدخل على الإنارة والأصوات الموسيقيّة المترافقة مع اندفاعات الماء.


مراجع الطالب

مراجع المحتوى
الهدف من النشاط
  • أن يصنع الطّالب نافورةً داخل قنينة.
الإعداد للعمل
  • كوّن أنت وزملاؤك فريق عمل يضم 4 أشخاص ؛ لتوزيع المهام فيما بينكم.
  • لا تشرب الماء بعد الاستخدام.
  • لا تنس احتياطات الأمن والسلامة أثناء القيام بالنشاط.
البحث العلميّ

    بمساعدة معلّمك قم بالبحث عن معلومات حول اختراع نافورة تبدّل هيئة الماء لأبناء موسى بن شاكر.
يمكنك الاستعانة بالمصادر التالية:

  • مكتبة المدرسة.
  • المكتبة العامة.
  • المجلات العلميّة.
  • الشبكة العنكبوتية (الإنترنت).
تجهيز الأدوات

بمساعدة معلّمك قم بتجهيز الأدوات اللّازمة للنّشاط، وهي:

قنينة ماء فارغة أنبوب بلاستيكي طوله مترين إبريق ماء مثلج عدد 2
صبغة حمراء فرد سيليكون ماء
تركيب الأدوات

بمساعدة معلّمك، وبالتّعاون مع زملائك قم بتركيب الموادّ والأدوات للقيام بالنّشاط:

  • اثقب ثقبين بالغطاء بأداة حادّة بحجم فوّهة الأنبوب.
  • املأ نصف القنينة بالماء ثم أعد إحكام إغلاق الغطاء بالقنبنة.
  • قصّ الأنبوب البلاستيكي إلى نصفين، ثم أدخل كلّ واحد منهما في ثقب الغطاء بحيث يكون أحد الأنبوبين أطول من الآخر، ثبّت الأنبوبين بالسيليكون؛ لمنع تسرب الماء.
  • املأ الإبريق الأوّل بالماء ثم ضع بضع قطرات من الصبغة الحمراء مع إبقاء الإبريق الثّاني فارغًا.
تنفيذ النشاط
  • ضع الإبريق المليء بالماء على الطاولة والإبريق الآخر على الأرض.
  • ضع طرف الأنبوب الأطول داخل القنينة، في إبريق الماء الملون، أما الطرف الآخر فضعه في الإبريق الموجود على الأرض.
  • تتبع سير الماء الملون وانظر داخل القنينة، سجل ملاحظاتك.
المناقشة والنتائج
  • بعد أن قمت بالنّشاط والتجّربة، ناقش مع زملائك كيف انتقل الماء الملوّن عبر الأنابيب وكوّن النافورة.
اخترع بنفسك
  • فكّر ثم حاول اختراع نموذج مطوّر لهذه النافورة.
الهدف من النشاط
  • أن يشرح الطالب آليّة عمل نافورة بني موسى.
الإعداد للعمل
  • كوّن أنت وزملاؤك فريق عمل يضمّ 5 أشخاص؛ لتوزيع المهام فيما بينكم.
البحث العلميّ

    كلّف عددًا من أفراد مجموعتك بمهمة البحث عن معلومات مفصّلة حول النّافورة الّتي اخترعها بنو موسى، وكيفيّة صنعها، وطريقة تركيبها، وآليّة عملها، ويمكن الاستعانة بالمصادر التّالية أو أيّة مصادر أخرى:

  • مكتبة المدرسة، أو أيّة مكتبة عامة؛ للبحث عن كتاب الحيل.
  • الشّبكة العنكبوتيّة.
  • الاطّلاع على المادّة النظريّة لآليّة عمل النّافورة.
تجهيز الأدوات
أعواد خشبية أسلاك معدنيّة لاصق مشبك
عبوتان بلاستيكيّتان مكعّبتا الشّكل، كلّ منهما مفتوحة
من الأعلى (علب بوظة بحجم لتر تقريبًا)
مصاصة لشرب العصير معجون أطفال (الصلصال) ملعقة بلاستيكية خاصّة بشرب الدّواء السّائل
تركيب الأدوات
  • تثقب المصّاصة من نقطة أقرب لأحد الطّرفين، ويثبت داخلها سلك معدني؛ ليسمح لها بالحركة كالرّافعة.
  • يوضع على الطّرف البعيد من المصّاصة كتلة من معجون الأطفال؛ ليرجّح وزنها.
  • تثقب الملعقة الأسطوانيّة ثقبين متقابلين من جوانبها، وتدخل المصّاصة في أحدهما وتثبت بالمعجون.
  • تثبت المصّاصة مع قطعتين من الخشب لتتّزن كالرّافعة، وتثبّت قطعتا الخشب بين الحوضين البلاستيكيين.
  • والشكل التّالي يبيّن المصّاصة والملعقة: 

 

  • يثبت مشبك على جانب الحوض الأيسر؛ للحفاظ على المصّاصة في وضع أفقيّ في حال عدم وجود الماء. والشكل التّالي يبيّن النّموذج كاملًا:
تنفيذ النشاط
  •  يصبّ الماء بلطف في الملعقة البلاستيكية  فينساب من خلال المصّاصة إلى الحوض الأيسر، وأثناء ذلك تمتلئ الملعقة فيغلب وزنها على وزن قطعة المعجون على الطرف الآخر، فتميل المصّاصة وتهبط الملعقة.
  • أثناء الميلان يبدأ صبُّ الماء في الحوض الأيمن، وتبدأ الملعقة بتفريغ الماء، حتى تخفّ وتصعد لأعلى، فيعود الماء للجريان نحو الحوض الأيسر، وهكذا.

 

المناقشة والنتائج
  • يدور نقاش بين أعضاء المجموعة أثناء تركيب النّموذج في كلّ خطوة؛ لضمان التّركيب بشكل صحيح.
  • تجرى التّعديلات الضّرورية أولًا بأوّل؛ لضمان عمل النّموذج بشكل صحيح.
  • ترصد نتائج التّجربة، وتعمّم على مجموعات الطّلبة.
  •  بعد أنْ تعرّفت إلى نموذج نّافورة أبناء موسى، قم بتغيير النّموذج، واطرح على نفسك الأسئلة لإدخال التّعديلات وإنتاج نموذج جديد:

1-هل يمكن استبداله أو تغييره؟

أي ماذا يمكن أن يحلّ محله؟ وهل يمكن تغيير مكوناته؟ أو المادة المصنوع منها، أو هل يمكن وضعه في مكان آخر؟

2-هل يمكن استخدام الدّمج؟

أي هل يمكن الدّمج بينه وبين أشياء أخرى أو إعادة تركيبه؟

كإضافة ساعة رقميّة إليه مثلا أو إضاءة أو قلم.

3-هل يمكن جعله متوافقًا مع أشياء أخرى؟

أي ما الّذي يشابهه من الأشياء؟ هل يمكن أن نصنعه بطريقة مشابهة لشيء آخر؟

4-هل يمكن تعديله؟

أي هل يمكن تغييره لشكل جديد؟ أو تغيير حركته أو شكله أو تغيير الماء بعطر مثلا؟ أو أية تغييرات في أشياء خاصة به؟

5-هل يمكن تغيير حجمه؟

تغيير حجمه بتكبيره أو تكبير أجزائه أو تصغير حجمه كثيرًا.

6-تخيّل الشيء في وظيفة أو استخدام جديد؟

كاستخدامه في البيوت بدل المغاسل أو بدل إبريق الماء أو بدل القلم.

7-الحذف:

كحذف بعض الأجزاء من الشيء مثلا، ماذا لو حذفنا الجرة؟

8-إعادة الترتيب:

ما الّذي يحدث عند عكس مواقع الأجزاء وترتيبها من الأمام إلى الخلف ومن الأعلى إلى الأسفل؟

اخترع بنفسك
  • صمّم نموذجًا آخرًا أكثر دقّة، وأضف الجزء الّذي يمثّل النّافورة إلى النّموذج، واقترح استعمال أدوات أفضل وأكثر بساطة؛ لتنفيذ وصنع النّموذج.