الهيدروليك .. عندما تحرك السوائل أقوى الأشياء

لدي الإنجليز والفرنسيين العديد من الأشياء ليتشاجرون حولها .. ولعل من أهمها من كان له الريادة في تطوير أول مكبس هيدروليكي؟.

جرافة تعمل بواسطة الطاقة الهيدروليكية، صورة من wallpaper flare, public domain.

الأمر ليس بسيطا فلم يكن لدي العالم الذي نعرفه اليوم فرصة ليصل إلى التطور الذي أحرزه ما لم تتوصل البشرية إلى (المكبس الهيدروليكي).

منذ ذلك اليوم .. أصبحت كلمات الهيدروليكية أو هيدروليكي منتشرة في كل مكان على كوكبنا .. والأهم من الكلمات انتشرت بصمات تلك الكلمات وتأثيرها على حياتنا كل يوم.

الهيدروليك أو (الهيدروليكية) ذلك الفرع من فروع العلوم الذي يهتم بالتطبيقات والاستخدامات العلمية للسوائل، خصوصا عندما تكون السوائل في حالة حركة ما يساعدنا على استخدامها في مجالات متعددة.

يعتبر هذا العلم هو نظير علم (خصائص الهواء) الذي يتعلق بدراسة الغازات، ولكن هنا يقوم العلماء بدراسة السوائل وليس الغازات.

كما يرتبط هذا العلم بشكل وثيق مع علم (ميكانيكا الموائع).

وميكانيكا الموانع بشكل بسيط لمن لا يعرفها هو علم يدرس الموائع (السوائل والغازات) في حالتي السكون والحركة بنفس مبادئ علم الميكانيكا.

هذا العلم يرتبط أيضا مع علوم أخرى مثل الهندسة والكيمياء والميكانيكا، ويمكن أن نلخصه في عبارة مختصرة لكنها معقدة قليلا بأنه: (وظيفة ميكانيكية تعمل من خلال قوة ضغط السائل).

لا تقلقوا سنوضح لكم الأمر تماما لكن لننظر أولا لماذا يتشاجر الإنجليز والفرنسيين حول المكبس الهيدروليكي؟.

المكبس الهيدروليكي الأول:

بليز باسكال، أعجوبة من أعاجيب التاريخ الفرنسي، ومن يقول الفرنسيين بفخر أنه أول من اكتشف المكبس الهيدروليكي، public domain.

يقول البريطانيين أن مهندس ميكانيكا بريطاني يدعي (جوزيف براما) وخلال فترة بدايات الثورة الصناعية قام بتطبيق مبدأ قانون باسكال ليطور أول مكبس هيدروليكي.

الفرنسيين لهم رواية مختلفة للقصة، إذ يؤكدون أن لويز باسكال نفسه كان هو أول من اخترع المكبس الهيدروليكي.

كان بليز باسكال وهو أحد مفاخر التاريخ الفرنسي رجلا استثنائيا وموسوعة متحركة، فهو عالم فيزياء ورياضيات وصاحب اختراعات وفيلسوف وعالم دين مسيحي، وهو من أسس مبدأ حمل اسمه بنيت عليه فكرة الطاقة الهيدروليكية الحديثة، وهو نفسه من اخترع المكبس الهيدروليكي حوالى عام 1650.

هل ترون الأمر بسيطا وأنه ليس مهما من كان صاحب السبق؟ .. عندما نعرفكم مدى تأثير الهيدروليك في عالمنا اليوم ستعرفون سر الخلاف التاريخي بين الشعبين البريطاني والفرنسي على من كان صاحب الريادة؟.

لكننا نحب هنا أن نقول أن العرب وحضارات الشرق كان لها أول معرفة باستخدام السوائل في إنتاج الطاقة والاستفادة منها، وبالتحديد في مصر القديمة وبلاد ما بين النهرين (العراق حاليا) قبل ستة آلاف عام من الميلاد... وتبعهم بعد ذلك بقرون عديدة بلاد الفرس والصين وسيريلانكا.

واليوم .. فليأتي الإنجليز والفرنسيين إلي حماة .. هناك في سوريا الجميلة، ليروا بأم أعينهم نواعير حماة، تلك الآية الهندسية البديعة التصميم.

والنواعير لمن لا يعرف هي آلة على شكل عجلة دائرية، كانت توضع في مجري النهر، حيث ترتطم المياه الجارية بشفراتها فتحركها وترفع معها الماء إلى الأعلى حيث يستخدمه الناس لري الأرض وشرب الماء.

ما هو النظام الهيدروليكي؟:

دعونا نوضح ذلك ببساطة ..

رسم توضيحي للقوة الهيدروليكية، على اليسار نجد المكبس الصغير، هذا الذي يتم الضغط عليه، فينخفض بفعل الضغط للأسفل، وينقل قوة الضغط إلى السائل الذي يدفع المكبس الكبير إلى الأعلى لكن بقوة أكبر، صورة من Lidingo، GNU Free Documentation License، via wikimedia commons.

بالرغم من أنه قد يختلف الهدف النهائي من نظام هيدروليكي عن الهدف من نظام هيدروليكي آخر، إلا أن جميع تلك الأنظمة تعمل من خلال نفس المفهوم.

في الأنظمة القائمة على المكونات الهيدروليكية يتم إنتاج الحركة الميكانيكية عن طريق احتواء السائل وضخه (سائل مضغوط).

عادة تتم هذه العملية من خلال أسطوانات هيدروليكية تحركها المكابس مما يولد الطاقة وينقلها عن طريق السوائل المضغوطة التي تضاعف الطاقة والقوة فتقوم بالعمل المطلوب منها.

باختصار النظام الهيدروليكي هو النظام الذي يقوم فيه سائل مضغوط بجعل الأشياء تعمل.

هل لا يزال الأمر معقدا بعض الشيء؟..

لنوضحه تماما باستخدام مبدأ باسكال الذي استخدمه المهندس البريطاني جوزيف براما ليخترع المكبس الهيدروليكي.

هذا المبدأ ينص على أنه عندما يتم التأثير أو الضغط بقوة على مائع (في حالتنا هنا سائل ساكن) محصور في مكان ما، فإن هذا الضغط ينتقل ويسري في كافة أجزاء المائع (السائل) بالتساوي، ويتولد عنه وفورا قوة أكبر بكثير من قوة الضغط نفسها.

من الأمثلة الشهيرة على ذلك عندما تذهب بسيارة للقيام بفحصها وتجد العامل يقوم برفعها باستخدام آلة يضغط عليها .. هذه الآلة تعمل بسائل وضغطات العامل عليها تضغط على السائل والذي غالبا ما يكون (زيت يسمي زيت هيدروليكي) الذي يقوم بدوره برفع السيارة.

أنت نفسك لو أحضرت مكبس ووضعته داخل إناء به ماء وقمت بغلق هذا الإناء وتوصيل المكبس بإسطوانة، ثم بدأت بالضغط على المكبس، ستجد أن الماء يتحرك في جميع أنحاء الإناء.

عندما اكتشفنا القوة الهيدروليكية.. رفعت تلك القوة عالمنا إلى حدود لم نكن نستطيع الوصول إليها من قبل، wallpaper flare, public domain.

إذا اعتقدت أن هذا مثال معقد، فتذكر انك عندما تضغط على عبوة معجون الاسنان عندما تكون ممتلئة على آخرها، فإن هذه الضغطة تنتقل إلى المعجون بالكامل ويتحرك حتى يجد الفوهة التي يخرج منها، فأنت هنا نقلت الطاقة بالضغط.

ما هي مكونات الهيدروليك؟:

هذه هي المكونات الرئيسية التي يتكون منها النظام الهيدروليكي.

الخزان الذي يوضع به السائل، المضخة، الصمامات التي تتحكم في معدل تحريك الزيت الهيدروليكي، المحرك، الأسطوانة.

ما هي استخدامات الهيدروليك؟:

ربما يكون من الدقة التاريخية أن نقول أن العالم وربما من قبل الميلاد كان قد عرف بعض الاستخدامات للمعدات الهيدروليكية، لكنها كانت على نطاق ضيق ولم تتسم بتراكم المعرفة، أي أن يضيف الناس تطويرا خلف الآخر على نفس الشيء، والمثال على ذلك نواعير المياه التي أشرنا إليها.

وبعيدا عن الشجار بين الإنجليز والفرنسيين، فعندما حصل المهندس البريطاني (جوزيف براما) على براءة اختراع مكبسه الهيدروليكي، المعروف اليوم باسم (مكبس برامه) في العام 1795 كان ذلك إيذانا بتغير العالم بدون أدنى مبالغة بداية من القرن التاسع عشر.

بفضل أنها تعتبر وسيلة فعالة وقليلة التكلفة لخلق الحركة الميكانيكية وتكرارها، أصبح للأنظمة الهيدروليكية مجموعة متنوعة من التطبيقات والاستخدامات.

تُستخدم الأنظمة الهيدروليكية في جميع مصانع العالم تقريبا، من المصانع الصغيرة أسفل البنايات في بعض البلدان وصولا لأكبر مصانع العالم.

وكذلك المباني، ومعدات البناء والمركبات بمختلف أنواعها وخصوصا قطع مكابح السيارات وأنظمة التوجيه المعزز التي تساعد على تغيير اتجاهات عجلات السيارة بسهولة ويساهم في تخفيف الصدمات التي تتعرض لها نتيجة لحفرة أو مطب.

هذه الرافعة تستخدم مكبس هيدروليكي في رفع ذراعها العملاق، صورة من Flickr، Explain That Stuff.

كل هذه الأشياء الأنظمة الهيدروليكية جزء أساسي منها، كما تعمل أيضا في استخدامات مثل رفع الأحمال الثقيلة، وحفر الثقوب الدقيقة في الأرض.

من المستخدمون الرئيسيون للمعدات الهيدروليكية، لدينا كذلك مصانع الورق، معدات تقطيع الأشجار، الروبوتات، ومعالجة الصلب.

بجانب كل ذلك، تتعامل الهيدروليكا مع أمور مثل تدفق السوائل في الأنابيب والأنهار والقنوات وحجزها بواسطة السدود والخزانات.

كما تمتد استخدامتها إلى بعض الأجهزة الميكانيكية مثل المراوح وتوربينات الغاز وأنظمة التحكم الهوائية وحتى معدات توجيه القوارب.

حتى الطائرات (المدنية والحربية) لا تستغني عن الأنظمة الهيدروليكية، فعلى سبيل المثال هذه الأجزاء منها تعمل بأنظمة هيدروليكية: (معدات رفع العجلات وإنزالها، معدات التحكم في الأجنحة، معدات فتح وغلق الأبواب في الطرازات المدنية وقمرة الطيار في الطرازات العسكرية، نظام امتصاص الصدمة عند الهبوط.. وغير ذلك من الأنظمة).

باختصار من الصعب أن يعثر أي مصنع أو شركة أو حتى دولة على معدات تقوم بمهام المعدات الهيدروليكية بنفس الكفاءة الفنية والتكلفة المالية.

أنواع الهيدروليك:

في رحلة العلم، لا حدود لأي شيء.

ومع اتساع استخدامات وتطبيقات الهيدروليك، ظهر منه عدة أنواع بعضها ترتبط باستخدامات معينة، والبعض الآخر اندمج مع علوم مختلفة لتكوين علم جديد مستقل بذاته.

• الهيدروليكية السطحية الحرة:

وهو فرع من فروع الهيدروليك، والتي تتعامل مع التدفقات التي تحدث على السطح بشكل حر.

من الأمثلة الشهيرة على تلك التدفقات ما يحدث في الأنهار والقنوات والبحيرات ومصبات الأنهار والبحار.

• هندسة الميكاترونكس:

مع استمرار رحلة البشر في التطور، أصبح الهيدروليك جزء من علم أوسع يسمي (هندسة الميكاترونكس).

وتضم هندسة الميكاترونكس بجانب الهيدروليك مجالات الميكانيكيا، الإلكترونيات، علوم الكمبيوتر، هندسة التحكم، وأصبحت اليوم واحدة من أعقد وأهم مجالات الهندسة التي تتشعب لتدخل في العديد من المجالات من أهمها المحركات وأنظمة التحكم.