00:00:03
لقد غير المهندسون الميكانيكيون العالم.
00:00:05
يمكنك حتى أن تقول: مجرى التاريخ.
00:00:07
ليس مرة واحدة فقط بل مرات كثيره
00:00:09
لأنهم حددوا المشاكل التي كانت تعيق الإنسانية ، وحلوها.
00:00:13
الأشياء كانت كبيرة جدا وثقيلة للتحريك. كان السفر صعباً للغاية.
00:00:16
المسافات بعيدة جدا. أجسادنا كانت ضعيفة للغاية.
00:00:19
إذا اردت البحث عن اختراع أحدث ثورة في طريقة حياة البشر، فعلى التغلب قد تم ايجاده من قبل المهندسين الميكانيكيين
00:00:26
ولا أعتقد أنني متحيزة.
00:00:27
فاعمالهم تتمثل في مجال الهندسة الذي يركز على تصميم وبناء وتشغيل وصيانة الآلات والأنظمة الميكانيكية - إلى حد كبير أي شيء يتحرك.
00:00:36
ومنذ البداية ، واجهت الهندسة الميكانيكية العديد من التحديات ، وحلّت الكثير من المشكلات.
00:00:41
الأمثلة كثيرة للغاية للعد ،ولكن تستطيع التفكير في أشياء مثل محرك البخار والطائرات والروبوتات والبدلات الميكانيكية الحيوية كأمثلة.
00:00:48
المهندسون وراء كل هذه الأجهزة تمكنو من إيجاد حلول لمشاكل الكبيرة.
00:00:53
وبالطبع ،قد واجهوا صعوبات على طول الطريق.
00:00:56
لكن المساعي الكبيرة تفعل ذالك دائماً تقريباً.
00:00:59
[موسيقى]
00:01:09
بالعودة في الزمن ، إذا كنت ترغب في الوصول إلى مكان ما ، كان لديك خياران: قدماك أو ركوب حصان.
00:01:14
وإذا كنت تريد أن تأخذ معك حمولة ثقيلة ، فأنت بحاجة إلى عربة. عجلات.
00:01:18
يعد اختراع العجلة أحد أقدم الجذور للهندسة الميكانيكية ، جنبًا إلى جنب مع جميع الأدوات البسيطة التي دخلت في بناء العربة نفسها.
00:01:25
إذا قمنا بتضمين الروافع البسيطة التي نستخدامها لفتح البوابات وإسقاط الجسور ، فلدينا قاعدة رائعة ولكن بدائية من الهندسة الميكانيكية القديمة.
00:01:33
لكن العربات التي تجرها الخيول ليست سريعة جدا.
00:01:36
يحتاج الحصان للراحة والطعام ، لذلك سيكون من السخي القول أنه يمكنك تغطية 80 كيلومترًا في اليوم.
00:01:41
هذا شكل للمهندسين في الماضي مشكلة.
00:01:43
مع انفتاح العالم ، أصبح من المهم للغاية قطعت مسافات أطول في وقت أقل ، ولم تكن الخيول قادرة على هذا.
00:01:50
لقد كانوا بحاجة إلى شيء أسرع.
00:01:52
كانوا بحاجة إلى محرك.
00:01:53
بعد ظهوره لأول مرة في أوائل القرن الثامن عشر ، كان محرك البخار يمثل نقطة تحول رئيسية في تطوير الهندسة الميكانيكية الحديثة.
00:02:02
كان المزعوم أن محرك البخار يمكن أن يقوم بعمل عشرة أو خمسة عشر أو حتى 20 حصان!
00:02:07
ولن تحتاج إلى عناء أي من القش أو الروث.
00:02:11
يقودنا ذلك إلى توماس نيوكومين ، المخترع البريطاني الذي طور أول محرك بخاري ناجح بمكبس في عام 1712.
00:02:18
في تصميمه ، الضغط الجوي يدفع المكبس إلى أسفل ، بعد أن يتسبب تكثيف البخار بصنع فراغ في الاسطوانة.
00:02:25
كان استخدامه الأصلي لسحب المياه من مناجم القصدير الكورنيشية ، بعد أن وجد نيوكومين كم كان استخدام الخيول لضخ المياه مكلفًا.
00:02:32
ثم جاء المخترع الاسكتلندي جيمس واط.
00:02:35
في عام 1763 ، أثناء إصلاح أحد محركات نيوكومين،
00:02:38
أدرك وات أن حوالي ثلاثة أرباع الطاقة الناتجة عن البخار ستضيع ، وتستخدم فقط لتسخين حجرة المحرك.
00:02:46
كان حله هو الحصول على مكثف منفصل.
00:02:48
حيث سيتم تكثيف البخار عندها في حجرة منفصلة عن حجرة المكبس ، بحيث لا يتم هدر البخار المكثف.
00:02:54
حفظ العمليتين منفصلتين يسمح باستمرار الحركة الدوارة ، وهو أمر مهم حقا ،
00:03:00
لأنه سمح لمصدر طاقة ذو استمرارية اكثر
00:03:02
أصبح اختراع وات يستخدم على نطاق واسع لتشغيل الآلات في المصانع التي أدت إلى الثورة الصناعية.
00:03:07
وات أصبح أول مهندس يتم الاحتفال به في دير وستمنستر ، مع تمثال كبير من الرخام الأبيض نصب لذكراه.
00:03:14
كما تم اعتماد اسمه الأخير كواحدة القوة ، والذي ربما يكون أمرا من أعلى درجات الشرف التي يمكن أن يحصل عليها المهندس.
00:03:20
لكن المحركات البخارية دخلت حيزها بالفعل ، خاصة في مجال النقل ، في القاطرات القرن التاسع عشر.
00:03:27
يشتهر جورج وروبرت ستيفنسون ، الثنائي الإنجليزي الأب والابن ، بقاطرتهما البخارية ، والتي وصفوها ، على نحو مناسب Locomotion "الحركة".
00:03:35
في عام 1825 ، أصبح أول قطار عام للركاب ، حاملاً 450 شخصًا بسرعة 24 كم في الساعة.
00:03:43
أسرع قليلا من الحصان!
00:03:45
لكن بينما سمحت المركبات ذات العجلات للناس بالسفر بسرعة أكبر على الأرض ، فإن النقل كان لا يزال محدودًا بسبب المسطحات المائية والتضاريس الجبلية الوعرة.
00:03:53
إذا تمكن المهندسون من اكتشاف طريقة لحمل الناس على الطيران ، يمكن تجنب كل ذلك!
00:03:58
أدى هذا النوع من التفكير إلى اختراع الطائرات.
00:04:01
كانت أول طائرة تعمل بالطاقة تقوم برحلتها هي رايت فلاير في عام 1903 ، والتي صممها ويلبر وأورفيل رايت واستخدمت محركا غازيا بقوة 12 حصان.
00:04:09
طار أورفيل طائرة رايت فلاير في رحلتها الأولى ، وسافر 36 مترًا في 12 ثانية.
00:04:15
ولكن أفضل رحلة في ذلك اليوم كانت تخص ويلبر ، الذي سافر أكثر من 255 مترًا في 59 ثانية ،
00:04:21
أو بسرعة حوالي 15 كيلومترا في الساعة ، مما كسب له بعض حقوق التبجح الحقيقية.
00:04:26
بعد فترة وجيزة من إنجاز الأخوان رايت ، أشعلت الحرب العالمية الأولى وابلاً من الابتكار في مجال الطائرات.
00:04:31
بدأ المهندسون في استخدام المعادن في هياكل الطائرات ، ومحركات أفضل ، مما أتاح لهم الوصول إلى سرعات وارتفاعات أعلى.
00:04:37
ثم ، في عام 1930 ، حصل السير فرانك ويتل على أول براءة اختراع لمحرك توربو نفاث.
00:04:42
ولكن لم يكن الحكومة البريطانية لديها سبب مقنع لدعم عمله حتى اندلاع الحرب العالمية الثانية.
00:04:48
بحلول عام 1941 ، أبرز محرك Whittle ضاغط متعدد المراحل ، وغرفة احتراق ، وتوربينة واحدة ، وفوهة -
00:04:55
والذي كان تحسنًا كبيرًا ، نظرًا لأن تصاميم المحرك السابقة كانت تحتوي فقط على محرك احتراق داخلي ومروحة.
00:05:01
تفوقت المحركات النفاثة على التصميمات القديمة ، حيث حلقت أبعد وأسرع وأرخص أيضًا.
00:05:07
هذه التطورات جعلت السفر الجوي التجاري ممكنا في نهاية المطاف ، وسرعان ما كان الناس يسافرون حيث كانت الطيور فقط تحكم .
00:05:13
لكن الهندسة الميكانيكية لا تتوقف في الهواء!
00:05:16
وراء الطائرات ، أرسلنا أقمار صناعية إلى المدار ورواد فضاء إلى القمر ، ومركبة فضائية تحمل دراجة فضائية إلى المريخ.
00:05:22
نشأ الجانب الفضائي للهندسة في الواقع من المجال الميكانيكي.
00:05:26
والكثير مما سمح لنا ببناء هذه الآلات التي تحركنا هو جزء كبير آخر من مجال الهندسة الميكانيكية: الروبوتات.
00:05:33
بالنسبة لمعظم التاريخ الصناعي ، كان البشر أساس القوى العاملة لدينا.
00:05:37
لكن البشر لديهم حدود.
00:05:39
بعض الأشياء كبيرة جدًا ومن الصعب تحريكها ، بينما تحتاج عمليات أخرى إلى دقة أكبر مما تسمح به اليد البشرية.
00:05:45
البيئات الصناعية غالباً ما تكون أيضاً غير مريحة وأحياناً خطرة.
00:05:49
وهنا يأتي دور الروبوتات والأتمتة.
00:05:51
ظهر أول روبوت صناعي ، يسمى Unimate ، حوالي عام 1960.
00:05:56
صممه المخترع الأمريكي جورج ديفول جونيور ، الذي عمل مع المهندس ورجل الأعمال جوزيف إنجلبرغر لإدخاله إلى المصانع.
00:06:03
روبوتات Unimate كان لها ما يصل إلى ستة محاور للحركة قابلة للبرمجة بالكامل ويمكنها التعامل مع الأجزاء التي يصل وزنها إلى حوالي 225 كجم بسرعات عالية.
00:06:12
سرعان ما انضموا إلى خط التجميع في مصنع محركات عام ، حيث أخذوا القوالب التالفة من الآلات وقامو بلحمها على هياكل السيارات.
00:06:20
منذ ذلك الحين ، تجاوزت الروبوتات مجال المصانع فقط ، حيث ظهرت في منازلنا لتنظيف الأرضيات ، وحتى المستشفيات لإجراء العمليات الجراحية.
00:06:27
ولكن مع تقدم التطبيقات الخاصة بهم ، لدى المهندسين عوامل أكثر وأكثر يجب أخذها في الاعتبار.
00:06:32
يجب أن يفكروا بأمور عدة مثل مدى شعور الروبوتات بمحيطهم ، وكيفية تحركهم ومعالجتهم لبيئاتهم ، وغير ذلك الكثير.
00:06:38
من الممكن في يوم من الأيام أن يكون لدينا روبوتات في العديد من الأماكن التي يمكن أن تتخيل فيها إنسانًا يعمل.
00:06:43
أعني ، نحن نرى ذلك الآن.
00:06:45
وبالحديث عن البشر ، يمكنك أن تفكر في جسم الإنسان باعتباره نظام ميكانيكي معقد ومميز للغاية ، مكون من روابط ووصلات.
00:06:53
وهنا يأتي دور الميكانيكا الحيوية.
00:06:55
يجب على المهندسين أن يأخذوا في الاعتبار الإجهاد والحمل والتأثير الذي يمكن لأجسامنا تحمله وتطبيقه على الأجهزة التي تم تصميمها علينا.
00:07:03
الميكانيكا الحيوية المتقدمة هي واحدة من أحدث أقسام الهندسة الميكانيكية.
00:07:07
منه ، نشهد بالفعل بدايات بدلات الهيكل الخارجي والأطراف التي تتحرك مثل نظيراتها البيولوجية ، وغيرها من عمليات الزرع الآلية.
00:07:15
أحد أكثر المشاريع إثارة للإعجاب هو الهيكل الخارجي لبيركلي السفلى.
00:07:19
بتمويل من وكالة مشروع البحوث المتقدمة للدفاع في عام 2000 ،
00:07:23
تم تصميم هذا الجهاز لتوفير الدعم الميكانيكي للسماح لأي شخص تقريبًا بحمل حمولات أكبر وأثقل مما يمكنه رفعه من تلقاء نفسه.
00:07:32
غالبًا ما تكون القدرة على حمل الأحمال الثقيلة مشكلة بالنسبة للجنود وعمال الإغاثة في حالات الكوارث ، لذلك فإن إيجاد حل لهذا أمر مهم للغاية.
00:07:39
لكن المشاكل كثيرة.
00:07:40
كمثال ، غالبًا ما تكون مصادر الطاقة للبدلات الخارجية ثقيلة للغاية أو مرهقة.
00:07:45
لكن BLEEX ، كما يطلق عليه ، تتغلب على هذا باستخدام مصدر طاقة هجين صغير
00:07:50
التي توفر الطاقة الهيدروليكية لحركة البدلة والطاقة الكهربائية لجهاز الكمبيوتر الخاص به.
00:07:55
تم تقديم النموذج الأولي الأول مؤخرًا ، ويتألف من ساقين مجسمتين تعملان بالطاقة ، ووحدة طاقة ، وهيكلر يشبه حقيبة الظهر.
00:08:03
باستخدام الهيكل ، يمكن للشخص أن يحمل عبئًا ثقيلًا ، ولكن يشعر به كبضعة أرطال فقط .
00:08:08
وبطريقة مماثلة ، يقف بيركلي أيضًا وراء مشروع أوستن ، الذي يهدف إلى تطوير أنظمة الهيكل الخارجي للأشخاص الذين يعانون من اضطرابات الحركة.
00:08:16
لذلك يبدو الأمر كما لو أننا ذهبنا في دائرة كاملة ، من المخترعين الذين طوروا أول محرك بخاري لاستبدال الحصان ،
00:08:22
إلى مهندسي الميكانيكا الحيوية الذين يستخدمون الروبوتات لمحاكاة أبسط وسائل النقل: المشي.
00:08:29
هذه بعض المشكلات الكبيرة التي تمكن المهندسون الميكانيكيون من حلها.
00:08:33
وعندما يتعلق الأمر بالمشاكل التي لا نزال نواجهها اليوم - من القيادة في حركة المرور إلى توفير الغذاء والماء إلى المناطق النائية -
00:08:39
يمكنك المراهنة على أن المهندسين الميكانيكيين سيكونون هناك لمعالجتهم.
00:08:42
إذاً، اليوم تعلمنا كل شيء عن العديد من المجالات المختلفة للهندسة الميكانيكية ، بداية من محرك البخار.
00:08:47
ثم انتقلنا إلى الطائرات والعمل وراءها.
00:08:50
وانتهينا من خلال الذهاب إلى المناطق الأكثر حداثة من الروبوتات والميكانيكا الحيوية.
00:08:54
في الحلقة التالية سنستكشف الهندسة الكهربائية وتاريخها والعمل الذي يقوم به مهندسو الكهرباء.
00:09:00
شكرا للمشاهدة وسأراك لاحقا.
00:09:02
يتم إنتاج Crash Course Engineering بالتعاون
مع PBS Digital Studios.
00:09:06
يمكنك التوجه إلى قناتهم للتحقق من ذلك
من قائمة تشغيل أحدث عروضهم المدهشة ،
00:09:09
مثل PBS Space Time ، فوق الضوضاء ، و
فتاة الفيزياء.
00:09:13
Crash Course عبارة عن إنتاج معقد وقد تم تصوير هذه الحلقة في استوديو Doctor Cheryl C. Kinney بمساعدة هؤلاء الأشخاص الرائعين.
00:09:21
وفريق الرسومات المذهلة لدينا هو Thought Cafe.
