د. سائر بصمه جي
صَنع النّاسُ عبر التاريخ أنواعاً متعددةً من الآلات لأغراض مختلفة؛ فالقدامى صنعوا فؤوساً حجرية لاستخدامها سلاحا للدفاع عن النفس أو كعُدّة يدوية لقضاء الحاجات بها. وبمرور الزمن منحت الآلات التي طُوّرت تدريجياً النَّاس تحكُّماً أكثر في البيئة المحيطة بهم. ومعظم الآلات تتكوّن من أجزاء عدّة، مثل التّروس ومحمل الكريّات، وهي تعمل مع بعضها بعضاً بطريقة بسيطة أو معقّدة. وبغض النظر عن مدى تعقيد هذه الأجزاء، فإن جميع الآلات تعتمد بطريقة أو بأخرى على ستّة أنواع من الآلات الميكانيكية البسيطة. هذه الأنواع السّتة هي: الذراع الرّافعة، والعجلة والمحور، والبكرة، والسّطح المنحدر (المستوي المائل)، والإسفين (الوتد)، والقلاووظ (اللولب).
لكن هل عرف العلماء العرب والمسلمون هذه الآلات البسيطة؟ ومتى تم تقنينها وضبط آلية عملها بصورة رياضياتية؟ هذا ما ستحاول المقالة الإجابة عنه، مع تبيان جهود العرب التي كانت مخفية لقرون طويلة عن صفحات تاريخ العلم.
في الحضارات السابقة
لاشك أن كل حضارة من الحضارات القديمة استخدمت واحدة أو أكثر من الآلات الميكانيكية البسيطة بطريقة أو بأخرى، بعضها نقلت لهم من حضارات أخرى، وبعضها كانت من ابتكارهم؛ فالعجلة (أو المحور والعجلة) من أهم هذه الآلات التي قدمت – ولا تزال- خدمات جليلة في تسهيل وسائط النقل للبشرية، إذْ استخدمت منذ نحو 5000 سنة في بعض الحضارات.
وقد عالج اليونانيون ما يتعلق بالآلات الميكانيكية البسيطة ضمن علم السكون التطبيقي الذي يرتكز على مفاهيم علم الحركة المجردة (الكينماتيك) إضافة إلى علم التحريك (الديناميك).
أما أرخميدس فقد أسهم في الآلات الميكانيكية البسيطة بوضعه قوانين العتلة، وذلك في كتابه (حول توازن المستويات On the Equilibrium of Planes). الذي وضع فيه شروط توازن الروافع، والذي سبقه إليه موتسي الصيني دون أن يعلم أحدهما بإنجاز الآخر.
العلماء العرب والمسلمون
كُتب لأفكار هيرون وبابوس وأرخميدس وفيلون في نظرية الآلات البسيطة أو القوى الخمس -كما كانت تسمى عند العرب- أن تظهر في الكتابات العربية الميكانيكية. ومن الناحية الاصطلاحية؛ فقد ذكر محمد بن أحمد الكاتب الخوارزمي في كتابه (مفاتيح العلوم) أسماء الآلات الميكانيكية البسيطة المعروفة حتى عصره، مع تعريف لكل واحدة منها، إذْ كانت تستخدم عند العرب والمسلمين في رفع الأثقال وجرّها أو نقلها، إلا أنها لم تخرج عن تعريف هيرون لها بشكل عام وهي: البكرة أو «الآلة الكثيرة الرفع»، والرافعة أو «البرطيس»، والوتد أو «الإسفين»، والعتلة أو «المخل»، والقلاووظ أو «اللولب». وكما نلاحظ فإنه ينقص هذه المجموعة من تصنيف الآلات البسيطة الحديث (المستوي المائل) فقط، وهو ما قد يفسر لنا سبب تسمية العرب لها (بالأصول الخمس).
ثابت بن قرة
ألف ثابت بن قرة(القرن 3هـ/9م) كتاباً مهماً عنوانه (كتاب في القرسطون)، وهو كتاب يمثل حلقة الوصل بين علم السكون في الفترة الهلنستية المتأخرة ذات النشأة السورية (السريانية)، وبين الكتابات المبكرة عن علم السكون في أوروبا الغربية. و(القرسطون Charastonis) ميزان يطبق من خلاله نظريات الآلات الميكانيكية البسيطة، وهو معروف منذ القرن التاسع للميلاد عند العرب والمسلمين، إذ نجد الجاحظ يشير في رسالته (التربيع والتدوير) إلى معرفته بالقرسطون وكيفية الوزن به.
سنان بن ثابت
خصص سنان بن ثابت بن قرة (ت 331 هـ/943م) كتابه (الكتاب التام) لدراسة نظرية الآلات البسيطة مع وصف لسلسلة من الأدوات البسيطة، وكان يصفها باسم (الأصول الخمسة) أي الآلات الميكانيكية البسيطة الخمس.
ابن سينا
ثمة كتاب يدعى (معيار العقول) وينسب إلى ابن سينا (القرن 5هـ/11م)، يعالج الآلات البسيطة الخمس واستخدامها في إزاحة الأحمال الثقيلة. هذا الكتاب يمثل التصنيف التنظيمي للآلات البسيطة بشكل فردي وجماعي.
البيروني
تناول البيروني (القرن 5هـ/11م) في كتابه (استيعاب الوجوه الممكنة في صنعة الإسطرلاب) الحديث عن أحد أقدم الأجهزة التي تحاكي حركة السماء، وهو يقوم بقياس ارتفاع النجوم الثابتة، وقياس الوقت، وعرض أطوار القمر في كل يوم من أيام الشهر. وقد أضاف له البيروني إسطرلاباً على أحد وجهيه وعارضا لأطوار القمر على الوجه الآخر، وما كان له ذلك لولا استخدامه للمسننات والاستفادة من قدراتها كآلات ميكانيكية بسيطة.
ابن خلف المرادي
المرادي (القرن 5هـ/11م) ميكانيكي أندلسي عالج في كتابه (الأسرار في نتائج الأفكار) أكثر من ثلاثين آلة ميكانيكية، وقد ضمن بعضها مسننات، وهي في الأصل محور وعجلة معدلة، تقوم بنقل الطاقة الكامنة وتوزيعها بشكل متقطع، مما يجعلها تتحكم في الحركة. وتضمن الكتاب أيضاً أوصافاً لآلات تعمل بترس قطاعي وأخرى بترس دويري فوقي.
أبو حاتم الإسفزاري
اعتمد هذا العالم (القرن 6هـ/12م) في عمله عن الآلات البسيطة على الكتاب الثاني لميكانيك هيرون. ولعل الإشارة الأهم التي قدمها الإسفزاري هي تحديده الواضح للعتلة الوازنة، إذ رفض التعامل مع قضيب الميزان على أساس هندسي وأنه عديم الوزن، بل أكّد أنه يجب التعامل معه بشكل حقيقي وأخذ وزنه بعين الاعتبار، فقد يكون وزنه سبباً في اختلال التوازن عندما لا يكون محور التعليق واقعاً في منتصف القضيب.
أمية بن أبي الصلت
كان له جهود في صناعة آلات رفع الأثقال الكبيرة، لكن للأسف لم تأخذ حقها من العناية، بل قوبلت بالعقوبة الرادعة لأي جرأة علمية أو تقنية حالية أو مستقبلية. فقد روى ابن أبي أصيبعة قصة سجن ابن أبي الصلت (القرن 6هـ/12م) بسبب فشله في رفع سفينة غرقت قبالة ساحل الإسكندرية، ونعتقد أن سبب الفشل يعود لنوعية حبال البرسيم التي كانت تقوم بمهمة الرفع، فثقل السفينة كان ولا شك بالأطنان، وهي تحتاج إلى أكبال معدنية مجدولة بقوة كبيرة حتى تحتمل هذا الثقل، وليس حبالاً من البرسيم، وربما لو أعطي أبو الصلت فرصة أخرى بمضاعفة أعداد الحبال لتمكن من رفعها.
أبو الفتح الخازني
أجرى الخازني (القرن 6هـ/12م)مراجعة شاملة لأعمال كل من سبقه من يونان وعرب، فعرض براهين ثابت بن قرة والإسفزاري لمبدأ العتلة، ولم يتوقف عندها بل انتقل فوراً إلى تطبيقاتها العملية. فتكلم عن الميزان ( ميزان الحكمة ذو الكفات الخمس) كمنظومة أجسام وازنة. يتألف ميزان الحكمة الذي طوره الخازني عن ميزان الإسفزاري من القضيب واللسان والكفات الخمس الحاملة للأوزان بحيث تتحرك إحداهما على ذراع مدرّجة.
تقي الدين الراصد الدمشقي
درس الراصد (القرن 10هـ/16م) حركة المسننات في كتابه (رسالة في البنكامات) وقدم لنا الأساس النظري الرياضياتي لها. إذ أوضح كيفية اعتماده في دراسته النظرية على حساب أرخميدس (للعدد p)، وذلك لتحديد النسبة بين أسنان كل مسننين، واعتنى بالتطبيقات العملية للآلات البسيطة، وتوسع في الحديث عن ثلاث منها في كتابه (الطرق السنية في الآلات الروحانية) وهي البكرة والعجلة والمحور واللولب. ووضع تصاميم مهمة لمن يريد الاستفادة منها في سحب الأثقال الكبيرة أو رفعها.