المفاهيم الرئيسية

خصائص المواد

قوى الجذب

الوزن

المغناطيسية

إعادة التدوير

الهندسة

مقدمة

هل لدى مجتمعك المحلي آلة إعادة تدوير أحادية التدفُّق، تتيح لك خلط المواد معًا داخل حاوية إعادة تدوير واحدة؟ هل سبق لك أن تساءلت كيف تُفصل كل هذه المواد حتى يمكن إعادة تدويرها إلى أشياء جديدة؟ جرّب هذا النشاط لتكتشف ذلك، وسيمكنك بناء آلة فرز وإعادة تدوير خاصة بك!

خلفية علمية

تتيح إعادة التدوير تفكيك المواد القديمة من البلاستيك والزجاج والألومنيوم والأوراق، وتحويلها إلى أشياء جديدة. على سبيل المثال، أحيانًا تُصهر الزجاجات البلاستيكية وتُحوَّل إلى مقاعد للمتنزهات أو معدات للملاعب، ويمكن تحويل الورق القديم إلى مناشف أو مناديل ورقية جديدة. وتقدم العديد من المجتمعات المحلية في الولايات المتحدة الآن إعادة التدوير أحادية التدفق. وهذا يتيح لك خلط أنواع مختلفة من المواد القابلة لإعادة التدوير في حاوية واحدة لجمعها.

لكن هذه العملية تحمل معها تحديًا. فقبل أن تبدأ عملية إعادة التدوير فعليًّا، يجب فصل المواد وفرزها. فأنت لا تريد أن ترى قطعًا من البلاستيك أو المعدن في المناشف الورقية المعاد تدويرها! وبعد جمع المواد القابلة لإعادة التدوير، يجري نقلها بواسطة الشاحنات إلى مصانع إعادة التدوير التي تسمى «مرافق استعادة المواد» (MRFs). في تلك المرافق، يتم إدخال أكوام عملاقة من المواد المختلطة عبر آلات تفصلها إلى فئات مختلفة وتجمعها ليجري شحنها بعد ذلك إلى مصانع المعالجة. يُجرى الكثير من عمليات الفرز تلقائيًّا بواسطة آلات تستغل الخصائص المختلفة للمواد في عملية التدوير. فالمغناطيس -على سبيل المثال- يمكن أن يجذب الأجسام المعدنية، ويمكن لتيارات الهواء أن تفصل الكرتون والورق الأخف وزنًا عن الأشياء الثقيلة مثل الزجاجات والعلب المعدنية. هذه العملية لا تخلو من السلبيات بالطبع. إذ يمكن أن تسد الأكياس البلاستيكية آلات الفرز، هذا هو سبب أنه لا يمكن تضمينها في إعادة التدوير أحادية التدفق.

لا تقبل العديد من المجتمعات المحلية إلا أنواعًا معينة من البلاستيك، وتشترط شطف حاويات الطعام جيدًا قبل إعادة تدويرها. ويمكن أن يؤدي تجاهُل هذه الإرشادات إلى تلوُّث المواد المعاد تدويرها، مما يجعلها غير قابلة للاستخدام، وسينتهي بها الأمر في سلة المهملات! لهذا السبب من المهم جدًّا التأكد من اتباع إرشادات إعادة التدوير في مجتمعك المحلي.

في هذا المشروع ستركز على فصل مادتين: قصاصات الورق ومشابك الورق. هل يمكنك بناء آلة لفصلهما بكفاءة؟ جرّب واكتشف!

المواد المستخدمة

    • ما لا يقل عن 24 قطعة من مشابك الورق.

    • ورق.

    • مقص.

    • مغناطيس.

    • مساحة عمل مسطحة، مثل سطح الطاولة.

    • أكواب أو حاويات صغيرة أخرى.

    • مواد بناء، مثل الورق المقوى والزجاجات البلاستيكية والشريط اللاصق، وغيرها من المستلزمات الحرفية الأخرى، أيها أو كلها، التي يمكنك استخدامها لبناء آلة فرز وإعادة تدوير.

    • عناصر إضافية للفرز، مثل الرخام والبلاستيك، أو الخرزات البلاستيكية الكبيرة والصغيرة.

التجهيز

    • قص بحرص بضع عشرات من قصاصات الورق، بمقاس 1 × 1 سنتيمتر تقريبًا (يمكن أن تكون أشكالها غير منتظمة بهذا الحجم). سيكون هذا أسرع إذا طويت الورقة أولاً حتى تتمكن من قص قصاصات متعددة في وقت واحد.

    • ضع قصاصات الورق في كوب مع مشابك الورق. وغطِّ الجزء العلوي من الكوب بيدك حتى لا يسقط شيء، وهُز الكوب لخلط محتوياته.

الإجراءات

    • أفرغ مشابك الورق المختلطة وقصاصات الورق في كومة على سطح بيئة العمل الخاصة بك. حاول فصلها يدويًّا. كم من الوقت يستغرق تفريقها يدويًّا؟

    • أعد خلط مشابك الورق وقصاصات الورق، ثم أفرغها مرةً أخرى على الطاولة. حاول استخدام الهواء لفصلها عن طريق النفخ فيها. هل هذه الطريقة أسهل من الفرز باليد أم أصعب؟

    • أعد خلط المواد وأفرغها مرةً أخرى. هذه المرة حاول فصلها باستخدام مغناطيس. هل يمكنك فصلها جميعًا باستخدام مغناطيس فقط؟

    • تستخدم مصانع إعادة التدوير الحقيقية مجموعةً من الطرق المختلفة لفصل المواد. باستخدام ما تعلمته من اختباراتك، هل يمكنك بناء آلة تفصل كوبًا مختلطًا من مشابك الورق وقصاصات الورق إلى أكوام أو أكواب مختلفة؟ إحدى الطرق (ولكنها بالتأكيد ليست الطريقة الوحيدة!) هي بناء منحدر وقمع مبطن بالمغناطيس في جانبه الخارجي، أيهما أو كليهما. فعندما تصب الكوب المختلط من مشابك الورق وقصاصات الورق في آلة إعادة التدوير، فإنها تنزلق كلها لأسفل. وينبغي أن تتعلق مشابك الورق بالمغناطيس الموجود على جدران الآلة، ويستمر سقوط الورق. حاول بناء هذه الآلة من مواد البناء الخاصة بك. ما مدى فاعلية ذلك في رأيك؟

    • اختبر آلتك. ما مدى فاعليتها؟ هل تسقط أي مشابك ورق إلى الأسفل، أم أن هناك أي قصاصات ورق عالقة بالمغناطيس؟ كيف يمكنك تحسين آلتك؟

    • حاول إجراء أي تغييرات على آلتك قد تساعدها على أن تكون أكثر فاعلية، ثم أعد اختبار الفرز.

    • نشاط إضافي: جرّب هذا المشروع بمواد مختلفة. هل يمكنك فرز الأشياء وفق الوزن أو الحجم؟ على سبيل المثال، ماذا عن الرخام والزجاج والبلاستيك؟ أو الخرزات البلاستيكية الكبيرة والصغيرة؟

الملحوظات والنتائج

ربما تحقق نجاحًا معقولًا إذا ما بنيت آلة على شكل منحدر وقمع، مع وجود مغناطيس لفصل مشابك الورق وقصاصات الورق. قد يكون من الصعب بناء آلة يمكنها فصل المواد تمامًا من دون بعض الفرز اليدوي. فقد تتأرجح بعض مشابك الورق بتأثير المغناطيس دون أن تعلق به. وعندما يبدأ المزيد من مشابك الورق بالتعلق بالمغناطيس، يمكن أن يخلق انسدادات، حينما تنحشر قصاصات الورق معًا. ويؤدي هذا إلى تكوين مجموعتين من المواد، هما أفضل مما بدأت به، ولكنهما لا يزالان غير منفصلين تمامًا. ربما يتطلب الأمر بعض الفرز اليدوي لإنهاء المهمة.

إن محطات إعادة التدوير الحقيقية بها أحزمة ناقلة متحركة ومغناطيسات كهربائية قوية يمكن تشغيلها وإيقافها. وهذا يتيح لها سحب المواد المغناطيسية من على الحزام الناقل وإبعادها، وفصلها عن المواد غير المغناطيسية مثل البلاستيك والزجاج والورق، وتقليل فرص تعلُّق بعضها ببعض.

التنظيف

يمكنك إعادة تدوير قصاصات الورق الخاصة بك، ولكن لاحظ أنه لا يمكن إعادة تدوير مشابك الورق بشكل عام في آلات إعادة التدوير المعتادة التي تجمع المواد من الشارع مثلًا. يمكنك إعادة استخدامها في المنزل بدلاً من ذلك.

More to Explore
With "Single-Stream" Recycling, Convenience Comes at a Cost, from NPR
The Big Sort: An Insider's Tour of a Recycling Plant, from Science Friday
Build a Recycling Sorting Machine, from Science Buddies
STEM Activites for Kids, from Science Buddies

This activity brought to you in partnership with Science Buddies

Science Buddies