المفاهيم الأساسية

الفيزياء

الهندسة

الوزن

الصلابة

مركز الكتلة

مقدمة

الأرجح أنك رأيت من قبل العديد من حوامل الهواتف الذكية، ولعلك تستخدم أحدها لتسند جهازًا لوحيًا لمشاهدة فيلم، أو ربما كان والداك يضعان أحدها على لوحة قيادة السيارة لدعم الهاتف في أثناء استخدام نظام تحديد المواقع العالمي (GPS).

لكن لماذا تشتري واحدًا إذا كان من الممكن أن تصنعه بنفسك؟

في هذا النشاط سوف تستخدم عملية التصميم الهندسي لتصمّم وتختبر وتصنع حامل هاتف ذكي خاص بك.

الخلفية العلمية

انظر حولك، إنك محاط على الأرجح بالعديد من الأغراض العادية التي لا تبدو "علمية" للغاية: مكاتب، كراسي، مصابيح، أبواب، حوامل أقلام، إلى آخره، إلا أن العديد من هذه الأغراض صُمِّمت على الأرجح بواسطة مهندسين كان عليهم اكتشاف حلول، مثل: العثور على أفضل مواد للبناء، تحديد الأوزان التي تحتاج الأجسام إلى دعمها، تصميم طرق فعَّالة لتصنيعها، وإذا قام المهندسون بعملهم على نحو جيد، فقد لا تلاحظ ذلك أبدًا، ولكنك بالتأكيد سوف تلاحظ إذا تحطَّم المقعد الذي تجلس عليه أو إذا لم يعمل المصباح الكهربائي!

يصمم المهندسون الأشياء باستخدام عملية التصميم الهندسي، والتي تختلف عن المنهجية العلمية، قد تختلف الخطوات الدقيقة لهذه العملية وفقًا للشخص الذي تسأله، لكنها بوجه عام تشبه ما يلي:

  • حدِّد المشكلة
  • ابحث عن المعلومات الأساسية
  • حدِّد المتطلبات
  • فكِّر في بعض الحلول
  • اصنع نموذجًا أوليًا
  • اختبر النموذج الأوَّلي
  • كرِّر العملية

ما الذي تعنيه عبارة "كرِّر العملية"؟

تعني أنك قد تقوم ببعض الخطوات لأكثر من مرة! نادرًا ما تفلح الأمور على نحو مثالي من أول محاولة، قد تعتقد أن لديك التصميم المثالي لشيء ما، ثم تختبره وتكتشف أنه لا يعمل على الإطلاق، لذا تُعيد الكرَّة مرة أخرى!

في هذا النشاط ستتسنَّى لك تجربة عملية التصميم الهندسي وتصميم حامل خاص بك للهاتف المحمول.

المواد المستخدمة

  • هاتف ذكي أو هاتف "بديل" مصنوع من الورق المقوَّى والعملات وشريط لاصق (انظر "الإعداد للتجربة")
  • مجموعة متنوعة من اللوازم المكتبية ومواد الحرف، مثل الورق المقوى، وشريط لاصق، والأشرطة المطاطية، ومشابك الورق، والصمغ، إلى آخره (بما أن هذا نشاط تصميم هندسي، فلا توجد قائمة محدَّدة من المواد المطلوبة لهذا النشاط، يمكنك أن تقرر ما المواد التي تريد أن تستخدمها)
  • قلم رصاص وورق لرسم التصميمات

الإعداد للتجربة

  • إذا لم يكن لديك هاتف متاح، يمكنك صنع هاتف بديل وتصميم حامل له، أولًا، اقطع قطعة مستطيلة من الورق المقوَّى المضلَّع بنفس حجم الهاتف الذكي تقريبًا، لتجعله أثقل، ألصق شبكة مستطيلة من العملات على أحد جانبي الورق المقوى، من المفترض أن له الآن نفس حجم ووزن الهاتف.

الخطوات

  • قبل أن تتمكن من تصميم شيء ما، عليك أولًا أن تحدِّد بالضبط المشكلة التي تحاول حلها، قد تكون المشكلة شيئًا من قبيل: "أحتاج إلى رؤية شاشة الهاتف لاستخدام نظام تحديد المواقع العالمي في أثناء القيادة"، أو "أحتاج إلى إسناد الجهاز اللوحي لمشاهدة فيلم دون الاضطرار لإمساك الجهاز".  أفضل الحلول لهذه المشكلات المختلفة لن تكون متماثلة على الأرجح، حدِّد بالضبط ما هي المشكلة التي تحاول حلّها قبل أن تواصل العمل، وبعبارة أخرى، لماذا تحتاج إلى حامل هاتف؟ كيف ستستخدمه؟
  • ابحث عن بعض المعلومات الأساسية، إذا كانت لديك إمكانية الاتصال بشبكة الإنترنت، تصفح الشبكة الإلكترونية لمشاهدة تصميمات لأنواع مختلفة من حوامل الهواتف الخلوية. هل توجد أنواع مختلفة؟ كيف تختلف عن بعضها؟ هل تقوم جميعها بنفس الغرض؟
  • حدِّد متطلبات حامل الهاتف الخاص بك، سوف تعتمد هذه المتطلبات على كيفية استخدام الحامل. على سبيل المثال، هل تحتاجه أن يصلُح لهواتف ذات أحجام مختلفة أم هاتف واحد؟ هل تريد إتاحة إمكانية تعديل زاوية الهاتف؟ هل تحتاج للتأكد من أن بعض الأزرار والمنافذ على الهاتف تظل قابلة للاستخدام في أثناء وضعه على الحامل؟ هل تحتاج إلى أن تكون قادرًا على الكتابة أو الضغط على أزرار الشاشة دون إسقاطه؟
  • فكِّر في بعض التصميمات لحامل الهاتف الخاص بك، ارسم مخططات لها على الورق واكتب المواد التي ستحتاج إليها لصنعه. حاول أن تفكر في ثلاثة تصميمات مختلفة على الأقل، ثم فكر كيف ستفي بمتطلباتك. أيها تظن أنه سيفي بمتطلباتك على نحو أفضل؟
  • اصنع نموذجًا أوَّليا لأفضل تصميماتك، قد تحتاج إلى تكرار العملية في هذه المرحلة! فعلى سبيل المثال، ربما كانت بعض الأجزاء غير متوافقة مع بعضها، كما كنت تظن، إذا واجهتك مشكلات في أثناء صنع النموذج الأوَّلي، فلا بأس أن تعدِّل التصميم أو حتى تستبدل به تصميمًا مختلفًا إذا لاحظتَ أنه لن يعمل على النحو المطلوب.
  • اختبر النموذج الأوَّلي، جرَّب أن تستخدمه بنفسك أو أعطِه لشخص آخر لتجربته، واستخدمه في مجموعة متنوعة من سيناريوهات الاستخدام الواقعية. على سبيل المثال، هل يمكنك توصيل كابل الشحن بالهاتف؟ إذا ضغطتَ على شاشة الهاتف، هل يسقط؟ يمكنك حتى أن تسقط الحامل لترى إن كان سينكسر أم لا. هل يفي النموذج الأوَّلي بجميع متطلباتك؟
  • إذا لم يكن يفي بمتطلباتك، فلتُعِد المحاولة من جديد، فقد حان الوقت لتكرار العملية وإجراء بعض التعديلات على تصميمك. استمر في تكرار العملية حتى يفي حامل الهاتف الخاص بك بجميع متطلباتك.
  • نشاط إضافي: حتى بعد أن يفي الحامل بجميع متطلباتك، لا يزال بإمكانك أن تحاول تحسينه، على سبيل المثال، هل يمكنك صنع حامل بنفس مستوى الأداء باستخدام خامات أقل؟ في العالم الواقعي، سوف يوفر هذا من تكاليف التصنيع.

الملاحظات والنتائج

هل عمل حامل الهاتف الخاص بك على نحو مثالي من المحاولة الأولى؟ ربما تكون قد اعتقدتَ أن لديك تصميمًا مثاليًا على الورق ثم فوجئت عند اكتشافك أنه لا يعمل على النحو المطلوب، ربما لم يكن هناك احتكاك كافٍ بين الحامل والطاولة، فانزلق عليها بسهولة، ربما كان ضيقًا جدًا فسقط عندما وضعت الهاتف به، أو ربما لم تكن الخامات التي استخدمتها صلبة بما يكفي وتداعت تحت وزن الهاتف.

يوجد العديد من الأشياء التي كان يمكن أن تسير على نحو خاطئ؛ لكن لهذا السبب صنعت واختبرت نموذجًا أوليًا أولًا!

لقد أتاح لك ذلك الفرصة لإجراء بعض التعديلات على تصميمك للتأكد من أنه يفي بجميع متطلباتك.

يقوم المهندسون بنفس الشيء؛ فأنت لا ترغب في تصميم منتج، والبدء في بيعه لتكتشف لاحقًا أنه لا يعمل كما ينبغي، ففي جميع الأحوال تقريبًا، يصنع المهندسون ويختبرون نماذج أولية قبل إطلاق المنتج النهائي. والآن وقد أصبحتَ على دراية بعملية التصميم الهندسي، ما الذي ستصممه بعد ذلك؟