Physics · الكتاب 1 · Grades 1–9

الفيزياء في المرحلتين الابتدائية والإعدادية

الفيزياء في المرحلتين الابتدائية والإعدادية · Grades 1–9

23الدارات على التسلسل

في السنة الماضية أظلمت سلسلة أضواء زينة لأن مصباحًا واحدًا فقط كان ناقصًا — ووعدنا بأن لترتيبها اسمًا. وها هو ذا: الدارة على التسلسل، أبسط طريقة لوضع لاعبين كثيرين على حلقة واحدة. ولها قواعد بيت صارمة، والمصباح اليدوي في درجك يطيعها منذ الأزل.

23.1 حلقة واحدة ولاعبون عدّة

تعريف 23.1 (على التسلسل)

يكون اللاعبون في دارة على التسلسل حين يجلسون على حلقة واحدة، واحدًا بعد الآخر، مثل خرزات في قلادة واحدة: فطريق التيار يمرّ في الأول، ثم في الثاني، ثم في الثالث، بلا تفرّع في أي موضع. والدارة المبنيّة هكذا دارة على التسلسل.

دارة على التسلسل: بطارية وقاطعة ومصباحان على حلقة واحدة — وكل لاعب منظوم في القلادة نفسها.
دارة على التسلسل: بطارية وقاطعة ومصباحان على حلقة واحدة — وكل لاعب منظوم في القلادة نفسها.

طريقة 23.2 (كيف تبنيها)

ببطارية واحدة ومصباحين وقاطعة وأسلاك:

  1. ابدأ من قطب البطارية ++ بسلك إلى القاطعة؛
  2. ثم سلك من القاطعة إلى المصباح الأول، ومن المصباح الأول إلى الثاني؛
  3. ثم أغلق الحلقة: من المصباح الثاني رجوعًا إلى قطب البطارية -؛
  4. ثم اطقّ القاطعة وراقب المصباحين معًا.

وتتبّع الحلقة بإصبعك قبل التشغيل: فإن اضطرّ إصبعك يومًا إلى الاختيار بين طريقين فليست دارةً على التسلسل.

23.2 قواعد البيت

قضية 23.3 (قواعد الحلقة الواحدة)

في الدارة على التسلسل:

  1. الكلّ أو لا شيء: فراغ واحد في أي موضع — قاطعة مفتوحة، أو مصباح تالف، أو سلك مرتخٍ — يوقف كل لاعب في الحال؛
  2. الترتيب لا يهمّ: بدّل المصباحين، وانقل القاطعة إلى الجهة الأخرى من الحلقة — يتصرّف كل شيء كما كان بالضبط؛
  3. التقاسم: كلما كثرت المصابيح على الحلقة خفت توهّج كل واحد منها؛ فدفع البطارية يُتقاسم على طول القلادة كلها.

مثال 23.4 (رؤية القواعد)

ابنِ دارة المصباحين واختبر كل قاعدة. فُكّ أيًّا من المصباحين: يعتم الاثنان — وهي القاعدة الأولى (فالمقبس الفارغ فراغ). وبدّل المصباحين، أو انقل القاطعة بينهما: لا تغيّر البتة — وهي القاعدة الثانية. والآن أعد البناء بمصباح واحد: يسطع وحده سطوعًا أظهر ممّا كان مع رفيقه — وهي القاعدة الثالثة، معكوسة.

مثال 23.5 (أضواء الزينة، وقد حُلّ لغزها)

اللغز القديم لم يعد لغزًا: فمصابيح الزينة على التسلسل، عشرات الخرزات في قلادة واحدة. والمصباح الناقص فراغ، والقاعدة الأولى تُظلم السلسلة كلها. والبحث عن المصباح المذنب بتجريبها واحدًا واحدًا علّم أجيالًا من الأسر القاعدةَ الأولى تعليمًا قاسيًا — أما السلاسل الحديثة فمبنيّة على نحو آخر، كما ستبيّن السنة القادمة.

ملاحظة 23.6 (القاطعة تأمر الجميع)

للقاعدة الثانية نتيجة مفيدة: أن قاطعة واحدة، موضوعة في أي موضع من الحلقة، تأمر كل لاعب عليها. ولهذا تستطيع قاطعة جدارية واحدة أن تتحكّم في صفّ كامل من أضواء السقف — ولهذا نفسه لا تستطيع أن تُطفئ مصباحًا واحدًا من سلسلة على التسلسل من غير أن تُطفئها كلها.

23.3 بطاريات أكثر في القلادة

مثال 23.7 (رأسًا إلى ذيل)

تستطيع البطاريات أن تصطفّ على التسلسل أيضًا — لكنها أدقّ مزاجًا من المصابيح: إذ يجب أن تقف رأسًا إلى ذيل، بحيث يلمس القطب ++ في كل بطارية القطب - في التالية. وبطاريتان مصطفّتان هكذا تدفعان معًا، فيسطع المصباح سطوعًا أظهر منه مع واحدة. أدِر إحدى البطاريتين — رأسًا إلى رأس — فيتقاتل الدفعان: فلا يعطي المصباح شيئًا.

بطاريتان مصطفّتان رأسًا إلى ذيل تدفعان معًا: فيتوهّج المصباح نفسه أسطع منه مع بطارية واحدة.
بطاريتان مصطفّتان رأسًا إلى ذيل تدفعان معًا: فيتوهّج المصباح نفسه أسطع منه مع بطارية واحدة.

مثال 23.8 (داخل المصباح اليدوي)

افتح مصباحًا يدويًّا: تنزلق البطاريات فيه واحدة خلف الأخرى في أنبوب — وهو اصطفاف رأسًا إلى ذيل جاهز — ثم يُكمل المصباحُ وقاطعةُ الزرّ حلقةً واحدة عبر الغلاف. فالمصباح اليدوي دارة على التسلسل في جيبك. وأنت تعرف الآن لماذا يعتم إذا أُدخلت بطارية واحدة مقلوبة: رأسًا إلى رأس، فيتلاشى الدفعان.

23.4 تمارين

تمرين 23.1

ماذا يعني “على التسلسل”؟ وأيّ صورة من الحياة اليومية يستعملها الفصل لها؟

حل

حل التمرين 23.1.

أن يجلس اللاعبون على حلقة واحدة، واحدًا بعد الآخر، بلا تفرّع — مثل خرزات منظومة في قلادة واحدة.

تمرين 23.2

اذكر قواعد بيت الدارة على التسلسل الثلاث.

حل

حل التمرين 23.2.

الكلّ أو لا شيء (ففراغ واحد يوقف الجميع)؛ والترتيب لا يهمّ (فتبديل اللاعبين لا يغيّر شيئًا)؛ والتقاسم (فكثرة المصابيح على الحلقة تعني توهّجًا أخفت لكل واحد).

تمرين 23.3

في دارة المصباحين فُكّ المصباح 2. فماذا يحدث للمصباح 1، ولماذا؟ وأيّ قاعدة تعمل هنا؟

حل

حل التمرين 23.3.

يعتم المصباح 1 أيضًا. فالمقبس الفارغ فراغ في الحلقة الواحدة، والقاعدة الأولى — الكلّ أو لا شيء — توقف كل لاعب في الحال.

تمرين 23.4

تنقل زوي القاطعة من قبل المصباح 1 إلى بعد المصباح 2. فما الذي يتغيّر في تصرّف الدارة؟ وأيّ قاعدة تقول ذلك؟

حل

حل التمرين 23.4.

لا يتغيّر شيء: فالقاطعة تظلّ تأمر المصباحين كما كانت بالضبط. وهي القاعدة الثانية — الترتيب على الحلقة لا يهمّ.

تمرين 23.5

بطارية واحدة تضيء مصباحًا واحدًا إضاءة جيدة. توقّع السطوع مع: مصباحين على التسلسل؛ ثلاثة مصابيح على التسلسل. وما الذي يُتقاسم؟

حل

حل التمرين 23.5.

مصباحان: كل واحد أخفت بوضوح ممّا كان عليه المصباح المفرد. وثلاثة: أخفت بعد. ودفع البطارية هو الذي يُتقاسم على طول القلادة كلها.

تمرين 23.6

كيف يجب أن تقف بطاريتان لتدفعا معًا؟ ارسم الاصطفاف وعلّم ++ و- على كل بطارية.

حل

حل التمرين 23.6.

رأسًا إلى ذيل: القطب ++ في إحداهما يلمس القطب - في الأخرى، فتدفعان معًا في الجهة نفسها حول الحلقة. والرسم: [+  ][+  ]+-\,[{+}\;{-}]\,[{+}\;{-}]\,+ مصطفّة على خطّ واحد.

تمرين 23.7

تتبّع حلقة مصباح يدوي: سمِّ اللاعبين الذين يزورهم التيار من قطب البطارية ++ رجوعًا إلى قطبها -.

حل

حل التمرين 23.7.

من ++: عبر شريط الغلاف المعدني إلى قاطعة الزرّ، ثم عبر القاطعة إلى المصباح، ثم عبر خيط المصباح المتوهّج، ثم رجوعًا على طول الأنبوب — عبر البطارية الثانية، رأسًا إلى ذيل — إلى القطب - في البطارية الأولى. حلقة واحدة بلا تفرّع.

تمرين 23.8

دارة جرس باب فيها بطارية وزرّ والجرس على التسلسل. فأين تستطيع أن تضيف زرًّا ثانيًا بحيث لا يرنّ الجرس إلا حين يُضغط الزرّان كلاهما؟

حل

حل التمرين 23.8.

في أي موضع من الحلقة نفسها — مثلًا بعد الزرّ الأول مباشرة. فعلى التسلسل يجب أن يكون الزرّان مغلقين معًا لإكمال الطريق الواحد، فلا يرنّ الجرس إلا حين يُضغطان معًا.

تمرين 23.9

سلسلة من عشرة أضواء زينة على التسلسل معتمة. والمصابيح كلها تبدو سليمة. صِف خطة صبورة، بمصباح سليم معروف، لإيجاد المصباح التالف.

حل

حل التمرين 23.9.

استبدل المصباح السليم المعروف بالمصباح الأول؛ فإن أضاءت السلسلة كان المصباح المنزوع هو المذنب. وإن لم تُضئ فأعد الأصلي وانتقل إلى المقبس الثاني، وهكذا على طول السلسلة. وعند مقبس ما ستضيء السلسلة — والمصباح الذي نُزع توًّا هو الخرزة التالفة.

تمرين 23.10 ★★

مصباح توم اليدوي يأخذ بطاريتين ويسطع سطوعًا جميلًا. وبعد تبديل البطاريتين في العتمة لا يعطي شيئًا — مع أن البطاريتين الجديدتين ممتلئتان، والمصباح سليم، ولا سلك مرتخيًا. فماذا فعل توم، ولماذا يبقى المصباح معتمًا؟ (انظر المثال 23.7.)

حل

حل التمرين 23.10.

أدخل توم في العتمة إحدى البطاريتين مقلوبة. فرأسًا إلى رأس يتقاتل دفعا البطاريتين بدل أن يصطفّا، فلا ينال المصباح شيئًا — والتعادل تعادل ولو كان بكامل القوة. وقلب إحدى البطاريتين يعيد الاصطفاف رأسًا إلى ذيل ويعيد الضوء.

تمرين 23.11 ★★

تريد مهندسة أن تضع قاطعة إيقاف طارئ واحدة لآلة يقع محرّكها على حلقة واحدة مع بطاريته. فتقول: “أيّ موضع من الحلقة يفي بالغرض.” أهي مصيبة؟ ولماذا تفشل خطتها لو كانت في دارة الآلة طرق متفرّعة؟ (ولفصل السنة القادمة اسم لتلك الطرق.)

حل

حل التمرين 23.11.

هي مصيبة: فعلى حلقة واحدة تأمر القاطعةُ في أي موضع كلَّ شيء — إذ الترتيب لا يهمّ. أما مع الطرق المتفرّعة فقد يلتفّ التيار حول قاطعتها عبر فرع آخر، فيظلّ المحرّك يعمل؛ والدارات المتفرّعة تحتاج إلى عناية أكبر في موضع القاطعة (وهي دارات التفرع في السنة القادمة).

المصطلحات المعرَّفة في هذا الفصل

عرض كل المصطلحات (393) في المسرد