الأستاذ الدكتور المهندس مصطفى محمد الجمال*

 

قال الله تعالى: {آَتُونِي زُبَرَ الْحَدِيدِ حَتَّى إِذَا سَاوَى بَيْنَ الصَّدَفَيْنِ قَالَ انْفُخُوا حَتَّى إِذَا جَعَلَهُ نَارًا قَالَ آَتُونِي أُفْرِغْ عَلَيْهِ قِطْرًا (96) فَمَا اسْطَاعُوا أَنْ يَظْهَرُوهُ وَمَا اسْتَطَاعُوا لَهُ نَقْبًا (97) قَالَ هَذَا رَحْمَةٌ مِنْ رَبِّي فَإِذَا جَاءَ وَعْدُ رَبِّي جَعَلَهُ دَكَّاءَ وَكَانَ وَعْدُ رَبِّي حَقًّا (98)} (سورة الكهف).

سوف نتناول في هذا المقال هذه الآيات التي شملت الكثير من العلوم الهندسية وذات تطبيقات عالية التقنية نقوم بتدريسها في سبعة عشر علمًا من قمم العلوم الهندسية في كليات الهندسة مثل :

– علوم السبائك المعدنية وعلوم تشكيل المعادن. – علوم قطع المعادن وهندسة اللحام. – علوم الفلزات والتعدين. – خواص المواد وإختبارها. – علوم فحص الوصلات وتحديد درجات الجودة ودرجات التوكيد. – علوم التحاليل الكيميائية. – علوم التقسية للمعادن. – علوم زحف المعادن. – علوم تغطية المعادن بمعادن أخري. – علوم تصنيع الحديد الزهر. – علوم تصنيع الفولاذ. – علوم تسييل وصهر وسباكة الحديد. – علوم الصدأ. – علوم تقنيات مقاومة الصدأ. – علوم تقنيات المواد. – علوم كلل وحساب أعمار التشغيل الآمن للمنشأت الهندسية. – حساب مكائن الشروخ وكيفية تقليل الإنهيار الهش المفاجئ والشروخ. (…)

إعجاز الآيات في كلمات وصف أهم خصائص السبائك المعدنية الحديدية:

أجمعت كتب التفاسير ومنها الجلالين وابن كثير والطبري والقرطبي والبيضاوي والميسر وغيرها من أن المقصود بزبر الحديد هو قطع الحديد السابق إستخدامها وهو ما يعرف باسم الحديد المطروق لما له من خواص ميكانيكية أهمها أنه عند إختزاله داخل أحد الأفران فإنه يتحول إلى الفولاذ أي الصلب وهو مادة متينة وقوية ومعمرة. أما حافتي الصدفين فالمقصود بهما حافتي الجبلين أي حافتي اللوحين وعملية المساواة بين حافتي الجبلين أو اللوحين هي ضرورة من الضرورات الهندسية وهذا هو ما نعرفه نحن الآن باسم “شطف حافتي اللوحين” وهذا هو أحد البديهيات المستخدمة في عمليات اللحام.

وعن ضرورة مساواة حافتي اللوحين في منطقة اللحام في حالة أن يكون اللوحين أي الجبلين غير متساويين فيجب مساواة الحواف بعضها ببعض حتى يكون البناء قوياً ولا يحدث فيه شروخ أو يحدث فيه إنحرافاً يؤدي إلى تكون ظاهرة الإجهادات المتبقية مما يجعل من المنشأ الهندسي بناءاً هشًا وضعيفًا. وتتجلّى مقدرة الله عز وجل في إعطاء هذا الجسم البالي مناعة خالدة في أن ذي القرنين أتى بالقطر وصبه وهو سبيكة النحاس المنصهر-كما جاء بتفسير الطبراني وإبن كثير والميسر وغيرهم – والذي يحتوي على تسعة وثلاثين عنصرًا كيميائيًا مثل القصدير والنيكل والفانديوم والثورميوم والنيوبيوم والكروم والتيتانيوم وغيرها من العناصر الكيميائية وجميعها عناصر تعطي السبيكة المناعة والقوة وتكسبها الخواص اللازمة لمقاومة الصدأ. وهذه في حد ذاتها معجزة أخرى سنتناولها ببعض التفصيل في هذا المقال العلمي الديني الثقافي والله سبحانه وتعالى أعلم.

 

 صورة لتمثال في إيران للملك الفارسي كورش، والذي يعتقد أنه هو ذو القرنين، ظهر فيه كورش، وعلى جانبيه جناحان، كجناحي العقاب، وعلى رأسه قرنان كقرني الكبش.(الرأي للمؤلف)

جاء في تفسير الجلالين عن الآية رقم (96) : ( آتوني زبر الحديد) قطعة على قدر الحجارة التي يبنى بها فبنى بها وجعل بينها الحطب والفحم (حتى إذا ساوى بين الصدفين) بضم الحرفين وفتحهما وضم الأول وسكون الثاني أي جانبي الجبلين بالبناء ووضع المنافخ والنار حول ذلك (قال انفخوا) فنفخوا (حتى إذا جعله) أي الحديد (نارا) أي كالنار (قال آتوني أفرغ عليه قطرا) هو النحاس المذاب تنازع فيه الفعلان وحذف من الأول لإعمال الثاني فأفرغ النحاس المذاب على الحديد المحمي فدخل بين زبره فصار شيئًا واحدًا. ويقول التفسير الميسر:” أعطوني قطع الحديد، حتى إذا جاؤوا به ووضعوه وحاذوا به جانبي الجبلين، قال للعمال: أجِّجوا النار، حتى إذا صار الحديد كله نارًا، قال: أعطوني نحاسًا أُفرغه عليه.” وعن تفسير الأية رقم (97) فيقول تفسير الجلالين : “(97 – (فما اسطاعوا) أي يأجوج ومأجوج (أن يظهروه) يعلوا ظهره لارتفاعه وملاسته (وما استطاعوا له نقبا) خرقا لصلابته وسمكه. بينما يقول تفسير الميسر: ” فما استطاعت يأجوج ومأجوج أن تصعد فوق السد؛ لارتفاعه وملاسته، وما استطاعوا أن ينقبوه من أسفله لبعد عرضه وقوته.” (…)

أهم ما توصل إليه علماء الحاضر من تقنيات خصائص لحام وصدأ الحديد وسبائكه والعلاقة بينهما:

نبذة تاريخية عن إكتشاف عصر لحام المعادن الحديدية:

أُكُتْشِفَ اللحام بالصدفة في نهاية القرن التاسع عشر حينما كان أحد عمال المطاط البريطانيين يقوم بإعداد كوبًا من الشاي في ورشته، حيث اعتاد أن يوصل ملفًا كهربائيًا بمسمار ويضع الملف داخل كوبًا من الماء، وعندما استخدم كوبًا معدنيًا بدلاً من الكوب الخزفي الذي اعتاد أن يستخدمه ونسي أن يفصل الملف عن الكهرباء، وما أن غلى الماء حتى رفع الملف دون فصل التيار، فإذا به يلاحظ أن هناك شرارة تولدت عند قمة رأس المسمار وأحدثت إنصهاراً لجزء من المسمار.

وظل هذا الموضوع في طي النسيان حتى عام 1921 حينما قام أحد أساتذة الرياضيات بالجامعة الإمبراطورية بلندن بوضع تفسير رياضي ومعادلات قام بوضع صيغتها العالم “دافيد روزنتال” الأب والتي كانت بالصعوبة بمكان مما جعل “دافيد روزنتال” الإبن الى تبسيط معادلات والده وزاد عليها حساب معدل التبريد وعلاقته بالتغيرات الميتاليرجية وكان ذلك خلال عام 1938.

وما أن بدأت الحرب العالمية الثانية خلال عام 1939 حتى حدث نقص شديد في عنصر الرجال والذين حملوا السلاح ولم يبقى سوى عنصر السيدات. ولما كانت الحاجة إلى بناء عدد ثمانية آلاف من السفن ضرورية ولما كانت السفن آنذاك يتم تصنيعها بطريق البرشام والذي يشكل عبئًا ثقيلاً على السيدات نتيجة تكوينهم الجسدي وضعف حيلتهم في رفع وزن ثقيل يتمثل في وزن المطرقة والتي تصل إلى 30 كيلوجرامًا في الرقعة الواحدة، لذلك فلم يكن هناك من بديل سوى إستخدام اللحام كوسيلة من وسائل بناء السفن. وظلت التصميمات الهندسية كما هي دون حدوث تغيير بما يتناسب مع حقيقة الموقف الهندسي آنذاك. وما أن تم بناء الثمانية آلاف من هذه السفن، والتي تم إطلاق اسم “سفن الحرية” عليها بعدد ثلاثة آلاف سفينة لنقل البضائع الجافة كالطعام والذخيرة وعدد خمسة آلاف كسفن لنقل السوائل مثل النفط والوقود فيما بين دول الحلفاء، حتى كان يحدث صوت شديد ثم يعقب هذا الصوت حدوث إنشطار الوحدة ثم غرقها. وكان منطقيًا آنذاك أن يتم إلقاء اللائمة على الألمان وحلفائهم، لدرجة أن الظنون كانت تشير إلى أعمال تخريب وأعمال إرتطام بألغام بحرية أو نتيجة إطلاق طوربيد من إحدى الغواصات المتواجدة في المنطقة. ولم يدر في خلد الحلفاء ودول المحور على حد سواء أن يكون بنهاية الحرب العالمية الثانية وخلال عام 1944 أن عدد السفن الباقية كان ثلاثة سفن فقط من جملة الثماني آلاف التي كان قد تم بناؤها.

وما أن جاء عام 1948 حتى شهد العالم فاجعة هندسية تمثلت في حدوث انفصال في أحد السفن والتي سبق وأن بنيت بنفس التصميم وباستخدام طريقة اللحام، والتي كان مقدرًا إنزالها وتدشينها يوم 19 أغسطس عام 1948، وقبل أن تذهب ولية العهد – والتي أصبحت فيما بعد ملكة إنجلتر- كي ترطم مقدمة السفينة بزجاجة الشمبانيا وتقول لها “سيري على بركة الله”، حتى حدث ظهر اليوم السابق لعملية التدشين أن حدث صوت يشبه الرعد فقد إنفصل الجزء الخلفي عن الجزء الأمامي للسفينة. وغرق النصف الأخير من السفينة بينما ظل النصف الأمامي كما هو على رصيف البناء. مما حدا الهيئات البريطانية والأمريكية آنذاك ونتيجة تكرار نفس الظاهرة ولكن في الولايات المتحدة الأمريكية هذه المرة حيث إنقسمت السفينة الناقلة “شيناكتادي” وهي مازالت على رصيف التجهيزات بميناء بورتلاند بولاية أوريجون. إلى إختيار عالم وأستاذ المواد بالجامعات البريطانية (البروفيسور موت) كي يدرس المشكلة ويعترف بالحقيقة المذهلة وهي ضرورة أن يتم مساواة حافتي اللوحين في منطقة اللحمة والتي أشارت إليها الآيات الكريمة.

 

 صورة توضح السفينة “شيناكتادي” وقد انقسمت الي شطرين وهي مازالت راسية علي رصيف حوض التجهيزات بأحد ترسانات بناء السفن بالولايات المتحدة الأمريكية

 

“حتى إذا ساوي بين الصدفين” أي الحافتين، كما أشار البروفيسور موت الى عدة حقائق وتوصيات جميعها يتماشي مع ما تم ذكره في طي كلمات الآية منها على سبيل المثال:

1- ضرورة تقليل معدل التبريد والتحكم في درجات الإنتقال وعدم حدوث إنحراف ومن ثم تقليل ظاهرة تكون الشروخ وحدوث الإجهادات المتبقاة [نراها في قوله تعالى “حتى إذا جعله نارا”]، والله أعلم.

2- ضرورة عمل تدريج في منطقة اللحمة فيما بين سمكي المعدنين المختلفي السمك مع ضرورة أن تكون وصلة اللحام من النوع التناكبي وليس من النوع التراكبي، حيث أن الوصلة الملحومة في حالة التراكب تصبح في حالة قص واللحام ضعيف المقاومة لمثل هذا النوع من التحميل [نراها في قوله تعالى :”حتى إذا ساوى بين الصدفين”] فلفظ “حتى” هنا يعني من الناحية الهندسية ضرورة عمل هذا التدريج حتى تصبح الوصلة الملحومة متينة وقوية ويعطي الوصلة مناعة ضد حدوث الشروخ، والله أعلم.

3- ضرورة عمل نظام وقائي لحماية المعدن المنصهر من عوامل الجو مثل الصدأ وزيادة تفاعله مع المعدن المصهور من مادة البنية الأساسية لمعدن اللوحين بما يؤدي الى عملية تزاوج بين المعدنين [نراه في قوله تعالي”أفرغ عليه قطرا”]، والله أعلم.

4- ضرورة التحكم في معدلات التبريد والتخلص من الجيوب الهوائية والعيوب الداخلية في الوصلة الملحومة وكذلك ضرورة تقليل آثار التحول الفلزي عند درجات الحرارة الحرجة، [نراها في قوله تعالى “قال أنفخوا”، “حتى إذا جعله نارا”]، والله أعلم.

وهكذا فإن التقنيات الحديثة نراها وقد تجلت في ثنايا كلمات الله، ونرى هذه الكلمات تحمل الخير لكافة البشر على صنوف ألوانهم وتباين ألسنتهم وإختلاف علومهم وما يمتلكونه من تقنيات حسب ما يتاح لهم، ونجد الآيات في طي هذه الكلمات تثبت حقيقة علمية مؤكدة وهي إستخدام الصلب المغطى بطبقة من القطر نظرًا لمناعة هذه السبيكة ضد عوامل الكسر والإنهيار المفاجئ من ناحية ولشدة متانتها الكبيرة من ناحية أخرى.

لذلك فقد تم تطوير وإستخدام سبيكة الصلب بسمك يصل الى 5ر9 مم ووضع طبقة قشرة خارجية من القطر أعلى السطح بسمك يصل إلى 5ر0 مم ليكون الناتج من هذه السبيكة هو 10مم، وتتمتع هذه السبيكة المعدنية بمقدرة هندسية خارقة من ناحية متانة الكسر حيث كانت خمسمائة ضعف النحاس و250 مرة قدر متانة الصلب. وهذا تصفه الآية الكريمة بلفظ “فما أسطعوا أن يظهروه” فالتاء هنا قد تم إختزالها تتيجة ما تتمتع به هذه السبيكة من متانة خارقة وقوة معمرة لا يضاهيها في هذه الخواص أي مادة هندسية أخرى. فقد يكون ظهور الشئ يعني والله أعلم إخضاعه لجبروت القوى القوية وجبروت القوى الطاغية الباغية كقوله تعالى : “إن يظهروا عليكم يرجموكم أو يعيدكم في ملتهم ولن تفلحوا إذن أبدا”.

كما جاء بتفسير البيضاوي من أن ظهور الشيء يعني قهره وإخضاعه للقوة الطاغية وهذا أقرب إلى تفسير أن الظهور يعني هنا والله أعلم إخضاع السبيكة لحدوث الخضوع الذي يؤدي إلي الإنهيار والكسر.

بعض أهم التطبيقات الهندسية الحديثة لسبيكة الصلب المغطي بالقطر

من هنا فقد تم تطبيق إستخدام هذه السبيكة في قاع الزوارق السريعة والتي نعرفها نحن الآن باسم سفن السطح المتأثر والتي يتطلب فيها أن تكون مقاومة البدن لقوى تصادم الأمواج كبيرة ونتيحة الضغوط واجهادات التلهث وإجهادات الدق الرأسية والتي تتولد نتيحة الطفرة في زيادة السرعة من 35 عقدة إلى أن تصبح 120 عقدة وأكثر عند نفس القدرة المحركة وبعد حدوث الوسادة الهوائية والتي تضخ الهواء أسفل قاع المقدم مما يعني ضرورة إستخدام مواد قوية وخفيفة في ذات الوقت، وهذا لا يتأتى سوى بإستخدام هذه المادة لما تتمتع به من خواص المقاومة الديناميكية.

وهكذا فإن التقنيات الحديثة تشير الى إستخدام الصلب المغطى بطبقة من القطر نظرًا لمناعة هذا المعدن ضد عوامل الكسر والإنهيار المفاجئ من ناحية ولشدة متناته الكبيرة من ناحية أخرى. (…)

__________________________________

* أستاذ في كلية الهندسة، جامعة الإسكندرية، جمهورية مصر العربية. وللراغبين بمتابعة البحث بكامله مراجعة الموقع www.55a.net

أهم المصادر والمراجع العلمية:

1- METALLURGICAL CONSULTANTS: “Materials Failure Analysis,” http://www.materialsengineer.com/

2- EL-GAMMAL, M.M.: “Verses of Ferrous Alloys Stated within the Holy Book,” Book to be published, 2006/2007.

3- TWI: “Schenectady T2 tanker,” http://www.twi.co.uk/j32k/index_abo.xtp

1- EL-GAMMAL, M.M.: “Corrosion Prediction and Methods of Elimination with Applications to Offshore Structure,” AMPT’95, International Conference, Dublin City University, Ireland, 1995.

2- EL-GAMMAL, M.M.: “Scheme of Coating and Surface Treatment for Improving Corrosion Resistance with Application to Marine Structures,” Advances in Surface Engineering, vol.3, Royal Society of Chemistry, London, U.K., 1997

3- EL-GAMMAL, M.M.: ”Relationship between Arc-Welding Processes and the Evolution of Corrosion in Welded Joints: Reasons & Remedies,” 7th. International Conference on Production Engineering, Design and Control, PEDAC’01, Alexandria, Egypt, February 2001.

4- EL-GAMMAL, M.M.: “Fatigue Life Prediction in the Presence Inherited Defects and Corrosion with Marine Applications,” IMERASET, Proceedings Part B No. B3, Journal of Marine Design and Operations, 2003.

5- KEY TO STEEL: “Brittle Fracture and Impact Testing: Part One,” http://www.key-to-steel.com/Articles/Art136.htm

6- METALLURGICAL CONSULTANTS: “Ductile and Brittle Metal Characteristics,”http://www.materialsengineer.com/CA-ductbrit.htm

7- POWELLS: “Engineering Damage Mechanics: Ductile, Creep, Fatigue and Brittle Failures,” http://www.powells.com/cgi-bin/biblio?inkey=4-3540215034-0

8- RAJ K. KRISHNASWAMY: “Analysis of Ductile and Brittle Failures from Creep Rupture Testing of Hdpe Pipes,” Friday, 4 November 2005, http://aiche.confex.com/aiche/2005/techprogram/P17320.HTM

9- BRITTLE FAILURES, http://composite.about.com/library/glossary/b/bldef-b797.htm

10- ATRCOMPOSITES:“Automotive Industry,” http://www.atrgroup.it/ATRCOMPOSITES/index.htm

11- DUCTILE AND BRITTLE FAILURES: http://www.nps.navy.mil/avsafety/gouge/structures/tsld004.htm

12- WIKIPIDIA: “Fracture ,” http://en.wikipedia.org/wiki/Brittle_failure

13- METALLURGICAL CONSULTANTS:”Welding,” http://www.materialsengineer.com/A-failue.htm.

14- SOUTH WEST RESEARCH INSTITUTE: “Gas Turbine Technology-Root Cause Failure Diagnosis,” http://www.swri.edu/4org/d18/mechflu/planteng/gasturb/failure.htm#Forensic%20Investigation

15- METALS: “Properties and uses of metal,” Book published in 2005.

16- Facilities and Equipment Maintenance, http://www.constructionmaintenance.org/index.htm