خطوات التصميم الهندسي الخمس – صنع حامل للهاتف

ماذا تعرض

التصميم الهندسي عملية تكرارية: تحدد المشكلة ومعايير قابلة للقياس، ثم تقترح حلًا وتختاره، وتصنع نموذجًا أوليًا وتختبره، ثم توثّقه. في سيناريو حامل الهاتف يتحقق الاختبار من معيارين فيزيائيين: يجب أن يقع مركز كتلة الحمل فوق القاعدة، وأن يبقى إجهاد الانحناء σ = M/W (حيث W = b·t²/6) في ساق الدعم أقل من الإجهاد المسموح به للمادة. ويقدّم معامل «السيناريو» أيضًا تحديًا عالميًا هو توفير المياه النظيفة لقرية: يضع الطلاب معايير وقيودًا كمية، ويحلّون الضخ والمعالجة والتخزين كمشكلات فرعية، ويسجّلون كل دورة اختبار وتحسين، ثم يحكمون على النظام كله وفق المواصفات وفي مصفوفة قرار موزونة.

طريقة الاستخدام

استخدم «الخطوة التالية» و«الخطوة السابقة» للتنقل بين المراحل الخمس. في سيناريو حامل الهاتف اضبط المنتج والكتلة و«مادة النموذج الأولي» وزاوية الميل، ثم اضغط «اختبار الحمل»، واضغط «تحسين» عندما ينقلب النموذج أو ينكسر. اضبط «السيناريو» على تحدي مياه القرية للانتقال إليه: في الخطوة 1 اضبط عدد السكان واللترات لكل شخص وارتفاع الرفع والحدود، وفي الخطوات 2–4 اختر المضخة والمعالجة والخزان وحدّد أحجامها ثم اضغط «اختبار وتسجيل»، وفي الخطوة 5 غيّر الأوزان وقارن الخيارات.

المعاملات القابلة للتغيير

• المنتج المطلوب تصميمه حامل هاتف, رف كتب مكتبي صغير, حامل أقلام بقاعدة
• كتلة الجسم الموضوع عليه 100–1000 g
• مادة النموذج الأولي كرتون سُمكه 3 mm, خشب رقائقي رقيق سُمكه 5 mm, بلاستيك PLA مطبوع بالطباعة ثلاثية الأبعاد سُمكه 4 mm, صفيحة ألومنيوم سُمكها 2 mm
• زاوية ميل الجسم عن سطح الطاولة 20–80 °
• السيناريو خمس خطوات: حامل الهاتف, تحدٍّ عالمي: مياه نظيفة لقرية
• عدد سكان القرية (سيناريو المياه) 100–2000 شخص

أسئلة للاستكشاف

1. كيف تغيّر زيادة زاوية الميل موضع مركز الكتلة وخطر الانقلاب؟
2. أي مواد النموذج الأولي تتحمل حملًا كتلته 1000 g، وأيها يفشل بالانكسار لا بالانقلاب؟
3. لماذا تمنع إطالة القاعدة الانقلاب لكنها لا تمنع انكسار ساق الدعم؟