الهيدروليكا هي دراسة كيفية تصرف السوائل عندما تكون في حالة حركة. ينطبق هذا على تدفق السوائل في الأنابيب والأنهار والقنوات، كما ينطبق على السوائل الموجودة داخل الخزانات أو أماكن التخزين الأخرى. يساعد فهم علم الهيدروليكا المدن على إبقاء أنظمة المياه ومجاري الصرف الصحي تعمل بسلاسة. كما أدى هذا الفهم إلى اختراع آلات قوية تساعد في إنجاز مختلف أنواع الأعمال.

تعلّمت الشعوب القديمة كيفية استخدام المياه الجارية لأداء الأعمال. فقد استُخدمت المياه لتشغيل الطواحين وتوفير الري للزراعة. ولاحقًا، تمكن الناس من استخدام السوائل بشكل أوسع بعد أن اكتشف العلماء أن جميع السوائل تتبع قواعد معينة. فقد تعلموا أن الضغط في السائل ينتقل بشكل متساوٍ في جميع الاتجاهات. أي أنه عندما يُضغط على السائل في أنبوب، فإن السائل سيدفع بقوة على أي جسم يعترض طريقه، حتى لو كان هذا الجسم أكبر من الأنبوب الأصلي. لذلك، من الممكن استخدام كمية صغيرة من القوة لإنتاج قوة أكبر في مكان آخر.

في القرن التاسع عشر، تمكن العلماء من استخدام معرفتهم بالسّوائل لتطوير أنظمة توفر الطاقة لتشغيل المعدات في المصانع. ومنذ ذلك الحين، تعلّم الآخرون كيفية استخدام قوة السوائل في العديد من الآلات. فعلى سبيل المثال، تستخدم الطائرات والسيارات الحديثة الأنظمة الهيدروليكية لتشغيل الفرامل وآليات التوجيه. كما تُستخدم الأنظمة الهيدروليكية في الروبوتات الصناعية وفي معدات الحفر الكبيرة في مواقع البناء. وغالبًا ما يكون السائل المستخدم هو نوع من الزيت، لأن الزيت الخفيف أفضل من الماء؛ فهو لا يتجمد، ولا يسبب الصدأ، ويحافظ على تشحيم الأجزاء المتحركة.


تُسهّل أنظمة الهيدروليكا نقل الأجسام الثقيلة. على سبيل المثال، يستطيع ميكانيكيو السيارات استخدام قوة صغيرة لتوليد قوة أكبر ترفع السيارة في الهواء.المصدر: rancholabs

للهيدروليكا تطبيقات كثيرة وواسعة المجالات في حياتنا. إذا أردت التعرّف على الهيدروليكا بشكل عملي جرّب صندوق برق للذراع الهيدروليكي حيث ستقوم بصنع ذراع تتحرك بقوة ضغط الماء. كما لدينا أيضاً صندوق استكشاف الهيدروليكا الذي سيوفر لك كل ما ستحتاجه لصنع كل من دودة الماء والرافعة المقصّية  كتطبيقات على الهيدروليكا. 

كيف يعمل النظام الهيدروليكي؟
تعتمد الأنظمة الهيدروليكية في بنائها وتشغيلها على مبادئ علمية أساسية تُعرف باسم "قانون باسكال" و"مبدأ برنولي". ينص قانون باسكال على أن التغير في الضغط داخل سائل مغلق ينتقل بالتساوي في جميع الاتجاهات. فعندما يُطبّق الضغط على نقطة واحدة في سائل غير قابل للانضغاط، فإن هذا الضغط ينتقل فورًا إلى جميع الأجزاء الأخرى دون أي فقدان. ويُعتبر هذا المبدأ أساسًا للأنظمة الهيدروليكية، حيث يتيح للآلات تنفيذ مهام ضخمة بسهولة ودقة.

وعند تطبيق هذا القانون على الأنظمة الهيدروليكية في الواقع، يتدفّق السائل (عادةً زيت) من منطقة ذات ضغط عالٍ إلى منطقة ذات ضغط منخفض، ناقلًا الطاقة خلال حركته. ويتدفّق السائل المضغوط عبر شبكة من الأنابيب والخراطيم والصمامات لتوليد القوة والحركة. ويحدث هذا التّحرك عندما يؤثر السائل المضغوط على مكبس، فيدفعه إلى الأعلى أو الأسفل، مما يؤدي إلى تحريك أجزاء من الآلة لأداء مهمة معيّنة.

بليز باسكال فيزيائي ورياضي وفيلسوف فرنسي اشتهر بتجاربه على السوائل في مجال الفيزياء.المصدر: wikipedia.org

أمّا مبدأ برنولي الذي أرساه دانييل برنولي في عام 1738، يُعدّ أحد الركائز الأساسية في ميكانيكا السوائل، وهو مرتبط ارتباطًا وثيقًا بعمل الأنظمة الهيدروليكية. ينص هذا المبدأ على أن زيادة سرعة تدفّق السائل تترافق مع انخفاض في ضغط السائل أو طاقته الكامنة. وبعبارة أبسط، كلما زادت سرعة تدفق السائل، قلّ الضغط الذي يُمارسه.

في الأنظمة الهيدروليكية، يُعتبر هذا المبدأ ضروريًا عند تنظيم معدل تدفق السائل الهيدروليكي. وتستفيد الأنظمة الهيدروليكية الحديثة من مبدأ برنولي لتحسين توزيع الضغط وسرعة تدفق السائل داخل النظام، مما يضمن كفاءة التشغيل ويُقلل من فقدان الطاقة.


دانييل برنولي عالم رياضيات وفيزيائي سويسري من أصل هولندي المصدر: wikipedia.org