تتطلب التصميمات المعمارية فهم واستخدام القوانين الفيزيائية، ومن الأمثلة الأساسية على ذلك قوانين نيوتن للحركة،
حيث تتعامل مع تأثيرات القوى المؤثرة على الأجسام، والحركة التوافقية البسيطة، التي يجب احترامها عند إنشاء الهيكل.
فالهندسة المعمارية تعني أكثر من التعريف الشائع لتصميم الهياكل الصالحة للسكن؛
فهي فن إنشاء أنظمة للمساحات المختلفة بحيث تكون ممتعة من الناحية الجمالية والوظيفية.
وتتشابك الأشكال المعمارية والبناء مع وظائف المواد المختلفة،
فعند تصميم المشروع، يجب على المهندس المعماري أن يعرف الخصائص العديدة للمواد مثل الكثافة والمرونة والمتانة والسعة الحرارية بالإضافة إلى الشكل، مثل الضوء واللون.
وفي الفيزياء، تتمثل الخصائص في قدرة المادة على مقاومة التلف والتشوه اللدن عندما يتم التأثير عليها بواسطة قوى أو ضغط خارجي،
وهي خاصية يمكن تفسيرها من خلال التفاعلات بين الذرات والأيونات داخل المادة المذكورة.
حيث تعتمد القوة أيضًا على حالتها، سواء كانت المادة ممتدة أو مضغوطة أو مثنية والظروف، مثل درجة الحرارة ومدة التحميل والتأثير البيئي.
وبسبب كل هذه العوامل، توجد مقاييس مختلفة لقوة الهياكل – قوة الشد، حد الكلال، نقطة الخضوع، حد المرونة وما إلى ذلك.
فعند الحاجة، يمكن زيادة قوة المادة عن طريق الإشعاع أو استخدام المواد المركبة.
عوامل أمان المباني من الناحية الفيزيائية
هناك خصائص يمكن أن تصبح الهياكل بدونها خطرة، ويعد أحد أهم هذه العوامل هو التوازن،
أي قدرة البناء على مقاومة الانحراف عندما يتأثر بعوامل مثل الرياح والنبضات.
يكون الجسم متوازنًا أو في حالة توازن إذا كان خط عمل القوة لا يتجاوز منطقة التحمل.
قوانين الفيزياء المستخدمة في التصميم المعماري
قانون الجاذبية
أحد القوانين الفيزيائية المهمة في التصميم المعماري هي قانون الجاذبية.
فيحدد هذا القانون كيفية توزيع الأحمال والوزن على المبنى ويساعد في تحديد الأعمدة والجدران اللازمة لدعم الهيكل.
وبالإضافة إلى ذلك، يساعد قانون الجاذبية في تحديد تصميم السلالم والمصاعد والأنظمة الهيدروليكية في المبنى.
قانون الحركة
يلعب قانون الحركة أيضًا دورًا هامًا في التصميم المعماري، إذ يساعد في تحديد تصميم الأبواب والنوافذ والمفصلات والمفاتيح الكهربائية في المبنى.
بالإضافة إلى ذلك، يساعد قانون الحركة في تحديد تصميم الأنظمة الصوتية والإضاءة والتكييف في المبنى.
ما أهمية الفيزياء في الهندسة المعمارية؟
تستخدم الفيزياء في الهندسة المعمارية دائمًا لحل المشكلات العملية، لن تحتاج إلى إجراء حسابات مجردة، كما كنت تفعل في المدرسة.
يستخدم المهندسون المعماريون الفيزياء للتأكد من أن المباني والهياكل الأخرى آمنة،
لذا يجب التعرف على المفاهيم الفيزيائية بطريقة طبيعية ومرتكزة تمامًا.
بعض المفاهيم الفيزيائية الأساسية:
التوتر والضغط
يشير التوتر إلى القوى التي تبتعد عن بعضها البعض؛ بينما يشير الضغط إلى القوى التي تدفع معًا.
فبعض المواد أفضل في التعامل مع التوتر ، بينما تتعامل مواد أخرى بشكل أفضل مع الضغط.
ومن الضروري أن يستخدم المهندسون المعماريون المواد المناسبة لتجنب انكسار الهياكل وانبعاجها وتعريض الناس للخطر.
وبالمثل، فإنهم بحاجة إلى فهم كيفية استخدام العناصر الفردية مثل الأقواس للضغط لإضافة القوة إلى المباني.
الأحمال
الأحمال هي قوى تتسبب في تحرك المباني أو الشعور بأنواع أخرى من الضغط.
وتنقسم عادة إلى نوعين: الأحمال الحية التي تتغير مع مرور الوقت، على سبيل المثال عدد الأشخاص الذين يستخدمون المبنى)،
والأحمال الميتة (التي تكون ثابتة، على سبيل المثال، وزن مواد المبنى).
وتكون الأحمال إما أفقية/جانبية (ناتجة عن أشياء طبيعية مثل الرياح والزلازل) أو “عمودية”/جاذبية.
الديناميكا الحرارية
يتحمل المهندسون المعماريون مسؤولية التأكد من وصول الحرارة إلى الأماكن التي تحتاج إليها، وبقائها بعيدًا عن الأماكن التي لا تحتاج إليها.
وللقيام بذلك، يجب تفهم القليل عن انتقال الحرارة (عن طريق التوصيل، والحمل الحراري، والإشعاع، وتغير الطور).
كما إن ضمان عدم تعرض المباني للحرارة أو البرودة الشديدة لا يعد مجرد مسألة تتعلق براحة شاغليها؛ كما أنه يحمي من أشياء مثل الرطوبة والعفن التي تنتج عن التكثيف.
ضوء النهار
ضوء النهار هو استخدام الضوء الطبيعي لإضاءة المباني، وهي مهارة مهمة يجب على المهندسين المعماريين تعلمها.
وذلك على الرغم من أن مصمم الإضاءة المتخصص سيكون مسؤولاً عن أي حسابات متقدمة في هذا الصدد.
ولقد ثبت أن ضوء النهار يعمل على تحسين الصحة البدنية والعقلية لمستخدمي المباني، وبالطبع فهو يوفر الطاقة أيضًا.
الاهتزازات
يحدث امتصاص الاهتزازات فرقًا كبيرًا فيما إذا كان المبنى سيظل قائمًا أو يسقط، ولكن هناك الكثير من الأسباب الأخرى التي تجعل المهندسين المعماريين بحاجة إلى التفكير في الاهتزازات.
فإذا تم سماعها و/أو الشعور بها، فإنها يمكن أن تثير غضب مستخدمي المبنى، ويمكن أن تؤدي أيضًا إلى إتلاف تركيبات المبنى وتجهيزاته ومحتوياته بمرور الوقت.
خاتمة
مما سبق يتضح لنا أن الفيزياء تعتبر من العلوم الأساسية التي تؤثر بشكل كبير في مجال التصميم المعماري.
فقوانين الفيزياء تحدد القوى والتأثيرات التي تؤثر على المباني وتحدد كيفية تصميمها بشكل صحيح وآمن.
باختصار يمكن القول أن تطبيق قوانين الفيزياء في التصميمات المعمارية أمر ضروري لضمان تصميم مبنى آمن وفعال.
فهذه القوانين تساعد في تحديد الهيكل الداخلي والخارجي للمبنى وتحديد تصميم الأنظمة المختلفة فيه.
لذا يجب على المهندسين المعماريين والمصممين أن يكونوا على دراية تامة بقوانين الفيزياء وكيفية تطبيقها في التصميم المعماري.
