PRATICOURS

حقيقة تقلب ما نظنّه عن الكهرباء: حين تشعل مصباحًا، الإلكترونات لا «تركض» من البطارية إليه. إنّها بطيئة إلى حدّ يصعب تصديقه.

في دارة الحصة 1 عندنا — بطاريتان 18650 ومقاومة 220 أوم وتيار 24.5 مللي أمبير — يتقدّم الإلكترون داخل سلك النحاس بأربعة عشر ميكرومترًا في الثانية. أي سنتيمتر واحد كلّ اثنتي عشرة دقيقة. ولعبور سلك طوله 20 سنتيمترًا يحتاج نحو أربع ساعات.

ومع ذلك يشتعل المصباح فور الضغط، في أقلّ من نانوثانية.

التفسير بسيط وجميل: السلك مملوء بالإلكترونات منذ البداية. حين تدفع من طرف، يتحرّك كلّ ما في الأنبوب في اللحظة نفسها. الذي ينتقل بسرعة قريبة من سرعة الضوء هو الدفعة، لا الجسيم.

وداخل المعدن؟ فوضى حقيقية: كلّ إلكترون يندفع بنحو 1570 كيلومترًا في الثانية في كلّ الاتجاهات، ويصطدم عشرات آلاف المليارات من المرّات في الثانية. من هذه الفوضى لا يخرج إلّا زحف بطيء في اتجاه واحد — وهو ما نسمّيه التيار.

المصادر: Ashcroft & Mermin لكثافة الإلكترونات وسرعة فيرمي، وGall (2016) لمتوسّط المسار الحر في النحاس.

براتيكور — كنتعلمو بالبناء، ماشي بالسمع 🇲🇦

معلومة تغيّر نظرتك لكلّ زرّ تلمسه اليوم: حين تضغط زرًّا مرّة واحدة، الأردوينو يراه 326 مرّة.

السبب ميكانيكيّ لا برمجيّ. داخل الزرّ صفيحة من الفولاذ؛ حين يضغطها إصبعك لا تهدأ فورًا، بل ترتدّ كما ترتدّ كرة على الطاولة، والتلامس ينفتح وينغلق أثناء ذلك.

الأرقام: هذا الارتداد قِيس على 18 مفتاحًا بمحلّل منطقي — 1557 ميكروثانية في المتوسّط. وقراءة واحدة للمدخل على الأردوينو تستغرق 4.78 ميكروثانية. اقسم: 326 قراءة أثناء ضغطة واحدة.

وهنا المفارقة التي نحبّ أن يعيشها التلميذ: الحلّ المكتوب في أغلب الدروس هو «انتظر 200 ميلي ثانية». لكنّ أطول ارتداد قِيس لا يتجاوز 6 ميلي ثانية — أي أنّ 200 تعادل 32 ضعفًا لما يلزم، وتجعل اللعبة عاجزة عن تسجيل أكثر من خمس ضغطات في الثانية. عشر ميلي ثانية تكفي.

تلاميذنا لا يحفظون التصحيح: يرون العطب أوّلًا، ثمّ يفهمون لماذا الرقم هو ما هو.

براتيكور — كنتعلمو بالبناء، ماشي بالسمع 🇲🇦

خدعة رياضية حقيقية تعلّمها لأطفالكم في دقيقة: بالأصابع العشرة يمكن العدّ حتى 1023، لا حتى عشرة.

السرّ: كلّ إصبع يساوي ضعف الذي قبله — 1، 2، 4، 8… حتى 512. الإصبع المرفوع يُحسب، والمطويّ لا. والمجموع كلّه: 1023.

وهذه ليست لعبة فقط: هي بالضبط الطريقة التي «يقيس» بها الأردوينو الضوء في الحصة 7 من برنامجنا — عشرة أصابع من الكهرباء، من 0 إلى 1023. التلميذ الذي عدّ على أصابعه بهذه الطريقة فهم جهاز التحويل الرقمي قبل أن يسمع اسمه.

جرّبوها على العشاء الليلة — من يصل إلى 31 بيدٍ واحدة؟

براتيكور — نتعلّم بالبناء، لا بالسماع 🇲🇦

ضوء يشتعل وينطفئ وحده، ولا أحد يلمس شيئًا. السلك غير موصول بأيّ شيء.

الجميع يظنّ أنّ «سلكًا موصولًا بلا شيء» يساوي صفرًا. الحقيقة: السلك المعلّق في الهواء هوائيّ يلتقط موجات كهرباء البيت، فيرقص جهده بين ٠ و٥ فولت، والأردوينو يقرأ أيّ شيء. وقرّبوا يدكم دون لمس: الجسد هوائيّ أيضًا.

في الحصة 6 من برنامجنا، التلاميذ يعيشون هذه «التجربة الحاسمة» بأيديهم: ينزعون المقاومة، يرون الفوضى، ثم يعيدونها ويرون الجهد يثبت على الصفر كمرساة. القاعدة تأتي بعد التجربة، لا قبلها.

جرّبوا التجربة في البيت مع أطفالكم — كلّ ما تحتاجونه في الفيديو.

براتيكور — نتعلّم بالبناء، لا بالسماع 🇲🇦

اللحن الذي تسمعه في الفيديو يخرج من قطعة بلاستيكية صغيرة لا تعرف الغناء. كلّ ما تعرفه هو النقر.

النغمة الموسيقية إيقاعٌ أسرع من أن تعدّه: «دو» = ٢٦٢ نقرة في الثانية. وفي الفيديو تجربة تعيشها بأذنك: نقرات تُعَدّ… تتسارع… وفي لحظة معيّنة تتوقّف أذنك عن العدّ وتسمع نغمة.

في الحصة 9 من برنامجنا، التلاميذ لا يحفظون «تردّد الصوت بالهرتز». يبنون آلتهم الموسيقية بأيديهم — بازر وأردوينو — ويكتشفون أنّ الموسيقى أرقام.

جرّبوا التجربة في البيت مع أطفالكم — كلّ ما تحتاجونه في الفيديو.

براتيكور — نتعلّم بالبناء، لا بالسماع 🇲🇦

برمجتَ الروبوت ليسير مستقيمًا. الشيفرة تقول: المحرّكان بنفس السرعة. ومع ذلك ينحرف — وهذا ليس عيبًا في التركيب.

فرق واحد بالمئة بين العجلتين يكفي لينحرف تسعة عشر سنتيمترًا بعد مترين.

السبب هندسي بحت: الروبوت لا يسير مستقيمًا، إنّه يدور على دائرة نصف قطرها عشرة أمتار. على مترين لا ترى منها سوى ٣٫٢ ٪ — لهذا تبدو مستقيمة.

وهل نصنع عجلتين متطابقتين؟ يلزم فرق أقلّ من ٠٫٠٦٥ مليمتر على عجلة من ٦٥. مستحيل. لهذا لا نصنع الروبوت دقيقًا — بل نجعله يصحّح نفسه: يقيس، يقارن، يصحّح.

👨‍👩‍👧 للآباء: اطلبوا من ابنكم أن يقيس العجلتين بمسطرة. الفرق الذي سيجده هو سبب الانحراف — وهذه أفضل حصة فيزياء في البيت.

براتيكور — نتعلّم بالبناء، لا بالسماع 🇲🇦

المقاومة الصغيرة التي بجانب كلّ مصباح لا تحميه — وهذا أكثر خطأ شائع في الإلكترونيك.

المصباح لا يخضع لقانون أوم: عُشر فولت إضافي، ويتضاعف التيّار. إنّه عاجز عن اختيار تيّاره. المقاومة هي الوحيدة التي تقرّر: (٥ − ٢) ÷ ٢٢٠ = ١٣٫٦ ميلي أمبير.

بدونها؟ أكثر من مئة ميلي أمبير، والحدّ الأقصى للبروش هو أربعون.

في الحصة 5 من برنامجنا، التلاميذ لا يحفظون قاعدة «مصباح واحد، مقاومة واحدة». يركّبون الدارة بأيديهم ويفهمون لماذا.

براتيكور — نتعلّم بالبناء، لا بالسماع 🇲🇦

ادفعوا ذراع الروبوت بإصبعكم… وسيعود إلى مكانه 💪

الجواب البديهي: «إنّه يقاوم بالقوّة». وهو خطأ.

في داخل المحرّك مقياس صغير يخبره أين هو بالضبط. يقارن موضعه الحقيقي بالأمر الذي تلقّاه، ويشغّل نفسه في الاتّجاه الذي يُلغي الفرق. ثمّ يعيد العملية خمسين مرّة في الثانية.

يقيس ← يقارن ← يصحّح.

هذه هي حلقة التغذية الراجعة، وهي في كلّ آلة تعرف مكانها: الذراع الآلية، الطائرة المسيّرة، المصعد الذي تركبونه، ونظام تثبيت السرعة في سيّارتكم.

في الحصة 16 من برنامجنا، التلاميذ لا يحفظون هذا المبدأ — يركّبون السيرفو ويدفعونه بأيديهم حتّى يفهموه.

وأنتم، أين رأيتم هذا من قبل؟

جهاز التحكّم عن بُعد الذي في بيتك يُطلق ضوءًا قويًّا الآن… وعينك لا ترى منه شيئًا 👁️

صوّبوا كاميرا الهاتف نحوه واضغطوا أيّ زر: سيظهر الضوء فورًا على الشاشة. التجربة تأخذ خمس ثوانٍ، وتنجح دائمًا (الكاميرا الأمامية عادةً أوضح).

لماذا؟ عين الإنسان تتوقّف عند حوالي 700 نانومتر. هذا الضوء يخرج عند 950 نانومتر — في مجال الأشعة تحت الحمراء.

وهنا الجزء الذي يفاجئ الكبار قبل الصغار: الروبوت الذي يتتبّع خطًّا أسود لا "يرى" الخطّ أبدًا. إنّه يُرسل هذا الضوء غير المرئي نحو الأرض ويقيس ما يعود إليه — الأبيض يعكس، والأسود يبتلع. من هذا الفرق وحده يعرف أين يمرّ الخطّ.

هذه هي الحصة 11 من برنامجنا، ولدينا 25 حصّة. التلاميذ لا يحفظون هذا: يركّبونه بأيديهم ويرونه يشتغل.

🔦 جرّبوا التجربة مع أولادكم هذا المساء، وأخبرونا: هل نجحت مع هاتفكم؟

PRATICOURS — نتعلّم بالبناء، لا بالسماع 🇲🇦

هذا الضوء ليس نصفَ مُضاء 💡

سؤال بسيط: كيف يمكن لمصباح لا يعرف إلّا "مُضاء" و"مُطفأ" أن يبدو خافتًا؟

الجواب: بتقطيع الزمن. ينطفئ ويشتعل 490 مرّة في الثانية — وعينك، التي تتوقّف
عن رؤية الوميض بعد نحو 50 مرّة في الثانية، تحسب المعدّل فقط.
مُضاء رُبع الوقت ⟵ تراه بربع القوّة. هذا هو الـ PWM.

في الحصة 8 من برنامجنا، التلاميذ لا يحفظون هذا التعريف: يكتبونه بأنفسهم
— analogWrite() — ويرون المصباح يخفت بين أيديهم.

كم نسبة الموجة في آخر مشهد؟ اكتب رقمك في التعليقات 👇

PRATICOURS — apprendre la robotique et l'électronique en les faisant.