طالبة أمريكية تحل مشكلة رياضية عمرها 100 عام
تاريخ النشر: 1st, March 2025 GMT
قامت طالبة أمريكية شابة بحل مشكلة رياضية عمرها قرن من الزمان تعرف بـ " مشكلة غلاورت"، واكتشفت حلاً بسيطاً لتحسين ظروف تدفق توربينات الرياح وتعزيز إنتاج الطاقة.
وتوصلت الطالبة ديفيا تياغي، التي تتابع دراستها العليا في هندسة الطيران بجامعة ولاية بنسلفانيا، إلى تعديل مبتكر على الحل الأمثل للقرص الدوار الذي قدمه عالم الديناميكا الهوائية البريطاني هيرمان غلاورت.
جاء هذا الاكتشاف بعد تشجيع من معلمها الدكتور سفين شمتز، الأستاذ في قسم هندسة الطيران والمؤلف المشارك للدراسة.
وتحدث شمتز عن اللحظة التي راوده فيها الشك حول تعقيد حل غلاورت قائلاً: "عندما تأملت في مشكلة غلاورت، شعرت أن هناك خطوات مفقودة وأن الحل كان معقداً للغاية، وكنت متأكداً من وجود نهج أبسط وأكثر فعالية".
قبلت تياجي التحدي، وكرست ساعات طويلة من البحث والدراسة لتعيد النظر في المشكلة الرياضية، إلى أن تمكنت في النهاية من تطوير حل يعتمد على حساب المتغيرات، وهي طريقة رياضية متقدمة للتحسين المقيد.
وفي تعليقها على هذا الإنجاز، قالت تياجي: "أنشأت ملحقاً لمشكلة غلاورت يحدد الأداء الديناميكي الهوائي الأمثل لتوربينات الرياح، من خلال إيجاد ظروف تدفق مثالية تهدف إلى تعظيم إنتاج الطاقة".
يمثل هذا الحل قفزة علمية مهمة في مجال هندسة الطيران والطاقة المتجددة، ويفتح آفاقاً جديدة لتحسين كفاءة توربينات الرياح، ما قد يسهم في تعزيز إنتاج الطاقة النظيفة على مستوى العالم.
ويؤكد شمتز أن العمل الأصلي الذي قام به غلاورت ركز فقط على أقصى معامل للطاقة يمكن تحقيقه، والذي يقيس مدى كفاءة التوربين في تحويل الرياح إلى كهرباء، ومع ذلك، فشل غلاورت في النظر في معاملات القوة الكلية والعزم على الدوار - الوحدة الدوارة ذات الشفرات المرفقة - أو كيف تنحني الشفرات تحت ضغط الرياح.
ويشرح شمتز: "إذا كانت ذراعيك ممتدتين وضغط شخص ما على راحة يدك، فعليك مقاومة هذه الحركة، نطلق على ذلك قوة الدفع في اتجاه الريح وعزم الانحناء الجذري، ويجب أن تتحمل توربينات الرياح ذلك أيضاً".
ويتابع الأستاذ: "يجب أن تفهم مدى حجم الحمل الإجمالي، وهو ما لم يفعله غلاورت، ولكن أتوقع أن تشكل طريقة ديفيا الجيل التالي من توربينات الرياح، مما يدفع إلى التقدم في التصميم والكفاءة، فحل ديفيا جاء أنيقاً، وأعتقد أنه سيجد طريقه إلى الفصول الدراسية، في جميع أنحاء البلاد، وحول العالم".
المصدر: موقع 24
كلمات دلالية: وقف الأب رمضان 2025 عام المجتمع اتفاق غزة إيران وإسرائيل صناع الأمل غزة وإسرائيل الإمارات الحرب الأوكرانية تكنولوجيا توربینات الریاح
إقرأ أيضاً:
أسنان عمرها 2.2 مليون سنة تكشف أسرار أقارب بشرية .. ما القصة؟
وجدت دراسة جديدة أن قطعا صغيرة من مينا الأسنان من أعماق كهف جنوب أفريقيا بدأت في الكشف عن أسرار يحتفظ بها قريب بشري بعيد لمدة مليوني عام.
استعاد علماء الآثار أسنانهم من أربعة أفراد من الأنواع Paranthropus robustus، وهو قريب بشري ذو ساقين عاش منذ ما بين 1.8 مليون و1.2 مليون سنة، من سوارتكرانس، وهو كهف يحمل أحافير في موقع مهد التراث العالمي للبشرية في أفريقيا، باستخدام التقنيات المتطورة التي يمكنها تحليل تسلسلات الأحماض الأمينية في الحفريات، تمكن الباحثون من تحديد جنس الأفراد واكتشفوا اختلافا وراثيا مفاجئا يمكن أن يشير إلى وجود نوع غير معروف سابقا.
هذه التقنيات هي جزء من مجال البروتينات، أو دراسة مجموعات من البروتينات المحفوظة - وهو مجال جديد نسبيا من العلوم يلقي الضوء الذي تشتد الحاجة إليه على تطور البشر الأوائل، وهي مجموعة تشمل البشر وأقرب أقاربنا.
قالت كلير كوينيغ، باحثة ما بعد الدكتوراه في جامعة كوبنهاغن والمؤلفة المشاركة لدراسة نشرت يوم الخميس (29 مايو) في مجلة العلوم، لايف ساينس في رسالة بريد إلكتروني شارك في كتابتها مع المؤلف الرئيسي باليسا مادوبي والمؤلف المشارك يوانيس باترامانيس: "إن معرفة شجرة العائلة البشرية باستخدام البروتينات هو الهدف"، ولكن في الوقت الحالي "قدرتنا على التمييز بين الأنواع المختلفة محدودة بالعدد القليل من البروتينات المختلفة الموجودة في المينا".
على الرغم من أن الحمض النووي قد تم استرداده من الهياكل العظمية القديمة في أفريقيا، إلا أن هذه التقنية لم تعمل حتى الآن إلا على مواد البشر التي يعود تاريخها إلى ما لا يزيد عن 20000 عام - خلال عمر جنسنا، الهومو العاقل - لأن الحمض النووي يتحلل بسرعة في تلك البيئة، للوصول إلى ما يقرب من 6 ملايين عام من تاريخ تطور الهومينين، هناك حاجة إلى تحليل الأنسجة الأصعب والأكثر استقرارا لمينا الأسنان.
في الدراسة الجديدة، استخدم فريق دولي من الباحثين بقيادة مادوب تحليلات البروتيوم القديم لتجاوز حدود الحمض النووي القديم وفهم جينات أربعة هومينين عاشوا منذ حوالي مليوني عام.
وقال كوينيغ: "علم البروتينات هو بطبيعته تقنية مدمرة، لكننا نحرص بشدة على تقليل التأثير، خاصة عند العمل مع عينات نادرة أو ثمينة".
ركز الباحثون تحليلهم البروتيني على أربعة أفراد من P. robustus من المحتمل أن يموتوا جميعا في نفس الوقت تقريبا، تمكنوا من تحديد الببتيدات الخاصة ب AMELY، والتي توجد في مينا أسنان الذكور، في شخصين، كان لدى الشخصين الآخرين كثافة AMELX عالية، مما يعني أنهما من المحتمل أن يكونا من الإناث.
يعد تحديد جنس الحفرية بشكل صحيح أمرا مهما في الأنثروبولوجيا القديمة لأن معظم البشر ثنائيي الشكل جنسيا، حيث يكون الذكور، في المتوسط، أكبر من الإناث. لذلك يتوقع الخبراء أن يكون لأي نوع بعض الأفراد الأكبر وبعض الأفراد الأصغر.
لكن مادوب وزملاؤه اكتشفوا نتيجة مفاجئة: كان أحد أفراد P. robustus الذي كان يعتقد أنه أنثى، بناء على حجم الأسنان وشكلها، ذكرا في الواقع، استنادا إلى البيانات البروتينية. كتب الباحثون في الدراسة: "وبالتالي تشير نتائجنا إلى أن قياسات حجم الأسنان ليست دقيقة بالضرورة للتقدير الصحيح للجنس".
نظرا لأن الجنس وحده لا يمكن أن يفسر الاختلافات في مظهر P. robustus، فقد حقق الفريق فيما إذا كان التنوع الذي كانوا يرونه يمكن أن يكون نتيجة لمجموعات أو أنواع مختلفة لم يعرفوها، أو نتيجة للتهجين، حيث تداخلت P. robustus في الوقت المناسب مع australopithecines والأعضاء الأوائل من جنس Homo.
وجد الباحثون اثنين من مواقع تسلسل الأحماض الأمينية التي اختلفت بين عينات P. robustus التي فحصوها، والتي كانت مختلفة عن تسلسلات الأحماض الأمينية التي شوهدت في البشر الحاليين، النياندرتال ودينيسوفان، كشف هذا التحليل أن أحد الأفراد - SK-835، الذي لم يتطابق جنسه الجزيئي وجنسه المورفولوجي - كان مرتبطا بالأفراد الثلاثة الآخرين أكثر من ارتباطهم ببعضهم البعض.
وقال كوينيغ: "سيكون من السابق لأوانه تصنيف SK-835 كعضو في تصنيفات Paranthropus [capensis] المقترحة حديثا"، ولكن لا يزال من الممكن أن يعكس اختلاف الأحماض الأمينية موقعه في نوع مختلف عن البقية.
ومع ذلك، يمكن تفسير ذلك أيضا بالتطور الجزئي في مواقع مختلفة، قالت المؤلفة المشاركة في الدراسة ريبيكا أكرمان، عالمة الأنثروبولوجيا البيولوجية في جامعة كيب تاون، لايف ساينس في رسالة بريد إلكتروني. وقالت: "نحن بحاجة إلى تحليل المزيد من مواد بارانثروبوس من مواقع مختلفة للحصول على تعامل أفضل مع الاختلاف داخل جنوب أفريقيا بارانثروبوس".
قال أكرمان إنه نظرا لأن بروتيوم المينا أصغر بكثير - ويوفر معلومات أقل - من الجينوم الكامل، فإن إعادة بناء الأقارب البشريين الأحفوريين يجب تفسيرها بحذر.
يتوقع كوينيغ أن تكون المزيد من التطورات المنهجية مفيدة، بما في ذلك الطرق الأقل توغلا مثل النقش الحمضي لإزالة طبقة رقيقة للغاية من مينا الأسنان، وتطوير أدوات تسلسل البروتين بشكل أسرع وأكثر حساسية.
وقال كوينيغ: "يبقى أن نرى، على سبيل المثال، ما إذا كان بإمكاننا التمييز الجزيئي بين aParanthropus robustus عن anAustralopithecus africanus"، "لأن هذه الأنواع مرتبطة ارتباطا وثيقا وبالتالي ستبدو بروتيناتها متشابهة جدا".
المصدر: livescience.
طظˆظ„ ط§ظ„ظ…ظˆظ‚ط¹