القوة البشرية

📅 آخر تحديث: ٢ أغسطس ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢ أغسطس ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 8 صور
الموسوعة الحرة
أفراد من البحرية الأمريكية يقومون بتشغيل آلات يدوية لرفع منجنيق طائرات على متن حاملة الطائرات يو إس إس رونالد ريغان (CVN-76).  

القدرة البشرية هي معدل العمل أو الطاقة التي ينتجها جسم الإنسان . ويمكن أن تشير أيضًا إلى قدرة الإنسان (معدل العمل في وحدة الزمن). وتأتي القدرة بشكل أساسي من العضلات ، ولكن حرارة الجسم تُستخدم أيضًا للقيام بأعمال مثل تدفئة الملاجئ أو الطعام أو حتى مساعدة الآخرين.

تُعدّ الأرقام القياسية العالمية لأداء الطاقة لدى البشر ذات أهمية بالغة لمخططي العمل ومهندسي عمليات الإنتاج . كما أن متوسط ​​مستوى الطاقة البشرية التي يمكن الحفاظ عليها لفترة زمنية محددة يُعدّ ذا أهمية خاصة للمهندسين الذين يصممون عمليات الإنتاج في الصناعة.

تشمل وسائل النقل التي تعمل بالطاقة البشرية الدراجات الهوائية والتجديف والتزلج والعديد من أشكال التنقل الأخرى.

تُستخدم المعدات التي تعمل بالطاقة البشرية أحيانًا لتوليد الطاقة الكهربائية، وأحيانًا لتخزينها، لاستخدامها في الأماكن التي لا تتوفر فيها مصادر طاقة أخرى. وتشمل هذه المعدات راديو جيبسون جيرل للبقاء على قيد الحياة ، والراديو الذي يعمل بالزنبرك أو (الساعة الميكانيكية)، وراديو الدواسة.

الطاقة المتاحة

ينتج الجسم البشري حرارة بمعدل استقلابي أساسي يبلغ حوالي 80 واط (0.1 حصان). [ 1 ] عندما ينتج الجسم طاقة ميكانيكية باستخدام العضلات الهيكلية، تتولد حرارة إضافية داخل هذه العضلات. وتعتمد كمية الحرارة المتولدة على كمية الأدينوسين ثلاثي الفوسفات (ATP) المُعاد توليدها هوائيًا أو لا هوائيًا، بالإضافة إلى نوع ألياف العضلات، حيث تكون ألياف العضلات سريعة الانقباض أقل كفاءة بكثير من ألياف العضلات بطيئة الانقباض. قد تصل الكفاءة إلى 56% في أول 30 ثانية، ثم تنخفض تدريجيًا إلى متوسط ​​25% على مدى عدة دقائق. [ 2 ] هذا يعني أن الجسم البشري يُنتج 3 واط من الحرارة لكل واط من الطاقة الميكانيكية الناتجة عندما يستمر هذا الإنتاج لأكثر من بضع دقائق. هذا بالإضافة إلى معدل الاستقلاب الأساسي الذي قد يرتفع بدوره إلى أكثر من 80 واط نتيجةً للحمل الاستقلابي الإضافي الناتج عن الجهد البدني.

خلال سباق الدراجات ، يستطيع راكب الدراجات المحترف توليد حوالي 440 واط من الطاقة الميكانيكية على مدار ساعة، بينما يستطيع راكبو الدراجات الآخرون توليد أكثر من 2500 واط في فترات قصيرة؛ وتتميز دراجات السباق الحديثة بكفاءة ميكانيكية تتجاوز 95% . أما الشخص البالغ ذو اللياقة البدنية الجيدة، فمن المرجح أن ينتج ما بين 50 و150 واط من الطاقة الميكانيكية في المتوسط ​​خلال ساعة من التمارين الرياضية المكثفة، مع توليد ما يقارب 150 إلى 450 واط من الحرارة الزائدة في العضلات المستخدمة. وخلال نوبة عمل مدتها 8 ساعات، قد يحافظ العامل اليدوي العادي، السليم، والمتغذّي جيدًا، والمتحفز، على إنتاج طاقة ميكانيكية تبلغ حوالي 75 واط . [ 3 ] ومع ذلك، فإن الإنتاجية المحتملة للطاقة الكهربائية البشرية تنخفض بسبب عدم كفاءة أي جهاز توليد، حيث أن جميع المولدات الحقيقية تتكبد خسائر أثناء عملية تحويل الطاقة . [ 4 ] [ 5 ]

من الممكن استخدام أجهزة التمارين الرياضية لتوليد الطاقة، وذلك بتوصيل أجزائها المتحركة بمكونات مولدات كهربائية ؛ [ 6 ] تستخدم بعض أجهزة الصالات الرياضية المنزلية مولدات التيار المستمر لتشغيل شاشات العرض والتحكم في مستوى المقاومة. [ 6 ] إلا أن كمية الطاقة المولدة ضئيلة للغاية مقارنةً بمصادر الطاقة الصناعية، ما يجعل تكلفة معدات التحويل غير مجدية اقتصاديًا. [ 6 ] فعلى سبيل المثال، يتطلب تزويد منزل أمريكي متوسط ​​الحجم بالكهرباء المولدة من أجهزة التمارين الرياضية ليوم واحد فقط، استخدام أكثر من مئة شخص لركوب الدراجات الثابتة طوال اليوم. [ 6 ] [ 7 ]

ينقل

تُعد الدراجات الهوائية مثالاً على وسائل النقل التي تعمل بقوة الإنسان.

تعتمد وسائل النقل المتعددة على القوة البشرية، ومنها الدراجة الهوائية ، والكرسي المتحرك ، والمشي ، ولوح التزلج ، والعربة اليدوية ، والتجديف ، والزلاجات ، وعربة الريكشو . وقد تتطلب بعض هذه الوسائل أكثر من شخص. كانت السفن الشراعية التاريخية تُبحر بواسطة الأحرار أو المواطنين في العصور القديمة، وبواسطة العبيد الذين أسرهم القراصنة في العصور الحديثة. وكانت طائرة ماك كريدي جوسامر كوندور أول طائرة تعمل بالطاقة البشرية قادرة على الطيران المتحكم فيه والمستدام، وقد قامت بأول رحلة لها عام 1977. وفي عام 2007، أصبح جيسون لويس من فريق إكسبيديشن 360 أول شخص يدور حول العالم في خطوط العرض غير القطبية باستخدام القوة البشرية فقط، وذلك بالمشي وركوب الدراجات والتزلج على العجلات عبر اليابسة، والسباحة والتجديف بالكاياك والتجديف، واستخدام قارب يعمل بدواسة طوله 26 قدمًا لعبور المحيطات. [ 8 ] [ 9 ]

الأجهزة والآلات العامة

عجلة عقابية استخدمت في سجن كولدباث فيلدز في لندن ، إنجلترا عام 1864
مصباح يدوي يعمل بالطاقة الميكانيكية . يستخدم هذا المصباح مولدًا خطيًا ويتم شحنه عن طريق هزّه على طول محوره الطولي.

تُعرف عجلات المشي ، أو ما يُسمى أيضاً بأجهزة المشي، بأنها محركات أو آلات تعمل بالطاقة البشرية. وقد تشبه هذه العجلات في مظهرها عجلة الماء ، ويمكن تشغيلها إما عن طريق قيام الإنسان بتحريك مجاديف مثبتة في محيطها (جهاز المشي)، أو عن طريق وقوف الإنسان داخلها (عجلة المشي).

تستخدم بعض الأجهزة الطاقة البشرية. قد تستخدم مباشرة الطاقة الميكانيكية من العضلات، أو قد يقوم مولد بتحويل الطاقة التي يولدها الجسم إلى طاقة كهربائية.

تتألف المعدات التي تعمل بالطاقة البشرية بشكل أساسي من أجهزة كهربائية يمكن تشغيلها بالكهرباء المولدة من قوة العضلات البشرية كبديل لمصادر الكهرباء التقليدية مثل البطاريات الأولية التي تُستخدم لمرة واحدة وشبكة الكهرباء . تحتوي هذه الأجهزة على مولدات كهربائية أو نظام حث لإعادة شحن بطارياتها . تتوفر الآن مولدات منفصلة تعمل باليد لإعادة شحن الأجهزة الإلكترونية المحمولة التي تعمل بالبطاريات مثل الهواتف المحمولة . أما في بعض الأجهزة الأخرى، مثل المصابيح اليدوية التي تعمل بالطاقة الميكانيكية ، فيكون المولد مدمجًا داخل الجهاز. ويمكن لساعات اليد استخدام قوة العضلات للحفاظ على زنبركها مشدودًا.

يُعدّ المكثف الفائق بديلاً للبطاريات القابلة لإعادة الشحن لتخزين الطاقة الكهربائية ، ويُستخدم حاليًا في بعض الأجهزة مثل المصباح اليدوي الذي يعمل بالطاقة الميكانيكية الموضح هنا. ومن بين الأجهزة التي تخزن الطاقة ميكانيكيًا، بدلاً من كهربائيًا، أجهزة الراديو التي تعمل بآلية الساعة، والتي تحتوي على زنبرك رئيسي يُلفّ بواسطة ذراع تدوير، ويُشغّل مولدًا لتشغيل الراديو.

من الأمثلة المبكرة على الاستخدام المنتظم للأجهزة الكهربائية التي تعمل بالطاقة البشرية أنظمة الهاتف القديمة ؛ حيث كان يتم توفير التيار اللازم لتشغيل جرس الهاتف عن طريق تدوير المشترك لمقبض الهاتف، مما يؤدي إلى تشغيل مولد مغناطيسي صغير . تُعدّ الأجهزة التي تعمل بالطاقة البشرية مفيدة كأجهزة طوارئ، عندما تتسبب الكوارث الطبيعية أو الحروب أو الاضطرابات المدنية في انقطاع التيار الكهربائي. كما تُعتبر اقتصادية للاستخدام في الدول الفقيرة، حيث قد تكون البطاريات باهظة الثمن والكهرباء غير موثوقة أو غير متوفرة. وهي أيضًا بديل أفضل بيئيًا من استخدام البطاريات التي تُستخدم لمرة واحدة، والتي تُعدّ مصدرًا مُهدرًا للطاقة وقد تُدخل معادن ثقيلة إلى البيئة. تُعدّ الاتصالات تطبيقًا شائعًا للكمية الصغيرة نسبيًا من الطاقة الكهربائية التي يُمكن توليدها عن طريق تدوير الإنسان للمولد.

راديو يعمل بالطاقة البشرية

راديو البقاء على قيد الحياة

جهاز إرسال لاسلكي BC-778 "فتاة جيبسون"

استخدمت أجهزة راديو النجاة "فتاة جيبسون" التي تعود إلى حقبة الحرب العالمية الثانية مولدًا يدويًا لتوفير الطاقة؛ مما جنّبها الأداء غير الموثوق به لبطاريات الخلايا الجافة التي قد تُخزّن لأشهر قبل الحاجة إليها، على الرغم من أن عيبها كان ضرورة تمتع الناجية بلياقة بدنية كافية لتدوير المقبض. وقد اخترع كلا الجانبين أجهزة راديو النجاة ونشراها خلال الحرب. [ 10 ] أُطلق على أجهزة إرسال راديو النجاة SCR-578 (والأجهزة المشابهة لها AN/CRT-3 التي ظهرت بعد الحرب) التي كانت تُحمل على متن الطائرات في العمليات فوق الماء لقب " فتاة جيبسون " نظرًا لشكلها الذي يشبه الساعة الرملية، والذي سمح بتثبيتها بين الساقين أثناء تدوير مقبض المولد.

راديو عسكري

جنود أمريكيون يستخدمون مولدًا يدويًا من طراز GN-45 لتشغيل جهاز الراديو الخاص بهم خلال الحرب العالمية الثانية

خلال الحرب العالمية الثانية ، استخدمت القوات الأمريكية أحيانًا مولدات يدوية، من طراز GN-35 وGN-45، لتشغيل أجهزة إرسال/استقبال راديو سلاح الإشارة . [ 11 ] كان تدوير المولد يدويًا شاقًا، ولكنه كان يولد تيارًا كافيًا لأجهزة الراديو الصغيرة، مثل SCR-131 وSCR-161 وSCR-171 و SCR-284 و SCR-694 . [ 12 ]

راديو يعمل بالزنبرك

راديو بايجن الأصلي ذو الساعة الميكانيكية مع ذراع التدوير في وضع التشغيل

الراديو ذو الزنبرك أو الراديو ذو الساعة هو راديو يعمل بقوة العضلات البشرية بدلاً من البطاريات أو شبكة الكهرباء. في التصميم الأكثر شيوعاً، يُشغَّل مولد كهربائي داخلي بواسطة زنبرك رئيسي يُلفّ بواسطة ذراع تدوير يدوي على الغلاف. يؤدي تدوير الذراع إلى لفّ الزنبرك، ويسمح اللف الكامل بتشغيل الجهاز لعدة ساعات. بدلاً من ذلك، يمكن للمولد شحن بطارية داخلية.

أجهزة الراديو التي تعمل بمولدات يدوية ليست بجديدة، لكن سوقها كان يُنظر إليه سابقًا على أنه يقتصر على منظمات الطوارئ أو المؤسسات العسكرية. صُمم الراديو الميكانيكي الحديث وحصل على براءة اختراع عام 1991 من قِبل المخترع البريطاني تريفور بايليس استجابةً لأزمة فيروس نقص المناعة البشرية/الإيدز . تصوره بايليس كجهاز راديو يستخدمه الفقراء في الدول النامية، وخاصة في أفريقيا ، الذين لا تتوفر لديهم بطاريات. في عام 1994، حصل المحاسب البريطاني كريس ستينز وشريكه الجنوب أفريقي، روري ستير، على الترخيص العالمي للاختراع وأسسا شركة بايجن باور إندستريز (التي تُعرف الآن باسم فريبلاي إنرجي المحدودة)، والتي أنتجت أول نموذج تجاري. كان سر تصميمه، الذي لم يعد يُستخدم، هو استخدام نابض ثابت السرعة لتخزين الطاقة الكامنة . بعد أن فقد بايليس السيطرة على اختراعه عندما تحولت بايجن إلى فريبلاي، تحولت وحدات فريبلاي إنرجي إلى استخدام بطاريات قابلة للاستخدام لمرة واحدة تُشحن بواسطة مولدات يدوية أرخص.

كغيرها من الأجهزة ذاتية التشغيل، صُممت أجهزة الراديو التي تعمل باللف اليدوي للتخييم ، وحالات الطوارئ، والمناطق التي تفتقر إلى شبكة كهرباء ويصعب فيها الحصول على بطاريات بديلة، كما هو الحال في الدول النامية أو المستوطنات النائية. وهي مفيدة أيضاً في الأماكن التي لا يُستخدم فيها الراديو بانتظام وتتلف بطارياته، كما هو الحال في بيوت العطلات أو الأكواخ.

غالباً ما تتضمن أجهزة الراديو التي تعمل بالزنبرك والمصممة للاستخدام في حالات الطوارئ مصابيح يدوية ، وأضواء طوارئ وامضة، وصفارات إنذار. وقد تتضمن أيضاً مصادر طاقة بديلة متعددة، مثل البطاريات التي تُستعمل لمرة واحدة أو القابلة لإعادة الشحن ، ومنافذ ولاعات السجائر ، والخلايا الشمسية .

جهاز إرسال يعمل بدواسة القدم

جهاز راديو يعمل بالدواسة يُستخدم في منارة جزيرة ساوث سوليتاري للتواصل مع محطة نورا هيد الضوئية ، عام 1946

كان راديو الدواسة ( أو اللاسلكي الدواسة ) جهاز إرسال واستقبال لاسلكي يعمل بمولد كهربائي يُدار بدواسة. طوّره المهندس والمخترع الأسترالي الجنوبي ألفريد ترايجر عام ١٩٢٩ كوسيلة لتوفير الاتصالات اللاسلكية للمنازل الريفية النائية ومزارع الماشية في المناطق النائية الأسترالية . [ ١٣ ] لم تكن الكهرباء أو المولدات متوفرة آنذاك، وكانت البطاريات اللازمة لتوفير الطاقة المطلوبة باهظة الثمن. كان هذا الاختراع بالغ الأهمية، [ ١٤ ] إذ مكّنت هذه التقنية خدمة الأطباء الطائرين الملكية ، ولاحقًا مدرسة الطيران ، من ربط سكان المناطق النائية بخدمات الطوارئ والتعليم. [ ١٥ ]

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ كروس، ر. وسبنسر، ر. 2008. الحدائق المستدامة . دار نشر CSIRO، كولينجوود، ملبورن. ISBN 978-0-643-09422-2.
  2. ↑ أندرسن، ب؛ سالتين، ب؛ كروستروب، بيتر؛ بانغسبو، ينس؛ سالتين، بنغت (سبتمبر 1985). " أقصى تروية للعضلات الهيكلية لدى الإنسان" . مجلة علم وظائف الأعضاء . 366 (1): 233-249 . doi : 10.1113/jphysiol.1985.sp015794 . PMC 1193029. بلغت الكفاءة الميكانيكية لعمل مد الركبة 24 % بناءً على متوسط ​​الزيادة الملحوظة في معدل دوران عضلات مد الركبة من 0 إلى 54 واط في الدقيقة مع زيادة في حمل العمل من 10 واط إلى 55 واط.  
  3. ↑ يوجين أ. أفالون وآخرون (محررون)، دليل ماركس القياسي للمهندسين الميكانيكيين، الطبعة الحادية عشرة ، ماكجرو هيل، نيويورك 2007، رقم ISBN 0-07-142867-4الصفحة 9-4
  4. ↑ كتاب مرجعي لمهندس ميكانيكي ( الطبعة الحادية عشرة). دار نشر بتروورث وشركاه، ١٩٨٥. ص ٢-٦٨. رقم ISBN   040800083X. حركة جسم ما بالنسبة لجسم آخر يتلامس معه مصحوبة بقوة احتكاك.
  5. ↑ الهندسة الكهربائية: مقدمة . دار نشر ساوندرز كوليدج. 1984. ص 610. ISBN  0-03-061758-8.
  6. 1 2 3 4 جيبسون، توم (2011). "تحويل العرق إلى واط". مجلة IEEE Spectrum . 48 (7): 50-55 . doi : 10.1109/MSPEC.2011.5910449 . S2CID 41300023. قد يضطر نادٍ رياضي إلى الانتظار لعقود لاسترداد الأموال التي أنفقها على تحويل أجهزة التمرين الخاصة به لتوليد الكهرباء . 
  7. ↑ تتمتع الدراجة التي تعمل بقوة الإنسان بكفاءة 70%، https://workingwellresources.blog/2010/02/19/green-workouts-with-human-dynamo-4-2/
  8. ↑ موسوعة غينيس للأرقام القياسية (6 أكتوبر 2007). "رحلات حول العالم بقوة الإنسان" (ملف PDF) .
  9. ↑ إحصائيات المغامرة من موقع إكسبلوررز ويب. "الحوسبة عالية الأداء العالمية - رحلات حول العالم مدعومة بالبشر" . إكسبلوررز ويب. مؤرشف من الأصل بتاريخ 1 أكتوبر 2018. تم الاطلاع عليه بتاريخ 12 يوليو 2013 .
  10. ↑ http://wftw.nl/gibsongirl/gibsongirl.html فتاة جيبسون، تم الاطلاع عليها بتاريخ 26 أبريل 2012
  11. ↑ جيش الولايات المتحدة في الحرب العالمية الثانية، سجل مصور، الحرب ضد ألمانيا: أوروبا والمناطق المجاورة (ورقي) . مكتب الطباعة الحكومي. 1994. ص 85–. ISBN  978-0-16-087334-8.
  12. ↑ جورج راينور طومسون؛ ديكسي ر. هاريس (1966). فيلق الإشارة: النتائج (منتصف عام 1943 حتى عام 1945) . مكتب رئيس التاريخ العسكري، جيش الولايات المتحدة (متوفر للبيع لدى مشرف الوثائق، مكتب الطباعة الحكومي الأمريكي). الصفحات 665 وما بعدها. 
  13. ↑ بيجبي، ريتشارد (يوليو 1999). "راديو الدواسة في المناطق النائية الكبرى" . تصنيف أجهزة الراديو العتيقة . 16 (7).
  14. ↑ "مولد دواسة يستخدمه جهاز خدمة الأطباء الطائرين" . تروف . المكتبة الوطنية الأسترالية . تم الاطلاع عليه في 3 يناير 2019. تمثل دواسة ترايجر علامة فارقة في تاريخ الاتصالات في أستراليا.
  15. ↑ بير، جون. "ترايجر، ألفريد هيرمان (1895-1980)" . سيرة ذاتية - ألفريد هيرمان ترايجر - قاموس السير الذاتية الأسترالي . المركز الوطني للسير الذاتية، الجامعة الوطنية الأسترالية . تاريخ الاسترجاع: 24 أغسطس 2019 .{{cite book}}تم |website=تجاهله ( مساعدة )