الزخم هو قياس الكتلة المتحركة. أي جسم يتحرك لديه زخم. كما هو محدد من قبل نيوتن ، فإن زخم الجسم (ع) هو نتاج الكتلة (م) والسرعة (ت) من الجسم. في الفيزياء ، يكون زخم الجسم مساويًا للكتلة ضرب السرعة.
عادة ، يتم اختصار الزخم باستخدام الحرف "p" مما يجعل المعادلة تبدو كما يلي:
حيث p هي الزخم ، m هي الكتلة و v هي السرعة
من هذه المعادلة ، يمكننا أن نرى أن سرعة الجسم والكتلة لها تأثير متساو على كمية الزخم.
لدينا المزيد من الزخم عندما نركض أكثر مما كنا نمشي. وبالمثل ، إذا كانت السيارة والدراجة تسيران في الشارع بنفس السرعة ، فستحصل السيارة على المزيد من الزخم (بسبب كتلتها الأعلى).
يمكن اعتبار الزخم القوة عندما يتحرك جسم ما ، وهذا يعني مقدار القوة التي يمكن أن يكون لها على جسم آخر. على سبيل المثال ، يمكن لعب كرة البولينج (كتلة كبيرة) التي يتم دفعها ببطء شديد (سرعة منخفضة) أن تصطدم بباب زجاجي ولا تكسره ، في حين يمكن إلقاء كرة البيسبول (كتلة صغيرة) بسرعة (سرعة عالية) وكسر النافذة نفسها. البيسبول لديها زخم أكبر من كرة البولينج. لأن الزخم هو نتاج الكتلة وتؤثر السرعة على زخم الجسم. كما هو موضح ، يمكن أن يكون للجسم ذو الكتلة الكبيرة والسرعة المنخفضة نفس الزخم الذي يتمتع به الجسم ذي الكتلة الصغيرة والسرعة الكبيرة. الرصاصة هي مثال آخر حيث يكون الزخم مرتفعًا جدًا ، بسبب السرعة غير العادية.
الزخم هو كمية متجه. كمية المتجه هي كمية موصوفة بالكامل بالحجم والاتجاه. لوصف زخم كرة بولينج 5 كجم تتحرك غربًا بسرعة 2 م / ث ، يجب علينا تضمين معلومات حول كل من حجم واتجاه كرة البولينج. لا يكفي القول أن الكرة تحتوي على 10 كجم / ثانية من الزخم ؛ لم يتم وصف زخم الكرة بالكامل حتى يتم إعطاء معلومات حول اتجاهها. اتجاه متجه الزخم هو نفسه اتجاه سرعة الكرة. اتجاه متجه السرعة هو نفس اتجاه حركة الجسم. إذا كانت كرة البولينج تتحرك غربًا ، فيمكن وصف زخمها بالكامل بالقول أنها 10 كجم م / ث غربًا. وككمية متجهة ، يتم وصف زخم الجسم بالكامل من حيث الحجم والاتجاه. يظهر اتجاه الزخم بواسطة سهم أو ناقل.
وحدة الزخم هي كجم م / ث (كيلوغرام متر في الثانية) أو نيوتن (نيوتن ثانية).
الاندفاع - الاندفاع هو التغيير في الزخم الناجم عن قوة جديدة ؛ ستزيد هذه القوة أو تنقص الزخم اعتمادًا على اتجاه القوة ؛ نحو أو بعيدًا عن الجسم الذي كان يتحرك من قبل. إذا كانت القوة الجديدة (N) تسير في اتجاه زخم الكائن (x) ، فسيزداد زخم x ؛ لذلك إذا كان N يسير باتجاه الجسم x في الاتجاه المعاكس ، فإن x سيتباطأ وسيقل زخمه.
في فهم الحفاظ على الزخم ، فإن اتجاه الزخم مهم. يتم إضافة الزخم في النظام باستخدام إضافة المتجهات. بموجب قواعد جمع النواقل ، فإن إضافة كمية معينة من الزخم مع نفس القدر من الزخم في الاتجاه المعاكس يعطي زخمًا إجماليًا صفرًا. على سبيل المثال ، عندما يتم إطلاق مسدس ، تتحرك كتلة صغيرة (الرصاصة) بسرعة عالية في اتجاه واحد. تتحرك الكتلة الأكبر (البندقية) في الاتجاه المعاكس بسرعة أبطأ بكثير. يرجع ارتداد البندقية إلى الحفاظ على الزخم. تتحرك البندقية مرة أخرى بسرعة أقل من الرصاصة بسبب كتلتها الأكبر. زخم الرصاصة وزخم البندقية متساويان في الحجم تمامًا ولكنهما معاكسان للاتجاه. باستخدام إضافة المتجهات لإضافة زخم الرصاصة إلى زخم البندقية (متساوية في الحجم ولكن عكس الاتجاه) يعطي زخمًا إجماليًا للنظام صفرًا. تم الحفاظ على زخم نظام طلقات الرصاص.
عندما يصطدم جسمان ببعضهما البعض ، يطلق عليه الاصطدام. في الفيزياء ، لا يجب أن ينطوي التصادم على حادث (مثل اصطدام سيارتين ببعضهما البعض) ، ولكن يمكن أن يكون أي حدث حيث يمارس جسمان متحركان أو أكثر قوىهما لبعضهما البعض لفترة قصيرة من الزمن.
هناك نوعان من التصادم - مرن وغير مرن
التصادم المرن هو الذي لا تفقد فيه الطاقة الحركية. يحدث التصادم المرن عندما "يرتد" الجسمان عندما يتصادمان.
التصادم غير المرن هو الذي تفقد فيه بعض الطاقة الحركية للأجسام المتصادمة. وذلك لأن الطاقة تتحول إلى نوع آخر من الطاقة مثل الحرارة أو الصوت. تحدث التصادمات غير المرنة عندما يصطدم جسمان ولا يرتدان عن بعضهما البعض.
أمثلة:
من النظريات المهمة في الفيزياء قانون الحفاظ على الزخم. يصف هذا القانون ما يحدث للزخم عندما يصطدم جسمان. ينص القانون على أنه عندما يصطدم جسمان في نظام مغلق ، يكون الزخم الكلي لكائنين قبل الاصطدام هو نفس الزخم الكلي لكائنين بعد الاصطدام. قد يتغير زخم كل كائن ، ولكن يجب أن يظل الزخم الإجمالي كما هو.
على سبيل المثال ، إذا كانت كرة حمراء بكتلة 10 كجم تسير شرقًا بسرعة 5 م / ث وتصطدم بكرة زرقاء بوزن 20 كجم تتجه غربًا بسرعة 10 م / ث ، فما هي النتيجة ؟؟؟
أولاً نحدد زخم كل كرة قبل التصادم:
الكرة الحمراء = 10 كجم * 5 م / ث = 50 كجم م / ث شرقا
الكرة الزرقاء = 20 كجم * 10 م / ث = 200 كجم م / ث غربًا
سيكون الزخم الناتج على حد سواء الكرات = 150 كجم م / ث غربًا
ملاحظة: لا يزال زخم الجسم يقف عند 0 كجم / م.
الزخم الذي ناقشناه أعلاه هو زخم خطي إلى حد كبير. إنه متسق مع فهمنا للزخم - جسم كبير سريع الحركة له زخم أكبر من جسم أصغر وأبطأ. يتم التعبير عن الزخم الخطي على أنه p = mv
وفقًا لمبدأ الحفاظ على الزخم الخطي ، في حالة عدم وجود قوى خارجية ، لا يتغير الزخم الكلي للنظام. يمكن أن يتغير زخم المكونات الفردية ، وعادة ما يتغير ، ولكن يبقى الزخم الكلي للنظام ثابتًا.
ولكن ماذا عن الأشياء التي تتحرك في دائرة؟ اتضح أننا لا نستطيع أن نتخيل الزخم الزاوي بنفس الطريقة. الزخم الزاوي هو زخم جسم إما يدور أو في حركة دائرية وهو يساوي ناتج لحظة القصور الذاتي والسرعة الزاوية. يتم قياس الزخم الزاوي بالكيلوغرام المربّع في الثانية.
يرتبط الجسم الدوار بقصور ذاتي يسمى لحظة الجمود. تشبه لحظة القصور الذاتي الكتلة في الزخم الخطي لأنها مقاومة التغيير في سرعة الدوران عند تطبيق عزم الدوران (ما يعادل القوة الدورانية).
تعتمد لحظة الجمود على:
يتم التعبير عن الزخم الزاوي كـ L = Iω. هذه المعادلة تمثيلية لتعريف الزخم الخطي ك p = mv. وحدات الزخم الخطي هي كجم م / ث بينما وحدات الزخم الزاوي هي كجم م / ث. كما نتوقع ، فإن الجسم الذي لديه لحظة كبيرة من القصور الذاتي الأول ، مثل الأرض ، لديه زخم زاوي كبير جدًا. الجسم ذو السرعة الزاوية الكبيرة such ، مثل جهاز الطرد المركزي ، لديه أيضًا زخم زاوي كبير إلى حد ما.
يشرح الحفاظ على الزخم الزاوي العديد من الظواهر. لا يزال الزخم الزاوي الكلي للنظام دون تغيير إذا لم يكن هناك عزم خارجي يعمل عليه. يمكن أن تتغير سرعة الدوران ببساطة عن طريق تغيير لحظة القصور الذاتي.
مثال على الحفاظ على الزخم الزاوي هو عندما يقوم متزلج جليدي بتنفيذ دوران. عزم الدوران الصافي عليها قريب جدًا من الصفر ، لأن هناك القليل من الاحتكاك بين التزلج على الجليد والجليد ، ولأن الاحتكاك قريب جدًا من النقطة المحورية. وبالتالي ، يمكنها الدوران لبعض الوقت. يمكنها فعل شيء آخر أيضًا. يمكنها زيادة معدل دورانها عن طريق سحب ذراعيها وساقيها. لماذا يؤدي سحب ذراعيها وساقيها إلى زيادة معدل دورانها؟ الجواب هو أن زخمها الزاوي ثابت بسبب عزم الدوران الصافي لها بشكل ضئيل. يزداد معدل دورانها بشكل كبير عندما تسحب ذراعيها ، مما يقلل من فترة السكون. يؤدي العمل الذي تقوم به لسحب ذراعيها إلى زيادة الطاقة الحركية الدورانية.
هناك العديد من الأمثلة الأخرى على الأشياء التي تزيد من معدل دورانها لأن شيئًا ما قلل من وقت الجمود. الأعاصير هي مثال واحد. تدور أنظمة العواصف التي تخلق الأعاصير ببطء. عندما يضيق نصف قطر الدوران ، حتى في المنطقة المحلية ، تزداد السرعة الزاوية ، وأحيانًا إلى المستوى الغاضب من الإعصار. الأرض مثال آخر. ولد كوكبنا من سحابة ضخمة من الغاز والغبار ، جاء دورانها من الاضطراب في سحابة أكبر. تسببت قوى الجاذبية في انكماش السحابة ، وزاد معدل الدوران نتيجة لذلك.
في حالة الحركة البشرية ، لا يتوقع المرء الحفاظ على الزخم الزاوي عندما يتفاعل الجسم مع البيئة عندما تدفع قدمه بعيدًا عن الأرض. ليس لرواد الفضاء الذين يعومون في الفضاء زخم زاوي بالنسبة إلى داخل السفينة إذا كانوا بلا حراك. ستستمر أجسادهم في الحصول على هذه القيمة الصفرية بغض النظر عن كيفية تطورها طالما أنها لا تعطي نفسها دفعة من جانب السفينة.
