Momentum, hareket halindeki kütlenin bir ölçüsüdür. Hareket eden herhangi bir nesnenin momentumu vardır. Newton tarafından tanımlandığı gibi, bir nesnenin momentumu (p), nesnenin kütlesinin (m) ve hızının (v) çarpımıdır. Fizikte, bir nesnenin momentumu, kütle çarpı hızına eşittir.
Genellikle, momentum "p" harfi kullanılarak kısaltılır ve denklem şöyle görünür:
burada p momentum, m kütle ve v hızdır
Bu denklemden, cismin hızının ve kütlesinin momentum miktarı üzerinde eşit etkiye sahip olduğunu görebiliriz.
Koşarken, yürürken olduğundan daha fazla ivmeye sahibiz. Benzer şekilde, bir araba ve bisiklet caddede aynı hızla gidiyorsa, arabanın momentumu daha yüksek olacaktır (kütlesi daha yüksek olduğundan).
Momentum, bir nesne hareket ederken, yani başka bir nesne üzerinde ne kadar kuvvete sahip olabileceğini söylemek için güç olarak kabul edilebilir. Örneğin, çok yavaş (düşük hız) itilen bir bowling topu (büyük kütle) bir cam kapıya çarpabilir ve onu kırmayabilirken, bir beyzbol topu (küçük kütle) hızlı (yüksek hız) fırlatılabilir ve aynı camı kırabilir. Beyzbol, bowling topundan daha büyük bir momentuma sahiptir. Çünkü momentum kütlenin ürünüdür ve hız bir cismin momentumunu etkiler. Gösterildiği gibi, büyük kütleli ve düşük hızlı bir nesne, küçük kütleli ve büyük hızlı bir nesne ile aynı momentuma sahip olabilir. Mermi, olağanüstü hız nedeniyle momentumun çok yüksek olduğu başka bir örnektir.
Momentum bir vektör miktarıdır. Bir vektör miktarı, hem büyüklük hem de yön tarafından tamamen açıklanan bir miktardır. Batıya doğru 2 m/s hızla hareket eden 5 kg'lık bir bowling topunun momentumunu tam olarak tanımlayabilmek için bowling topunun hem büyüklüğü hem de yönü hakkında bilgiler eklemeliyiz. Topun 10 kg m/s momentuma sahip olduğunu söylemek yeterli değildir; yönü hakkında bilgi verilene kadar topun momentumu tam olarak tanımlanmamıştır. Momentum vektörünün yönü, topun hızının yönü ile aynıdır. Hız vektörünün yönü, bir nesnenin hareket ettiği yön ile aynıdır. Bowling topu batıya doğru hareket ediyorsa, momentumu, batıya doğru 10 kg m/s olduğu söylenerek tam olarak tanımlanabilir. Bir vektör miktarı olarak, bir nesnenin momentumu hem büyüklük hem de yön ile tam olarak tanımlanır. Momentumun yönü bir ok veya vektör ile gösterilir.
Momentum birimi kg m/s (saniyede kilogram metre) veya N s'dir (Newton saniye).
Dürtü – Dürtü, yeni bir kuvvetin neden olduğu momentum değişikliğidir; bu kuvvet, kuvvetin yönüne bağlı olarak momentumu artıracak veya azaltacaktır; daha önce hareket eden nesneye doğru veya ondan uzağa. Yeni kuvvet (N), nesnenin (x) momentumu yönünde gidiyorsa, x'in momentumu artacaktır; bu nedenle N, x nesnesine ters yönde gidiyorsa, x yavaşlayacak ve momentumu azalacaktır.
Momentumun korunumunu anlamak için momentumun yönü önemlidir. Bir sistemdeki momentum, vektör toplama kullanılarak toplanır. Vektör toplama kurallarına göre, belirli bir momentum miktarı ile zıt yönde giden aynı miktarda momentumu toplamak, toplam momentumu sıfır verir. Örneğin, bir silah ateşlendiğinde, küçük bir kütle (mermi) bir yönde yüksek bir hızla hareket eder. Daha büyük bir kütle (tabanca) ters yönde çok daha yavaş hareket eder. Bir topun geri tepmesi, momentumun korunumu nedeniyledir. Silah, daha büyük kütlesi nedeniyle mermiden daha düşük bir hızla geri hareket eder. Merminin momentumu ve tabancanın momentumu tam olarak eşit büyüklükte fakat zıt yöndedir. Merminin momentumunu tabancanın momentumuna eklemek için vektör toplamanın kullanılması (boyut olarak eşit fakat yön olarak zıt), toplam sistem momentumu sıfır verir. Silah mermi sisteminin momentumu korunmuştur.
İki nesnenin birbirine çarpmasına çarpışma denir. Fizikte çarpışmanın bir kaza içermesi gerekmez (iki arabanın birbirine çarpması gibi), ancak iki veya daha fazla hareketli nesnenin kısa bir süre için birbirine kuvvet uyguladığı herhangi bir olay olabilir.
İki tür çarpışma vardır - elastik ve elastik olmayan
Esnek çarpışma kinetik enerjinin kaybolmadığı çarpışmadır. Elastik çarpışma, iki nesne çarpıştığında "sıçraydığında" meydana gelir.
Esnek olmayan çarpışma , çarpışan cisimlerin kinetik enerjisinin bir kısmının kaybolduğu çarpışmadır. Bunun nedeni, enerjinin ısı veya ses gibi başka bir enerji türüne dönüştürülmesidir. Esnek olmayan çarpışmalar, iki nesne çarpıştığında ve birbirinden uzaklaşmadığında meydana gelir.
Örnekler:
Fizikte önemli bir teori, momentumun korunumu yasasıdır. Bu yasa, iki nesne çarpıştığında momentuma ne olduğunu açıklar. Yasa, kapalı bir sistemde iki nesne çarpıştığında, iki nesnenin çarpışmadan önceki toplam momentumunun, iki nesnenin çarpışmadan sonraki toplam momentumuna eşit olduğunu belirtir. Her nesnenin momentumu değişebilir, ancak toplam momentum aynı kalmalıdır.
Örneğin, 10 kg kütleli kırmızı bir top doğuya 5 m/s hızla giderken batıya 10 m/s hızla giden 20 kg kütleli mavi bir topla çarpışırsa sonuç ne olur? ?
İlk olarak çarpışmadan önceki her topun momentumunu belirleriz:
Kırmızı top = 10 kg * 5 m/s = 50 kg m/s doğu
Mavi top = 20 kg * 10 m/s = 200 kg m/s batı
Ortaya çıkan momentum, her iki top = 150 kg m/s batı olacaktır.
Not: Hareketsiz duran bir nesnenin momentumu 0 kg m/s'dir.
Yukarıda tartıştığımız momentum büyük ölçüde Lineer momentumdur. Momentum anlayışımızla tutarlıdır - büyük, hızlı hareket eden bir nesne, daha küçük, daha yavaş bir nesneden daha büyük bir momentuma sahiptir. Doğrusal momentum p = mv olarak ifade edilir
Lineer Momentumun Korunması Prensibine göre, dış kuvvetlerin yokluğunda bir sistemin toplam momentumu değişmez. Bireysel bileşenlerin momentumu değişebilir ve genellikle değişir, ancak sistemin toplam momentumu sabit kalır.
Peki ya bir daire içinde hareket eden nesneler? Görünüşe göre açısal momentumu aynı şekilde hayal edemiyoruz. Açısal momentum, dönen veya dairesel hareket eden bir nesnenin momentumudur ve atalet momenti ile açısal hızın ürününe eşittir. Açısal momentum, saniyede kilogram metre kare cinsinden ölçülür.
Dönen bir gövde, eylemsizlik momenti olarak adlandırılan, kendisiyle ilişkili bir eylemsizliğe sahiptir. Atalet momenti, bir tork (dönme kuvvetine eşdeğer) uygulandığında dönme hızındaki değişime karşı direnç olduğundan, doğrusal momentumdaki kütle gibidir.
Atalet momenti şunlara bağlıdır:
Açısal momentum, L = Iω olarak ifade edilir. Bu denklem, lineer momentumun p = mv olarak tanımlanmasına benzer. Doğrusal momentum için birimler kg m/s iken açısal momentum için birimler kg m2/s'dir. Beklediğimiz gibi, Dünya gibi büyük bir eylemsizlik momentine sahip bir nesnenin çok büyük bir açısal momentumu vardır. Santrifüj gibi büyük bir açısal hızı ω olan bir nesnenin de oldukça büyük bir açısal momentumu vardır.
Açısal momentumun korunumu birçok olguyu açıklar. Bir sistemin toplam açısal momentumu, üzerine herhangi bir dış tork etki etmedikçe değişmeden kalır. Dönme hızı, basitçe atalet momentini değiştirerek değişebilir.
Açısal momentumun korunumuna bir örnek, bir buz patencinin dönüş yapmasıdır. Üzerindeki net tork sıfıra çok yakın çünkü patenleri ile buz arasında nispeten az sürtünme var ve sürtünme pivot noktasına çok yakın uygulanıyor. Sonuç olarak, oldukça uzun bir süre dönebilir. Başka bir şey de yapabilir. Kollarını ve bacaklarını içeri çekerek dönüş hızını artırabilir. Kollarını ve bacaklarını çekmek neden dönüş hızını artırır? Cevap, ihmal edilebilecek kadar küçük olan net tork nedeniyle açısal momentumunun sabit olmasıdır. Kollarını çektiğinde dönüş hızı büyük ölçüde artarak atalet momentini azaltır. Kollarını çekmek için yaptığı iş, dönme kinetik enerjisinde bir artışa neden olur.
Bir şey atalet momentini azalttığı için dönme hızlarını artıran birkaç başka nesne örneği vardır. Kasırgalar bir örnektir. Kasırga yaratan fırtına sistemleri yavaş yavaş dönüyor. Dönme yarıçapı, yerel bir bölgede bile daraldığında, açısal hız bazen bir kasırganın şiddetli seviyesine kadar artar. Dünya başka bir örnektir. Gezegenimiz, dönüşü daha da büyük bir buluttaki türbülanstan gelen devasa bir gaz ve toz bulutundan doğdu. Yerçekimi kuvvetleri bulutun büzülmesine neden oldu ve bunun sonucunda dönüş hızı arttı.
İnsan hareketi söz konusu olduğunda, bir cisim ayağı yerden iterken çevreyle etkileşime girdiğinde açısal momentumun korunması beklenemez. Uzayda yüzen astronotlar, eğer hareketsizlerse, geminin içine göre açısal momentumları yoktur. Kendilerini kabın yan tarafından itmedikleri sürece, vücutları ne kadar dönerlerse dönsünler bu sıfır değerine sahip olmaya devam edecekler.
