تعتبر قوانين نيوتن من الركائز الأساسية في فهم علم الحركة، حيث تتيح لنا الربط بين القوة المؤثرة على جسم ما وسلوكه الحركي. في هذا المقال، سنستكشف مفهوم زخم الحركة، بالإضافة إلى العلاقة الرياضية التي تربط بين سرعة الجسم وزخمه.
مفهوم زخم الحركة
زخم الحركة هو كمية فيزيائية متجهة تُحدد حسب المقدار والاتجاه، ويتم التعبير عنها بحاصل ضرب كتلة الجسم في سرعته. يرتبط زخم الحركة بقانون حفظ الزخم، الذي يُشتق من قانون نيوتن الثالث، والذي ينص على أنه “لكل فعل هناك رد فعل يساويه في المقدار ويعاكسه في الاتجاه”. يُعبر قانون حفظ الزخم عن ثبات الزخم الكلي في أي نظام معزول يحتوي على جسمين أو أكثر، ما لم تتعرض هذه الأجسام لقوى خارجية تؤثر عليها. وبالتالي، فإن العلاقة بين زيادة الزخم وإيقافه تتجلى في أن الزخم الكلي لأي مجموعة من الأجسام يُعد مساويًا لمجموع الزخم الفردي لكل جسم. يُشار إلى أن الزخم الكلي لمجموعة من الأجسام التي تتحرك في اتجاهات متعاكسة يعادل صفرًا نظرًا لكون الزخم كمية متجهة.
عندما تضاعف سرعة الجسم، كيف يتأثر زخم الحركة
للإجابة عن هذا السؤال، من الضروري الرجوع إلى المعادلة الخاصة بزخم الحركة، وهي زخم الحركة = الكتلة × السرعة. وذلك يعني
- عند مضاعفة سرعة الجسم، فإن زخمه أيضاً سيتضاعف، نتيجة للعلاقة الطردية بين سرعة الجسم وزخمه.
استندت هذه العلاقة إلى قانون نيوتن الثاني الذي ينص على أن “القوة المؤثرة في جسم ما تُكسبه تسارعًا يتناسب طرديًا مع قوته، ويتناسب عكسيًا مع سرعته”. يقاس الزخم بوحدة كغم.متر/ثانية، بينما تقاس الكتلة بوحدة كغم والسرعة بوحدة متر/ثانية.
أنواع زخم الحركة
هناك نوعان رئيسيان من زخم الحركة، نشأ كلاهما نتيجة لاختلاف حركات الأجسام
- الزخم الزاوي يعكس هذا النوع من الزخم حالة حركة الجسم بسرعة معينة ضمن زاوية. يعتمد على متغيرات مثل القصور الذاتي للجسم وسرعته الدورانية. ومن الأمثلة على الزخم الزاوي حركة الأرض، حيث إن لها زخمًا زاويًا نتيجة دورانها حول نفسها وحول الشمس.
- الزخم الخطي يُعرف بأنه حاصل ضرب كتلة الجسم في سرعته، مع مراعاة أنه عندما يتحرك جسم أكبر كتلة وأسرع، سيكون له زخم حركي أكبر من الجسم الأقل كتلة والأبطأ. يُحدد الزخم الخطي عندما يتحرك جسم في خط مستقيم.
أمثلة توضيحية على قانون زخم الحركة
تُعتبر الأمثلة التوضيحية أداة فعالة لفهم الطرق الصحيحة للحل، وكذلك تطبيق القوانين الفيزيائية بشكل صحيح. فيما يلي بعض الأمثلة على قانون زخم الحركة
- المثال الأول شاحنة تسير بسرعة قدرها 20 متر/ثانية وكتلتها 400 كغم. احسب زخم الشاحنة
- الخطوة الأولى المعطيات كتلة الشاحنة= 400 كغم، سرعة الشاحنة = 20 متر/ثانية
- الخطوة الثانية المطلوب إيجاد زخم الشاحنة
- الخطوة الثالثة تطبيق القانون زخم الحركة = الكتلة × السرعة
- الحل زخم الحركة = 20 × 400 = 800 كغم.متر/ثانية
- المثال الثاني سيارة تسير بسرعة 40 متر/ثانية وزخمها الحركي يقدر بـ12000 كغم.متر/ثانية. ما هي كتلة السيارة
- الخطوة الأولى المعطيات زخم السيارة = 12000 كغم.متر/ثانية، سرعة السيارة = 40 متر/ثانية
- الخطوة الثانية المطلوب إيجاد كتلة السيارة
- الخطوة الثالثة تطبيق القانون زخم الحركة = الكتلة × السرعة
- الحل 12000 = الكتلة × 40
- الكتلة = 12000 / 40 = 300 كغم.
في ختام هذا المقال، فإننا قد استعرضنا كيف تتضاعف سرعة الجسم تؤثر على زخمه، وسلطنا الضوء على مفهوم زخم الحركة وأنواعه، بالإضافة إلى بعض الأمثلة التوضيحية التي تسهم في فهم هذا المفهوم بشكل أعمق.