ما هو قانون زخم الحركة؟ شروطه وأمثلة عليه؟

في عالم الفيزياء، تُعد مفاهيم الحركة والزخم من الركائز الأساسية التي تفسر كيفية انتقال الأجسام وتأثيرها ببعضها البعض. أحد أهم هذه المفاهيم هو زخم الحركة، الذي يلعب دورًا حيويًا في فهم التصادمات، وتحليل حركة الأجسام، وحتى في تصميم الصواريخ والمركبات الفضائية. في هذا المقال، نستعرض قانون زخم الحركة بشكل مبسط ومفصل، ونتعرف على تطبيقاته العملية والفرق بين أنواعه، إلى جانب علاقته بقوانين نيوتن.

للنشر

واتس اب شارك غرد شارك

جدول المحتويات

• ما هو زخم الحركة؟
• الزخم كمية قياسية ام متجهة؟
• شروط زخم الحركة
  • 1. أن يكون الجسم في حالة حركة
  • 2. أن تكون الكتلة ثابتة (في الزخم الخطي التقليدي)
  • 3. أن يكون النظام مغلقًا ومعزولًا (لحفظ الزخم)
  • 4. تأثير القوة على الزخم يعتمد على الزمن
  • 5. يجب تحديد الاتجاه (لأن الزخم كمية متجهة)
• شرح قانون الزخم مع الأمثلة
• أنواع زخم الحركة
• الفرق بين الزخم والطاقة الحركية
• قانون حفظ الزخم – الشرح والتطبيقات
• أمثلة على زخم الحركة في الحياة اليومية
• زخم الحركة في التصادمات (المرنة وغير المرنة)
• كيفية حساب الزخم – معادلات وأمثلة
• علاقة زخم الحركة بالكتلة والسرعة
• تجارب عملية على زخم الحركة
• شرح مبسط لزخم الحركة
• قانون الزخم الخطي مقابل الزخم الزاوي
• الأسئلة الشائعة
  • متى يكون الزخم محفوظًا؟
  • ما هي تطبيقات قانون حفظ الزخم في الصواريخ؟
  • ما العلاقة بين قانون نيوتن الثاني وزخم الحركة؟
  • كيف يتغير الزخم عند التصادم؟

ما هو زخم الحركة؟

زخم الحركة (بالإنجليزية: Momentum): هو كمية فيزيائية تُعبر عن مدى صعوبة إيقاف جسم متحرك. وهو ناتج ضرب كتلة الجسم في سرعته، ويُعتبر من الكميات المتجهة، أي أنه له مقدار واتجاه. ويُحسب من خلال ضرب كتلة الجسم في سرعته، مما يعني أن أي جسم له كتلة ويتحرك بسرعة معينة يمتلك زخمًا حركيًا. يُرمز له بالرمز p، وتُقاس وحدته في النظام الدولي بـ كيلوغرام·متر/ثانية (kg·m/s).

الصيغة الرياضية لزخم الحركة: $$p=m\times v$$

• حيث p: الزخم
• m: الكتلة (بوحدة الكيلوغرام)
• v: السرعة (بوحدة المتر/الثانية).

الزخم كمية قياسية ام متجهة؟

• الزخم هو كمية متجهة (Vector Quantity). لأن الزخم يُعبر عن العلاقة بين الكتلة والسرعة لجسم ما. بما أن السرعة هي كمية متجهة (لها قيمة واتجاه)، فإن الزخم يكون أيضًا كمية متجهة لأنه يعتمد على السرعة.

شروط زخم الحركة

لكي نتمكن من استخدام قانون زخم الحركة وتطبيق مبدأ حفظ الزخم بشكل صحيح، لا بد من توفر مجموعة من الشروط الفيزيائية، وهي كما يلي:

1. أن يكون الجسم في حالة حركة

• زخم الحركة لا يُطبق على الأجسام الساكنة؛ لأن السرعة تساوي صفر، وبالتالي الزخم يكون صفرًا.
• كل جسم يتحرك بسرعة وله كتلة يمتلك زخمًا.

2. أن تكون الكتلة ثابتة (في الزخم الخطي التقليدي)

• المعادلة $p=m\times v$ تفترض أن الكتلة لا تتغير أثناء الحركة.
• في حالات معينة مثل حركة الصواريخ (التي تفقد جزءًا من كتلتها أثناء الدفع)، نحتاج لنماذج متقدمة.

3. أن يكون النظام مغلقًا ومعزولًا (لحفظ الزخم)

• أي لا تؤثر على النظام قوى خارجية (مثل الاحتكاك أو قوة خارجية مفاجئة).
• هذا الشرط مهم عند دراسة التصادمات؛ فبدونه لا يمكن افتراض بقاء الزخم محفوظًا.

4. تأثير القوة على الزخم يعتمد على الزمن

• من شروط دراسة تغير الزخم معرفة مقدار القوة وزمن تأثيرها، حسب العلاقة:
• Δp=F×Δt

5. يجب تحديد الاتجاه (لأن الزخم كمية متجهة)

• الزخم له اتجاه، لذلك لا يكفي معرفة قيمته العددية فقط.
• عند دراسة تصادم أو حركة في بعدين أو أكثر، يجب الانتباه لاتجاه كل زخم.

شرح قانون الزخم مع الأمثلة

قانون الزخم ببساطة يقول: "كلما زادت كتلة الجسم أو زادت سرعته، زاد زخم حركته". فمثلًا:

• كرة بيسبول صغيرة تسير بسرعة 100 كم/س لها زخم.
• سيارة كبيرة تسير بنفس السرعة سيكون زخمها أكبر بكثير بسبب كتلتها الأعلى.

مثال عملي:

• كتلة جسم = 2 كجم، وسرعته = 3 م/ث.
• الزخم = 2 × 3 = 6 كجم·م/ث.

أنواع زخم الحركة

إليك جدول مفصل يُظهر أنواع الزخم المختلفة مع التعريفات والمعلومات الإضافية:

الفرق بين الزخم والطاقة الحركية

• الزخم كمية متجهة (تأخذ بعين الاعتبار الاتجاه).
• الطاقة الحركية كمية قياسية (لا تعتمد على الاتجاه).
• صيغة الزخم: $v$
• صيغة الطاقة الحركية: K E = 1 2 𝑚 𝑣

قانون حفظ الزخم – الشرح والتطبيقات

• قانون حفظ الزخم ينص على: "إذا لم تؤثر قوى خارجية على نظام ما، فإن الزخم الكلي للنظام يبقى ثابتًا قبل وبعد التفاعل."
• هذا القانون يُستخدم في دراسة التصادمات.

أمثلة على زخم الحركة في الحياة اليومية

• حركة السيارة على الطريق.
• دفع عربة التسوق.
• تصادم لاعبين في مباراة كرة قدم.
• إطلاق صاروخ في الفضاء.

زخم الحركة في التصادمات (المرنة وغير المرنة)

• تصادم مرن: الزخم والطاقة الحركية محفوظان.
• تصادم غير مرن: الزخم محفوظ، لكن جزء من الطاقة يتحول إلى حرارة أو صوت.

مثال: تصادم كرتين من المطاط (مرن) vs. تصادم سيارتين (غير مرن).

كيفية حساب الزخم – معادلات وأمثلة

أين:

• : الزخم
• : الكتلة
• : السرعة

مثال:

• إذا كانت كتلة دراجة = 15 كجم، وسرعتها = 4 م/ث
• الزخم = 15 × 4 = 60 كجم·م/ث

علاقة زخم الحركة بالكتلة والسرعة

العلاقة طردية:

• زيادة الكتلة تزيد الزخم.
• زيادة السرعة تزيد الزخم.

وهذا ما يجعل المركبات الكبيرة تحتاج لمسافة أطول للتوقف مقارنة بالدراجات.

تجارب عملية على زخم الحركة

• تجربة تصادم كرتين على مسار مستقيم.
• استخدام عربات صغيرة ومسطرة قياس لحساب الزخم قبل وبعد التصادم.
• إطلاق كرة من نابض وملاحظة التغير في السرعة والزخم.

شرح مبسط لزخم الحركة

زخم الحركة مثل "قوة الدفع" التي تجعلك تستمر في الحركة.

• كلما كانت السيارة أسرع أو أثقل، كان من الصعب إيقافها.
• تخيل أنك تلعب كرة، الكرة الكبيرة تحتاج إلى قوة أكبر لإيقافها من الكرة الصغيرة.

قانون الزخم الخطي مقابل الزخم الزاوي

• قانون الزخم الخطي يتعلق بحركة جسم في خط مستقيم ويُحسب بالمعادلة:.
• قانون الزخم الزاوي يتعلق بحركة الجسم في مسار دائري ويُحسب بالمعادلة: حيث هو العزم و السرعة الزاوية.
• الزخم الزاوي مهم في دراسة حركة الكواكب، الغسالات، والدواليب.

الأسئلة الشائعة

هناك العديد من التساؤلات التي يبحث عنها الأفراد حول قانون زخم الحركة، ومنها ما يلي:

متى يكون الزخم محفوظًا؟

• يكون الزخم محفوظًا في حالة عدم وجود قوى خارجية تؤثر على النظام، مثل الاحتكاك أو الدفع من الخارج.
• في نظام مغلق ومعزول، يبقى الزخم الكلي ثابتًا.

ما هي تطبيقات قانون حفظ الزخم في الصواريخ؟

• عند إطلاق صاروخ، تندفع الغازات بسرعة كبيرة للخلف، مما يدفع الصاروخ للأمام.
• هذا تطبيق مباشر لقانون حفظ الزخم: زخم الغازات الخارج = زخم الصاروخ الداخل.

ما العلاقة بين قانون نيوتن الثاني وزخم الحركة؟

• قانون نيوتن الثاني ينص على: (𝐹 = 𝑚 𝑎 , حيث 𝐹 هي القوة المؤثرة على الجسم، و 𝑚 هي كتلة الجسم، و 𝑎 هي العجلة.) لكن يمكن كتابته بصيغة الزخم:F = dp/dt أي أن القوة تساوي المعدل الزمني لتغير الزخم، ما يربط مباشرة بين القوة والتغير في زخم الجسم.

كيف يتغير الزخم عند التصادم؟

يتغير الزخم في التصادمات حسب نوع التصادم:

• في التصادمات المرنة: يُحفظ الزخم والطاقة.
• في التصادمات غير المرنة: يُحفظ الزخم، لكن الطاقة تُفقد جزئيًا.

إذا اصطدم جسم بآخر وتوقف فجأة، فإن التغير في الزخم يُنتج قوة مؤثرة، وهو ما يفسر وجود وسائد هوائية في السيارات لتقليل تأثير القوة الناتجة عن تغير مفاجئ في الزخم.