نقدم إليكم في المقال التالي بحث عن الدفع والزخم وهو أحد أهم القوانين التي تتم دراستها بعلم الرياضيات والفيزياء مما يجعل المعلمين دوماً ما يطلبون من الطلاب إجراء البحوث حوله والتي غالباً ما تنصب مواضيعها حول قانون الحفاظ على الزخم، كيفية قياس الزخم، لكي يكونوا على دراية تامة بكافة مفاهيم الدفع والزخم وما له من تأثير على الأجسام بطريق نظري وما له من تأثير على الأشخاص والأشياء.
إن لجميع الأجسام كتلة خاصة بها لكل منها قوة محددة تمكنه من الحركة وفيما نعرضه هنا من بحث سوف نتطرق إلى التعرف على المقصود بقوة الدفع والزخم والطريقة التي يمكن من خلالها حفظ كلاً منهم وما لهم من أثر بعلم الفيزياء على العديد من المسببات والنتائج ذات التطبيقات المتعددة.
بحث عن الدفع والزخم
- إذا وضعنا فرضاً أن هناك جسمين واقفين دون حراك ولا يفصل بينهما سوى الهواء حينها سوف يتجه أحدهما في اتجاه اليمين والآخر سوف يتجه ناحية اليسار، وكذلك الحال بكافة الأنظمة المغلقة إذ سوف يتم المحافظة على الزخم، ويعد من قبيل الأمور الهامة إدراك أن الزخم الكلي قبل حدوث التفاعل يساوي صفراً، لذا عقب دفع الكائنين سوف يبقى الزخم كما هو يساوي صفر.
- وعلى الرغم من السابق ذكره فإن كلاً من الكائنين إذا تم النظر إليه بشكل منفصل فإن الزخم الخاص به غير صفر لأن كل كائن بالحركة ويكون مجموع الزخم عقب ذلك هو الصفر.
- تعتمد كمية الزخم لجميع الكائنات على متغيرين وهما مدى سرعة الأشياء وكتلتها، كما يتناسب الزخم بطريق مباشر مع كلاً من السرعة والكتلة إذ يترتب على الزيادة بالكتلة البالغة ضعفين أو ثلاثة أضعاف بالتزامن مع السرعة الثابتة وهو ما يترتب معه ازدياد السرعة بما يعادل ضعفين أو ثلاثة أضعاف (مع ثبات الكتلة) مما سيترتب عليه ارتفاع ما يعادل ضعفين أو ثلاثة بما يمتلكه الجسم من زخم.
- وتتم كتابة المعادلة التي تعبر عن ذلك المفهوم على النحو التالي (زخم الجسم يساوي كتلة الجسم مضروبة في سرعته)، (الزخم يساوي الكتلة x السرعة)، وعلى الزخم فإن الزخم هو كمية ليست قياسية ولكنها متجهة.
نظرية الدفع والزخم
- في نظرية الدفع والزخم يكون الكائن المتحرك تجاه اليسار لديه زخم سلبي، بينما الكائن المتحرك باتجاه اليمين لديه زخم إيجابي، وتلك القوتان يكونان معاكستان ومتساويتان، لذلك حينما تتم إضافت كلاً منهما معاً إلى الحساب الكلي للزخم فإن كلاً منهما يلغي الآخر، وعلى ذلك يمكن للجسمين كليهما أن يتحركا ويكون الزخم الكلي هنا مساوي للصفر.
- على سبيل المثال: قد يكون الكائن الأول الذي انتقل في تجاه اليسار عقب ذلك زخمًا أخيرًا بالغ من الوزن -6 كجم-م / ث، مما يدل على أن الجسم الثاني الذي قام بالانتقال تجاه اليمين عقب ذلك سوف تكون له قوة دفع نهائية بالغة ستة كجم / م ث، وتكافئ اللحظة العكسية والمتساوية وما يصل إلى الصفر الكلي.
- وتكون آخر لحظة عكسية ومتساوية فلا تعد السرعة النائية الخاصة بها بالضرورة عكسية ومتساوية ولكي تصبح سرعتها النهائية عكسية ومتساوية لابد أن تمتلك كتلة متساوية وهو ما يمثل حالة خاصة، بينما بالحالة العامة فإن الكائن ذو الكتلة الأكبر يتحرك بشكل أكثر بطئاً فيما يتعلق بالبعد عن الكائن الأقل كتلة.
- ولذا غالباً ما يكون الزخم النهائي للعنصر الأول سالباً ومن الممكن حينها أن يتم احتسابه عن طريق ضرب كتلة كبيرة من المرات بسرعة صغيرة، وسوف يصبح الزخم النهائي للكائن الثاني موجباً حيث يتم احتسابه عن طريق ضرب كتلة صغيرة مساوية لسرعة كبيرة.
المقصود بالزخم
- دوماً ما يتردد الحديث والتساؤل حول مفهوم الزخم وما المقصود منه وقد أصبح من الممكن فهم ما يعنيه ذلك المصطلح حقاً ومن ثم يمكن التعرف على مبدأ الحفاظ على الزخم وما ينبغي أن يتم فعله فيما يتعلق بتصادم الأشياء، إذ قد تكون كلمة الزخم شائعة ومعتادة مثل أن يقال شيئاً ما قد اكتسب زخماً وهو ما قد يكون أمراً شديد التأثير.
- يقصد بالزخم مقدار حركة الأجسام المتحركة بالمعنى الرئيسي فكلما ازدادت قوة حركة الجسم أصبح من الصعب أن يتم إيقافها وهو ما يعد سبباً في استخدام ذلك المصطلح كثيراً بالفرق الرياضية حيث يدل على أن الفريق يتقدم بشكل عام حيث غالباً ما تواجه الفرق صعوبة كبيرة لكي توقف الفريق المقابل لها من الزخم.
الحفاظ على مبادئ الزخم
- مبدأ الحفاظ على الزخم ينص على أنه في الأنظمة المنعزلة، يكون لكائنين يتصادمان ذات العزم المشترك فيما يسبق التصادم وما يليه، وهو ما يعني أن الزخم لا يتم تدميره بالتصادم بينما ما يحدث أن يتم نقله بيم الجسمين بنظام منعزل.
- وبذلك دوماً ما يتم الحفاظ على الزخم أثناء التصادم وحينما يتم طرح مثال على ذلك مثل التقاط اللاعب كرة البيسبول سوف يتم نقل الزخم من الكرة إلى اليد، إذ تعتمد الطريقة التي يتم نقل الزخم بها عن طريق نوع التصادم، ويوجد أنواع ثلاثة من التصادمات وهي الغير مرنة جزئياً، الغير مرنة نهائياً، والتصادمات المرنة.
الزخم في البيسبول
- يعرف الدفع والزخم بكونه مقدار حركة أحد الأجسام في جسم آخر ومن أبرز الأمثلة التي يمكن طرحها في ذلك الصدد توضح المقصود منهما هي لعبة البيسبول التي يتم رميها في الهواء على هيئة خط مستقيم، حيث إن اللاعب حينما يلقف البيسبول يشعر أن الزخم الخاص بالكرة تم انتقاله إليه.
- ويصبح من المحتمل أن تقوم الكرة بدفع يد اللاعب نحوه ثانية أثناء محاولته التقاطها، في حين أن الكرة ذات القوة الأكبر، وعلى ذلك فكلما ازدادت المقدرة على دفع اليد أثناء الالتقاط يتم تحريك الزخم باتجاهه.
- وعلى ذلك فحينما يتم القاء كرتين من البيسبول في نفس الوقت وقد تحركت أحدهما بسرعة خمسون ميل بالساعة بينما الثانية انطلقت بسرعة مائة وخمسون ميل بالساعة، حتى وإن كانت التي تم ضربها بسرعة مائة وخمسون ميلاً بالساعة قدمت من مسافة خمسين ميل بالساعة.
- في تلك الحالة يمكن تخيل أن كلتا الكرتين بالخمسين ميل في الساعة أحدهما تمثل لعبة البيسبول بينما الأخرى هي كرة لعبة البولينج، وحينها قد لا يرغب اللاعب بوقف الكرة ولكنه سوف يستمر بالجري حتى بعد أن يضربها وكلتيهما سوف يتجهان بالسرعة ذاتها، فهل ذلك يرجع لأن البولينج أكثر صعوبة وتمتلك كرة كتلة أكبر أو أنها أثقل، ولكن الجانب الأكثر أهمية من الاندفاع الجسم هنا هو كتلته.
كيفية قياس الزخم
يمكن إيضاح الكيفية التي من خلالها يتم احتساب الزخم فيما يلي:
- يتم قياس الزخم وفقاً للحركة واتجاهها، حينما يتحرك الجسم باتجاه مع تحرك الجسم الآخر بالاتجاه المغايرمما يدل على أن الزخم يساوي صفر، وفي آخر لحظة تكون درجة الزخم عكسية ومتساوية على الرغم من أن السرعة النهائية قد تكون غير عكسية ومتساوية.
- ولكي تصبح السرعة النهائية وعكسية ومتساوية ينبغي أن تكون كتلة الجسم متساوية، وهنا يمكن القول أنها تعد هي الحالة خاصة، بينما الحالة العامة فهي حينما يتحرك الكائن ذو الكتلة الأكبر بعيد عن الكائن ذي الكتلة الأقل ببطء.
- ووفقاً لما سبق ذكره فإن الزخم النهائي للعنصر الأول يعتبر سالباً، ومن الممكن احتساب الزخم النهائي من خلال ضرب كتلة كبيرة من المرات بسرعة قليلة، حينها يكون الزخم النهائي للكائن الثاني زخم بمقدار موجبًا ويمكن احتسابه من خلال ضرب كتلة صغيرة مساوية للسرعة الكثيرة.
مفهوم الدفع بالأجسام المتحركة
- يصنف مفهوم الدفع وفق الظاهرة الفيزيائيّة التي يتم تفسيرها، إذ يمكن تغيير كميّة التحرك لكافة الأجسام أياً كان نوعها لأنها مساوية لحاصل ضرب السرعة في الكتلة، مما يجعل الدفع يتغير وفق تغيير سرعة الجسم، أو حسب كتلته.
- كذلك فإن الفترة الزمنية تؤثر بقياس الدفع، وقد توصل العلماء إلا أن التحرك يتناسب طرديّاً مع التغير التغير في القوة والتغيرفي الزمن، كما اتفق العلماء على تسمية حاصل ضرب القوة المؤثرة في الجسم باسم الدفع.
- الدفع يصنف من بين الكميّات الفيزيائيّة التي يتم قياسها بوحدة النيوتن في متر، حيث جاء بقانون نيوتن الثالث أنّ لكل فعل ردَّ فعل متساوياً له في المقدار ومعاكساً في الاتجاه، وهو ما يعني أن الدفع يتوقف على الاتجاه والمقدار.
أمثلة على الدفع والزخم والطاقة الحركية
في الحالة التي تصدم بها سيارتين وجهاً إلى وجه ومن ثم تم توقف السيارتين نتيجة ما حدث من اصطدام يمكن إيضاح نتائج الأمر من خلال الفرضيات التالية:
- أولاً: هل تتم المحافظة على الزخم رغماً عما حدث من توقف للسيارتين؟ الجواب هو نعم حيث إنه على الرغم من انعدام توافر زخم عقب الاصطدام إلا أنه لم يكن هناك زخماً كاملاً من الأصل قبل حدوث الاصطدام، إذاً فالزخم هو الكمية المتجهة، إذ لابد أن يكون الزخم إيجابي لإحدى السيارتين والذي يمكن أن تتم موازنته عن طريق الزخم السلبي الخاص بالسيارة الثانية.
- ثانياً: على الرغم من توقف السيارتين هل يتم الحفاظ على الطاقة الحركية؟ الجواب هو لا حيث إن الطاقة الحركية تمثل كمية قياسية، والسيارتين كليهما كانتا تتحركان ولديهما طاقة حركية قبل حدوث التصادم، بينما بعد التصادم لا يكون هناك طاقة حركية.
وفي ختام بحثنا الذي قمنا يتقديمه عن الدفع والزخم قد توصلنا من خلاله إلى إدراك مدى ما يمثله ذلك القانون من أهمية بل إنه يعد واحد من أهم القوانين الفيزيائية التي تنص على أنه في حالة حدوث اصطدام بين الجسم الأول والجسم الثاني بنظام معزول، فإن الزخم الكلي للجسمين قبل حدوث التصادم يتساوى مع الزخم الكلي للجسمين عقب التصادم مما يعني أن الزخم الذي تم فقده من قبل الجسم الأول مساوي للزخم الذي تم اكتسابه بواسطةالجسم الثاني.