زخم الحركة مفهومه شروطه وعلى ماذا يعتمد؟

مفهوم زخم الحركة

ما معنى زخم الحركة؟ وما الوحدات المستخدمة لقياسه؟ يُعد زخم الحركة أحد الكميات الفيزيائية، وهو عبارة عن ناتج ضرب كتلة الجسم في سرعته، وهذا يعني أنّ الجسم المتحرك يمتلك زخمًا حركيًا، ومن قوانين نيوتن التي تشرح زخم الحركة؛ قانون نيوتن الثاني الذي ينص على أنّ معدل تغير الزخم يساوي القوة المؤثرة في الجسيم، وإذا كانت القوة المؤثرة في الجسيم قوة ثابتة خلال مدة زمنية معينة فإن ناتج القوة والزمن اللازم لدفع الجسم يساوي التغير في الزخم، إذ يُعد الزخم مقياسًا للوقت اللازم الذي تمتلكه قوة ثابتة لإرجاع الجسم إلى وضع الراحة أو السكون.^[١]

شروط زخم الحركة

هل زخم الحركة كمية متجهة أم قياسية؟ من أهم شروط الزخم وصف الاتجاه والسرعة ومعرفة مقدار كتلة الجسم، إذ يُعد زخم الحركة كمية فيزيائية متجهة، والكمية المتجهة تعني أنها كمية موصوفة بالمقدار والاتجاه معاً، وللتوضيح، فإنّه يلزم أولًا لوصف زخم كرة بولينج مثلاً وصف كتلتها وسرعتها وفي أي اتجاه تسير، إذ يُعد متجه السرعة هو نفسه الاتجاه الذي يتحرك به الجسم وهو نفسه اتجاه الزخم.^[٢]

على ماذا يعتمد زخم الحركة؟

من الممكن الإشارة إلى زخم الحركة أيضًا بأنّه وصف لجسم يمتلك كتلة في حالة الحركة، وبالطبع جميع الأجسام لديها كتلة؛ بالتالي فإن الأجسام المتحركة جميعها تمتلك زخمًا، ويعتمد مقدار الزخم للجسم على متغيرين أساسيين، هما: مقدار كتلة الأجسام المتحركة وسرعتها، ومن الناحية الحسابية فإن الزخم عبارة عن ضرب كتلة الجسم في سرعته، وهذا يعني تناسب الزخم تناسبًا طرديًا مع كتلة الجسم وسرعته.^[٢]

أنواع زخم الحركة

ما سبب الاختلاف بين أنواع زخم الحركة؟ يعود سبب الاختلاف بين أنواع الزخم الحركي إلى وجود أنواع مختلفة من الأجسام المتحركة، وفيما يأتي توضيح موجز لأنواع الزخم الحركي الرئيسية:^[٣]

• الزخم الزاوي: (بالإنجليزية: Angular Momentum) ويُمثّل هذا النوع تحرك الجسم بسرعة معينة لكن بوجود زاوية، ويُشار إلى إمكانية امتلاك الأجسام لأكثر من زخم زاوي واحد، ولتوضيح الأمر أكثر، فعلى سبيل المثال؛ كوكب الأرض الذي يمتلك أكثر من زخم زاوي؛ الأول عبارة عن زخم حركة الكوكب بالنسبة للشمس، والزخم الثاني هو زخم دورانه بالنسبة لمحوره، ومن مميزات الزخم الزاوي أنه كلما قل حجم الجسم زادت سرعة دورانه؛ فمثلاً يكون دوران المتزلجين على الجليد عندما يكونون منخفضين على الأرض وأذرعهم ملتفة حولهم أسرع من دورانهم وهم في وضعية الوقوف بشكل طولي وأذرعهم مفتوحة.
• الزخم الخطي: (بالإنجليزية: Linear Momentum) يأتي معنى الزخم الخطي بنفس معنى الزخم الحركي العادي فهو عبارة عن ناتج ضرب سرعة الجسم في وكتلته، ويمتلك الجسم الأكبر والأسرع زخمًا أكبر من الجسم الأصغر والأبطأ، وعلى وتيرة الزخم الحركي فإن الزخم الخطي يتناسب طردياً مع كتلة الجسم وسرعته عندما يكون الجسم على مسار مستقيم، أي أنّه كلما زادت سرعة الجسم زاد زخمه وكلما زادت كتلة الجسم زاد زخمه أيضًا،^[٤] ويسمى الزخم الخطي أيضًا بالقوة إذ يمكن لجسم خارجي التأثير على جسم آخر بقوة قادرة على تغيير مساره، ويُعد الزخم الخطي للجسم الخارجي المؤثر على الجسم الآخر هو السبب في هذه القوة، لهذا يُستخدم الزخم الخطي للتنبؤ بكيفية تغيير الأشياء مسارها عندما تصطدم بجسم آخر.
• الزخم المفاهيمي: (بالإنجليزية: Conceptual Momentum) هو مفهوم من مفاهيم الزخم ولكن بالمعنى الشائع المستخدم في الحياة اليومية، وهذا لا يعني عدم وجود توافق في المعنى بين الزخم العلمي والزخم اليومي، بل إنّ هناك توافقًا بين المعنيين؛ فمثلاً المرشح للانتخابات في الحياة اليومية يكتسب زخماً إعلاميًا عندما يقوم بالعديد من الأعمال الجيدة في فترة زمنية معينة مثل أداء نقاش جيد أو عمل محاضرات لذلك القيام بالعديد من الأحداث في فترة قصيرة يُكسب المرشح سرعة في حصول الزخم الإعلامي.

قانون حفظ زخم الحركة

على ماذا ينص قانون حفظ الزخم؟ وما الصيغة الرياضية له؟ ينص قانون حفظ الزخم على أنّ الزخم الكلي لأي نظام محفوظ دائماً، ويُعد قانون حفظ الزخم من أبرز القوانين في الفيزياء، ولتوضيح الفكرة أكثر، إذا كان لدينا نظامًا معزولًا يتكون من جسيمين يؤثر كل منها على الآخر فإن الزخم الكلي للنظام ثابت ما لم يؤثر عليه قوة خارجية تؤثر في كمية الزخم الكلي، ويتبع قانون حفظ الزخم لقانون نيوتن الثالث للحركة إذ ينص القانون على أنّ القوة التي يؤثر فيها الجسم الأول على الجسم الثاني تساوي القوة التي يؤثر فيها الجسم الثاني على الجسم الأول ولكنها معاكسة له بالاتجاه. وتُكتب الصيغة الرياضية للقانون كالآتي:^[٥]

كتلة الجسم الأول × السرعة الابتدائية للجسم الأول + كتلة الجسم الثاني × السرعة الابتدائية للجسم الثاني = كتلة الجسم الأول × السرعة النهائية للجسم الأول + كتلة الجسم الثاني × السرعة النهائية للجسم الثاني، ومنه:

وبالرموز الإنجليزية، فإن قانون حفظ الزخم؛ m1u1+m2u2 = m1v1+m2v2، إذ إن:

• m1 = كتلة الجسم الأول وتقاس بوحدة الكيلوجرام.
• m2 = كتلة الجسم الثاني وتقاس بوحدة الكيلوجرام.
• u1 = السرعة الأولية للجسم الأول وتقاس بوحدة متر/ثانية (بالإنجليزية: m/s).
• u2 = السرعة الأولية للجسم الثاني.
• v1 = السرعة النهائية للجسم الأول.
• v2 = السرعة النهائية للجسم الثاني.

يمثّل القسم الأول في المعادلة (m1u1+m2u2) الزخم الكلي للجسم الأول والثاني قبل التصادم ويمثّل القسم الثاني (m1v1+m2v2) الزخم الكلي للجسم الأول والثاني بعد التصادم.^[٥]

ما الفرق بين زخم الحركة والقصور الذاتي؟

ما المقصود بالقصور الذاتي؟ (بالإنجليزية: Inertia) يختلط مفهوم القصور الذاتي بمفهوم الزخم عند البعض ولكن القصور الذاتي يختلف كثيراً عن الزخم، إذ يّعد القصور الذاتي مقاومة الجسم لتغيير حالته سواء أكان متحركًا أو ساكنًا وهنا يكمن اختلاف الزخم عن القصور الذاتي؛ إذ إنّ القصور الذاتي لا يتضمن دائمًا جسمًا متحركًا ولكنه يركز في المقابل على مقاومة الجسم للتغيير من حالته، وأيضًا يوجد اختلاف بين الزخم والقصور بسبب غياب بعض المفاهيم، فمثلاً مقدار السرعة واتجاهها الموجودين في تعريف الزخم غير موجودين في تعريف القصور الذاتي.^[٢]

المراجع

1. ↑ "Momentum", britannica, Retrieved 13/6/2021. Edited.
2. ^ ^{أ ب ت} "Momentum", physicsclassroom, Retrieved 13/6/2021. Edited.
3. ↑ "What Are the Types of Momentum?", sciencing, Retrieved 21/6/2021. Edited.
4. ↑ "Linear Momentum and Force", lumenlearning, Retrieved 14/6/2021. Edited.
5. ^ ^{أ ب} "Law of Conservation of Momentum Derivation", byjus, Retrieved 13/6/2021. Edited.