الزَخَم يُعد من المفاهيم الأساسية في علم الفيزياء حيث يُدرسه الطلاب ضمن مناهجهم لفهم كيفية حركة الأجسام والتأثيرات التي تطرأ عليها عند التصادم أو التعرّض لقوة دفع فمن الضروري للطلاب التعمّق في دراسته ليستوعبوا القوانين التي تحكمه ويتمكنوا من حسابه وربطه بالتجارب الحياتية والتفكير العلمي وعندما يُدركونه بصورة شاملة يصبح بإمكانهم ملاحظته في المواقف اليومية وتطبيق مبادئه على أرض الواقع.
دراسة حول مفهوم الزخم
- الزَخَم يُعدُّ أحد المفاهيم الفيزيائية المُرتبطة بِكَمِّيةِ الحَرَكة التي يَمتلكُها الجِسم ويَستَخدمُها في التأثير على الأجسام الأُخرى.
- أي جِسم يَمتلك كُتلة ويتحرك يُوصف بأن لديه زخمًا.
- يتم حِساب الزخم بالاعتماد على عامِلَين أَساسِيَّين، أَولهُما كُتلة الجِسم، والثَّاني سُرعته.
- العلاقة بين الزخم وكُلٍّ من الكُتلة والسُّرعة تُعدُّ علاقة طَردِيَّة، فَعِند مُضاعفة سُرعة الجِسم لِمرتين أو أَكثر، يَتزايدُ الزخم بالنِسْبَةِ ذاتَها، وبالمِثل، عند تزايُد الكُتلة سَيَرتَفِع الزخم بقَدر التَّغيير نَفسِه.
- يُعتَبَر الزخم كَمِّيَّةً مُتَّجِهة، أي أَنَّه ليس قِيمةً عددية ثابتة، لأنَّه يتأثَّر باتِّجاهِ الحَركة التي يَتنَاقَل بها الجِسم.
طريقة احتساب الزخم بدقة
استنادًا إلى التوضيح السابق، يمكن ملاحظة أن الزخم يتم حسابه باستخدام معادلة رياضية مباشرة يتم فيها ضرب الكتلة في السرعة، حيث تُكتب المعادلة بالشكل التالي:
- الزخم = الكتلة × السرعة..
الصيغة الرياضية لقياس الزخم
- المعادلة الرياضية لقياس الزخم تعتمد بشكل أساسي على متغيرين رئيسيين وهما الكتلة والسرعة، حيث يُرمز للكتلة بالرمز “m” وللسرعة بالرمز “v”، بينما يتم التعبير عن الزخم نفسه بالرمز “p”.
- بذلك، وحدة قياس الزخم يتم تحديدها بضرب وحدة قياس الكتلة في وحدة قياس السرعة، أي أن الوحدة تكون كجم * م/ث.
- ويُعتبر الزخم من الكميات المتجهة لأنه يعبر عن مقدار حركة الجسم واتجاهها في آنٍ واحد.
- أما فيما يخص اتجاه الزخم، فهو يكون مطابقًا تمامًا لاتجاه حركة الجسم دون أي اختلاف.
مبدأ حفظ الزخم في الفيزياء
- عند الحديث عن الزخم نجد أن قانون حفظ الزخم يلعب دورًا أساسيًا إذ ينص على أن أي تغير في زخم أحد الأجسام يكون مساويًا في المقدار ومعاكسًا في الاتجاه للتغير في زخم الجسم الآخر.
- بمعنى أن الزخم الذي يخسره أحد الأجسام ينتقل مباشرة إلى الجسم الآخر مما يؤدي إلى اكتسابه نفس مقدار الزخم المفقود.
- يظهر هذا المبدأ بوضوح في التفاعلات التي تحدث بين جسمين عند التصادم حيث يلاحظ أن الجسم الذي يتسارع يكتسب الزخم من الجسم الذي تباطأت حركته.
- لذا يمكن تفسير سبب بقاء الزخم الإجمالي ثابتًا قبل التصادم وبعده حيث أن الطاقة لا تتلاشى بل تنتقل بين الأجسام المتفاعلة.
ارتباط الزخم بظاهرة التصادمات
- التصادم هو التقاء جسمين بحيث يتفاعلان مع بعضهما من خلال قوى متبادلة في مدة زمنية قصيرة ومثال على ذلك عندما يصطدم المضرب بالكرة مما يؤدي إلى تغيير سرعتها واتجاهها خلال لحظة التصادم.
- باعتبار أن الزخم يعتمد على كل من الكتلة والسرعة فإن مجموع الزخم يظل ثابتًا قبل التصادم وبعده مما يعني أنه كمية محفوظة وفقًا لقانون حفظ الزخم.
- إذا لوحظ اختلاف في مقدار الطاقة الحركية بين لحظة ما قبل التصادم وما بعده فهذا يشير إلى أن التصادم غير مرن حيث تفقد بعض الطاقة الحركية أثناء التصادم.
- أما في حال لم تتغير الطاقة الحركية وظلت بنفس قيمتها قبل الاصطدام وبعده فإن ذلك يعني أن التصادم مرن حيث تبقى الطاقة الحركية محفوظة بالكامل دون فقدان أي جزء منها.
نموذج تطبيقي على الزخم وتأثير التصادم
عند الحديث عن مفهوم الزخم وكيفية تأثره بالتصادم يُعتبر اصطدام سيارتين ببعضهما أحد أبرز الأمثلة التي تُوضح هذه العلاقة حيث يؤدي هذا الاصطدام إلى عدة احتمالات يمكن توضيحها على النحو الآتي:
- تبقى قيمة الزخم الكلية ثابتة قبل وبعد وقوع الاصطدام وذلك حتى مع اختلاف قياسات الزخم حسب اتجاه الحركة حيث يكون الزخم الإجمالي قبل التصادم غير مكتمل التوازن نتيجة تأثره بزخم السيارة الأولى في الاتجاه الإيجابي مقابل زخم السيارة الثانية في الاتجاه المعاكس مما يؤدي إلى تعادل القوتين.
- تتعرض الطاقة الحركية لتغيير ملحوظ بعد التصادم مقارنة بقبل وقوعه وذلك لأن كل مركبة كان لديها مستوى معين من الطاقة الحركية يختلف عن الآخر قبل لحظة الاصطدام.
بحث تفصيلي حول الزخم وعلاقته بالدفع
ما العلاقة بين الزخم والدفع؟ العلاقة تكمن في التأثير المباشر للدفع على مقدار الزخم، فالزخم عبارة عن كمية متجهة تتحرك باتجاه معين وكلما كان الزخم أكبر احتاج الجسم إلى قوة دفع أكبر لإيقافه.
- يُمكن تقليل الزخم من خلال تطبيق قوة الدفع خلال فترة زمنية محددة.
- الدفع يؤثر بشكل مباشر على سرعة الجسم مما يؤدي إلى تغير مقدار الزخم لديه.
- على سبيل المثال عند اقتراب السيارة من إشارة مرور وهي تسير بسرعة معينة تحتاج إلى استخدام الفرامل لتقليل سرعتها وإيقافها تدريجيًا خلال فترة معينة.
