الزخم وحفظ الزخم مع أمثلة محلولة …يُعد الزخم وحفظ الزخم من أهم موضوعات الفيزياء في المرحلة الثانوية في المملكة العربية السعودية، فهو يشرح حركة الأجسام أثناء التصادمات والتفاعلات المختلفة، مثل اصطدام السيارات، وحركة الصواريخ، وألعاب البلياردو. كما يأتي هذا الدرس كثيرًا في اختبار الفيزياء واختبار التحصيلي، لذلك يحتاج الطلاب إلى فهم القوانين وطريقة استخدامها بدلًا من حفظها فقط.
في هذا المقال ستتعرف على مفهوم الزخم، وقانون حفظ الزخم، وأنواع التصادمات، مع أمثلة محلولة بطريقة سهلة.
ما هو الزخم؟
الزخم هو كمية الحركة التي يمتلكها الجسم بسبب كتلته وسرعته.
بمعنى آخر:
كلما زادت كتلة الجسم أو زادت سرعته، أصبح من الصعب إيقافه لأن زخمه يكون أكبر.
قانون الزخم
يُحسب الزخم بالعلاقة:
الزخم = الكتلة × السرعة
أو:
p = m × v
حيث:
- p = الزخم (كجم.م/ث)
- m = كتلة الجسم (كجم)
- v = سرعة الجسم (م/ث)
ما العوامل التي تؤثر في الزخم؟
يعتمد الزخم على عاملين أساسيين:
1- الكتلة
كلما زادت كتلة الجسم زاد زخمه.
مثال:
شاحنة وسيارة تتحركان بالسرعة نفسها، تمتلك الشاحنة زخمًا أكبر لأن كتلتها أكبر.
2- السرعة
كلما زادت سرعة الجسم زاد زخمه.
مثال:
كرة صغيرة تتحرك بسرعة عالية قد يكون لها زخم أكبر من كرة أثقل تتحرك ببطء.
مثال محلول (1): حساب الزخم
السؤال:
جسم كتلته 5 كجم يتحرك بسرعة 4 م/ث. احسب زخمه.
الحل:
القانون:
p = m × v
نعوض:
p = 5 × 4
الإجابة:
p = 20 كجم.م/ث
إذن زخم الجسم يساوي 20 كجم.م/ث.
ما المقصود بقانون حفظ الزخم؟
ينص قانون حفظ الزخم على أن:
مجموع زخم الأجسام قبل التصادم يساوي مجموع زخمها بعد التصادم، إذا لم تؤثر قوى خارجية على النظام.
أي أن الزخم لا يختفي ولا يتولد من العدم، لكنه ينتقل بين الأجسام.
القانون:
الزخم قبل التصادم = الزخم بعد التصادم
أو:
m₁v₁ + m₂v₂ = m₁v₁’ + m₂v₂’
حيث:
- m = الكتلة.
- v = السرعة قبل التصادم.
- v’ = السرعة بعد التصادم.
أمثلة على حفظ الزخم في الحياة اليومية
حركة الصاروخ
عندما تندفع الغازات إلى الخلف، يتحرك الصاروخ إلى الأمام بسبب حفظ الزخم.
إطلاق الرصاصة
تتحرك الرصاصة للأمام، بينما يتحرك السلاح للخلف بقوة أقل بسبب اختلاف الكتلة.
تصادم كرات البلياردو
ينتقل جزء من زخم الكرة المتحركة إلى الكرة الساكنة.
أنواع التصادمات
تنقسم التصادمات إلى نوعين رئيسيين:
أولًا: التصادم المرن
هو التصادم الذي:
- يحفظ فيه الزخم.
- وتحفظ فيه الطاقة الحركية أيضًا.
مثال:
تصادم كرات البلياردو تقريبًا.
ثانيًا: التصادم غير المرن
هو التصادم الذي:
- يحفظ فيه الزخم.
- لكن جزءًا من الطاقة يتحول إلى حرارة أو صوت أو تشوه.
مثال:
تصادم سيارتين والتصاقهما بعد الحادث.
مثال محلول (2): حفظ الزخم في التصادم
السؤال:
كرة كتلتها 2 كجم تتحرك بسرعة 6 م/ث اصطدمت بكرة ساكنة كتلتها 4 كجم. إذا التصقت الكرتان بعد التصادم، فما سرعتهما المشتركة؟
المعطيات:
الكرة الأولى:
m₁ = 2 كجم
v₁ = 6 م/ث
الكرة الثانية:
m₂ = 4 كجم
v₂ = 0 م/ث
بعد التصادم تتحركان معًا بسرعة واحدة.
نستخدم قانون حفظ الزخم:
m₁v₁ + m₂v₂ = (m₁ + m₂)v
نعوض:
(2 × 6) + (4 × 0) = (2 + 4)v
12 = 6v
إذن:
v = 12 ÷ 6
v = 2 م/ث
إذن السرعة بعد التصادم:
2 م/ث
مثال محلول (3): مقارنة الزخم
السؤال:
جسمان:
- الجسم الأول كتلته 10 كجم وسرعته 2 م/ث.
- الجسم الثاني كتلته 5 كجم وسرعته 4 م/ث.
أي الجسمين يمتلك زخمًا أكبر؟
الحل:
زخم الجسم الأول:
p = 10 × 2
p = 20 كجم.م/ث
زخم الجسم الثاني:
p = 5 × 4
p = 20 كجم.م/ث
إذن:
يمتلك الجسمان نفس الزخم.
الفرق بين القوة والزخم
قد يخلط بعض الطلاب بين القوة والزخم.
| القوة | الزخم |
|---|---|
| تؤثر على حركة الجسم وتغيرها | كمية حركة الجسم |
| تقاس بالنيوتن | يقاس كجم.م/ث |
| تعتمد على الكتلة والتسارع | تعتمد على الكتلة والسرعة |
علاقة الزخم بالتصادمات
عند حدوث تصادم:
- الجسم الأسرع يمتلك زخمًا أكبر.
- الجسم الأكبر كتلة يحتاج قوة أكبر لإيقافه.
- ينتقل الزخم من جسم إلى آخر.
ولهذا تستخدم قوانين الزخم في دراسة:
- حوادث السيارات.
- حركة الأجسام الفضائية.
- الألعاب الرياضية.
- الأنظمة الميكانيكية.
أخطاء شائعة في درس الزخم
من أكثر الأخطاء التي يقع فيها الطلاب:
- نسيان أن السرعة كمية متجهة لها اتجاه.
- الخلط بين الزخم والطاقة الحركية.
- استخدام قانون حفظ الزخم دون التأكد من عدم وجود قوى خارجية.
- إهمال الإشارات الموجبة والسالبة للسرعات.
- نسيان جمع الكتل في التصادم غير المرن.
نصائح لمذاكرة درس الزخم
إذا كنت تستعد لـ اختبار الفيزياء أو اختبار التحصيلي:
- احفظ قانون الزخم الأساسي p = mv.
- تدرب على مسائل التصادمات.
- افهم الفرق بين التصادم المرن وغير المرن.
- انتبه لاتجاه الحركة عند الحل.
- حل أسئلة متنوعة لأن أغلب أسئلة الاختبار تعتمد على التطبيق.
خاتمة
يُعد الزخم وحفظ الزخم من الموضوعات المهمة في الفيزياء، لأنه يوضح كيفية انتقال الحركة بين الأجسام أثناء التصادمات والتفاعلات. وعندما تفهم العلاقة بين الكتلة والسرعة، وتتقن استخدام قانون حفظ الزخم، ستصبح مسائل هذا الدرس أسهل بكثير، وستتمكن من حل أسئلة اختبار الفيزياء واختبار التحصيلي بثقة.
.
