الزخم الخطي والتصادمات
الزخم الخطي هو حاصل ضرب الكتلة في السرعة؛ وحفظه للأنظمة المعزولة يجعله الأداة الرئيسية لتحليل التصادمات وحركة أنظمة الجسيمات.
Definition
الزخم الخطي هو الكمية المتجهة p = mv التي يُحفظ مجموعها لنظام خالٍ من القوى الخارجية؛ الدفع هو التكامل الزمني للقوة ويساوي التغير في الزخم، والتصادمات هي تفاعلات تُحلل من خلال حفظ الزخم.
Scope
يغطي هذا الموضوع الزخم الخطي، الدفع، مركز الكتلة وحركته، حفظ الزخم الكلي للأنظمة التي لا تخضع لقوة خارجية، وتصنيف التصادمات إلى مرنة أو غير مرنة. ويتضمن مسائل الكتلة المتغيرة مثل حركة الصواريخ.
Core questions
- لماذا يُحفظ الزخم الكلي عندما لا تؤثر قوة خارجية على نظام؟
- كيف يربط الدفع بين القوة والتغير في الزخم بمرور الوقت؟
- كيف تختلف التصادمات المرنة وغير المرنة فيما يتم حفظه؟
Key concepts
- الزخم الخطي
- الدفع
- مركز الكتلة وحركته
- التصادمات المرنة وغير المرنة
- معامل الارتداد
- أنظمة الكتلة المتغيرة (الصواريخ)
Key theories
- حفظ الزخم الخطي
- بالنسبة لنظام لا توجد عليه قوة خارجية محصلة، يكون الزخم الخطي الكلي ثابتًا بمرور الوقت، وينتج ذلك من قانون نيوتن الثالث المطبق على قوى التفاعل الداخلية.
- نظرية الدفع-الزخم
- الدفع الذي يتعرض له جسم، وهو التكامل الزمني للقوة المحصلة، يساوي التغير في الزخم الخطي للجسم، وهو مفيد بشكل خاص لقوى التصادم القصيرة والمكثفة.
Clinical relevance
تكمن أهمية تحليل الزخم والتصادمات في سلامة حوادث المركبات وتصميم مناطق الانهيار، والمقذوفات، والدفع والصواريخ، وتفسير تجارب التشتت، وفي أي مكان تنقل فيه التفاعلات قصيرة الأمد الحركة بين الأجسام.
History
تأسس مبدأ حفظ الزخم في التصادمات في ستينيات القرن السابع عشر على يد هيغنز، واليس، ورين، الذين صححوا المفهوم القياسي السابق لديكارت للحركة المحفوظة من خلال إدراك الزخم ككمية متجهة موجهة. أدرج نيوتن نتائج هذه التصادمات في كتابه الأصول، ثم عُمم المبدأ لاحقًا ليشمل الأنظمة والمتصلات.
Key figures
- Isaac Newton
- Christiaan Huygens
- John Wallis
Related topics
Seminal works
- kleppner2014
- goldstein2002
Frequently asked questions
- هل تُحفظ الطاقة الحركية في جميع التصادمات؟
- لا. يُحفظ الزخم في أي تصادم لا توجد فيه قوة خارجية، ولكن الطاقة الحركية تُحفظ فقط في التصادمات المرنة تمامًا؛ أما التصادمات غير المرنة فتحول بعض الطاقة الحركية إلى حرارة أو تشوه.
- لماذا يتحرك مركز الكتلة بسرعة ثابتة في نظام معزول؟
- لأن القوة الخارجية الكلية تساوي صفرًا، فإن الزخم الكلي ثابت، وسرعة مركز الكتلة تساوي الزخم الكلي مقسومًا على الكتلة الكلية، وبالتالي لا تتغير.