قانون حفظ الزخم الخطي - Law Of Conservation Of Linear Momentum

تعريف الزخم الخطي – linear momentum:

يُعرَّف الزخم الخطي للجسيم بأنّه حاصل ضرب كتلة الجسيم في سرعة ذلك الجسيم، الحفاظ على زخم الجسيم هو خاصية تظهر بواسطة أي جسيم حيث لا يتغير المقدار الإجمالي للزخم أبدًا، الزخم الخطي للجسيم هو كمية متجهة ويُشار إليه بالرمز (→p).

الحفاظ على الزخم الخطي:

وفقًا لقانون الحفاظ على الزخم الخطي:

“إذا كانت القوة الخارجية الصافية المؤثرة على نظام من الأجسام تساوي صفرًا، فإنّ زخم النظام يظل ثابتًا”.

علينا أن نتذكر أنّ زخم النظام محفوظ وليس زخم الجسيمات الفردية، قد يزداد أو ينقص زخم الأجسام الفردية في النظام وفقًا للحالة، ولكن سيتم الحفاظ على زخم النظام دائمًا، طالما لا توجد قوة صافية خارجية تعمل عليه.

معادلة حفظ الزخم الخطي:

ينص مبدأ الحفاظ على الزخم على أنّه في حالة اصطدام جسمين، فإنّ الزخم الكلي قبل الاصطدام وبعده سيكون هو نفسه إذا لم تكن هناك قوة خارجية تعمل على الأجسام المتصادمة، تعبر صيغة الحفاظ على الزخم الخطي رياضيًا عن أنّ زخم النظام يظل ثابتًا عندما يكون صافي القوة الخارجية صفرًا:

Initial momentum = Final momentum

P_i = P_f

معادلة الزخم الخطي:

يتم التعبير عن الزخم الخطي رياضيًا على النحو التالي:

p = mv

حيث:

p – هو الزخم الخطي.

v – هي السرعة الخطية.

m – هي كتلة الجسم.

يمكن تفسير قانون الحفاظ على الزخم من “قانون الحركة الثاني”، ينص “قانون نيوتن الثاني للحركة” على أنّ معدل تغير الزخم الخطي للجسم يساوي صافي القوة الخارجية المطبقة عليه، رياضيًا يتم التعبير عنها على النحو التالي:

dP/dt

= (mv)/dt

= m dv/dt

= ma

= F_net

إذا كانت القوة الخارجية الصافية المؤثرة على الجسم تساوي صفرًا، فإنّ معدل تغير الزخم هو أيضًا صفر، ممّا يعني أنّه لا يوجد تغيير في الزخم.

مثال على قانون حفظ الزخم الخطي:

يتحرك جسمان كتلتهما (M) و(m) في اتجاهين متعاكسين مع السرعات (v)، إذا اصطدموا وتحركوا معًا بعد الاصطدام، فعلينا إيجاد سرعة النظام.

الحل:

نظرًا لعدم وجود قوة خارجية تعمل على نظام جسمين، فسيتم الحفاظ على الزخم:

Initial momentum = Final momentum

(Mv – mv) = (M+m)V_Final

من هذه المعادلة، يمكننا بسهولة إيجاد السرعة النهائية للنظام.

تطبيقات قانون حفظ الزخم الخطي:

أحد تطبيقات الحفاظ على الزخم هو إطلاق الصواريخ، يتم دفع غازات العادم المحترقة إلى أسفل، ونتيجةً لذلك يتم دفع الصاروخ إلى أعلى، تعمل الزوارق البخارية أيضًا على نفس المبدأ، فهي تدفع الماء للخلف وتدفع للأمام كرد فعل للحفاظ على الزخم.