قانون حفظ الزخم هو مبدأ فيزيائي أساسي يعتمد على فكرة أن الزخم يظل ثابتًا في نظام معزول من القوى الخارجية. تمثل هذه القاعدة جزءًا لا يتجزأ من قوانين الحركة، وهي تلعب دورًا حاسمًا في فهم سلوك الأجسام والأنظمة في علم الفيزياء.
Table of Contents
ما هو قانون حفظ الزحم
قانون حفظ الزحمة هو قانون فيزيائي ينص على أن الزخم هو كمية محفوظة. بمعنى آخر، فإن مجموع الزخم لنظام مغلق يظل ثابتًا.
الزخم هو كمية متجهة تحدد حركة الجسم. يُقاس الزخم بحاصل ضرب كتلة الجسم في سرعته.
تنص معادلة حفظ الزخم على أن:
ص_مغلق = ثابت
حيث:
- ص: الزخم
- مغلق: نظام مغلق
يمكن أن يكون النظام مغلقًا إذا كان لا يوجد تبادل للطاقة أو المادة مع البيئة المحيطة به.
يمكن تطبيق قانون حفظ الزخم على العديد من المواقف المختلفة، مثل:
- حركة الأجسام في الفضاء
- حركة الأجسام في السوائل
- حركة الأجسام على الأسطح
على سبيل المثال، عندما تسقط كرة من ارتفاع معين، فإنها تكتسب زخما بسبب الجاذبية. يظل هذا الزخم ثابتًا طوال سقوط الكرة، حتى تصل إلى الأرض.
مثال آخر هو عندما يصطدم جسمان صلبانان. في حالة التصادم المرن، ينتقل الزخم من الجسم الأول إلى الجسم الثاني، لكن مجموع الزخم يظل ثابتًا.
قانون حفظ الزخم هو قانون مهم في الفيزياء، ويلعب دورًا أساسيًا في العديد من الحسابات الفيزيائية.
في اللغة العربية، يمكن أن يُترجم قانون حفظ الزخم إلى “قانون حفظ الحركة”.
وفيما يلي بعض الأمثلة على قانون حفظ الزخم في اللغة العربية:
- عندما يصطدم كرة بسيارة متوقفة، فإن الكرة تفقد جزءًا من زخمها، وينتقل هذا الزخم إلى السيارة.
- عندما يطلق مدفع رصاصًا، فإن الرصاص يكتسب الزخم من المدفع، ويفقد المدفع نفس الزخم.
- عندما يهبط جناح طائرة، فإن الهواء الذي يمر تحت الجناح يتحرك لأعلى، وينتج عن ذلك قوة صاعدة ترفع الطائرة.
ويمكن أيضًا تطبيق قانون حفظ الزخم على أنظمة غير مادية، مثل الطاقة. على سبيل المثال، عندما تنعكس موجة صوتية عن جدار، فإن الطاقة الصوتية التي تدخل الجدار تساوي الطاقة الصوتية التي تخرج من الجدار.
![قانون حفظ الزخم تعريفة وامثله](https://mawhopon.net/wp-content/uploads/2024/01/Newtons-Cradle.jpg)
علاقة قانون حفظ الزخم بقانون نيوتن
قانون حفظ الزخم وقوانين نيوتن للحركة هما من أهم القوانين في الفيزياء. ينص قانون حفظ الزخم على أن الزخم الكلي لنظام مغلق يظل ثابتًا. تنص قوانين نيوتن للحركة على أن:
- قانون نيوتن الأول: الجسم الساكن يبقى ساكناً، والجسم المتحرك يبقى متحركًا في خط مستقيم بسرعة ثابتة ما لم تؤثر عليه قوة خارجية.
- قانون نيوتن الثاني: القوة تساوي كتلة الجسم مضروبة في تسارعه.
- قانون نيوتن الثالث: لكل فعل رد فعل مساوي له في المقدار ومعاكس له في الاتجاه.
يمكن اشتقاق قانون حفظ الزخم من قانون نيوتن الثاني. إذا كانت القوة المؤثرة على الجسم تساوي صفرًا، فإن التسارع يساوي صفرًا. إذا كان التسارع يساوي صفرًا، فإن السرعة تظل ثابتة.
يمكن أيضًا اشتقاق قانون حفظ الزخم من قانون نيوتن الثالث. إذا كان هناك جسمان متفاعلان، فإن القوتين المؤثرتين على كل منهما تكون متساويتين ومعاكستين في الاتجاه. هذا يعني أن ناتج القوتين يساوي صفرًا.
ترتبط قوانين نيوتن بقانون حفظ الزخم من خلال مفهوم القوة. القوة هي الكمية التي تسبب تغيرًا في الزخم. إذا كانت القوة المؤثرة على جسم تساوي صفرًا، فإن الزخم يظل ثابتًا.
فيما يلي بعض الأمثلة على علاقة قوانين نيوتن بقانون حفظ الزخم:
- عندما تسقط كرة من ارتفاع معين، فإنها تكتسب زخما بسبب الجاذبية. تظل هذه الحركة ثابتة حتى تصطدم بأرضية أو جسم آخر.
- عندما يصطدم جسمان صلبانان، فإن الزخم الكلي للأجسام قبل التصادم يساوي الزخم الكلي للأجسام بعد التصادم. هذا لأن القوة المؤثرة على كل من الجسمين هي قوة رد فعل مساوية للقوة المؤثرة على الجسم الآخر.
- عندما يطلق مدفع رصاصًا، فإن الرصاص يكتسب الزخم من المدفع. يفقد المدفع نفس الزخم. هذا لأن القوة المؤثرة على المدفع هي قوة رد فعل مساوية للقوة المؤثرة على الرصاص.
وبالتالي، فإن قانون حفظ الزخم هو نتيجة مباشرة لقوانين نيوتن للحركة.
أمثلة على قانون حفظ الزخم
يمكن تطبيق قانون حفظ الزخم على العديد من المواقف المختلفة، مثل:
-
حركة الأجسام في الفضاء
عندما تسقط كرة من ارتفاع معين، فإنها تكتسب زخما بسبب الجاذبية. يظل هذا الزخم ثابتًا طوال سقوط الكرة، حتى تصل إلى الأرض.
-
حركة الأجسام في السوائل
عندما يسبح شخص في الماء، فإن الماء يدفعه إلى الخلف. هذا لأن الماء يتحرك في الاتجاه المعاكس لحركة الشخص.
-
حركة الأجسام على الأسطح
عندما يرمي شخص كرة على الأرض، فإن الكرة تتوقف عندما تصطدم بالأرض. هذا لأن الزخم الكلي للكرة والأرض يظل ثابتًا.
-
التصادمات
في حالة التصادم المرن، ينتقل الزخم من جسم إلى جسم آخر، لكن مجموع الزخم يظل ثابتًا.
-
الألعاب الرياضية
في العديد من الألعاب الرياضية، يتم استخدام قانون حفظ الزخم لفهم كيفية تحرك الأجسام. على سبيل المثال، يستخدم لاعبو كرة القدم قانون حفظ الزخم لفهم كيفية ركل الكرة.
-
الهندسة
يستخدم قانون حفظ الزخم في الهندسة لتصميم المركبات والأجهزة. على سبيل المثال، يستخدم المهندسون قانون حفظ الزخم لتصميم الوسائد الهوائية في السيارات.
فيما يلي بعض الأمثلة المحددة على قانون حفظ الزخم:
- عندما يطلق مدفع رصاصًا، فإن الرصاص يكتسب الزخم من المدفع. يفقد المدفع نفس الزخم.
- عندما يصطدم كرة بسيارة متوقفة، فإن الكرة تفقد جزءًا من زخمها، وينتقل هذا الزخم إلى السيارة.
- عندما يهبط جناح طائرة، فإن الهواء الذي يمر تحت الجناح يتحرك لأعلى، وينتج عن ذلك قوة صاعدة ترفع الطائرة.
يمكن تطبيق قانون حفظ الزخم على العديد من المواقف الأخرى أيضًا.
ما هي شروط قانون حفظ الزخم؟
شروط قانون حفظ الزخم هي:
- يجب أن يكون النظام مغلقًا. هذا يعني أنه لا يجب أن تدخل أو تخرج منه أي مادة أو طاقة.
- يجب أن تكون القوى الداخلية للنظام متوازنة. هذا يعني أن مجموع القوى المؤثرة على الأجسام داخل النظام يساوي صفرًا.
إذا تم استيفاء هاتين الشروطين، فسيظل مجموع الزخم للنظام ثابتًا.
النظام المغلق هو نظام لا يتبادل الطاقة أو المادة مع البيئة المحيطة به. يمكن أن يكون النظام مغلقًا إذا:
- كان محاطًا بجدار صلب.
- كان في حالة عزل حراري.
- كان مغلقًا في مجال مغناطيسي أو كهربائي.
القوى الداخلية هي القوى المؤثرة بين الأجسام داخل النظام. يمكن أن تكون القوى الداخلية هي:
- الجاذبية
- قوى الاحتكاك
- قوى الشد
- قوى القص
إذا لم يتم استيفاء أي من هاتين الشروطين، فلن يكون قانون حفظ الزخم ينطبق. على سبيل المثال، إذا كان النظام مفتوحًا، فيمكن أن تدخل أو تخرج منه المادة أو الطاقة. هذا يمكن أن يغير الزخم الكلي للنظام.
إذا لم تكن القوى الداخلية للنظام متوازنة، فسيولد هذا قوة صاعدة. يمكن أن تؤدي هذه القوة إلى تغيير الزخم الكلي للنظام.