ما الزخم الخطي؟
الزخم الخطي أو كمية الحركة هو كمية فيزيائية تصف مقدار حركة الجسم وصعوبة إيقافه. يعتمد الزخم على الكتلة والسرعة المتجهة:
\( p = mv \)
حيث \( p \) الزخم، و\( m \) الكتلة، و\( v \) السرعة المتجهة.
وحدة الزخم
وحدة الزخم هي:
\( kg \cdot m/s \)
والزخم كمية متجهة لأن السرعة المتجهة لها اتجاه.
مثال بسيط
جسم كتلته 3 kg يتحرك بسرعة 4 m/s إلى اليمين. زخمه:
\( p = 3 \times 4 = 12 \; kg \cdot m/s \)
واتجاه الزخم إلى اليمين.
لماذا الزخم مهم؟
سيارة صغيرة سريعة قد تمتلك زخمًا كبيرًا، وشاحنة ثقيلة حتى لو كانت أبطأ قد تمتلك زخمًا أكبر بسبب كتلتها. لذلك يرتبط الزخم بالتصادمات وبصعوبة إيقاف الأجسام المتحركة.
مقارنة بين جسمين
الجسم a كتلته 2 kg وسرعته 10 m/s:
\( p_a = 2 \times 10 = 20 \; kg \cdot m/s \)
الجسم b كتلته 5 kg وسرعته 3 m/s:
\( p_b = 5 \times 3 = 15 \; kg \cdot m/s \)
رغم أن الجسم b أكبر كتلة، فإن الجسم a يمتلك زخمًا أكبر بسبب سرعته العالية.
أهمية الاتجاه
إذا كان اليمين اتجاهًا موجبًا، فإن جسمًا يتحرك إلى اليسار تكون سرعته سالبة، وكذلك زخمه. مثال: جسم كتلته 4 kg يتحرك إلى اليسار بسرعة 5 m/s:
\( p = 4 \times (-5) = -20 \; kg \cdot m/s \)
الإشارة السالبة تعني أن الزخم إلى اليسار.
حفظ الزخم
في نظام معزول لا تؤثر فيه قوة خارجية محصلة، يبقى الزخم الكلي ثابتًا. في التصادمات قد ينتقل الزخم من جسم إلى آخر، لكن مجموع الزخم قبل التصادم يساوي مجموع الزخم بعده.
مثال على حفظ الزخم
عربة كتلتها 2 kg سرعتها 3 m/s تصطدم بعربة ساكنة كتلتها 1 kg وتلتحمان. الزخم قبل التصادم:
\( p = 2 \times 3 + 1 \times 0 = 6 \; kg \cdot m/s \)
بعد التصادم تصبح الكتلة 3 kg:
\( 6 = 3v \)
\( v = 2 \; m/s \)
أخطاء شائعة
- نسيان أن الزخم كمية متجهة.
- إهمال الإشارة السالبة للحركة المعاكسة.
- الخلط بين الزخم والطاقة الحركية.
- استخدام حفظ الزخم مع وجود قوة خارجية كبيرة غير مهملة.
خلاصة
الزخم يساوي الكتلة مضروبة في السرعة المتجهة. وهو مهم جدًا في التصادمات لأن الزخم الكلي يحفظ في الأنظمة المعزولة. ضبط الاتجاهات هنا ليس رفاهية؛ إنه أساس الحل.