القسم ٣ · الطاقة والزخم — الموضوع ٧ من ٨
الدفع والزخم
الزخم مقياسٌ لـ«كمية الحركة» المختزَنة في الجسم؛ فكلّما زادت كتلته أو سرعته صَعُب إيقافه (قد يصعب إيقاف شاحنةٍ بطيئة أكثر من سيارةٍ مسرعة):
ولتغيير زخم جسمٍ نحتاج قوةً تؤثّر فيه زمنًا؛ وحاصل ضرب القوة في زمن تأثيرها هو الدفع (كميةٌ متجهة، وحدتها N · s = kg · m / s): الدفع = F · Δt.
نظرية الدفع − الزخم: الدفع المؤثّر في جسمٍ يساوي التغيُّر في زخمه:
- الزخم يتناسب طرديًّا مع الكتلة ومع السرعة المتجهة، والدفع وتغيُّر السرعة Δv وتغيُّر الزخم Δp لها الاتجاه نفسه.
- المساحة تحت منحنى (القوة − الزمن) تمثّل الدفع (وتساوي التغيُّر في الزخم).
- فعلٌ وردُّ فعل (الدفع): عند ضربِ لاعبٍ كرةً، تكون قوة اللاعب على الكرة مساويةً لقوة الكرة على اللاعب، ودفعُ كلٍّ منهما على الآخر متساوٍ في المقدار معاكسٌ في الاتجاه (قانون نيوتن الثالث).
💡 لماذا تُنقذ الوسادة الهوائية الأرواح؟ التغيُّر في زخم الراكب عند الاصطدام ثابت، فإذا أطالت الوسادة زمن التوقّف Δt قلّت القوة F = m · ΔvΔt المؤثّرة فيه، فتقلّ الإصابة؛ كما توزّع الوسادة القوة على مساحةٍ أوسع فيقلّ الضغط على الجسم. والمبدأ نفسه في ثني الركبتين عند القفز ووسائد الملاكمين.
أمثلة على «الدفع والزخم»
مثال ١
سيارة كتلتها 1000 kg زادت سرعتها من 60 m/s إلى 80 m/s، فما مقدار الدفع المؤثر فيها بوحدة kg·m/s؟
◎ توقّع الإجابة أولًا: