السؤال: العلاقة بين اتجاه الدفع واتجاه التغير في الزخم
الجواب: متطابقتان.
شرح الإجابة:
تُعد العلاقة بين الدفع (Impulse) والتغير في الزخم (Δp) من الأسس المحورية في الميكانيكا الكلاسيكية، وتُلخصها نظرية الدفع-الزخم (Impulse-Momentum Theorem). هذه النظرية تنص ببساطة على أن الدفع المؤثر على جسم ما يساوي تمامًا مقدار التغير الذي يطرأ على كمية حركته (الزخم). رياضياً، يُعبر عن هذا المبدأ بالعلاقة:
حيث I هو متجه الدفع، F هي القوة المتوسطة المطبقة، Δt هي فترة التأثير الزمني، و Δp هو متجه التغير في الزخم.
السمة الأهم في هذه المعادلة هي أن كلاً من الدفع (I) والتغير في الزخم (Δp) هما كميات متجهة، مما يعني أنهما يمتلكان مقدارًا واتجاهًا. بما أن القوة (F) هي العامل الوحيد الذي يحدد اتجاه الدفع (I) (حيث الزمن Δt كمية قياسية موجبة)، وبما أن الدفع يتساوى مع التغير في الزخم، فمن الضروري أن يكون اتجاه الدفع مطابقًا وموازيًا تماماً لاتجاه التغير في الزخم. هذا التطابق المباشر يُمثل الإجابة الجوهرية للسؤال. فعندما تُطبق قوة دفع على جسم، فإنها تفرض عليه تغيرًا في كمية حركته، وهذا التغير يتخذ نفس المَنهج المكاني لتأثير القوة الأصلية.
إقرأ أيضا:انتهاكات الاستعمار لحقوق الانسان من خلال الرجوع الى الاعلان العالمي لحقوق الانسانلفهم هذه العلاقة المتطابقة بعمق، يجب التمييز بين اتجاه الزخم الابتدائي للجسم واتجاه التغير في الزخم. قد يكون اتجاه حركة الجسم (زخمه) في اتجاه معين، لكن تطبيق قوة دفع يمكن أن يُحدث تغييرات متنوعة في هذا الزخم، وكلها تتبع منحى الدفع:
- زيادة السرعة (التسارع): إذا كان اتجاه الدفع متوافقًا مع اتجاه الحركة، فإن قيمة الزخم تتزايد (أي يكون التغير Δp في نفس الاتجاه)، مما يؤدي إلى زيادة سرعة الجسم.
- تقليل السرعة (التباطؤ): إذا كان اتجاه الدفع معاكسًا لاتجاه الحركة (مثل استخدام المكابح)، فإن الزخم يتناقص (التغير Δp يكون في اتجاه الدفع المعاكس)، مما يُسبب تباطؤ الجسم.
- تغيير الاتجاه: إذا كان اتجاه الدفع متعامدًا (عموديًا) على اتجاه حركة الجسم، فإن الدفع يُغير مسار حركة الجسم وزخمه، لكنه قد لا يُغير سرعته بشكل كبير، حيث يكون متجه Δp موجهاً نحو اتجاه الدفع القسري.
هذه الحالات الثلاث تُبرهن أن اتجاه التعديل الحركي الحاصل في الزخم (أي التغير Δp) هو انعكاس دقيق ومباشر لاتجاه القوة الدافعة المؤثرة.
إقرأ أيضا:الاستدلال عملية عقلية ينتقل فيها الفكر من قضية مجهولة إلى قضية معروف حكمها صواب خطأتُعتبر هذه النظرية المحور الأساسي لتحليل الاصطدامات والتفاعلات الحركية في مجالات الهندسة والسلامة، لا سيما في المملكة العربية السعودية في قطاعات مثل الميكانيكا، وسلامة المركبات، وتصميم المعدات الثقيلة. في حالة وقوع تصادم (Collision)، يمكن للمهندسين استخدام مبدأ تطابق الاتجاه بين الدفع وتغير الزخم لتوقع وتفسير كيفية انحراف حركة الأجسام المتصادمة بعد التلامس.
إقرأ أيضا:كانت الرياض قديماً تسمى حجر اليمامةكذلك، في تصميم وسائل الأمان كالأكياس الهوائية في السيارات، يهدف التصميم إلى زيادة زمن التفاعل (الـ Δt) لتقليل مقدار القوة (الدفع) المؤثرة على السائق والراكب، مع ضمان أن اتجاه هذه القوة يكون صحيحًا للحد من الأذى. إن فهم أن الدفع يحدد اتجاه التغيير في كمية الحركة يُمكننا من التنبؤ بسلوك الأجسام وتطوير أنظمة حركية أكثر كفاءة وأماناً.
