حل درس الزخم والتصادمات علوم ثالث متوسط

يحدث التصادم عندما يرتطم جسم متحرك بجسم آخر. ماذا يحدث عندما تصطدم الكرة البيضاء في لعبة البلياردو بكرة أخرى؟ ستتغير السرعة المتجهة للكرتين، ويمكن أن يغير التصادم سرعة كل كرة ، أو اتجاه حركة كل كرة ، أو الاثنين معاً مقدار السرعة واتجاه الحركة. ويعتمد التغير في حركة الأجسام المتصادمة على كتل الأجسام المتصادمة والسرعة المتجهة للأجسام المتصادمة قبل حدوث التصادم 

الكتلة والقصور الذاتي 

تؤثر كتلة الجسم في مدى سهولة تغيير حالته الحركية. وكتلة Mass جسم ما هي كمية المادة فيه. ووحدة الكتلة في النظام الدولي للوحدات هي الكيلو جرام. تخیل شخصاً يندفع بسرعة نحوك ، لكي توقف هذا الشخص عليك أن تدفعه وعليك أن تدفع بقوة أكبر إذا كان هذا الشخص بالغاً ، مقارنة بما لو كان هذا الشخص طفلاً ، وسيكون من السهل عليك إيقاف الطفل ؛ لأن كتلته أقل من كتلة الشخص البالغ ، فكلما كانت كتلة الجسم أكبر واجهت صعوبة أكبر عند تغییر حالته الحركية. ولعلك 

تلاحظ في الشكل ۱۲ أن كرة التنس الأرضي لها كتلة أكبر من كتلة كرة تنس الطاولة؛ لذا يكون المضرب المستخدم في التنس الأرضي أكبر من المضرب المستخدم في تنس الطاولة ، وذلك لتغيير الحالة الحركية لكل كرة ، روستي الخاصية التي تمثل ميل الجسم لمقاومة (ممانعة) إحداث أي تغيير في حالته الحركية القصور الذاتي Inertia. وتزداد مقاومة الجسم لإحداث أي تغيير في حالة الحركة بزيادة كتلة الجسم

حفظ الزخم 

إذا سبق لك أن لعبت البلياردو في ذات يوم فأنت تعرف أنه عندما تصطدم الكرة البيضاء بكرة أخرى ، ستغير الحالة الحركية للكرتين على حد سواء. وسوف تتناقص سرعة الكرة البيضاء ، كما يتغير اتجاه حركتها ، ولذلك يقل زخمها ، وفي الوقت نفسه تبدأ الكرة الأخرى تتحرك ، ويزداد زخمها. 

وفي أي تصادم ينتقل الزخم من جسم إلى آخر. فكر الآن في التصادم بين کرتي بلياردو، فإذا كان الزخم الذي تخسره إحدى الكرتين يساوي الزخم الذي تكسبه الكرة الأخرى فإن كمية الزخم الكلي لا تتغير. وعندما لا يتغير الزخم الكلي المجموعة من الأجسام يكون الزخم محفوظاً.

قانون حفظ الزخم 

وفقاً لقانون حفظ الزخم Law of Conservation of Momentum يبقى الزخم الكلى لمجموعة من الأجسام ثابتا ما لم تؤثر قوی خارجية في المجموعة، فكرة البلياردو البيضاء و الكرات الأخرى الموضحة في الشكل ۱۳ جميعها تشكل مجموعة الأجسام. والمقصود بقانون حفظ الزخم أن التصادمات التي تحدث بين هذه الأجسام لا تغير الزخم الكلي لمجموعة الأجسام بل القوى الخارجية فقط . ومنها قوة الاحتكاك بين كرات البلياردو والطاولة هي التي يمكنها أن تغير من مجموع الزخم الكلي لمجموعة الأجسام ؛ حيث يؤدي الاحتكاك إلى تباطؤ حركة الكرات عندما تتدحرج على الطاولة ، وبالتالي نقصان الزخم الكلي

أنواع التصادمات 

يمكن أن تتصادم الأجسام ما بطرائق مختلفة. ويبين الشكل 14 نوعين من التصادم ؛ إذ ترتد الأجسام المتصادمة أحيانا بعضها عن بعض ، كما يحدث مع كرة البولنج والأقماع ، وفي تصادمات أخرى يتصادم جسمان فيلتجمان معا بعد التصادم ، كما يحدث مع لاعبي كرة القدم.

استخدام قانون حفظ الزخم 

يمكن استخدام قانون حفظ الزخم للتنبؤ بالسرعة المتجهة للأجسام بعد تصادمها . وعند استخدام قانون حفظ الزخم نفترض أن الزخم الكلي للأجسام المتصادمه لا يتغير . فعلى سبيل المثال تخيل نفسك تلبس مزلاجين في قدميك ، كما في الشكل 15 ، ثم طلبت إلى زميل لك أن يقذف إليك حقيبتك. عندما تلتفعلها ستتحرك أنت و الحقيبة في الاتجاه نفسه الذي كانت تتحرك فيه. ويمكن استخدام قانون حفظ الزخم لحساب سرعتك المتجهة بعد أن تلتقط حقيبتك. افترض أن كتلة الحقيبة تساوي كجم، وأن سرعتها المتجهة الأبتدائية تساوي 5 م/ث شرقاً ، وأن كتلتك تساوي 48 كجم ، بالطبع سرعتك الابتدائية تساوي صفراً

التصادم والارتداد 

في بعض التصادمات ترتد الأجسام المتصادمة بعضها عن بعض ، كما يحدث بين السيارات الصغيرة في مدينة الألعاب الموضحة في الشكل ۱۷. ويمكن استخدام قانون حفظ الزخم لتحديد الكيفية التي تتحرك بها هذه الأجسام بعد التصادم فعلى سبيل المثال ، افترض أن جسمين متماثلين اصطدما وجها لوجه بالسرعة نفسها ، ثم ارتد كل منهما عن الآخر. يكون زخم كل من الجسمين قبل التصادم متساوياً ، إلا أن زخمیهما في اتجاهين متعاكسين ؛ لذا يساوي  الزخم الكلي للجسمين قبل التصادم صفراً . وإذا كان الزخم محفوظا وجب أن یکون الزخم الكلى بعد التصادم صفرا أيضاً وهذا يعني أن الجسمين يجب أن يتحرك في اتجاهين متعاكسين ، ومقدار سرعة الجسم الأول مساو المقدار سرعة الجسم الثاني. وسيساوي الزخم الكلي مرة أخرى صفراً