ماهو الزخم
كلمة `الزخم` تسمع في الحياة اليومية، وغالبا ما يقال لنا أن الفرق الرياضية والمرشحين السياسيين لديهم `زخما قويا`. في هذا السياق، يعني ذلك عادة أن الفريق أو المرشح حقق نجاحا كبيرا مؤخرا وسيكون من الصعب على الخصم تغيير الوضع الحالي. هذا هو أيضا المعنى الأساسي في الفيزياء، على الرغم من أننا بحاجة إلى دقة أكبر في الفيزياء.
الزخم هو قياس الكتلة المتحركة: يعني مقدار الكتلة تتناسب مع مقدار الحركة، وعادة ما يتم تمثيل الكمية باستخدام الرمز p.
حسب التعريف: (P=m.v).
حيثما m تعبر عن كتلة الجسم، و v تعبر عن السرعة.
ما هو الزخم الزاوي
يتم حساب الزخم بضرب كتلة الجسم في سرعته، ويمتلك أي جسم يتحرك كتلة وزخمًا، والزخم الزاوي هو نوع من الزخم يتم استخدامه في التعامل مع الأجسام الدوارة، وهل هو مكافئ دوراني للزخم الخطي؟
عند محاولتك ركوب الدراجة والسعي للحفاظ على التوازن بدون دعامة، من الممكن أن تسقط، ولكن عندما تبدأ في استخدام الدواسات، فإن العجلات ستحصل على زخم وزوايا ستقاوم التغيير، وبالتالي يصبح الحفاظ على التوازن أسهل.
حيث يتم تعريف الزخم الزاوي على النحو التالي:
إنها خاصية لجسم دوار ينشأ عن لحظة القصور الذاتي والسرعة الزاوية للجسم الدوار، وهي كمية متجهة، مما يعني أن الاتجاه يعتبر أيضا جنبا إلى جنب مع الحجم والرقم الكمي للزخم الزاوي. ويعتبر الرقم الكمي للزخم الزاوي مترادفا للرقم الكمي السمتي أو الرقم الكمي الثانوي، وهو رقم كمي يحدد الزخم الزاوي ويصف حجم وشكل المدار. وتتراوح القيمة النموذجية لهذا الرقم من 0 إلى.
أمثلة على الزخم الزاوي
- التزلج على الجليد: عندما يبدأ المتزلج على الجليد جولته، يضع يده ورجله بعيدا عن مركز جسده، ولكن عندما يحتاج إلى زاوية دوران أكبر، يقرب يديه وساقه من جسده ويحافظ على الزخم الزاوي ليدور بشكل أسرع.
- جيروسكوب: يستخدم الجيروسكوب مبدأ الزخم الزاوي للحفاظ على اتجاهه، ويستخدم عجلة دوارة تحتوي على 3 درجات، وعندما يتم تدويرها بسرعة عالية يتم تثبيتها على الاتجاه ولا ينحرف عنه، وهذا مفيد في التطبيقات الفضائية حيث يكون موقف المركبة الفضائية عاملا مهما يجب التحكم فيه.
ما هو قانون الزخم الزاوي للإلكترون
يتم إعطاء الزخم الزاوي للإلكترون بواسطة نموذج بور Bohr، عن طريق mvr أو nh / 2π (حيث v تعني السرعة و n تعني المدار الذي يوجد فيه الإلكترون و m تعني كتلة الإلكترون و r هو نصف قطر المدار n).
يرجى الذكر إن نموذج بور يشير إلى إن الإلكترونات في الذرات تتحرك حول نواة مركزية في مدارات دائرية ويمكنها فقط أن تدور بثبات عند مجموعة مميزة من المسافات من النواة في بعض المدارات الدائرية الثابتة وترتبط هذه المدارات ببعض الطاقات ويشار إليها أيضاً باسم قذائف الطاقة أو مستويات الطاقة.
وضع نموذج بور الذري افتراضات مختلفة لترتيب الإلكترونات في مدارات مختلفة حول النواة. ووفقا لنموذج بور الذري، الزخم الزاوي للإلكترون الدائري حول النواة هو مكمم. وأضاف أيضا أن الإلكترونات تتحرك فقط في تلك المدارات حيث يكون زخم الإلكترون مضاعفا غير قابل للتجزئة ويساوي h / 2. وقد وضع لويس دي برولي هذه الفرضية المتعلقة بتكميم الزخم الزاوي للإلكترون، ووفقا له، يتصرف الإلكترون في مداره الدائري كموجة جسيمية.
ما هي معادلة دي برولي
يمكن رؤية سلوك موجات الجسيمات بشكل مشابه للموجات التي تنتقل عبر سلاسل، حيث يمكن لموجات الجسيمات أن تتسبب في تشكيل موجات واقفة ثابتة عندما يحدث تداخل بينها وعندما يتم تشديد سلسلة ثابتة وتنشيط عدة أطوال موجية. ومن ناحية أخرى، ندرك أن هذه الأطوال الموجية هي تلك التي تبقى ثابتة فقط والتي تشكل موجة ثابتة في السلسلة، أي تحتوي على عقدة في نهايتها.
وهكذا، تتشكل الموجات الثابتة في الخيط فقط عندما تكون المسافة الإجمالية التي تقطعها الموجة هي عدد صحيح متعدد لطول الموجة. وبالتالي، بالنسبة لأي إلكترون يتحرك في مدار دائري k بنصف قطر rk، فإن المسافة الإجمالية التي يقطعها يساوي محيط المدار 2πrk.
2πrk = kλ
دع هذه تكون المعادلة (1).
λ هو الطول الموجي لـ دي برولي.
نحن نعلم أن الطول الموجي لـ دي برولي يُعطى من خلال:
λ = h/p
p هو زخم الإلكترون
h = ثابت بلانك
لذلك، λ = h/mvk
دع هذه تكون المعادلة (2).
يشير mvk إلى زخم الإلكترون الذي يدور في مدار k، وعند إدخال قيمة λ من المعادلة (2) في المعادلة (1) يمكن الحصول عليه،
2πrk = kh/mvk
mvkrk = kh/2π
فرضية دي برولي ثبتت بنجاح فرضية بورالثانية، والتي تشير إلى تكميم الزخم الزاوي للإلكترون المداري. ويمكن الاستدلال من ذلك أن مدارات الإلكترون وحالات الطاقة تعود إلى طبيعة موجة الإلكترون.
قانون الدفع والزخم
قانون قوة الدفع:
وفقا لقانون نيوتن الثاني (Fnet = m • a)، فإن تسارع الجسم يتناسب طرديا مع القوة الكلية المؤثرة عليه ويتناسب عكسيا مع كتلته، وعندما يتم تعريف التسارع باعتباره (أ = ∆v / t) ، يتم إنتاج المعادلات التالية: F = m • a أو F = m • ∆v / t.
إذا تم ضرب طرفي المعادلة أعلاه بالكمية t تظهر معادلة جديدة: F • t = m • ∆v.
تعتبر هذه المعادلة أحد المبادئ الأساسية لتحليل التصادمات وفهم معناها بالفعل مهم. في الفيزياء، يمكننا أن نقول أن القوة مضروبة في الزمن تساوي الكتلة مضروبة في التغيير في السرعة. وفي الفيزياء، يعرف الزخم بأنه المقدار الكمي للقوة والزمن، ونظرا لأن الزخم هو الكمية m • v، فيجب أن يكون التغيير في الزخم هو التغيير في m • v.
الدافع = التغيير في الزخم
تنطبق قوانين الزخم على فيزياء التصادمات، ويتم التعبير عن القانون الأول الذي تم مناقشته في المعادلة المذكورة أعلاه، وتسمى هذه المعادلة معادلة تغيير الزخم النبضي، ويمكن التعبير عن القانون بهذه الطريقة
عند الاصطدام، يتعرض الجسم لقوة لفترة زمنية محددة، مما يؤدي إلى تغيير في الزخم نتيجة القوة المؤثرة في فترة زمنية محددة. فإما أن تتسارع كتلة الجسم أو تتباطأ (أو تتغير اتجاهها)، ويساوي النبض الذي يمر به الكائن التغيير في زخم الجسم بمعادلة F • t = m • Δ v.
عندما تصطدم الأشياء، تختبران اندفاعا ويسبب الدافع تغييرا في الزخم، ويتم تمثيل هذه الحركة بواسطة مخطط شريطي، فمثلا، إذا كان نصف ظهير كرة القدم يركض في الملعب ويصطدم بظهر دفاعي، فسيتغير سرعة النصف الخلفي وبالتالي زخمه
في النقطة العاشرة تقريبًا على الرسم التخطيطي، يحدث التصادم ويستمر لفترة زمنية معينة، حيث يستمر الاصطدام لمدة تقارب تسع نقاط، وفي تصادم الظهر الدفاعي، يواجه نصف الظهير قوة تستمر لفترة زمنية معينة لتغيير زخمه.
بسبب أن الاصطدام يؤدي إلى إبطاء النصف الخلفي المتحرك لليمين، يجب أن يكون توجيه القوة الواقعة على النصف الخلفي إلى اليسار. إذا تعرض النصف الخلفي لقوة 800 نيوتن لمدة 0.9 ثانية، يمكننا القول أن الدافع كان 720 نيوتن × ثانية. ويمكن لهذا الدافع أن يتسبب في تغيير الزخم بمقدار 720 كيلوجرام × متر / ثانية. وفي حالة حدوث تصادم، يكون الدافع الذي يتعرض له جسم ما دائما مساويا لتغيير الزخم.