قانون حفظ زخم الحركة

قانون حفظ الزحم

يُعدّ قانون حفظ الزخم أو حفظ كمية الحركة (بالإنجليزية: Conservation of momentum) من القوانين الفيزيائية التي تُعبّر عن الثبات في كمية الزخم لمادةٍ ما عند تعرّضها لمجموعة من الظروف والعوامل، أيّ أنّ الزخم الكلي لنظام ما يظل دائماً ثابت، ويُشير قانون الزخم إلى كتلة الجسم مضروبة في سرعته بحيث تُعادل القوة المطلوبة لإيقاف الجسم في وحدة الزمن، ويُساوي الزخم لمجموعة من الأجسام مجموع العزم الفردي لكل جسم، ويُعد الزخم كمية متجهة؛ أي أنّ له قيمة واتجاه حركة، وعليه يكون إجمالي العزم لمجموعة من الأجسام تتحرك باتجاهين متعاكسين صفراً.

يُعدّ قانون حفظ الزخم أحد قوانين الفيزياء الأساسية بالإضافة إلى قانونيّ حفظ الطاقة والكتلة، ويجدر بالذكر أنّ مقدار الزخم ثابت لا يُمكن إنشاؤه أو تدميره، إذ يتغير وفقاً لقوانين نيوتن في الحركة في 3 اتجاهات، كما يُعد التعامل مع حفظ الزخم أكثر صعوبة من التعامل مع قانوني حفظ الطاقة والحركة نظراً لأنّه كمية متجهة، خاصةً عند التعامل مع الغازات؛ لأنّ القوى تكون في اتجاه واحد نتيجة التصادم بين الجزيئات، ولكن مقدار التدفق ثابت ولا يتغير مع مرور الوقت.

توضيح قانون حفظ الزحم

لو افترضنا أنّ الجسم (أ) اصطدم بالجسم (ب)، فسيُنتج عن ذلك عدّة أمور نتيجةً لقانون حفظ الزخم كالآتي:

• مجموع الزخم الكلي للجسمين قبل الاصطدام = مجموع الزخم الكلي للجسمين بعد الاصطدام؛ أي أنّ الزخم الذي فقده الجسم (أ) يُساوي مقدار الزخم الذي اكتسبه الجسم (ب).
• قوة الجسم (أ) = - قوة الجسم (ب)؛ أيّ أنّ القوتين المؤثرتين على الجسمين متساويتان في المقدار ومتعاكستان في الاتجاه وفقاً لقانون نيوتن الثالث.
• المدة الزمنية التي تأثر فيها الجسم (أ) بالقوة تُساوي المدة الزمنية التي تأثر فيها الجسم (ب)، أي أنّ ز(أ) = ز(ب).
• الدفع المؤثر في الجسم (أ) = - الدفع المؤثر في الجسم (ب)؛ أي أنّ؛ ق(أ) × ز(أ) = - ق(ب) × ز(ب).

علاقة قانون حفظ الزخم بقانون نيوتن

يُعدّ قانون حفظ الزخم قانوناً مشتقاً بشكل مباشر من قانون نيوتن الثالث للحركة ؛ والذي ينص على أنّ: "لكل فعل ردة فعل مساوية له في المقدار، ومعاكسة في الاتجاه" ، بينما ينص مبدأ حفظ الزخم على أن: "الزخم الكلي ثابت في أيّ نظام معزول يضم جسمين أو أكثر ما لم يتعرض لقوى خارجية تُغيّر منه أو تدمره".

أمثلة على قانون حفظ الزخم

فيما يأتي بعض الأمثلة على قانون حفظ الزخم:

• البالون: إذ يُمثّل البالون المملوء بالهواء نظامًا معزولًا في حالة راحة؛ وعليه فإن الزخم الأولي لنظام البالون يساوي صفراً، وبمجرد تحرير الهواء من داخل البالون نتيجةً لقوةٍ دافعة يتأثر بها الهواء، يتحرك البالون بقوة معاكسة للقوة الدافعة التي تحرك بها الهواء للحفاظ على الزخم.
• نظام المسدس والرصاصة: تكون الرصاصة والبندقية قبل إطلاق النار في حالة راحة، وبالتالي فإن الزخم الكلي للنظام يُساوي صفراً، وبمجرد إطلاق النار تكتسب الرصاصة زخماً ويرتدّ المسدس بقوةٍ معاكسة للحفاظ على الزخم، ووفقاً لقانون حفظ الزخم؛ فإن الزخم الكلي أيضاً بعد الإطلاق سيكون صفرًا، أي أن؛ زخم السلاح والرصاصة (قبل الإطلاق) = زخم السلاح والرصاصة (بعد الإطلاق).