تجربة ارتفاع الارتداد وما هو مبدأ حفظ الزخم

تجربة ارتفاع الارتداد ، حيث تعد هذه التجربة الفيزيائية، هي الأساس في علم ديناميكا الحركة الدورانية والخطية، وإن تجربة إرتفاع الإرتداد ستسهل عملية فهم الحركة الفيزيائية للأجسام، وستساعد على فهم مبدأ حفظ الزخم، وفي هذا المقال سنوضح بالتفصيل ما هي هذه التجربة الفيزيائية، وسنذكر ما هي أهدافها.

ما هو مبدأ حفظ الزخم

يستخدم حفظ الزخم في الغالب لوصف الإصطدامات بين الأجسام، وإن الحفاظ على الزخم ينطبق فقط على نظام معزول من الإجسام الفيزيائية، والنظام المعزول هو النظام الذي لا يتم العمل به بقوة خارجية للنظام، أي لا يوجد دافع أو قوة خارجية، كما وإن الزخم هو كمية متجهة، وينص قانون حفظ الزخم، على أن زخم أي نظام فيزيائي منعزل يظل ثابتاً مع مرور الوقت، حيث إن الزخم لا يتم إستحداثه أو نفيه، بل يتم تحويله أو نقله فقط من شكل إلى اخر، وتمت صياغة قانون الحفاظ على الزخم لأول مرة من قبل العالم رينيه ديكارت، ولقد طوره إسحاق نيوتن نتيجة لقوانينه الخاصة بالحركة، وتنص قوانين نيوتن على مبدأين مهمين بالنسبة لحركة الأجسام وخصوصاً في حالة تصادم الأجسام تصادماً مرناً، وهذان المبدأن ينصان على ما يلي:[1]

• أن طاقة الحركة الكلية للأجسام المصطدمة لا تتغير قبل أو بعد التصادم.
• أن زخم الحركة الكلية للأجسام المصطدمة لا تتغير قبل أو بعد التصادم.

تجربة ارتفاع الارتداد

هي تجربة فيزيائية الهدف منها هو قياس ومقارنة إرتفاعات الإرتدادات للكرات المطاطية التي تسقط منفردة ومجتمعة، وللقيام بهذه التجربة يجب تحضير هذه المواد التالية:[2]

• كرتان مطاطيتان مختلفتان في الحجم.
• مسطرة مترية، أو متر للقياس.

وللقيام بهذه التجربة إتبع هذه الخطوات التالية:

• إسقاط الكرة المطاطية الكبيرة على إرتفاع 15 سنتيمتر على طاولة خشبية.
• تسجيل إرتفاع إرتداد الكرة المطاطية الكبيرة.
• إسقاط الكرة المطاطية الصغيرة على إرتفاع 15 سنتيمتر على طاولة خشبية.
• تسجيل إرتفاع إرتداد الكرة المطاطية الصغيرة.
• ثم نضع الكرة الصغيرة فوق الكرة الكبيرة، ليكونان متلامستين.
• نترك الكرتين لتسقطان معاً من إرتفاع 15 سنتيمتر.
• تسجيل إرتفاع إرتداد الكرة الكبيرة وإرتفاع إرتداد الكرة الصغيرة.

ستلاحظ أن الكرة المطاطية الصغيرة إرتدت بمقدار أعلى من إرتفاع إرتداد الكرة الكبيرة في كل الحالات، وفي الحالة الأخيرة يتحول الزخم من الكرة الكبيرة إلى الكرة الصغيرة، والتي تسبب بدورها إرتداد الكرة الكبيرة على إرتفاع أقل، ولكن الكرة صغيرة لها كتلة قليلة، لذا فإنها ترتد على إرتفاع أعلى، وهكذا يكون الزخم محفوظاً خلال التصادم بين الكرتين في الحالة الأخيرة، حيث إن زخم أي جسم يساوي حاصل ضرب كتلته في سرعته المتجهة.

وصف إرتفاع إرتداد كل من الكرتين

في الواقع يتفاوت إرتفاع الإرتداد اعتماداً على نوع الكرات المطاطية المستخدمة في التجربة، فالإرتدادات عادة ما تكون بنسبة 80% إلى 75% من الإرتفاع الأولي للكرات، وهو الإرتفاع الذي تمت منه التجربة، وتنطبق هذه النسبة خاصةً على الكرات المنفردة، حيث أنه عند إسقاط الكرات المطاطية الصغيرة والكرات المطاطية الكبيرة معاً، فإن الكرة المطاطية الصغيرة سترتد إلى إرتفاع أكبر، وقد تصل إلى أربعة أضعاف الكرة المطاطية الكبيرة، وإعتماداً على قوانين الزخم والحركة، سترتد الكرة المطاطية الكبيرة في التجربة السابقة إلى إرتفاع يصل إلى 3 سنتيمتر، أما الكرة المطاطية الصغيرة سترتد إلى إرتفاع يصل إلى 6 سنتيمتر، وهذه الإختلاف في الإرتفاعات سببه الزخم وكتلة الكرتين.[3]

وفي ختام هذا المقال نكون قد وضحنا ما هي تجربة ارتفاع الارتداد، كما ووضحنا ما هو المقصود بمبدأ حفظ الزخم عند تصادم الأجسام، وذكرنا وصف تفصيلي لإرتفاعات الإرتدادات للكرات المطاطية في التجربة.