توضح نظرية الزخم النبضي أندفعةكائن يواجه أثناء تصادم يساوي لهتغيير في الزخمفي نفس الوقت.
أحد أكثر استخداماته شيوعًا هو حل متوسط القوة التي سيختبرها كائن ما في تصادمات مختلفة ، وهو الأساس للعديد من تطبيقات الأمان في العالم الحقيقي.
معادلات نظرية الزخم الدافع
يمكن التعبير عن نظرية الزخم النبضي على النحو التالي:
أين:
- يهو الدافع في نيوتن-ثانية (Ns) أو كجم / م / ث ، و
- صهو الزخم الخطي بالكيلوغرام متر في الثانية أو كجم متر / ثانية
كلاهما كميات متجهة. يمكن أيضًا كتابة نظرية الزخم النبضي باستخدام معادلات الدافع والزخم ، على النحو التالي:
أين:
- يهو الدافع في نيوتن-ثانية (Ns) أو كجم / ثانية ،
- مهي الكتلة بالكيلوغرام (كلغ) ،
- Δهي السرعة النهائية مطروحًا منها السرعة الابتدائية بالأمتار في الثانية (م / ث) ،
- Fهي القوة الكلية في نيوتن (N) ، و
- رالوقت بالثواني.
اشتقاق نظرية الزخم الدافع
يمكن اشتقاق نظرية الزخم النبضي من قانون نيوتن الثاني ،F = أماه، وإعادة الكتابةأ(التسارع) كتغير في السرعة بمرور الوقت. رياضيا:
تداعيات نظرية الزخم النبضي
تتمثل إحدى الوجبات السريعة الرئيسية من النظرية في شرح كيف تعتمد القوة التي يتعرض لها جسم ما في تصادم علىمقدار الوقتيستغرق الاصطدام.
نصائح
أتصادم قصير زمنيؤدي إليقوة كبيرةعلى الكائن ، والعكس صحيح.
على سبيل المثال ، يعد إعداد الفيزياء الكلاسيكية بالمدرسة الثانوية مع الاندفاع هو تحدي إسقاط البيض ، حيث يجب على الطلاب تصميم جهاز لهبوط بيضة بأمان من قطرة كبيرة. عن طريق إضافة المساحة المتروكة إلىزحفالوقت الذي تصطدم فيه البيضة بالأرض وتتغير من سرعتها الأسرع إلى نقطة توقف كاملة ، يجب أن تنخفض القوى التي تتعرض لها البيضة. عندما تنخفض القوة بدرجة كافية ، ستنجو البويضة من السقوط دون إراقة صفارها.
هذا هو المبدأ الرئيسي وراء مجموعة من أجهزة السلامة من الحياة اليومية ، بما في ذلك الوسائد الهوائية وأحزمة الأمان وخوذات كرة القدم.
مثال على المشاكل
تسقط بيضة 0.7 كجم من سطح المبنى وتصطدم بالأرض لمدة 0.2 ثانية قبل أن تتوقف. قبل أن تصطدم بالأرض بقليل ، كانت البيضة تتحرك بسرعة 15.8 م / ث. إذا استغرق كسر البيضة 25 نيوتن تقريبًا ، فهل تنجو هذه البيضة؟
55.3 نيوتن هي أكثر من ضعف ما تحتاجه لكسر البيضة ، لذا هذه البيضة لا تعيدها إلى الكرتون.
(لاحظ أن العلامة السالبة في الإجابة تشير إلى أن القوة في الاتجاه المعاكس لـ سرعة البيضة ، وهذا أمر منطقي لأنها القوة المؤثرة من الأرض لأعلى عند السقوط بيضة.)
يخطط طالب فيزياء آخر لإسقاط بيضة متطابقة من نفس السقف. كم من الوقت يجب أن تتأكد من استمرار التصادم بفضل جهاز الحشو الخاص بها ، على الأقل ، لإنقاذ البيضة؟
كلا الاصطدامين - حيث تنكسر البيضة وحيث لا يحدث - يحدث في أقل من نصف ثانية. لكن نظرية الزخم النبضي توضح أنه حتى الزيادات الطفيفة في وقت الاصطدام يمكن أن يكون لها تأثير كبير على النتيجة.
