التصادمات على المسار الهوائي – حفظ الزخم

ماذا تعرض

الزخم p = mv كمية متجهة، لذا تدل إشارته على اتجاه الحركة. على مسار هوائي عديم الاحتكاك يكون الزخم الكلي m₁v₁ + m₂v₂ هو نفسه قبل التصادم وبعده؛ وتحفظ التصادمات المرنة الطاقة الحركية أيضًا، أما العربات التي تلتحم معًا فتفقد جزءًا منها حرارةً وتشوهًا. وفي أثناء الاصطدام يدفع كل جسم الآخر بقوتين متساويتين ومتعاكستين (قانون نيوتن الثالث). والدفع J = ∫F dt، أي المساحة تحت منحنى القوة–الزمن، يساوي التغير في الزخم، فمع Δp نفسه يعني زمن التلامس الأطول قوة قصوى أصغر: وهذه هي الفكرة وراء مناطق الانهيار والوسائد الهوائية والخوذ.

طريقة الاستخدام

على المسار الهوائي اضبط الكتل والسرعات، واسحب العربات واضغط «تشغيل»، ثم قارن صفي «قبل» و«بعد» واضغط «غيّر نوع التصادم». اضغط «مستشعر القوة واختبار الاصطدام»، واختر «تصطدم بـ» و«المصدّة»، واضغط «إطلاق». تضيف كل تجربة صفًا إلى الجدول فيه أزمنة البوابات الضوئية وΔp وJ وΔt والقوة القصوى. ثبّت m₁ وu₁ وأنت تقارن المصدّات، ثم جرّب «تحدي التصميم».

المعاملات القابلة للتغيير

• كتلة العربة 1 0.5–5 kg
• السرعة الابتدائية للعربة 1 -5–5 m/s
• كتلة العربة 2 0.5–5 kg
• السرعة الابتدائية للعربة 2 -5–5 m/s
• نوع التصادم مرن, غير مرن (التحام)
• الشاشة المسار الهوائي (حفظ الزخم), مستشعر القوة واختبار الاصطدام
• المصدّة نابض لين, نابض صلب, منطقة انهيار, وسادة هوائية
• تصطدم بـ جدار عليه مستشعر قوة, العربة 2 ساكنة

أسئلة للاستكشاف

1. في التصادم غير المرن، كيف تحسب السرعة المشتركة للعربتين من كتلتيهما وسرعتيهما الابتدائيتين؟
2. مع التغير نفسه في الزخم، لماذا تعطي منطقة الانهيار أو الوسادة الهوائية قوة قصوى أصغر مما يعطيه النابض الصلب؟
3. إذا تساوت الكتلتان وكان التصادم مرنًا، فماذا يحدث لسرعتي العربتين؟