محاكاة التصادم غير المرن

مختبر الفيزياء التفاعلي الدفع والزخم وحفظ الزخم

مختبر الدفع والزخم

محاكاة تفاعلية لفهم الدفع، نظرية الدفع والزخم، وحفظ الزخم في التصادمات.

تجربة 1: ماذا يحدث للدفع؟

القوة F 40 N

زمن تأثير القوة dt 2.0 s

الدفع = القوة x زمن تأثيرها
J = F x dt

القوة40 N

الزمن2.0 s

الدفع80 N.s

زد القوة أو زمن تأثيرها ولاحظ أن مساحة المستطيل تحت منحنى القوة-الزمن تكبر.

منحنى القوة - الزمن

الفكرة المهمة: في منحنى القوة-الزمن، المساحة تحت المنحنى تساوي الدفع.

تجربة 2: كيف يغيّر الدفع سرعة الجسم؟

كتلة الجسم m 4 kg

السرعة الابتدائية vi 2 m/s

الدفع J 20 N.s

J = dp = pf - pi
J = m(vf - vi)
vf = vi + J/m

الزخم الابتدائي8 kg.m/s

السرعة النهائية7 m/s

الزخم النهائي28 kg.m/s

مشهد الحركة

m

اتجاه الدفع

إذا كان الدفع في اتجاه الحركة تزداد السرعة. وإذا كان عكس اتجاه الحركة تقل السرعة، وقد ينعكس اتجاه الجسم إذا كان الدفع كبيرا بما يكفي.

تجربة 3: تصادم عربتين

كتلة العربة الزرقاء m1 2 kg

سرعتها الابتدائية v1 5 m/s

كتلة العربة البرتقالية m2 3 kg

سرعتها الابتدائية v2 -2 m/s

نوع التصادم

تلتصق العربتان بعد التصادم تصادم مرن مثالي

راقب الزخم قبل وبعد

m1

m2

الزخم الكلي قبل4 kg.m/s

الزخم الكلي بعد4 kg.m/s

الفرق0

في نظام معزول: مجموع p قبل = مجموع p بعد

غيّر القيم ثم اضغط "ابدأ التصادم".

النظام المغلق

النظام المغلق هو نظام لا تدخل إليه مادة ولا تخرج منه، لكن يمكن أن تؤثر عليه قوى خارجية أو تنتقل إليه طاقة.

الجزيئات تتحرك داخل العبوة، لكنها لا تعبر حدود النظام. عند إضافة طاقة تزداد سرعة حركتها، ومع ذلك تبقى المادة داخل العبوة.

في النظام المغلق:
المادة لا تعبر الحدود
لكن يمكن للطاقة أو القوة الخارجية أن تؤثر في النظام.

النظام المعزول

النظام المعزول هو نظام لا تؤثر فيه قوة خارجية محصلة، لذلك يبقى الزخم الكلي محفوظا.

زخم الصاروخ اتجاه اليمين

اتجاه اليسار زخم الغازات

زخم الصاروخ0 kg.m/s

زخم الغازات0 kg.m/s

الزخم الكلي0 kg.m/s

عندما يندفع الغاز إلى الخلف، يكتسب الصاروخ زخما في الاتجاه المعاكس. إذا اعتبرنا الصاروخ والغازات نظاما معزولا فإن:

p الصاروخ + p الغازات = ثابت
وعند البداية من السكون يكون الزخم الكلي ~ 0.

قارن بين النظامين

النظام المغلق لا تنتقل المادة عبر حدوده يمكن أن تؤثر فيه قوة خارجية مثال: عبوة محكمة بداخلها جزيئات

النظام المعزول لا توجد قوة خارجية محصلة مؤثرة الزخم الكلي محفوظ مثال تقريبي: صاروخ + غازاته في الفضاء

مهم: الصاروخ وحده ليس نظاما معزولا؛ عند دراسة حفظ الزخم نعد الصاروخ والغازات المنطلقة معا نظاما واحدا.