توضیح بقای اندازه حرکت

بقای اندازه حرکت چه می‌باشد؟ چگونه آن را به شکل یک معادله نشان می‌دهیم؟ این مقاله را بخوانید تا به جواب سؤالات خود دست یابید.

یکی از بنیادی‌ترین مفاهیم فیزیک بقای اندازه حرکت می‌باشد. اگر شما به تازگی اوّلین دوره‌ی پایه‌ی فیزیک خود را برداشته‌اید باید خود را برای مواجهه با این اصل آماده و مهیّا سازید. در این مقاله شما توضیح و شرح این معادله را پیدا خواهید کرد و در خواهید یافت که چگونه این اصل بر روی حرکات پیرامون ما تأثیر گذار خواهد بود. هر آن چه که در این جا بیان می‌شود در زمینه‌ی مکانیک غیر نسبیّتی (نیوتن) می‌باشد.

اندازه حرکت چیست؟

اندازه حرکت یک ذرّه و یا جسم حاصل ضرب جرم و سرعت آن می‌باشد. اندازه حرکت کمیّتی برداری است و از حاصل ضرب یک اسکالر (جرم) و یک بردار (عزم حرکت) به دست می‌آید.
P = MV
که در آن M جرم و V سرعت ذرّه می‌باشد. واحد اندازه حرکت در دستگاه SI “Kg.m/s” می‌باشد.

تعریف

اصل بقای اندازه حرکت بیان می‌دارد که "در هر سیستم بسته‌ای که هیچ نیروی خارجی‌ای به فعالیّت نمی‌پردازد، اندازه حرکت کلی سیستم تغییر پیدا نمی‌کند". این امر می‌تواند به نحوی دیگر بیان شود که "جمع برداری تمام اندازه حرکت‌ها در یک سیستم بسته که تحت تأثیر نیروهای خارجی قرار نگرفته‌اند صفر می‌باشد". این اصل پیامدی از قانون اوّل حرکت نیوتن است. زمانی که دو جسم در سیستمی مجزا به یک دیگر برخورد می‌نمایند مجموع اندازه حرکت آنها قبل از برخورد برابر با مجموع اندازه حرکت آنها پس از برخورد می‌باشد. این مطلب را می‌توان این گونه بیان نمود:

که تغییر در اندازه حرکت ذرّه اوّل است، در حالی که تغییر اندازه حرکت ذرّه‌ی دوّم می‌باشد.

معادله

معادله به صورت زیر بیان می‌شود. برای برخورد بین دو ذرّه در یک سیستم مجزا مجموع اندازه حرکت قبل و بعد از برخورد ثابت می‌باشد.

در اینجا جرم ذرّه‌ی اول، جرم ذرّه‌ی دوّم، سرعت اوّلیه‌ی ذرّه‌ی اول، سرعت اولیّه‌ی ذرّه‌ی دوم و به ترتیب سرعت‌های نهایی ذرّات اول و دوم می‌باشند.
برخورد بین ذرات می‌تواند کشسانی (انرژی جنبشی حفظ شود) و یا غیر کشسانی (انرژی جنبشی حفظ نشود) باشد. یکی از مهمترین پیامدهای این اصل این می‌باشد که سرعت مرکز جرم یک سیستم مجزا بدون تغییر باقی خواهد ماند. این اصل هم چنین در نتیجه‌ی همگنی فضا – زمان می‌باشد.

مثال‌ها

نمونه‌های ابقای اندازه حرکت خطی در زندگی روزمره به وفور پیدا می‌شوند. هر جا که برخوردی باشد اصل بقا در کار است. برای نمونه زمانی که توپ بیس بال با چوگان برخورد می‌نماید مجموع اندازه حرکت اولیه و مجموع اندازه حرکت نهایی چوگان و توپ به یک اندازه باقی می‌مانند. هر اندازه که چوگان اندازه حرکت خود را از دست دهد به همان مقدار توپ بیس بال اندازه حرکت به دست خواهد آورد.
زمانی که گلوله‌ای از یک تفنگ شلیک شود، تفنگ لگد می‌زند چنان که مجموع اندازه حرکت گلوله و اندازه حرکت تفنگ در جهتی مخالف یک دیگر را خنثی می‌نمایند و اندازه حرکت نهایی و اندازه حرکت ابتدایی سیستم برابر می‌شوند. دستگاهی ساده که این اصل را شرح و توضیح می‌دهد "گهواره‌ی نیوتن" می‌باشد. این وسیله شامل مهره‌هایی می‌شود که به صورت جداگانه در مقابل یکدیگر چیده شده‌اند. اگر شما مهره‌ای را از جای خود بلند کرده و رها سازید، این مهره به دیگر مهره‌ها برخورد می‌نماید و مهره‌ای دیگر را از طرف دیگر حرکت می‌دهد و جا به جا می‌نماید تا اندازه حرکت ابقاء شود.
همین طور که شما به مطالعه‌ی فیزیک ادامه می‌دهید تشخیص خواهید داد فیزیک سرشار از اصول بقاء می‌باشد که بر حرکت اجسام در این دنیا حکم فرما هستند. یکی دیگر از چنین اصولی ابقای انرزی مکانیکی است. این اصول نظم و تعادلی اساسی در دنیای ما به وجود می‌آورند.