علم الزخم
يمكن اعتبار الزخم بمثابة مقدار الحركة التي يمتلكها الجسم. يتم تحديد الزخم من خلال كتلة الجسم (مدى حركته) وسرعته (مدى سرعة حركته). في الفيزياء، يتم تمثيل الزخم بالحرف "p" وبالتالي فإن معادلة تحديد الزخم هي p = mv (الزخم يساوي الكتلة مضروبة في السرعة). جسم أثقل، مثل كرة البولينج، يتحرك بنفس سرعة جسم أخف، مثل كرة الركل، سيكون له زخم أكبر وفقًا لقوانين الفيزياء.
بالنسبة لمختبر العلوم والتكنولوجيا والهندسة والرياضيات (STEM Lab)، تحتاج إلى فهم الزخم وكيفية تأثيره على الاصطدامات لأنك ستتنافس لاحقًا في لعبة بولينج تسمى تحدي الضربة. سوف تقوم ببرمجة Speedbot ليصطدم بالكرة من أجل إسقاط الدبابيس والحصول على أعلى الدرجات. دعونا نفكر فيما يحدث عندما يصطدم جسمان. إنهم ينقلون الطاقة الحركية، نعم. لكن زخم كل من الجسمين المتصادمين قبل الاصطدام يمكن أن يتنبأ بكيفية تفاعل الجسمين بعد الاصطدام. وسوف نعود إلى هذه الفكرة لاحقا.
تحفيز المناقشة
يعد التفكير في الزخم في المناقشة طريقة جيدة لتوجيه جهود طلابك لوضع تصور لها. سيكون تركيز مختبر العلوم والتكنولوجيا والهندسة والرياضيات (STEM Lab) على زخم الروبوت عند اصطدامه بالكرة.
يمكن حل الأسئلة التالية بالوحدات المترية كما هو مكتوب، أو بالأميال الإمبراطورية والجنيه والقدم في الثانية. يجب أن يكون المنطق هو نفسه دون الحاجة إلى التحويلات.
س: أي مما يلي له كمية حركة أكبر: كرة تتدحرج بسرعة 8 كيلومترات في الساعة أم نفس الكرة تتحرك بسرعة 10 كيلومترات في الساعة؟
أ: الكرة التي تتدحرج بسرعة 10 كيلومتر في الساعة لها كمية حركة أكبر لأنها تتحرك بشكل أسرع.
س: أيهما له قوة دفع أكبر: سيارة متوسطة الحجم تسير بسرعة 90 كم في الساعة أم حافلة تسير بسرعة 90 كم في الساعة؟
أ: تتمتع الحافلة التي تسير بسرعة 90 كيلومترًا في الساعة بزخم أكبر لأن كتلتها أكبر.
س: أي مما يلي له قوة دفع أكبر: دراجة يتم جرها إلى أعلى التل أو نفس الدراجة التي يتم جرها إلى أسفل التل؟
أ: تتمتع الدراجة التي يتم تحريكها أسفل التل بزخم أكبر لأن المنحدر المتجه لأسفل التل والدواسة يعملان على تسريع سرعتها - ما لم يتم تطبيق نظام الفرامل أيضًا.
س: أيهما تفضل أن يصطدم بك: شاحنة كتلتها 1000 كجم تتحرك بسرعة 1 متر في الدقيقة أم بطيخة كتلتها 1 كجم تتحرك بسرعة 1000 متر في الثانية؟
أ: قد تصدمك الشاحنة لكنها لا تتحرك بالسرعة الكافية لإصابتك بجروح خطيرة، في حين أن البطيخ الذي يتحرك بسرعة 1000 م/ث قد يقتلك. وهذا يسلط الضوء على أن مقدار الزخم يرتبط بكمية الطاقة المنقولة من الجسم أثناء الاصطدام. كتلة الجسم وحدها لا تكفي لتحديد مقدار الطاقة المدمرة التي يوفرها أثناء الاصطدام. نحتاج أيضًا إلى التفكير في مدى سرعة تحركها.