تجربة الارتفاع الارتدادي، حيث أن هذه التجربة الفيزيائية هي الأساس في علم الديناميكيات الخطية والدورانية، وتجربة الارتفاع الارتدادي ستسهل عملية فهم الحركة الفيزيائية للأجسام، وتساعد على فهم مبدأ الحفاظ على الزخم. وفي هذا المقال سنشرح بالتفصيل ماهية هذه التجربة الجسدية وسنذكر ماهية أهدافها.
ما هو مبدأ الحفاظ على الزخم
يستخدم حفظ الزخم في الغالب لوصف الاصطدامات بين الأشياء، وهذا الحفاظ على الزخم ينطبق فقط على نظام معزول من الأشياء المادية، والنظام المعزول هو نظام لا تعمل فيه أي قوة خارجية للنظام، أي لا يوجد دافع أو القوة الخارجية، والزخم هو كمية متجهة. ينص قانون حفظ الزخم على أن زخم أي نظام فيزيائي معزول يظل ثابتًا بمرور الوقت، نظرًا لأن الزخم لا يتم إنشاؤه أو نفيه، يتم تحويله أو نقله فقط من شكل إلى آخر، وتم تقديم قانون حفظ الزخم لأول مرة صاغه العالم رينيه ديكارت وطوره إسحاق نيوتن بسبب قوانينه للحركة، وتؤسس قوانين نيوتن مبدأين مهمين لحركة الأجسام، خاصة في الاصطدام المرن للأجسام، وينص هذان المبدآن على ما يلي[1]
- لا تتغير الطاقة الحركية الكلية للأجسام المتصادمة قبل الاصطدام وبعده.
- لا يتغير زخم الأجسام المتصادمة قبل الاصطدام وبعده.
تجربة ارتداد عالية
إنها تجربة فيزيائية تهدف إلى قياس ومقارنة ارتفاعات الارتداد للكرات المطاطية التي تسقط منفردة ومجتمعة. لإجراء هذه التجربة، يجب تحضير المواد التالية[2]
- عدد 2 من الكرات المطاطية بأحجام مختلفة.
- مسطرة أو متر متري للقياس.
لإجراء هذه التجربة، اتبع الخطوات التالية
- أسقط كرة مطاطية كبيرة بارتفاع 15 سم على طاولة خشبية.
- لاحظ ارتفاع ارتداد الكرة المطاطية الكبيرة.
- أسقط كرة مطاطية صغيرة بارتفاع 15 سم على طاولة خشبية.
- لاحظ ارتفاع ارتداد الكرة المطاطية الصغيرة.
- ثم نضع الكرة الصغيرة فوق الكرة الكبيرة حتى تتلامس.
- نسقط الكرتين معًا من ارتفاع 15 سم.
- سجل ارتفاع ارتداد الكرة الكبيرة وارتفاع الكرة الصغيرة.
ستجد أنه في جميع الحالات ترتد الكرة المطاطية الصغيرة أعلى من ارتفاع ارتداد الكرة الكبيرة وفي الحالة الأخيرة يتحول الزخم من الكرة الكبيرة إلى الكرة الصغيرة مما يؤدي بدوره إلى ارتداد الكرة الكبيرة على ارتفاع منخفض، لكن الكرة الصغيرة لها كتلة أقل، لذلك ترتد إلى ارتفاع أكبر، وبالتالي يتم الحفاظ على الزخم أثناء الاصطدام بين الكرتين في الحالة الأخيرة، لأن زخم كل جسم يساوي حاصل ضرب كتلته في السرعة.
صف ارتفاع الارتداد لكل من الكرتين
في الواقع، يختلف ارتفاع القفزة اعتمادًا على نوع الكرات المطاطية المستخدمة في التجربة. عادةً ما تكون الارتدادات من 80٪ إلى 75٪ من الارتفاع الأولي للكرة، وهو الارتفاع الذي حدثت منه التجربة. هذه النسبة صحيحة بشكل خاص للكرات المفردة، لأنه عندما تصطدم الكرات المطاطية بالكرات المطاطية الصغيرة والكبيرة، ترتد الكرة المطاطية الصغيرة إلى ارتفاع أكبر ويمكن أن تصل إلى أربعة أضعاف الكرة المطاطية الكبيرة، ويعتمد ذلك على قوانين الزخم والحركة، الكرة المطاطية الكبيرة في التجربة السابقة ترتد إلى ارتفاع يصل إلى 3 سم بينما ترتد الكرة المطاطية الصغيرة إلى ارتفاع يصل إلى 6 سم، وهذا الاختلاف في الارتفاع ناتج عن زخم وكتلة الاثنين كرات.[3]
في نهاية هذا المقال شرحنا ما هي تجربة ارتفاع الارتداد، ما المقصود بمبدأ الحفاظ على الزخم عند اصطدام الأشياء، وقد ذكرنا وصفًا تفصيليًا لارتفاعات الارتداد للكرات المطاطية في التجربة .