هناك العديد من العوامل التي تتعلق بالزخم وتساهم في تحديده، ومن أبرز هذه العوامل عوامل ذات علاقة بالسرعة والكتلة، حيث أن السرعة والكتلة في العموم يكونان من العوامل المؤثرة دائما فيما يتعلق بأي مجال من المجالات الخاصة بعلم الرياضيات والعلوم المختلفة التي يشملها.
الزخم هو مصطلح شائع ومنتشر الاستخدام في علم الرياضيات، حيث أنه يعنى الجسم الذي يكون في حالة تحرك التي تصعب من إيقافه.
ومصطلح الزخم له دور كبير في علم الفيزياء حيث أنه يعرف فيزيائياً بأنه الكمية الحركية التي يمتلكها الجسم، فهذا معناه أن أي جسم يعتبر في أي حالة من حالات الحركة هذا يجعله ممتلكاً لنسبة ما من الزخم.
والسرعة والكتلة يعتبران من أهم العوامل والمصادر الأساسية التي يعتمد عليها الزخم، حيث أنه يمكن أن يكون الجسم الذي لديه زخم ممتلكاً لحجم كبير من الكتلة ولكنه ممتلك أيضا لكم منخفض وقليل من السرعة.
ومن أهم الأمثلة على الحالة السابقة هي الرصاصة حيث أن الرصاصة تمتلك زخم مرتفع للغاية وهذا يعود إلى السرعة الفائقة التي تمتلكها، ولهذا قام العديد من العلماء بدراسة الزخم والمؤثرات التي تؤثر عليه ومن بين هؤلاء العلماء هو العالم نيوتن الذي ساعد في إنشاء معادلة خاصة بالزخم وهذه المعادلة تتمثل في أن زخم الجسم = الكتلة * السرعة.
يقاس الزخم بوحدة kg m /sec وهذه الوحدة تحمل معنى كيلوغرام متر في الثانية الواحدة، ومن الممكن أن يقاس الزخم بوحدة أخرى وهى N / sec وهذه الوحدة معناها نيوتن في الثانية.
هناك عدة أنواع للزخم أهمها الزخم الخطى أو الزخم الزاوي ومجموعة أخرى من الأنواع.
الزخم بشكل مبسط هو كمية حركية موجودة بداخل جسم معين تجعله يمتلك كم كبير من السرعة، ولهذا فالزخم يعتبر لا يتعلق بتصنيف ثابت، وهذا يرجع إلى أن الزخم يرتبط بالسرعة ويجعلها تتزايد في كثير من الأحيان، فإذا كان هناك جسمان يمتلكان سرعة متشابهة ولكنهما مختلفان في حجم الكتلة فهذا معناه أن الزخم الخاص بالكتلة الأكبر حجماً سوف يكون هو الزخم الأعلى.
أنواع الزخم
تختلف أنواع الزخم بالنوعية الجسمية التي ينتمي إليها الجسم المراد تحديد الزخم له، ولكن هناك نوعان أساسيان من أنواع الزخم وهم:
الزخم الخطي: ويطلق عليه في العديد من الأحيان أنه القوة الكامنة في الجسم، حيث أنه يُعد مرتبط أرتباط قوي بالكتلة التي توجد في الجسم والتي تجعله يتحرك في مساره ولكن في خط مستقيم دون حدوث انحرافات خلال تحركه في مساره، ولكن هناك عدة حالات تمكن الجسم من تغير المسار الخطي الذي يسير فيه ولكن هذا يكون من خلال استخدام لقوته الخارجية، ومثال على هذا في حالة أن يكون هناك شخص ما يجرى في الشارع ويوجد في هذا الشارع كلب على سبيل المثال فإن الشخص من الممكن أن يقوم بتغير مساره وهذا يساهم في تغير الزخم الخطي، ومن أهم الدراسات التي تمثل أهمية للزخم الخطي هي الدراسات الخاصة بفهم التنبؤات الخاصة بكيفية تعديل مسار الأشياء في حالة صدامها بجسم أخر.
الزخم الزاوي: وهذا الزخم يتم الحصول عليه في حين أن قمنا بضرب الكتلة الموجودة في الجسم في السرعة التي يمثلها هذا الجسم، وهذا ما يجعل هذا النوع من الزخم يمكن أن يتم تقسيمه إلى نوعان من الزخم الزاوي، فمثلا الأرض تعتبر من أكثر الأجسام التي تمتلك زخماً حيث أنها تعتبر واحدة من الكواكب، فيتم حساب هذا الزخم عن طريق حساب الحركة التي نتجت عن حركة الكرة الأرضية حول الشمس عموماً، وبعد ذلك يتم حساب السرعة التي أخذتها الأرض في دورانها حول الشمس، وهذا يدل على أن كلما كان الجسم صغير الحجم كلما ساعد ذلك في أن يدور بشكل أسرع وهذا ما يجعله من الأنواع الزاوية للزخم، وهذا أيضا يعطي تفسير واضح حول الدوران الذي يحدث إلى المتزلجات الجليدية وخاصة في حال أن هذه المتزلجات تكون في مكان منخفض بالنسبة للأرض.
قانون الحفاظ على الزخم
من أكثر العوامل التي تمثل أهمية في قانون الزخم هو أن يجب وهام جداً تحديد الطريق الذي يسلكه الجسم المراد حساب الزخم له، وهذا يرجع إلى أن الزخم يتم إضافته في الجسم باستخدام عدة أنظمة تقوم على إضافة المتجه، ومن خلال هذا فإن في حالة إضافة الزخم وإضافة قدر أو كمية معينة بنفس النسبة أو بنسبة مقاربة من الزخم المضاف، أو حتى لو كانت هذه الكمية المضافة تعتبر في اتجاه معاكس، فكل هذا يساهم في أن يكون الزخم النهائي للحسبة صفر.
على سبيل المثال، في حين أنه تم إطلاق رصاصة من مسدس ما تقوم هذه الرصاصة بالتحرك مع العلم أن هذه الرصاصة من الأجسام ذات الكتلة الصغيرة، ولكن مع صغر حجمها، فهذا يمكنها من أن تمر بسرعة فائقة يكون في كثير من الأحيان صعب متابعتها.
ولكن في حال أن الرصاصة هذه صادرة من بندقية ضخمة مثلا فهنا تكون السرعة بطيئة نوعاً ما مقارنة بالرصاصة الصادرة من المسدس ذا الحجم الصغير، وهذا بسبب أن البندقية تعتبر من الأشياء التي لها كتلة كبيرة بعض الشيء، وهذا ما يجعل زخم الرصاصة وزخم البندقية تقريبا يكونان متساويين في حجمهما، ولكنهما يكونان في الاتجاه المعاكس لبعضهما البعض.
وهذا بسبب أن هناك إضافة ما قد حدثت، وهذه الإضافة تتمثل في إضافة المتجه من أجل إضافة معدل معين من الزخم للرصاصة والبندقية، وهذا يساهم في إعطاء زخم نهائي مقداره صفراً، وهذا من أهم الحسابات التي تساهم بشكل أساسي في حساب وتوضيح الزخم الذي تقوم عليه الرصاصة.
كيفية تغيير الزخم الموجود في الجسم إلى قوة
هناك معادلة في القانون الخاص بالحركة، وضحت العلاقة التي تربط الزخم بالقوة، فقد قام العالم نيوتن بتفسير أن أي تغيير يحدث في الجسم يجعله مؤثراً بشكل رئيسي في الكتلة؛ مما يجعلها تتحول إلى قوة من خلال هذه المعادلة F=dp/dt.
وفي ضوء المعادلة السابقة، فإن mv=p وكذلك فإن mdv=dp
وفي ضوء ما سبق، فإنه من الممكن معرفة العلاقة الكامنة بين القوة والزخم من خلال العديد من المعادلات الأخرى مثل:
الزخم = الكتلة * السرعة
وهنا يتم حساب التسارع من خلال أن التسارع يساوي السرعة / الوقت الذي يرتبط بالسرعة =التسارع * الوقت.
ومن هنا فإن الزخم يساوى (الكتلة * (التسارع * الوقت))
وفي النهاية، فإن الزخم = (معدل التسريع الكامن في الكتلة * الوقت)
وهذا ما جعلنا نتوصل إلى أن الزخم = القوة * الوقت.
وهنا تتضح العلاقة التي تربط الزخم بالوقت، وهذا يدل أيضا على أن الوقت يعتبر عاملاً أساسياً بالنسبة للزخم أكثر من كونه عاملاً أساسياً بالنسبة للسرعة، ففي حال أن كان هناك قوة كبيرة تكمن في الجسم، فهذا سيساعد على أن يزداد المعدل الخاص بالزخم، وهذا ما قد يتبعه زيادة في المعدل الخاص بالوقت، وكل ذلك سوف ينتج عنه انخفاضاً شديداً في القوة، وهذا الانخفاض سوف يتسبب في جعل الزخم ثابتاً.
ويجب التنويه أن أي تغير يحدث في السرعة يتبعه تغير في الزخم أيضا، والتغير في السرعة المقصود به حدوث تغير في المعدلات التسارعية في العموم، ولكن هذا لا ينطبق على الحالات التي يكون فيها التسارع ثابتاً في ظل التغير الذي يحدث في السرعة حيث أن هذا قد يتسبب في حدوث ثبات في القوة.