مفهوم الدفع في الأجسام المتحركة

مفهوم الدفع في الأجسام المتحركة

يختلف مفهوم الدفع حسب الظاهرة الفيزيائيّة التي نتعامل معها ونريد تفسيرها، حيث وجد العلماء أنّه يمكن تغيير كميّة التحرك لأي جسم (كمية التحرك كمية فيزيائية متجهة تساوي حاصل ضرب سرعة الجسم في كتلته) وذلك بتغيير كتلة هذا الجسم، أو بتغيير سرعته أو من خلال تغيير في كل من السرعة والكتلة، وأيضاً وجدوا أننا نستطيع تغيير كمية التحرك من خلال التأثير على الجسم بقوة فيزيائيّة تؤدي إلى التغيير في سرعته أو بتغيير الفترة الزمنيّة التي تؤثر فيها القوة على هذا الجسم، حيث وجد العلماء أنّ كمية التحرك للجسم تتناسب طرديّاً مع التغير في الزمن والقوة المؤثرة فيه، واتفق العلماء على تسمية حاصل ضرب القوة المؤثرة في الجسم أو محصلة القوى المؤثرة فيه بالدفع، وذلك في حال كان هنالك أكثر من قوة في الفترة الزمنية التي تؤثر فيها هذه القوى على الجسم.

ويعتبر الدفع من الكميّات الفيزيائيّة المشتقة والمتجهة والتي تقاس بوحدة النيوتن في متر، ووجد العلماء أنّ مقدار واتجاه الدفع للأجسام المتصادمة في النظام المغلق والمعزول (كتلة ثابتة وطاقة ثابتة) متساوية بين الأجسام، ومختلفة في الاتجاه، وذلك اعتماداً على قانون نيوتن الثالث، والذي ينص على أنّ لكل فعل ردَّ فعل متساوياً له في المقدار ومعاكساً في الاتجاه، وبما أن الأجسام المتصادمة تؤثر في بعضها البعض بالمقدار نفسه من القوة خلال الفترة الزمنية نفسها فإن الدفع الناشئ عن هذه الأجسام يكون متساوياً بالمقدار لكن مختلفاً في الاتجاه، وقد ربط العلماء الدفع بكمية التحرك وذلك من خلال قانون نيوتن الثاني (القوة تساوي كتلة الجسم في تسارعه) فنحصل على قانون الدفع الآتي:

الدفع = القوة * الزمن = التغير في كمية التحرك = الكتلة * (سرعة الجسم بعد التصادم مباشرة – سرعة الجسم قبل التصادم مباشرة)

مفهوم الدفع في الموائع الساكنة والمتحركة

وجد العالم أرخميدس ومن قبله العالم العربي أبو الفتح عبد الرحمن المنصور والمعروف بلقب الخازن، وجد كلا العالِمين أنّه عند غمر جسم معين في مائع بشكل كلي أو جزئي فإن هذا الجسم سوف يتعرض لقوة دفع مقدارها يساوي وزن المائع المزاح، ووجدوا أنه عندما توضع الأجسام في سوائل أو غازات معينة فإنها تفقد جزءاً من وزنها الحقيقيّ، وسمي هذا الوزن بالوزن الظاهريّ، بحيث تكون عملية رفع الأجسام المغمورة كلياً أو جزئيّاً داخل هذه الموائع أسهل من خارجها، وذلك بسبب فقدان جزء من وزنها، وقد تم التعبير عن قوة الدفع لهذه الموائع بصيغتين رياضيتين وهما:

• الجسم المغمور كلياً تكون قوة دفع السائل أو الغاز له تساوي وزنه في هذا المائع أي أن:

قوة الدفع (السائل) = وزن الجسم في الهواء – وزن الجسم في السائل = وزن السائل المزاح = حجم الجسم أو السائل المزاح مضروباً في كثافة السائل وفي تسارع الجاذبية الأرضية.

قوة الدفع (الغاز) = وزن الهواء المزاح = حجم الجسم أو حجم الغاز داخل الجسم مضروباً في كثافة الغاز خارج الجسم وفي تسارع الجاذبية الأرضية.

• الجسم المغمور جزئياً: قوة الدفع أو بالمعنى نفسه قوة الطفو = وزن الجسم في الهواء = وزن السائل المزاح.

حجم الجسم مضروباً في كثافة هذا الجسم = حجم الجزء المغمور في السائل أو حجم السائل المزاح مضروباً في كثافة السائل.