للإجابة على هذا السؤال سوف نضطر إلى إجراء تجربة ذهنية معاً حتى يسهل علينا الفهم . نفترض أن هناك شخصا يوجد في حالة سكون في الفضاء الخالي من المادة و يحمل معه 30 حبة من الطماطم وفي لحظة ما قرر أن يبدأ برمي تلك الطماطم بعيدا واحدة تلو الأخرى …

سوف نهمل تأثير الجاذبية هنا ليسهل علينا تحقيق هدف التجربة الذهنية .

فحسب قانون إنحفاظ كمية الحركة (انحفاظ الزخم) سوف يكون هناك انحفاظ في كمية الحركة التي تعرف بالعلاقة التالية :
P = m.v

فرميك للطماطم بعيدا يُعد تطبيق قوة عليها لدفعها بعيداً وحسب القانون الثالث لنيوتن فإن لكل فعل ردة فعل مساوية له في المقدار ومعاكسة له في المنحى ، أي أنك طبقت عليها قوة لتدفعها بعيداً فهي بدورها سوف تطبق عليك نفس القوة لكن في المنحى المعاكس أي أنها هي بدورها سوف تقوم بدفعك إلى الوراء .

إذن لنطبق قانون إنحفاظ كمية الحركة على كل من حبة الطماطم و الشخص الذي دفعها (رماها) :

بمعنى ان :
Pf – Pi = P’f – P’i (1)

حيت أن P كمية حركتك أنت و ‘P كمية حركة حبة الطماطم ، وبما أن الحالة البدئية لكل من الشخص وحبة الطماطم هي السكون فإن :

Pi = P’i = 0

ومنه فإن العلاقة (1) تصبح :
Pf = P’f

إذن :

m.Vf = m’.V’f

حيث Vf و m هما على التوالي السرعة النهائية للشخص وكتلته و V’f و ‘m هما على التوالي السرعة النهائية لحبة الطماطم وكتلتها .

اذن سرعة الشخص بعد رميه لحبة الطماطم هي :

Vf = (m’/m).V’f

اذن يمكن أن نسير في الفضاء الخالي من المادة فقط عبر رمي حبات الطماطم في الفراغ، بطبيعة الحال سوف تكون سرعة الشخص ضعيفة مقارنة مع سرعة حبة الطماطم لأن حسب قانون الفعل ورد الفعل القوة نفسها لكنها تطبق على كتلتين مختلفتين كثيرا ، فالقوة التي تطبق على كتلة صغيرة كحبة الطاطم تكسبها سرعة كبيرة ولكن نفس هذه القوة تطبق على شخص كتلته كبيرة مما يكسبه سرعة ضعيفة ، لكن يمكن للشخص أن يزيد من سرعة رمي حبات الطماطم لكي يزيد من سرعة تحركه نحو الخلف.

يمكننا أن نتخيل بدل قذف الطماطم في الفراغ استعمال الطريقة التالية وهي استعمال بندقية نقذف بها إلى الامام فلابد أننا سوف نتحرك نحو الخلف حسب نفس المبدأ لأن البندقية سوف تعمل على نقل كمية حركتها الينا …

ومن هنا نستنتج أنه لا نحتاح الى وسط مادي لكي نسبح فيه بصواريخنا ولكن فقط عبر قذف أشياء خارجاً نستطيع السير فيه. لكن هل سوف نسير بصاروخ يعمل بقذف الطماطم بالخارج بالتأكيد لا ! فالصاروخ يعمل على قذف الغاز خارجه بسرعة جد جد هائلة .

والان سوف نمر إلى المرحلة الأخيرة تخيل حاليا أن لديك صاروخ نفاث يعمل عبر قذف غاز بسرعة عاليا جدا في الفراغ ألا يمكنه ان يسير في فراغ خالي من المادة حسب نفس المبدأ؟

▪ملاحظة 1
سرعة قذف الغاز في الصواريخ ذات المحركات النفاثة تتراوح بين 2000m/s الى 4500m/s مما يعني أن هذه السرعة سوف تعطي قوة جد كبيرة للصاروخ .

▪ملاحظة 2
الطريقة التي تتم بها الحسابات ودراسة حركة الصواريخ ذات المحركات النفاثة تتطلب دراسة أكاديمية معمقة لميكانيك الموائع وما قمنا به هنا مجرد تقريب بسيط جدا لتقريبكم من بعض المفاهيم التي تبدوا وكأنها غير ممكنة لأن الغاز ليس كتلة واحدة تخرج دفعة واحدة وانما هو تدفق لحظي ، كما أن الصاروخ لا يكتسب تسارع على شكل زخم في لحظة معينة واحدة وإنما هو تسارع لحظي ، كما لا يجب أن ننسى أن كتلة الصاروخ أثناء الصعود ليست ثابتة وإنما متغيرة أي تتناقص لأننا يجب أن نأخذ بعين الإعتبار كتلة الغاز اللحظية التي يتم قذفها خارج الصاروخ .

تحرير : شعيب المستعين

---

مقالات ذات صلة بالموضوع :