الزخم الزاوي هو بعد فيزيائي وهو أحد أهم خصائص حركات الدوران وهو المكافئ الدوراني للزخم الخطي. إنها كمية مهمة في الفيزياء لأنها كمية محفوظة في بعض الأحيان إذ يكون الزّخم الزّاوي الكلي للنظام المغلق ثابتًا. والنظام المغلق هنا حيث لا تكون القوى الخارجية ذات تأثير على دوران الجسم أو تأثير هذه القوى على الدوران يكون متوازنًا.
في الميكانيكا النيوتونية يكون الزخم الزاوي (ز) لجسم صغير الحجم يدور حول محور بعيد نسبيًا هو ضرب المسافة (م) التي تفصل الجسم عن المحور وهي نفسها شعاع الدائرة التي يدور عليها الجسم مع الزخم الخطي (خ).
ز= م . خ
كما هو الحال بالنسبة للسرعة الزاوية (سرعة الدوران)، هناك نوعان خاصان من الزخم الزاوي:
- الزّخم الزّاوي الذاتي (spin) عندما يكون دوران الجسم حول محور يمر في مركز كتلته. مثال: دوران الأرض حول محورها.
- الزّخم الزّاوي المداري (orbital) عندما يكون دوران الجسم حول محور يمر في مركز كتلة جسم آخر. مثال: دوران الأرض حول الشمس.
الزخم الزاوي الكلي للجسم هو مجموع الزّخم الزّاوي الذاتي والمداري.
يتناسب الزّخم الزّاوي بشكل مباشر مع السرعة الزاوية المدارية ω للجسم، إذ يعتمد ثابت التناسب على كل من كتلة الجسيم وبعده عن محور الدوران. الزّخم الزّاوي الكلي لأي نظام مركب هو مجموع الزّخم الزّاوي لأجزائه المكونة. أما عزم الدوران فيمكن تعريفه على أنه معدل تغير الزّخم الزّاوي مع الوقت، وهو بالتالي المكافئ الدوراني للقوة.
يساوي مجموع عزم الدوران الخارجي الصافي قسمة تغير الزخم الزاوي على المدة الزمنية المرافقة وبالتالي فإن مجموع كل عزم الدوران الداخلي لأي نظام مغلق هو دائمًا 0. ما يعني أن الزّخم الزّاوي الكلي للنظام ثابت.
يساعد قانون الحفاظ على الزّخم الزّاوي في تفسير العديد من الظواهر المرصودة، على سبيل المثال الزيادة في سرعة الدوران لمتزلجٍ عندما يضع عليه يديه على صدره، وسرعات الدوران العالية لنجوم النيوترون، وتأثير كوريوليس.
في ميكانيكا الكم، الزّخم الزّاوي هو عامل ذو قيم ذاتية محددة. يخضع الزّخم الزّاوي لمبدأ عدم اليقين المنسوب للعالم هايزنبرج، ما يعني أنه في أي وقت، يمكن قياس مكون واحد: الزّخم الزّاوي أو المكان بمقدار دقة محدد، أما الزّخم الزّاوي الذاتي للجزيئات الأولية المتعارف عليه في فيزياء الكم فهو مختلف تمامًا عن الزخم الزاوي حسب تعريف الميكانيكا الكلاسيكية.
لوصف حركة الأجسام، غالبًا ما نستخدم الأبعاد الأساسية للفيزياء الميكانيكية: الطول والكتلة والوقت. تعتبر الأبعاد الفيزيائية المركبة مثل السرعة والتسارع والقوة والطاقة من العناصر المهمة للغاية التي تساعدنا على فهم حركة الأجسام وأسبابها الزخم الخطي والزخم الزاوي لهما أهمية كبرى أيضًا.
الزخم العادي هو مقياس لميل الجسم إلى التحرك بسرعة ثابتة على طول مسار مستقيم. الزخم يعتمد على السرعة والكتلة. القطار الذي يتحرك بسرعة 20 ميلاً في الساعة له زخم أكبر من دراجة هوائية بنفس السرعة.
السيارة التي تصطدم بسرعة بجسم ما بسرعة أقل من 5 أميال في الساعة لا تسبب الكثير من الأضرار مقارنة بما تسببه نفس السيارة حين تصطدم بسرعة 60 ميلاً في الساعة. بالنسبة للأشياء التي تتحرك في خطوط مستقيمة، يكون الزخم ببساطة: الوزن × السرعة.
في الفضاء الخارجي، تتحرك معظم الأشياء في مسارات منحنية، لذا نعمم فكرة الزخم ونعرف الزخم الزاوي. الزخم الزاوي يقيس ميل جسم ما إلى الاستمرار في الدوران.
الزخم الزاوي = الكتلة × السرعة × المسافة
في كثير من الأحيان في علم الفلك، لا يتأثر الجسم الذي نراقبه بقوى خارجية تغير من زخمه الزاوي. القوى التي تغير من الزخم الزاوي تكون بعيدة عن المحور واتجاهها ليس متوازيًا مع المسافة التي تفصلها عن المحور.
ستتغير سرعة الكوكب والمسافة بينه وبين الشمس، لكن السرعة × المسافة لن تتغير ما لم يمر كوكب آخر أو نجم آخر بالقرب منه ويوفر قوة إضافية تتمتع بالشروط المذكورة أعلاه لتكون قادرة على تغيير الزخم الزاوي.
اقرأ أيضًا:
ما هي الإكترونات؟ تعريف الإلكترون
إعداد: أسامة أبو إبراهيم
تدقيق: جعفر الجزيري
