Transcript פיזיקה בסיסית

‫פיסיקה בסיסית‬
‫עדכון‪26/11/2011 :‬‬
‫(½‪)4‬‬
‫‪1‬‬
‫‪ -‬פיסיקה‬
‫המדע העוסק בהבנת היקום והחוקים השולטים במבנהו ובתהליכים‬
‫המתרחשים בו‪ .‬הפיסיקה עוסקת בכל גילויי החומר והאנרגיה‬
‫ובקשרי הגומלין ביניהם‪ .‬נהוג לומר שהפיסיקה היא המדע‬
‫הבסיסי‪ ,‬וכל שאר ענפי המדעים המדויקים ומדעי הטבע נובעים ממנה‪.‬‬
‫יקה‪.‬‬
‫ השפה של הפיסיקה היא מָ תֵ מַ ִט ָ‬‫ חישובים ומדידות‪.‬‬‫‪ -‬הניסוי הוא המבחן המוחלט של תורה (תאוריה)‪.‬‬
‫‪2‬‬
‫ להבנת מבנה היקום וכדור הארץ יש להכיר את‬‫המושגים‪ :‬מסה‪ ,‬התמדה‪ ,‬כוח‪ ,‬כבידה וכו'‬
‫‪3‬‬
‫ כל גוף מושך גוף אחר‪ :‬כוח הכבידה (גרביטציה)‬‫ מסה )‪" - (Mass‬כמות" החומר בגוף נתון‪.‬‬‫ משקל )‪ - (Weight‬הכוח הפועל על גוף נתון‬‫בהשפעת גוף אחר (כדור הארץ וכו')‪.‬‬
‫ בחיי יום‪-‬יום המשקל של גוף פרופורציוני‬‫למסה שלו (בערך)‪.‬‬
‫‪4‬‬
‫ההבדל בין מסה למשקל‬
‫ אם נטוס לירח‪:‬‬‫המסה שלנו לא תשתנה‪.‬‬
‫המשקל שלנו יהיה קטן בהרבה‪.‬‬
‫‪5‬‬
‫חוקי ניוטון‬
‫ החוק הראשון‪ :‬חוק ההתמדה (אינרציה)‬‫כל גוף ממשיך במצב מנוחה‪ ,‬או בתנועה במהירות )‪(Velocity‬‬
‫קבועה ובקו ישר‪ ,‬כל עוד לא הופעל עליו כוח חיצוני‪ ,‬או‬
‫שסכום כל הכוחות הפועלים עליו שווה לאפס‪.‬‬
‫‪ -‬החוק השני‪:‬‬
‫כוח חיצוני יאיץ מסה נתונה בתאוצה )‪ (Acceleration‬הנמצאת‬
‫ביחס ישר לכוח המופעל וביחס הפוך למסה שלו‪.‬‬
‫ החוק השלישי חוק התגובה (ריאקציה)‪:‬‬‫כאשר גוף אחד מפעיל כוח על גוף שני ‪ -‬הגוף השני‬
‫יגיב בכוח שווה בכיוון הפוך על הגוף הראשון‪.‬‬
‫‪6‬‬
‫‪ -‬החוק השני של ניוטון‪:‬‬
‫‪F  m a‬‬
‫‪F‬‬
‫= כוח )‪(force‬‬
‫‪m‬‬
‫= מסה )‪(mass‬‬
‫‪a‬‬
‫= תאוצה )‪(acceleration‬‬
‫כלומר ‪ -‬כדי לתת למסה מסוימת תאוצה (חיובית או שלילית) רצויה ‪,‬‬
‫יש להפעיל עליו כוח לפי הנוסחה לעיל‪.‬‬
‫‪ -‬או‪:‬‬
‫‪F‬‬
‫‪a‬‬
‫‪m‬‬
‫כלומר ‪ -‬גוף מגיב לכוח בהאצה בכיוון הכוח ובשיעור הנמצא ביחס‬
‫הפוך למסת הגוף‪.‬‬
‫‪7‬‬
‫ כבידה (גרביטציה)‪:‬‬‫ כוח הכבידה הפועל בין שני גופים נמצא‬‫ביחס ישר למכפלת המסות שלהם‬
‫וביחס הפוך לריבוע המרחק ביניהם‪.‬‬
‫‪m m‬‬
‫‪ְ = G‬מ ָק ֵדם‬
‫‪F G‬‬
‫‪ = m , m‬מסות שני הגופים ‪r‬‬
‫‪1‬‬
‫‪2‬‬
‫‪2‬‬
‫‪1‬‬
‫‪2‬‬
‫‪r‬‬
‫= מרחק בין מרכזי המסות‬
‫‪2‬‬
‫‪m‬‬
‫‪m‬‬
‫‪1‬‬
‫‪r‬‬
‫‪8‬‬
‫ כאשר אנו מדברים על חיסכון באנרגיה‬‫או ניצול אנרגיית השמש ‪ -‬יש להבין‬
‫מה זאת אנרגיה‪.‬‬
‫‪9‬‬
‫ עבודה (מכנית)‪ :‬הפעלת כוח לאורך דרך‪.‬‬‫ דוגמה‪ :‬הרמת משקולת ממקום נמוך לגבוה‪.‬‬‫ אנרגיה‪ :‬הכושר לעשות עבודה‪.‬‬‫אנרגיה פוטנציאלית (מצב)‪.‬‬
‫אנרגיה קינטית (תנועה)‪.‬‬
‫אנרגיה חשמלית‪.‬‬
‫אנרגיה מגנטית‪.‬‬
‫אנרגיה כימית‪.‬‬
‫אנרגיה גרעינית‪.‬‬
‫אנרגיה תרמית (חום)‪.‬‬
‫אנרגיה מכנית‪.‬‬
‫‪10‬‬
‫ חוק שימור האנרגיה‪.‬‬‫ פֶּ ְרפֶּ טּואּום מוֹבִ ילֶּה‬‫(מכונה העובדת לנצח)‪.‬‬
‫‪1230‬‬
‫אנרגיה יכולה לשנות את צורתה אבל‬
‫לא להיווצר או להעלם‪.‬‬
‫ חוק שימור החומר (כימיה)‪.‬‬‫ חוק שימור האנרגיה והחומר (אינשטין ‪.)1905‬‬‫‪11‬‬
‫ חום הוא סוג של אנרגיה‪.‬‬‫ אנרגית החום מבוטאת על ידי תנועה אקראית של‬‫האטומים או המולקולות של החומר‪.‬‬
‫‪ -‬תנועת בראון‪.‬‬
‫תנועת בראון‬
‫‪12‬‬
‫ טמפרטורה‪ :‬ה"כוח המניע" של החום‪.‬‬‫ סולמות טמפרטורה‪:‬‬‫סולם צלסיוס ‪.(Centigrade) °C -‬‬
‫סולם ֶּקלְ וִ ין ‪( °K -‬הטמפרטורה המוחלטת)‪.‬‬
‫ האפס המוחלט‪.‬‬‫‪0°K = - 273.15°C‬‬
‫‪13‬‬
‫ חום סגולי‪ :‬כמות האנרגיה הנחוצה לחימום‬‫גרם אחד של חומר כלשהו ב‪. 1°C -‬‬
‫ תוספת האנרגיה הנחוצה לחימום גרם אחד‬‫של מים ב‪ 1°C -‬היא‪ :‬קלוריה אחת ‪. 1Cal‬‬
‫(הקלוריות המוכרות מהדיאטות הן קילו‪-‬קלוריות ‪)1kCal = 1000Cal‬‬
‫ חום סגולי של מים הוא ‪( 1Cal/gr‬בהגדרה)‪.‬‬‫ חום סגולי של אדמה הוא בסביבות ‪. 0.2Cal/gr‬‬‫חום כמוס‪ :‬כמות האנרגיה הדרושה להתכה או‬
‫אידוי של חומר כלשהו (ללא שינוי בטמפרטורה)‪.‬‬
‫‪14‬‬
‫ מקורות אנרגיה‪:‬‬‫‬‫‬‫‬‫‪-‬‬
‫פחם‬
‫נפט ונגזרותיו‬
‫‪Fossil fuel‬‬
‫גז‬
‫אנרגיה גרעינית ( גרעין האטום )‬
‫ מקורות אנרגיה מתחדשים )‪: (Renewable‬‬‫ שמש (חום‪ ,‬פוטו‪-‬וולטאית)‬‫ מפלי מים (הידרו‪-‬אלקטרית)‬‫ רוח‬‫ גלים‬‫ גאות ושפל ( ירח ‪ +‬שמש )‬‫ גאו‪-‬תרמית ( רדיואקטיבית )‬‫‪ -‬צמחים )‪(Bio-fuels‬‬
‫‪15‬‬
‫ להבנת הכוח ההרסני של סופות יש להכיר‬‫את מושג התנע )‪(Momentum‬‬
‫ואת אפקט קו ִֹריוֹלִ יס‪.‬‬
‫‪16‬‬
‫ מושג התנע )‪:(Momentum‬‬‫תנע קווי )‪:(Linear Momentum‬‬
‫‪p  m V‬‬
‫‪ = p‬תנע קוי‬
‫‪V‬‬
‫‪ -‬חוק שימור התנע הקוי‪.‬‬
‫= מהירות )‪(Velocity‬‬
‫כדורים‬
‫תנע זויתי )‪:(Angular Momentum‬‬
‫‪L  m  r V‬‬
‫‪L‬‬
‫= תנע זויתי‬
‫‪r‬‬
‫= מרחק המסה מציר הסיבוב‬
‫‪ -‬חוק שימור התנע הזויתי‪.‬‬
‫שימור תנע זוויתי‬
‫‪17‬‬
‫"כוח" קו ִֹריוֹלִ יס‬
‫ מערכת מסתובבת‪.‬‬‫ כוח קוריוליס הוא תוצאה של ההתמדה‬‫במערכת מסתובבת‪.‬‬
‫ניסוח אחר‪:‬‬
‫ במערכת מסתובבת חוק ההתמדה נראה‬‫לנו כמו כוח‪.‬‬
‫‪18‬‬
‫‪ -‬רוחות סחר ‪ -‬נושבות ממזרח למערב‪.‬‬
‫‪19‬‬
‫ קרוסלה‪.‬‬‫ קשה מאד לכוון זריקת כדור כי יחסית לסיבוב‬‫הקרוסלה הוא לא ינוע בקו ישר‪.‬‬
‫‪ -‬קשה ללכת על קרוסלה כי יורגש כוח דוחף הצידה‪.‬‬
‫קרוסלה‪1‬‬
‫קרוסלה‪2‬‬
‫‪20‬‬
‫ להבנת תופעת זוהר הצפון יש להכיר‬‫את התנהגות מטענים חשמליים והמגנטיות‪.‬‬
‫‪21‬‬
‫מטען חשמלי‬
‫ממילֵטּוס (בערך ‪ 600‬לפנה"ס) דיווח‬
‫ ַתאלֶּס ִ‬‫שכאשר משפשפים ענבר בצמר‪ ,‬הוא מסוגל‬
‫למשוך עצמים קלים‪ .‬ענבר = אלקטרון ביוונית‪.‬‬
‫‪22‬‬
‫מטען חשמלי‪ :‬חיובי ושלילי‬
‫‪-‬‬
‫‪+‬‬
‫ שטח מעטפת כדור‬‫‪2‬‬
‫‪r   3.14...‬‬
‫‪S  4  r‬‬
‫= רדיוס הכדור‬
‫‪23‬‬
‫‪ -‬כוח הכבידה מושך תמיד‪.‬‬
‫ הכוח האלקטרוסטטי גם מושך וגם דוחה‪.‬‬‫ מטען חשמלי יכול להיות חיובי או שלילי‪.‬‬‫‪ -‬מטענים שונים ‪ -‬מושכים זה את זה‪.‬‬
‫‪ -‬מטענים שווים ‪ -‬דוחים זה את זה‪.‬‬
‫‪24‬‬
‫מגנטיות‬
‫ המגנט ידוע עוד מתקופת היוונים בעיקר נמצאו‬‫אבנים מגנטיות בקרבת העיר מגנזיה‪.‬‬
‫ בסין התחילו להשתמש במצפן בסביבות שנת ‪1000‬‬‫‪ -‬המצפן הגיע לאירופה בערך בשנת ‪1100‬‬
‫‪25‬‬
‫‪ -‬שדה מגנטי ‪ -‬קווי כוח מגנטיים‬
‫צ‬
‫ד‬
‫‪26‬‬
‫‪ -‬כדור הארץ כמגנט‬
‫צ‬
‫ד‬
‫‪27‬‬
‫‪ -‬אלקטרומגנטיות‬
‫ מטען חשמלי נע יוצר שדה מגנטי‬‫ניסוי ארסטד ‪1 -‬‬
‫ניסוי ארסטד ‪2 -‬‬
‫ מטען חשמלי הנע בתאוצה‬‫פולט גלים אלקטרו‪-‬מגנטיים (אנטנה)‪.‬‬
‫אנטנה‬
‫ ברור שבצורה זאת הוא מאבד אנרגיה‪.‬‬‫‪28‬‬
‫ שדה מגנטי‪:‬‬‫ אינו משפיע על מטען חשמלי הנמצא במנוחה‪.‬‬‫‪ -‬משפיע על מטען חשמלי הנמצא בתנועה‪.‬‬
‫ הכוח המטה את מסלולו של מטען‬‫חשמלי נע בשדה מגנטי נקרא כוח לורנץ ‪.‬‬
‫כח לורנץ‬
‫‪29‬‬
‫ להבנת התנהגות חומרים שונים ביקום‬‫ובכדור הארץ יש להבין את מבנה האטום‪.‬‬
‫‪30‬‬
‫אטומים מולקולות וכו'‬
‫ מושג האטום לפי היוונים‪.‬‬‫ בזמן החדש כבר ידעו שיש חומרים‬‫יסודיים ומורכבים‪.‬‬
‫ האטום הוא החלקיק הקטן ביותר של חומר‬‫יסודי (= יסוד)‪.‬‬
‫ המולקולה היא החלקיק הקטן ביותר של חומר‬‫מרוכב (= תרכובת)‪.‬‬
‫ חוק המנות הקבועות‬‫ תנועת בראון – הוכחה לקיום אטומים‪.‬‬‫)‪(Dalton – 1803‬‬
‫ רמז לקיום אטומים‬‫תנועת בראון‬
‫‪31‬‬
‫ אטומים יכולים להתחבר וליצור מולקולות‬‫ המולקולה היא החלקיק הקטן ביותר‬‫של חומר מרוכב‪.‬‬
‫ משמעויות המבנה המולקולרי‪.‬‬‫ לדוגמה‪ :‬מולקולת מים = אטום חמצן ושני‬‫אטומי מימן‪.‬‬
‫‪HO‬‬
‫‪2‬‬
‫‪32‬‬
‫ המבנה המולקולרי מאפשר להבין מדוע‬‫קרח צף על פני המים‪.‬‬
‫קרח‬
‫מים בצורת נוזל‬
‫ האנומליה של המים‪:‬‬‫צפיפות הקרח‬
‫תלות נקודת הקפאון בלחץ‬
‫‪33‬‬
‫המסת מלח במים‬
‫‬‫‬‫‬‫‪-‬‬
‫התאדות המים‬
‫אנרגית החום מבוטאת על ידי תנועה של‬
‫האטומים או המולקולות של החומר‪.‬‬
‫מקרים‪.‬‬
‫ניתן להבין מדוע מים חמים מנקים יותר טוב ָ‬
‫חדירת מולקולות מים בין מולקולות המלח‪.‬‬
‫קירור באמצעות התאדות‪ :‬המולקולות המהירות‬
‫‪34‬‬
‫"בורחות"‪.‬‬
‫ המשמעות האטומרית (או המולקולארית)‬‫של ההבדלים בין גז‪ ,‬נוזל ומוצק‪.‬‬
‫ גז‪ :‬ממלא את כל נפח הכלי בו הוא נמצא‪.‬‬‫האטומים אינם קשורים (כמעט) זה לזה‪,‬‬
‫הם נעים בחלל ומתנגשים זה בזה‪.‬‬
‫(בגז אידיאלי אין כל קשר בין האטומים)‪.‬‬
‫ נוזל‪ :‬ממלא את תחתית הכלי‬‫המולקולות קשורות זו לזו אבל מסוגלות‬
‫לנוע ממקום למקום ולהסתובב‪.‬‬
‫ מוצק‪ :‬שומר על צורתו ואיננו מתאים את‬‫צורתו לצורת הכלי‪.‬‬
‫המולקולות קשורות זו לזו ואינן יכולות‬
‫לנוע אלא רק להתנודד‪.‬‬
‫‪35‬‬
‫ התכה‪ :‬אנרגית המולקולות עולה על אנרגית‬‫הקשר אל המוצק‪.‬‬
‫ רתיחה‪ :‬אנרגית המולקולות עולה על אנרגית‬‫הקשר אל הנוזל‪.‬‬
‫‪36‬‬
‫ יחידות‬‫ מרחק (אורך) נמדד במטרים (מ') (‪.)m‬‬‫ שטח נמדד במטרים רבועים (מ"ר) )‪.(m2‬‬‫‪ -‬נפח נמדד במטרים בשלישית (מ"ק) )‪.(m3‬‬
‫ זמן נמדד בשניות (שנ') (‪( )s‬או לפעמים ‪.)sec‬‬‫ מהירות נמדדת במטרים לשניה (מ'‪/‬שנ') )‪.(m/s‬‬‫( מהירויות תחבורה‪ :‬קמ"ש )‬
‫‪37‬‬
‫‪ -‬מסה נמדדת בקילוגרמים ק"ג ( ‪.) kg‬‬
‫ כוח נמדד בניוטון (‪.)N‬‬‫ אנרגיה נמדדת בג'ול ( ‪.) Joul = N.m‬‬‫ אנרגיה נמדדת בקלוריות ( ‪.) cal = 4.184 J‬‬‫(קלוריות של מזון הן קילו‪-‬קלוריות ( ‪.) kcal = 1000 cal‬‬
‫ הספק נמדד ב‪ -‬וַ ט ( ‪.) W = J / s‬‬‫‪38‬‬
‫לחץ = כוח ליחידת שטח‪.‬‬
‫‪ -‬יחידות לחץ‬
‫‪( Pascal = N/m2‬ניוטון למטר רבוע)‪.‬‬
‫לפעמים‪ :‬אטמוספרה = ‪. atm = 101.325 kPa‬‬
‫לפעמים‪. atm = 1.013 bar = 1013 mbar :‬‬
‫לפעמים‪. atm = 760 torr (mmHg) :‬‬
‫לפעמים (בשיטה הבריטית)‪. psi = lb/in2 :‬‬
‫כאשר‪. 1 atm = 14.696 psi :‬‬
‫‪39‬‬
‫גז בתוך מֵ כַל (בוכנה)‬
‫ החלקיקים (אטומים או מולקולות) הנעים בגז‬‫מפעילים כוח על דפנות המכל = לחץ )‪.(Pressure‬‬
‫‪40‬‬
‫ הגדלת מספר החלקיקים באותו נפח מֵ כל תגרום‬‫הגדלת הכוח כלומר הגדלת הלחץ‪.‬‬
‫ חימום המֵ כל באותו הנפח יגרום הגדלת הלחץ‪.‬‬‫ דחיסת הגז על ידי הקטנת הנפח תגרום הגדלת הלחץ‪.‬‬‫ דחיסה של גז גורמת להתחממותו‪.‬‬‫דוגמה‪ :‬משאבת אופניים‪.‬‬
‫ התפשטות של גז גורמת לקרורו‪.‬‬‫דוגמה‪ :‬מקרר‪ ,‬מזגן‪.‬‬
‫‪41‬‬
‫ החלקיקים מתנגשים זה בזה‪.‬‬‫ עם חימום גז חופשי ‪ -‬מהירות החלקיקים‬‫גדלה‪ ,‬ולכן הם שואפים להתרחק זה מזה‪.‬‬
‫ נפח הגז החופשי גדל וצפיפותו קטנה‪.‬‬‫ אויר חם שואף להתרומם ואויר קר שואף לרדת‪.‬‬‫‪42‬‬
‫‪ -‬בתחילה התייחסו אל האטום ככדור זעיר‪.‬‬
‫‪ -‬האטום לפי ‪:Bohr‬‬
‫‪ -‬האטום לפי תורת הקוונטים המודרנית‪:‬‬
‫‪43‬‬
‫ גרעין האטום = פרוטונים (מטען חיובי) ‪ +‬נויטרונים‬‫ סביב הגרעין נעים האלקטרונים (מטען שלילי)‬‫ האטום כמעט ריק לגמרי!‬‫ אילו הגרעין היה בגודל כדור טניס ‪ -‬האטום היה‬‫בגודל ‪ 10‬ק"מ‪.‬‬
‫ האטום הוא החלקיק הקטן ביותר של חומר‬‫יסודי (= יסוד)‪.‬‬
‫ לדוגמה‪ :‬נחושת‪ ,‬ברזל‪ ,‬סיליקון (צורן)‪ ,‬כלור‪ ,‬חמצן‪.‬‬‫‪44‬‬
‫ קיימים ‪ 92‬יסודות טבעיים‪ .‬לדוגמה‪ :‬סיליקון ‪Si‬‬‫‪14‬‬
‫ יסודות מלאכותיים‪.‬‬‫ יחס פרוטונים‪-‬נויטרונים‪.‬‬‫ איזוטופים‪.‬‬‫ רדיו‪-‬איזוטופים‪.‬‬‫ איזוטופים של מימן‪:‬‬‫‪2‬‬
‫דוֹיְ טֶּ ִריּום ‪H 1‬‬
‫‪3‬‬
‫ְט ִר ִיטיּום ‪H‬‬
‫‪1‬‬
‫‪ -‬יונים‪.‬‬
‫‪45‬‬
‫‪28‬‬
‫המערכה המחזורית של היסודות (מֶּ נְ ֶּד ֵליֵיב ]‪.)[1868‬‬
‫‪46‬‬
47
‫מימן והליום‬
‫• משקל אטומי ‪1‬‬
‫• משקל אטומי ‪4‬‬
‫‪-‬‬
‫‪+‬‬
‫‪+‬‬
‫‪+‬‬
‫‪-‬‬
‫‪48‬‬
‫‪ -‬רדיואקטיביות (בֶּ ֶּק ֶּרל ‪)1896‬‬
‫ מרי קירי ‪Marie Curie -‬‬‫(פרס נובל ‪)1903 ,1911‬‬
‫קרינה רדיואקטיבית בשדה חשמלי‬
‫קרינה רדיואקטיבית בשדה מגנטי‬
‫‪49‬‬
‫ בימינו ידוע‪:‬‬‫ קרני ‪( α‬אלפא) = גרעיני הליום (יונים חיוביים)‪.‬‬‫ קרני ‪( β‬בטא) = אלקטרונים (שליליים)‪.‬‬‫‪ -‬קרני ‪( γ‬גמא) = קרינה אלקטרומגנטית‪.‬‬
‫‪50‬‬
‫ דעיכה רדיואקטיבית‪.‬‬‫‪10000‬‬
‫‪9000‬‬
‫‪8000‬‬
‫‪7000‬‬
‫‪6000‬‬
‫‪5000‬‬
‫‪N‬‬
‫‪4000‬‬
‫‪3000‬‬
‫‪2000‬‬
‫‪1000‬‬
‫‪0‬‬
‫‪100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000‬‬
‫‪90‬‬
‫‪ -‬זמן מחצית חיים‪.‬‬
‫‪0‬‬
‫‪t‬‬
‫זמני מחצית חיים‬
‫‪51‬‬
‫ דעיכה רדיואקטיבית‪.‬‬‫‪10000‬‬
‫‪1000‬‬
‫‪100‬‬
‫‪N‬‬
‫‪10‬‬
‫‪1‬‬
‫‪100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000‬‬
‫‪90‬‬
‫‪ -‬זמן מחצית חיים‪.‬‬
‫‪0‬‬
‫‪t‬‬
‫רדיואקטיביות‬
‫‪52‬‬
‫שיטות תיארוך‬
‫)‬
‫‪14‬‬
‫‬‫פחמן‬
‫שיטת‬
‫‬‫‪6‬‬
‫‪C‬‬
‫‪14‬‬
‫( ‪ -‬זמן מחצית חיים ‪ 5730‬שנים‪.‬‬
‫(עד ‪ 60,000‬שנה)‬
‫באטמוספרה (מחנקן‪[ 14-‬רגיל])‬
‫הזמן‬
‫כל‬
‫נוצר‬
‫‪14‬‬
‫‬‫פחמן‬
‫ומתפרק חזרה לחנקן‪. ( 14 N7 ) 14-‬‬
‫ שיטות רדיואקטיביות אחרות (סולם זמנים)‪:‬‬‫אורניום סטרונציום ‪ -‬מחצית חיים ‪ 80,000‬שנים‪.‬‬
‫ַארגוֹן ‪ -‬זמן מחצית חיים ‪ 1.3 10‬שנים‪.‬‬
‫ְ‬
‫אשלגן‬
‫סמריום נאודימיום ‪ -‬מחצית חיים ‪ 1.06 10‬שנים‪.‬‬
‫‪9‬‬
‫‪11‬‬
‫נְציָה‪.‬‬
‫ינִיסצֶּ ִ‬
‫ֹלּומ ְ‬
‫ ֶּת ְרמו ִ‬‫‪53‬‬
‫ תיארוך סלעים ‪ -‬גיל של סלעי יסוד וסלעי משקע‪.‬‬‫‪ -‬תיארוך מאובנים ‪ -‬גיל בעלי חיים וצמחים‪.‬‬
‫ תיארוך אלמוגים ‪ -‬גובה ומיקום ימים קדמונים‪.‬‬‫ קידוח קרח ‪ -‬הרכב אטמוספרי‪.‬‬‫‪ -‬אפיון שכבות סלעים (בִ יו ְֹס ְט ַר ִטיגְ ָרפִ יָה)‪.‬‬
‫‪54‬‬
‫אפיון חזזיות )‪.(Lichenometry‬‬
‫חזזית )‪ = (Lichen‬פטריה ‪ +‬אצה או חידק‪.‬‬
‫אפיון שכבות משקע עונתיות )‪.(Varve chronology‬‬
‫‪55‬‬
‫ טבעות גזעי עצים ( ֶּדנְ ְדרוֹכְ רוֹנוֹלוֹגִ יָה)‪.‬‬‫ מאפשרות חקר אקלים בתקופות היסטוריות‪.‬‬‫‪ -‬השפעת כתמי שמש (מחזור ‪ 11‬שנים)‪.‬‬
‫‪56‬‬
‫ להבנת סכנות הקרינה‪ ,‬התחממות‬‫כדור הארץ‪ ,‬רעידות אדמה‪ ,‬צונמי‪,‬‬
‫יש להכיר תכונות של גלים‪.‬‬
‫‪57‬‬
‫גלים‬
‫ גלים הם תופעות מחזוריות‪.‬‬‫ תופעות גליות‪:‬‬‫מיתרים‪ ,‬גלים על פני המים‪ ,‬רעידות אדמה‬
‫אור‬
‫קרינה אלקטרו‪-‬מגנטית‪:‬‬
‫אולטרה‪-‬סגול‪ ,‬אינפרה‪-‬אדום‪ ,‬רנטגן‬
‫רדיו וטלביזיה‪ ,‬קרני גמא‬
‫קול‬
‫תחום השמע‪ ,‬אולטרה‪-‬סאונד‬
‫‪58‬‬
‫ גלים מאופיינים בעזרת שלושה גדלים‪:‬‬‫אורך גל ‪ -‬מרחק בין נקודות זהות בגל‪.‬‬
‫תדר ‪ -‬מספר המחזורים בשניה‪.‬‬
‫משרעת (אמפליטודה) ‪" -‬גובה" הגל‪.‬‬
‫‪ -‬התדר ואורך הגל קשורים באמצעות מהירות הגל‪.‬‬
‫גלים‬
‫‪59‬‬
‫ התדר ואורך הגל קשורים באמצעות מהירות הגל‪.‬‬‫‪ -‬הנוסחה החשובה ביותר לתיאור תופעה גלית‪:‬‬
‫‪v f‬‬
‫‪v‬‬
‫‪‬‬
‫‪f‬‬
‫= מהירות התפשטות הגל )‪.(velocity‬‬
‫= אורך הגל )‪.(length‬‬
‫= תדר הגל )‪.(frequency‬‬
‫‪‬‬
‫מבוטא‪ :‬ל ְַמבְ ָדה‬
‫‪v‬‬
‫‪‬‬
‫‪f‬‬
‫ ככל שאורך הגל קצר התדר שלו גבוה יותר‪.‬‬‫ ככל שהתדר גבוה יותר האנרגיה גבוהה יותר‪.‬‬‫גלים‬
‫‪60‬‬
‫צליל נמוך ‪ -‬אורך גל ארוך ‪ -‬תדר נמוך‬
‫צליל גבוה ‪ -‬אורך גל קצר ‪ -‬תדר גבוה‬
‫‪61‬‬
‫‪ -‬גלים אלקטרו‪-‬מגנטיים (א"מ) ‪ -‬גלים רוחביים‪.‬‬
‫ גלים במיתר ‪ -‬גלים רוחביים‪.‬‬‫ גלי קול ‪ -‬גלים אורכיים ( גלי לחץ [דחיסה] )‪.‬‬‫ גלי שטח ‪ -‬נעים על פני שטח מפריד בין שני חומרים‪.‬‬‫ גלי מים ‪ -‬על פני המים בהשפעת הכבידה‪.‬‬‫ גלי גזירה ‪ -‬נעים בתוך מוצק‪.‬‬‫‪62‬‬
. (Transverse waves) ‫ גלים רוחביים‬-
63
. (Longitudinal waves) ‫ גלים אורכיים‬-
64
. (Surface waves) ‫ גלי שטח‬-
65
‫‪ -‬גלי גזירה )‪ - (Shear waves‬נעים בתוך מוצק‪.‬‬
‫‪66‬‬
‫= ‪10-10m‬‬
‫= ‪10-9m = 1nm‬‬
‫= ‪10nm‬‬
‫= ‪100nm‬‬
‫גלים אלקטרו‪-‬מגנטיים ( קרינה א"מ )‬
‫‪= 400nm‬‬
‫קרינה מייננת‬
‫‪= 700nm‬‬
‫קרינה לא מייננת‬
‫‪67‬‬
‫גלים אלקטרו‪-‬מגנטיים ( קרינה א"מ )‬
‫ ְספֶּ ְק ְטרּום‬‫‪68‬‬
‫גלים אלקטרו‪-‬מגנטיים ( קרינה א"מ )‬
‫‪69‬‬
‫גלים אלקטרו‪-‬מגנטיים ( קרינה א"מ )‬
‫‪70‬‬
‫‪ -‬הנוסחה עבור גלים אלקטרו‪-‬מגנטיים‪:‬‬
‫‪c f‬‬
‫‪c‬‬
‫‪‬‬
‫‪f‬‬
‫‪-‬‬
‫‪c‬‬
‫מציין את מהירות האור (קבועה בואקום)‪.‬‬
‫‪71‬‬
‫ תופעות אופייניות בגלים‪.‬‬‫‪ -‬החזרה )‪.(Reflection‬‬
‫‪72‬‬
‫ תופעות אופייניות בגלים‪.‬‬‫‪ -‬שבירה )‪.(Refraction‬‬
‫‪73‬‬
‫ תופעות אופייניות בגלים‪.‬‬‫‪ -‬החזרה שלמה )‪.(Total Reflection‬‬
‫‪ -‬השימוש בסיבים אופטיים‪.‬‬
‫‪74‬‬
‫ תופעות אופייניות בגלים‪.‬‬‫‪ -‬עקיפה )‪.(Diffraction‬‬
‫ התאבכות )‪.(Interference‬‬‫עקיפה‬
‫‪75‬‬
‫ מהירות האור‬‫‪ -‬גלילאו גליליי ניסה למדוד ולא הצליח‬
‫‪76‬‬
‫ מהירות האור סופית )‪.)1671( )RÖMER‬‬‫‪ 300,000,000‬ק "מ‬
‫ק מ"‬
‫‪‬‬
‫‪300,000‬‬
‫‪ 1000‬שניות‬
‫לשניה‬
‫ מהירות האור בואקום קבועה‬‫‪ 299,792.458‬ק"מ לשניה‪.‬‬
‫ מהירות האור בואקום אינה תלויה בתדר‪.‬‬‫‪77‬‬
‫ תכונות אלה של האור מאפשרות לקבוע‬‫יחידת מרחק שימושית מאד באסטרונומיה‪:‬‬
‫"שנת אור" ‪ -‬המרחק שהאור עובר בשנה‪.‬‬
‫‪ly  9.510 km‬‬
‫‪12‬‬
‫) ‪( 9,500,000,000,000 km‬‬
‫‪parsec 3.26 ly‬‬
‫‪78‬‬
‫אפקט דופלר‬
‫ התדר הנצפה תלוי בתנועה היחסית של המקור והצופה‪.‬‬‫‪ -‬רכבת צופרת העוברת לידנו – הצליל משתנה‪.‬‬
‫ אנחנו שומעים צליל גבוה ומיד לאחר שהיא עברה‬‫גובה הצליל יורד‪.‬‬
‫דופלר‪1 -‬‬
‫דופלר‪2 -‬‬
‫דופלר‪3 -‬‬
‫‪79‬‬
‫אפקט דופלר באור‬
‫‪ -‬הסחה לאדום )‪.(Red Shift‬‬
‫קווי בליעה‬
‫רגיל‬
‫מוסח‬
‫‪80‬‬
‫ ההסחה לאדום בספקטרום הכוכבים משמשת‬‫למדידת מהירות תנועתם‪.‬‬
‫ ההבדל בהסחה לאדום בספקטרום של שני צדי‬‫הכוכב משמשת למדידת מהירות סיבובם‪.‬‬
‫‪81‬‬
‫ להבנת התחממות כדור הארץ ואפקט החממה‬‫יש להבין את קרינת החומרים בטמפרטורות שונות‪.‬‬
‫‪82‬‬
‫קרינה ֶּת ְר ִמית (קרינת גוף שחור)‬
‫ גוף שחור‪ :‬גוף הבולע כל קרינה א"מ ולכן גם‬‫פולט בלי העדפה את כל הצבעים (תלוי בטמפרטורה)‪.‬‬
‫(לצרכים מסוימים ניתן להתייחס לכל גוף כאל "גוף שחור")‬
‫ הספקטרום והעוצמה של הפליטה של גוף‬‫תלויים בטמפרטורה שלו‪.‬‬
‫‪83‬‬
‫‪°‬‬
‫‪°‬‬
‫‪°‬‬
‫‪°‬‬
‫עקומה‪1-‬‬
‫‪84‬‬
‫ טמפרטורות לדוגמה‪:‬‬‫תנור חימום‪600°C :‬‬
‫נורת ליבון‪( 2400°C :‬אור כמעט לבן)‬
‫פני השמש‪( 5500°C :‬אור לבן)‬
‫‪( 6000°C‬אור המכיל הרבה אולטרה סגול)‬
‫ריתוך‪:‬‬
‫(אור אדמדם)‬
‫‪85‬‬
‫חממה חקלאית (וקולטי שמש)‬
‫ השמש פולטת אנרגיה רבה בתחום הנראה (‪.)5500ºC‬‬‫ חלון זכוכית או יריעת פוליאתילן מעבירה אור נראה‪.‬‬‫ החומר מאחורי החלון מתחמם (עד ‪.)70ºC‬‬‫ פליטה תרמית של החומר בחממה נמצאת בתחום‬‫אינפרה‪-‬אדום רחוק ‪ -‬החלון אטּום לקרינה זאת‬
‫ועוצר אותה‪.‬‬
‫‪86‬‬
‫חממה חקלאית (וקולטי שמש)‬
‫קרינה באינפרא‪-‬אדום רחוק‬
‫‪20°C‬‬
‫הקרינה אינה‬
‫יוצאת החוצה‬
‫קרינה נפלטת מהקרקע‬
‫אור שמש בתחום הנראה‬
‫‪5500°C‬‬
‫שמשת זכוכית או‬
‫יריעת פוליאתילן‬
‫הקרינה עוברת‬
‫את החומר השקוף‬
‫אדמה‪ ,‬עלים‬
‫או קולט שמש‬
‫‪87‬‬
‫נספחים‬
‫‪88‬‬
‫תורת הקוונטים‬
‫ ניוטון טען שהאור בנוי מחלקיקים )‪.( ~1670‬‬‫‪ -‬הּויכֶּנס )‪ ( ~1660 - Huygens‬טען שהאור הוא גל‪.‬‬
‫ יונג )‪ (1803 young‬הוכיח את‬‫התכונה הגלית של האור‪.‬‬
‫‪89‬‬
.)1803 - Young( ‫ ניסוי יונג‬-
‫סדק כפול‬
90
.(Diffraction) ‫ עקיפה‬.(Interference) ‫ התאבכות‬-
91
‫זרם יחסי‬
‫ האפקט הפוטואלקטרי (אינשטין ‪.)1905 -‬‬‫(פרס נובל ‪.)1921‬‬
‫תדר‬
‫‪ -‬הפוטון הוא חלקיק !‬
‫פוטואלקטריות‬
‫‪92‬‬
‫ איך זה שהאלקטרון באטום אינו נופל‬‫לתוך הגרעין? הרי האלקטרון נע‬
‫בתאוצה (תנועה מעגלית) ‪ -‬חייב לאבד אנרגיה !‬
‫ האלקטרון הוא גל ! ) ‪( de Broglie 1924‬‬‫(פרס נובל ‪)1924‬‬
‫דה‪-‬ברויי‬
‫ דואליות חלקיק ‪ -‬גל‪.‬‬‫‪93‬‬
94
‫ בניסוי הסדק הכפול אי אפשר לדעת דרך איזה‬‫סדק עבר הפוטון הבודד ולאן הוא יגיע‪.‬‬
‫ אפשר לדעת בדיוק מה תהיה ההתפלגות‬‫של פוטונים רבים‪.‬‬
‫‪ -‬עקרון הסופרפוזיציה‪.‬‬
‫ החלקיק יכול להיות בכמה מצבים בעת ובעונה‬‫אחת בהסתברויות שונות‪.‬‬
‫ רק לאחר המדידה מתקבל ערך של מצב מסוים‪.‬‬‫‪95‬‬
‫‪ -‬עקרון אי הוודאות )‪.(Heisenberg – 1927‬‬
‫‪‬‬
‫= הפרש‪.‬‬
‫‪h‬‬
‫= קבוע פְ ַלנְק‪.‬‬
‫‪x‬‬
‫= מקום‪.‬‬
‫‪p‬‬
‫= תנע‪.‬‬
‫‪t‬‬
‫= זמן )‪.(time‬‬
‫‪h‬‬
‫‪x  p ‬‬
‫‪4‬‬
‫‪h‬‬
‫‪E  t ‬‬
‫‪4‬‬
‫‪ = E‬אנרגיה‪.‬‬
‫קבוע פְ ַלנְק‪:‬‬
‫‪h  6.626 .10 J  s‬‬
‫‪34‬‬
‫‪96‬‬
‫‪ -‬משמעות תורת הקוונטים לגבי העולם המַ קרוסקופי‪.‬‬
‫‪ -‬החתול של שרדינגר‪.‬‬
‫‪97‬‬
‫ תורת הקוונטים הגיעה להישגים אדירים בחישוב‬‫מדויק ביותר של ערכים ובחיזוי תופעות‪ :‬אנרגיות‬
‫של אלקטרונים באטום‪ ,‬רדיואקטיביות‪,‬‬
‫ השימושים שהיו בלתי אפשריים ללא תורת הקוונטים‬‫הם רבים ביותר‪ :‬מחשבים‪ ,‬טלפונים סלולאריים‪,‬‬
‫‪ ,MRI‬תאי שמש ומכשירים ביתיים רבים‪.‬‬
‫ לעומת זאת‪ ,‬טרם נמצא שילוב מניח את הדעת‬‫עם תורת היחסות הכללית (כבידה)‪.‬‬
‫‪98‬‬
‫תורת היחסות‬
‫יחסות פרטית ‪ -‬תנועה קצובה ‪ -‬אינשטין ( ‪.) 1905‬‬
‫ מהירות האור בואקום אינה תלויה בתנועת המקור‬‫או בתנועת הצופה‪.‬‬
‫ שוויון מסה ואנרגיה‪:‬‬‫‪2‬‬
‫‪E  mc‬‬
‫ מהירות האור היא הגבול העליון למהירות של‬‫גוף בעל מסה ולמעבר אינפורמציה‪.‬‬
‫‪99‬‬
‫‪ -‬בעיית ה"בו‪-‬זמניות"‬
‫ אורך וזמן אינם אובייקטיביים‪.‬‬‫ מושג מרחב‪-‬זמן‪.‬‬‫‪100‬‬
‫יחסות כללית ‪ -‬תנועה מואצת‬
‫אינשטין ‪.) 1907 - 1915 ( -‬‬
‫ לא ניתן להבחין בין מצב שבו מופעל כוח כבידה‬‫למצב שבו נמצאים בתאוצה‪.‬‬
‫ שוויון בין מסה כבידתית ומסה מתמידה‪.‬‬‫‪ -‬המעלית של אינשטין‪.‬‬
‫‪101‬‬
102
‫ ליקוי החמה שהוכיח סטיית קרן אור ליד השמש‪.‬‬‫(אֶּ ִדינְ גְ טוֹן ‪.)1919‬‬
‫מיקום נראה‬
‫מיקום‬
‫אמיתי‬
‫שמש‬
‫ארץ‬
‫‪103‬‬
‫הישגים‬
‫ איחוד חוק שימור המסה וחוק שימור האנרגיה‬‫ מסה היא אנרגיה "מרוכזת"‪.‬‬‫ אנרגיה היא מסה "דלילה"‪.‬‬‫‪ -‬חישוב המסה של גרעיני האטומים‪.‬‬
‫ אנרגיה גרעינית‪.‬‬‫ רדיואקטיביות‪ :‬מקור אנרגיה כמעט בלתי נדלה‪.‬‬‫ תורת היחסות שימושית בחיי יום‪-‬יום‪GPS :‬‬‫‪104‬‬
‫‪ -‬לעומת זאת‪:‬‬
‫ לא נמצאה עדיין דרך משביעת רצון לשילוב‬‫בין תורת היחסות ותורת הקוונטים‪.‬‬
‫ משוואות תורת היחסות אינן תקפות‬‫במצב של ה"מפץ הגדול"‪.‬‬
‫ משוואות תורת היחסות אינן תקפות‬‫במרכזו של חור שחור‪.‬‬
‫ יש עדיין מדענים שבוחנים אפשרות תנועה‬‫מהירה ממהירות האור‪.‬‬
‫‪105‬‬
‫סוף פיסיקה‬
‫‪106‬‬