Transcript אינטראקציה ומנופים

‫כוחות ואינטראקציה‪.‬‬
‫מטרת יחידת ההוראה לתת לילדים חשיפה‬
‫והכרות עם מדע הפיזיקה‪ ,‬כך שבסופו של‬
‫התהליך יוכלו בעזרת כלים שרכשו לנתח‬
‫ולהסביר תופעות פיזיקליות‪ ,‬ביחוד תופעות‬
‫שהסברן מנוגד לאינטואיציה‪.‬‬
‫הדגמה‪ :‬כדור סל וכדור טניס ‪.‬‬
‫( בהמשך יוצג הסבר בשפת הכוחות ובשפת האנרגיה)‬
‫התחום פיזיקאלי שבו עוסקת היחידה היא‬
‫מכניקה ניוטונית והכרות עם שלושת חוקי‬
‫ניוטון‬
‫תתי נושאים של יחידת ההוראה‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫א‪ .‬אינטראקציה‬
‫ב‪ .‬כוחות‬
‫ג‪ .‬מנופים‬
‫ד‪ .‬מהירות ותנועה‬
‫• הערה‪ :‬נרשום על בריסטול גדול את כל המושגים‬
‫שמהוים את ה"מילים" של שפת האינטראקציה‬
‫כוחות ותנועה‪ .‬אלה יהוו תומכי זכרון‬
‫תת נושא א'‪-‬אינטראקציה‪-‬תעודת זהות‪.‬‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫אינטראקציה ‪ -‬אינטר‪ -‬בין ‪ ,‬אקציה‪ -‬פעולה‪,‬‬
‫כלומר פעולה הדדית בין שני גופים‪.‬‬
‫בכל אינטראקציה חייבים להשתתף שני גופים‪.‬‬
‫דוגמאות‪:‬‬
‫מחיאת כפיים‬
‫לסתות התנין‬
‫שאלה לדיון‪ :‬נדמיין שבכל היקום יש רק כדור בודד‪.‬‬
‫האם יכולה להתקיים אינטראקציה?‬
‫שאלה למחשבה מה חשיבותה של האינטראקציה‬
‫ביקום?‬
‫האם גוף יכול להיות באינטראקציה עם עצמו?‬
‫למורה והרחבה‬
‫• ראשית יש להגדיר את המערכת ‪.‬‬
‫• למשל‪ :‬האם אדם שטובע בים יכול להרים את‬
‫עצמו כלפי מעלה ולהינצל מטביעה?‬
‫תשובה‪ -‬המערכת במקרה זה כוללת את כל אברי‬
‫הגוף‪,‬וגוף יחיד שלא יכול היות באינטראקציה עם‬
‫עצמו‪.‬‬
‫• האם יש אינטראקציה בין היד שמושכת לבין‬
‫השער?‬
‫תשובה‪:‬המערכת במקרה זה מורכבת משני גופים‪ -‬היד‬
‫המושכת והשער‪ -‬וקיימת אינטראקציה ביניהם‪.‬‬
‫האם גוף יכול להיות באינטראקציה עם עצמו‪ -‬המשך‬
‫למורה והרחבה‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫הדגמות שונות‪( :‬דגש על מיומנות הטיעון)‬
‫נשים ברכיים על הכסא‪ ,‬כאשר הפנים מול המשענת‪ .‬האם‬
‫אפשר להזיז את הכסא ע"י דחיפה?‬
‫תשובה א' מנומקת‪ -‬טענה‪-‬הכסא לא יזוז‬
‫נימוק‪-‬האיש והכסא מהווים מערכת אחת ולכן לא תיתכן‬
‫אינטראקציה של הגוף עם עצמו ולכן אין תזוזה‪.‬‬
‫תשובה ב' מנומקת‪ -‬טענה ‪-‬כאשר קופצים למעלה‪ ,‬ברגע‬
‫הקפיצה אפשר להזיז את הכסא‪.‬‬
‫נימוק‪ -‬ברגע הקפיצה האיש והכסא מהווים גופים נפרדים‬
‫לכן יש אינטראקציה ביניהם ולכן הכסא זז‪.‬‬
‫דוגמא נוספת ‪-‬מכונית עם מאוורר‬
‫• הדגמה‪ -‬כאשר העגלה נוסעת יש אינטראקציה –‬
‫• מי הגופים המשתתפים באינטראקציה?‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫תשובה‪:‬האוויר ומדחפי המאוורר שהם חלק מהמכונית‬
‫כעת נחבר לעגלה קרטון שניצב מול המאוורר‪ .‬העם‬
‫העגלה תיסע? שערו‪.‬‬
‫לאחר ההדגמה ראינו שהעגלה לא זזה ‪.‬‬
‫מה הסיבה לכך?‬
‫תשובה‪ :‬הקרטון המכונית והאוויר‪ ,‬שכלוא בין המדחף‬
‫והקרטון‪ ,‬הם גוף משותף‪ .‬וגוף לא יכול היות‬
‫באינטראקציה עם עצמו ‪ ,‬לכן המכונית לא זזה‪.‬‬
‫האם לגוף יש אינטראקציה עם עצמו‪.‬‬
‫דוגמאות נוספות‪ .‬למורה והרחבה‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫כאשר עומדים על סירה ומנסים לדחוף את התורן ‪,‬‬
‫האם הסירה תתקדם?‬
‫תשובה מנומקת–הסירה לא תתקדם‪ ,‬כיוון שהאיש‬
‫הדוחף ‪,‬הסירה והתורן מהווים גוף אחד ‪,‬והסירה‬
‫לא תזוז כיוון שלגוף יחיד אין אינטראקציה עם‬
‫עצמו‪.‬‬
‫כאשר הולכים על הסירה האם הסירה תזוז?‬
‫תשובה מנומקת‪ -‬הסירה תזוז כיוון שיש‬
‫אינטראקציה בין האיש לסירה כיוון שהם מהווים‬
‫גופי נפרדים‪ .‬תוצאת האינטראקציה היא תזוזה של‬
‫מה מאפיין את האינטראקציה וכיצד ניתן‬
‫להבחין בה?‬
‫• שלבים בזיהוי האינטראקציה‪:‬‬
‫• א‪ .‬זיהוי שני הגופים המשתתפים באינטראקציה‪.‬‬
‫• ב‪ .‬יש לקבוע האם זו אינטראקציה במגע או אינטראקציה‬
‫מרחוק‪ -‬ללא מגע (כבידה‪ ,‬חשמל סטאטי ומגנט )‪.‬‬
‫הערה‪ :‬אינטרקציות מסוג זה יתכן ויהיו בוזמנית במגע וללא‬
‫• ג‪ .‬תיאור ההשפעה ותוצאת ההשפעה של כל אחד מן‬
‫הגופים על הגוף האחר לצורך כך נשמש במונחים הבאים‪:‬‬
‫מעיק‪,‬מושך‪,‬דוחף‪,‬לוחץ‪,‬מעוות מותח וכו'‪.‬‬
‫תוצאת האינטראקציה באה לביטוי בדרכים הבאות‪:‬‬
‫שינוי בצורתם של גופים ו‪/‬או במהירותם (בגודל המהירות‬
‫או בכיוונה)‪ .‬הערה‪ :‬לעיתים השנוי בצורה הוא מזערי‪.‬‬
‫שלבים באפיון האינטראקציה‪ -‬דוגמאות‬
‫• שלב א‪ .‬זיהוי הגופים המשתתפים‪-‬‬
‫• שלב ב‪ .‬האם האינטראקציה במגע או ממרחק‪.‬‬
‫•‬
‫הדגמות‪ ( -‬רצוי להדגים דחיה ומשיכה בין מגנטים)‬
‫שמים שני מגנטים מחוברים לפקקי שעם‪,‬בתוך קערת מים כך שהם מרוחקים זה‬
‫מזה‪ .‬הגופים שנמצאים באינטראקציה הם השני המגנטים‪.‬‬
‫•‬
‫בין שני מגנטים גליליים יש אינטראקציה כאשר ‪,‬שמים אותם בתוך מבחנה צרה‪.‬‬
‫• שמים כדור קלקר מעל מייבש אוויר (פאן)‪.‬כך שהכדור ירחף‪.‬‬
‫מי הגופים שמשתתפים באינטראקציה? האם האינטראקציה במגע או מרחוק?‬
‫•‬
‫•‬
‫חידה‪ -‬נתונים שני מוטות ברזל האחד ממגנט והשני לא ממגנט‪ .‬כיצד אפשר‬
‫לזהות את המגנט? האם רק המגנט ימשוך את הברזל‪ ,‬או גם להיפך?‬
‫רמז‪ -‬באמצע המגנט לא מופעל כוח מגנטי‪.‬‬
‫תשובה‪ :‬שמים את הברזל הרגיל באמצע המגנט‪ .‬במקרה זה הם לא ימשכו?‬
‫המשך‪-‬הכבידה‪ -‬אינטראקציה מרחוק‬
‫• כל גוף שנמצא על כדו"הא נמשך למרכז ‪.‬‬
‫אבל תמיד יש תווך שיעצור את הגוף לפני שיגיע‬
‫למרכז כדו"הא‪ -‬הרצפה הסלעים הכביש וכו'‪.‬‬
‫מהם הגופים‬
‫שמשתתפים‬
‫באינטראקציה‬
‫כבידתית?‬
‫תשובה‪ :‬הגופים‬
‫שמשתתפים‬
‫באינטראקציה כבידתית‬
‫הם גרם השמים והגוף‬
‫שנמצא קרוב אליו‬
‫המשך‪ -‬כוחו של חשמל סטאטי –אינטראקציה‬
‫מרחוק‬
‫• הנושא נלמד במסגרת הכימיה בפרק של טעינה חשמלית‪,‬‬
‫שם הדגמנו משיכה ודחיה בין גופים טעונים‪ .‬אנימציה‬
‫שמסבירה טעינה חשמלית‬
‫• דוגמא מפתיע לאינטראקציה‪ -‬שמים מקל מטאטא על עדשה‬
‫קמורה‪ ,‬כך שהעדשה משמשת כציר סיבוב‪ .‬והמקל מונח‬
‫במאוזן‪.‬‬
‫• טוענים בלון ע"י שפשוף ומקרבים אותו למקל‪.‬‬
‫• מי הגופים המשתתפים באינטראקציה?‬
‫• מה יקרה אם נקרב את הבלון למקל? נמקו‪.‬‬
‫שאלה‪ :‬האם אפשר למדוד עוצמת אינטראקציה החשמלית?‬
‫תשובה‪ -‬מחברים את הגוף הטעון למד כוח רגיש ומקרבים אותו מלמעלה לגוף‬
‫טעון נגדית‪ .‬השינוי בהוראת מד הכוח מודד את עוצמת האינטראקציה החשמלית‪.‬‬
‫שלבים בזיהוי האינטראקציה‪ -‬המשך‪.‬‬
‫• שלב ג‪.‬תיאור ההשפעה של כל אחד מן הגופים על הגוף‬
‫האחר‪.‬‬
‫•‬
‫דוגמה א‪ -‬ילדה עומדת על מזרון (או טרמפולינה)‪.‬‬
‫גוף א'‬
‫גוף ב'‬
‫הגופים המשתתפים‬
‫ילדה‬
‫מזרון‬
‫תיאור ההשפעה של כל גוף‬
‫הילדה לוחצת על המזרון‬
‫כלפי מטה‬
‫המזרון לוחץ על הילדה כלפי‬
‫מעלה‬
‫תוצאות ההשפעה על כל גוף‬
‫הילדה נשארת מעל הרצפה‬
‫המזרון מתעוות (משנה צורה)‬
‫דוגמה ב‪ -‬מחברים קוביית עץ לחוט ומסובבים את החוט במהירות קבועה‪ .‬כיצד‬
‫נבחין שקיימת אינטראקציה בין החוט לבין הקוביה‪,‬על אף שהמהירות קבועה?‬
‫• תשובה‪ -‬הקוביה אומנם נעה במהירות קבועה‪ ,‬אולם היא משנה את כיוונה בזמן‬
‫האינטראקציה‪.‬‬
‫• הירח מסתובב במהירות קבועה סביב כדוה"א‪ .‬האם קיימת אינטראקציה ביניהם?‬
‫• תשובה‪ -‬הירח משנה את כיוון תנועתו עקב אינטראקציה עם כדו"הא‪ .‬כדוה"א גם‬
‫הוא מושפע מהאינטראקציה עם הירח דבר שבא לידי ביטוי בגאות ובשפל‬
‫תת נושא ב'‪ -‬כוחות‬
‫• עוצמת האינטראקציה באה לביטוי במידת השינוי‬
‫במהירות או במידת העיוות שנוצר בצורת הגופים‬
‫המשתתפים באינטראקציה‪.‬‬
‫• לדוגמה‪ -‬מותחים גומיה כלפי מטה עם האצבע‪.‬‬
‫כאשר האצבע נמצאת יותר למטה עוצמת‬
‫האינטראציה יותר גדולה‪ -‬כלומר הגומיה נמתחת‬
‫יותר ועל האצבע מופעל לחץ יותר חזק‪.‬‬
‫• במקום עוצמת האינטראקציה נשתמש במושג‬
‫הכוח‪.‬‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫הכוח מוגדר כעוצמת האינטראקציה‪.‬‬
‫חשוב להדגיש לגוף עצמו אין כוח‪ -‬הוא רק יכול‬
‫להפעיל כוח על גוף אחר בעת אינטראקציה‪.‬‬
‫הכוח נמדד ביחידות של ניוטון (‪.)N‬‬
‫לכוח יש כיוון פעולה שקובע את תוצאת הפעלת‬
‫הכוח בעת אינטראקציה‪" .‬לא רק הגודל קובע"‪,‬‬
‫אלא גם הכיוון‪.‬‬
‫הקשר בין כוחות ואינטראקציה‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫האינטראקציה והכוחות‪ -‬באינטראקציה משתתפים שני גופים וכל גוף מפעיל כוח‬
‫על הגוף האחר בצורה הדדית‪ ,‬כלומר בכל אינטראקציה בין שני‬
‫גופים מופיעים שני כוחות שווים‪ ,‬כאשר כל אחד מהם פועל על הגוף‬
‫השני‪ ,‬ובכיוונים מנוגדים‪.‬‬
‫כלל זה נקרא החוק השלישי של ניוטון‬
‫מקובל לסמן כוח בחץ‪ ,‬כיוון החץ הוא כיוון פעולת הכוח‪.‬‬
‫דוגמה א‪-‬הגומייה מפעילה כוח על האצבע והאצבע מפעילה כוח על‬
‫הגומייה‪.‬‬
‫דוגמה ב‪ -‬יוני מפעיל על אילן כוח שווה ומנוגד בכיוונו לכוח שאילן‬
‫מפעיל על יוני‪.‬‬
‫יוני‬
‫אילן‬
‫החץ האדום מייצג את הכוח שאילן מפעיל על יוני‬
‫החץ הכחול מייצג את הכוח שיוני מפעיל על אילן‬
‫הזנב של החץ מסמן את הגוף שעליו הכוח פועל‬
‫• האם השוויון מתקיים גם כאשר באינטראקציה‬
‫משתתפים גוף גדול וגוף קטן ?‬
‫• הדגמה לכיתה‪ -‬ילד גדול ימשוך אליו את הילד‬
‫הקטן אליו‪ .‬נמקו מדוע זה קורה‪.‬‬
‫• כעת הילד הגדול יושב על עגלה והילד הקטן‪ .‬שערו‬
‫מה יקרה כעת?‬
‫רואים שדווקא הפעם הילד הגדול זז ‪ .‬נמקו לה‬
‫זה קורה‪.‬‬
‫סכום‪ :‬השניים הפעילו כוחות שווים‪ ,‬אולם תוצאת‬
‫הפעלת הכוח תלויה במסה‪ ,‬בחיכוך ובתנועה של‬
‫הגופים ובאופן כללי במידת ההתנגדות לתזוזה של‬
‫הגופים‪.‬‬
‫האם השוויון מתקיים גם כאשר באינטראקציה משתתפים גוף גדול וגוף‬
‫קטן ? (המשך)‬
‫• שחקנית טניס חובטת בכדור והכדור עף‪.‬‬
‫האם גם הכדור הפעיל כוח על מחבט הטניס?‬
‫• בכדי לענות על השאלה נעזר באנימציה שלאסטרונאוט בחלל‬
‫(כאשר לוחצים על ‪ pitch‬האסטרונאוט זורק את הכדור‪).‬‬
‫•‬
‫•‬
‫‪.‬‬
‫•‬
‫•‬
‫שערו‪ -‬האם גם האסטרונאוט יזוז? זרקו את הכדור‪.‬‬
‫טענה ‪-‬האסטרונאוט יזוז‪ .‬נימוק‪-‬בכל אינטראקציה הגופים מפעילים‬
‫כוחות שווים זה על זה ובכיוונים מנוגדים‪,‬אולם תוצאת הפעלת הכוח‬
‫תלוייה במסה של הגופים‪ .‬בעלה מסה הקטנה ינוע יותר מהר‪.‬‬
‫תשובה לגבי כדור הטניס – הכדור הפעיל כוח על המחבט‪ ,‬אולם‬
‫הכדור יותר קטן מהשחקנית לכן רק הכדור זז‪.‬‬
‫שאלה‪ -‬כיצד חללית משנה את מהירותה בחלל‪ ,‬על אף הריק‪.‬‬
‫מה גורם לחללית לשנות את תנועתה‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫כאשר משחררים בלון מנופח הבלון עף בכיוון‬
‫מנוגד לפיית האוויר‪.‬‬
‫מהי האינטראקציה שגורמת לו לנוע?‬
‫תשובה‪ :‬אינטראקציה בין הבלון לאוויר שנפלט‬
‫ממנו‪ .‬הבלון דוחף את האוויר אחורה ‪ ,‬והאוויר‬
‫מפעיל כוח על הבלון לכיוון הנגדי‪ -‬קדימה‪.‬‬
‫האם אפשר להעיף בלון בצורה דומה על הירח‬
‫למרות אין אטמוספירה בירח?‬
‫תשובה‪ :‬גם בירח תהיה אינטראקציה בדומה לבלון‬
‫כאן‪ ,‬והבלון יעוף קדימה‪.‬‬
‫פרטי הערכה שעוסקים בכללי האינטראקציה‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫‪.1‬זבוב מתנגש בקיר גדול‪ .‬בזמן ההתנגשות בין הזבוב לקיר‪ ,‬הכוח שמפעיל הקיר על‬
‫הזבוב גדול בהרבה מהכוח שהזבוב מפעיל על הקיר‪.‬‬
‫הסבר‪:‬‬
‫מסכימים ‪ /‬לא מסכימים‬
‫‪ .2‬רכבת דוהרת מתנגשת באבן קטנה‪ .‬באינטראקציה בין הרכבת לאבן‪ ,‬הכוח שמפעילה‬
‫הרכבת על האבן גדול בהרבה מהכוח שהאבן מפעילה על הרכבת‪.‬‬
‫הסבר‪:‬‬
‫מסכימים ‪ /‬לא מסכימים‬
‫‪ .3‬שחף אומרת שכאשר נועצים נעץ במשטח קרטון רך‪ ,‬הכוח שבו אנו דוחפים את הנעץ‬
‫גדול בהרבה מהכוח בו הנעץ דוחף אותנו בחזרה‪.‬‬
‫הסבר‪:‬‬
‫מסכימים ‪ /‬לא מסכימים‬
‫‪ .4‬משאית גדולה התקלקלה באמצע הדרך ונעזרת במכונית קטנה הדוחפת אותה מאחור‬
‫כדי לנוע קדימה‪ .‬איזה משפט מתאר נכונה את הכוחות הפועלים על כלי הרכב?‬
‫גודל הכוח בו המכונית דוחפת את המשאית קטן מגודל הכוח בו המשאית דוחפת את‬
‫המכונית בחזרה‪.‬‬
‫גודל הכוח בו המכונית דוחפת את המשאית שווה בדיוק לגודל הכוח בו המשאית דוחפת‬
‫את המכונית הקטנה‪.‬‬
‫מנוע המכונית הוא היחיד שפועל ולכן רק המכונית מפעילה כוח על המשאית‪ .‬לכן‪,‬‬
‫המשאית אינה מפעילה כוח על המכונית (אינה "דוחפת" אותה חזרה)‪.‬‬
‫גודל הכוח בו המכונית דוחפת את המשאית גדול מגודל הכוח בו המשאית דוחפת את‬
‫המכונית בחזרה‬
‫תשובה לדוגמה‬
‫יחידות הכוח ומד הכוח‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫הכוח נמדד ביחידות של ניוטון‪ .‬משקולת של ‪ 100‬גרם נמשכת ע"י כדוה"א בכוח‬
‫כבידה של ‪ 1‬ניוטון‪ .‬למשקולת זו יש משקל של ‪ 1‬ניוטון (‪.)N‬‬
‫בעזרת יחידות הכוח ניתן למדוד מהי עוצמתה של אינטראקציה‬
‫מסוג כלשהו‪ ,‬ולא רק משקל של גופים ‪.‬‬
‫מודדים כוח בעזרת מכשיר מדידה הנקרא מד‪ -‬כוח‪.‬‬
‫התארכות הקפיץ‪ ,‬שממנו עשוי מד הכוח‪ ,‬הינה פרופורציונאלית לכוח שהקפיץ‬
‫מפעיל‪ .‬נעזר בפעילות מודרכת בתוכנת מחשב‪.‬‬
‫פריט הערכה מהערכה שעוסק בנושא‪:‬‬
‫לאחר כיול המכשיר עם משקולות שונות שרטט דוד את הגרף הבא‪:‬‬
‫התבוננו בגרף וענו על השאלות הבאות‪:‬‬
‫)משקל (בניוטון‬
‫‪20‬‬
‫‪10‬‬
‫התארכות הקפיץ‬
‫(ס"מ) בס"מ‬
‫–‬
‫–‬
‫‪10‬‬
‫‪5‬‬
‫‪N20‬‬
‫איזה משקל יש להניח על המגש כדי שהקפיץ יתארך ב‪ 10 -‬ס"מ?‬
‫בכמה יתארך הקפיץ אם מניחים על המגש גוף במשקל של ‪ 10‬ניוטון?‬
‫‪ 5‬ס"מ‬
‫המשקל‬
‫• אפשר להתייחס למשקל בשתי דרכים‪:‬‬
‫• משקל כבידתי (‪ )mg‬מוגדר ככוח שגרם השמים מפעיל על הגוף‬
‫שנמצא עליו‪ .‬כיוונו של כוח זה מופנה כלפי מטה ‪-‬לכיוון מרכז גרם‬
‫השמיים‪ .‬כוח זה מושפע מעוצמת הכבידה שתלוייה במסת גרם‬
‫השמיים ובמרחקו של הגוף מגרם השמים‪ .‬המשקל מושפע גם‬
‫מממסת הגוף הנמדד‪.‬‬
‫• משקל נמדד מוגדר ככוח שהמאזניים מפעילים על הגוף שמודדים‬
‫את משקלו‪ .‬כוח זה נקרא כוח נורמלי‪ .‬כיוונו כלפי מעלה‪ .‬המשקל‬
‫הנמדד מושפע מעוצמת הכבידה וגם ממצב התנועה של הגוף‪.‬‬
‫כאשר הגוף עומד או נע במהירות קבועה‪ ,‬המשקל הנמדד שווה‬
‫למשקל הכבידתי‪ .‬כאשר הגוף מאיץ כלפי מעלה‪ -‬כמו במעלית‪-‬‬
‫המשקל הנמדד גדול מהמשקל הכבידתי‪ .‬כאשר הגוף מאיץ כלפי‬
‫מטה‪ ,‬המשקל הנמדד קטן ‪ -‬למשל כאשר גוף נופל בנפילה‬
‫חופשית‪.‬‬
‫דוגמאות למשקל נמדד‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫נכניס משקולת שתלוייה על מד כוח רגיש לתוך מים‬
‫ונראה את השינוי במשקל‪.‬‬
‫עומדים על מאזני משקל של אדם וחברך מרים אותך‬
‫מעט למעלה‪.‬‬
‫הדגמה‪ -‬ממלאים בקבוק במים ובתחתיתו חור‪.‬‬
‫המשקל של המים יוצר לחץ שגורם לזרימת בחור‪.‬‬
‫שערו מה יקרה כאשר נפיל את הבקבוק?‬
‫תשובה‪:‬הזרימה תפסק מכיוון שבנפילה חופשית‬
‫המשקל הנמדד מתאפס‪ ,‬לכן לחץ המים מתאפס ולכן‬
‫אין זרימה‪.‬‬
‫המשקל ‪-‬המשך‬
‫• שאלה הבנה‪ :‬חלללית מסתובבת סביב כדור בגובה ‪300‬ק'מ‪.‬‬
‫בגובה זה עוצמת הכבידה פוחתת בכ‪ .25%-‬ומתברר שעל אף‬
‫שעוצמת הכבידה גדולה יחסית‪ ,‬האסטרונאוטים מרחפים‪.‬‬
‫מדוע המשקל הכבידתי יותר קטן?‬
‫מדוע המשקל הנמדד מתאפס על אף שהמשקל הכבידתי יחסית גדול?‬
‫• תשובה‪ :‬המשקל הכבידתי מושפע מהמרחק בין הגופים שיש‬
‫ביניהם אינטראקציה כבידתית‪ .‬כאשר המרחק גדל‪ ,‬הכבידה קטנה‪.‬‬
‫• גם האנשים וגם מכשיר המדידה נמצאים במצב של נפילה חופשית‬
‫לכיוון כדוה"א ‪ ,‬ולכן מכשיר המדידה יורה משקל אפס‪.‬‬
‫• הערה‪ :‬את המשקל מודדים ביחידות של ניוטון‬
‫בעזרת מד כוח‪.‬‬
‫החוק שלישי של ניוטון‪.‬‬
‫• באינטראקציה בין שני גופים כל גוף מפעיל על הגוף השני כוח שווה בגודלו‬
‫ומנוגד בכיוונו‪.‬‬
‫• הדגמות‪-‬‬
‫• לוחצים שני מאזני משקל אחת כלפי השניה ורואים שיש בשניהם אותו שינוי‬
‫• מרימים שתי מטולטלות זהות לאותו גובה ומשחררים אותם בבת אחת‪ -‬בעת‬
‫ההתנגשות הן מפעילות כוחות שווים ומנוגדים ולכן הן מתרוממות לאותו גובה‪.‬‬
‫• זוג ילדים אוחזים בכל יד מדי כוח שונים ברגישותם‪ .‬שני הילדים מושכים יחד את‬
‫מדי הכוח‪ -‬שני מדי הכוח מורים כוח שווה‪.‬‬
‫• פריט הערכה מערכת ה‪.‬ל‪.‬ה‪-‬‬
‫‪ .‬שני תלמידים יושבים על כיסאות זהים המצוידים בגלגלים‪,‬‬
‫• ופונים זה מול זה‪ .‬תלמיד א' מצמיד את רגליו אל ברכי תלמיד ב'‬
‫• (ראו איור) ולפתע מיישר אותן קדימה וגורם לתנועה‪ .‬במשך‬
‫• הדחיפה וכאשר התלמידים עדיין נוגעים זה בזה ניתן להגיד ש‪:‬‬
‫• תלמיד א' מפעיל כוח על תלמיד ב'‪ ,‬אבל תלמיד ב' אינו מפעיל כוח על תלמיד א'‪.‬‬
‫• אף אחד מהתלמידים אינו מפעיל כוח על התלמיד האחר‪.‬‬
‫• כל תלמיד מפעיל כוח על התלמיד האחר‪ ,‬והכוחות שווים בגודלם‪ .‬נכון‬
‫תרגול‪ -‬החוק השלישי של ניוטון‪ -‬מיומנות הטיעון‪.‬‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫בשיחה עם חברו אמר עומר "כאשר סוס מושך עגלה שרתומה אליו‪ ,‬הוא מפעיל עליה‬
‫כוח"‪.‬‬
‫א‪ .‬האם קיימת אינטראקציה בין הסוס לעגלה? ב‪ .‬בהנחה שקיימת אינטראקציה‪ ,‬מהם‬
‫הגופים המשתתפים באינטראקציה שתיאר עומר? ג‪ .‬האם העגלה מפעילה כוח על‬
‫הסוס? ______‪ .‬אם היא מפעילה‪ ,‬מה הוא כיוון הכוח? ____‬
‫ד‪ .‬בהנחה שהעגלה מפעילה כוח על הסוס‪ ,‬האם הכוח גדול‪/‬שווה‪/‬קטן מהכוח שהסוס‬
‫מפעיל על העגלה? הסבירו‪.‬‬
‫תשובה לדוגמה שיכולה לשמש כתבנית לטיעון בשאלות שעוסקות בחוק השלישי של ניוטון‬
‫הכוח שהסוס מפעיל על העגלה שווה לכוח‬
‫טענה (תשובה)‬
‫שהעגלה מפעילה על הסוס ‪.‬‬
‫נימוק‬
‫העגלה והסוס נמצאים באינטראקציה ‪ ,‬ועפ"י‬
‫כללי האינטראקציה הכוחות המופעלים שווים‬
‫בגודלם ומנוגדים בכיוונם‪.‬הסוס מצליח למשוך‬
‫את העגלה מכיוון שהוא נאחז יותר חזק‬
‫בכביש‪ ,‬ביחס עגלה‪.‬‬
‫האם גוף גדול ודומם מפעיל כוח‬
‫• בשלב הבא מטפלים בקושי לעכל את התובנה שגם‬
‫גופים גדולים ודוממים יכולים הפעיל כוח כאשר‬
‫הם נמצאים באינטראקציה‪ .‬קושי זה מקורו בנטייה‬
‫הרווחת לחשוב שלגופים יש כוח‪ ,‬כאשר בעצם‬
‫גופים יכולים להפעיל כוח או שמופעל עליהם כוח‬
‫בעת היותם באינטראקציה עם גוף אחר‪ ,‬אולם‬
‫לגופים עצמם אין כוח‪ .‬טעות זו‪ ,‬בהגדרת‬
‫האינטראקציה‪ ,‬מובילה באופן טבעי לתפיסה‬
‫השגויה שרק ליצור חי או לגוף שנמצא בתנועה יש‬
‫כוח ולכן גופים דוממים לא יכולים להפעיל כוח בעת‬
‫אינטראקציה ‪.‬‬
‫המשך‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫מדגימים לכיתה פעולה של לחיצה על שולחן‪ ,‬ונשאלת השאלה האם קיימת אינטראקציה‬
‫בין היד לשולחן‪ ,‬וכאמור לעיל לילדים יש קושי לתפוס שהשולחן מפעיל כוח על היד‪ ,‬וזאת‬
‫על אף העובדה שרובם מצליחים לשנן ללא קושי את הכלל לגבי האינטראקציה כפעולה‬
‫הדדית בין שני גופים‪.‬‬
‫רקע פדגוגי‪ :‬הטכניקה שננקוט כאן בכדי להתגבר על הקושי התפיסתי היא ע"י דיאלוג‬
‫שמגלה הבנה למקורותיה של התפיסה השגויה וע"י אנלוגיות שעוזרות לו להיחלץ באופן‬
‫מדורג מתפיסה שגויה זו‪.‬‬
‫להלן ההדגמות‪:‬‬
‫א‪ .‬לחיצה על קפיץ שמתכווץ בעת הלחיצה‪ .‬הקפיץ ממחיש בצורה טובה את העובדה‬
‫שהוא מפעיל כוח על היד‪ -‬עובדה היא שהיד מתרוממת עקב הלחץ שהקפיץ מפעיל עליה‪.‬‬
‫(חלק מהילדים יטענו שהקפיץ לא מפעיל כוח על היד‪ ,‬אלא היד פשוט מתרוממת כאשר‬
‫הקפיץ משתחרר‪ .‬במקרה זה אפשר להניח את היד על קפיץ דרוך של עט למשל‪ .‬שחרור‬
‫הקפיץ באופן פתאומי משכנע שקפיץ הפעיל כוח)‪.‬‬
‫דוגמאות נוספות מאותו סוג‪ :‬טרמפולינה‪ ,‬בולמי זעזועים באופנים ובעזרת גומיה‪.‬‬
‫ב‪ .‬כעת חוזרים על אותה דוגמה עם סרגל גדול שמונח בין שני ספרים‪ .‬גם כאן נראה‬
‫בברור הסרגל נוטה לעלות למעלה לאחר מפסיקים ללחוץ עליו‪ .‬המסקנה היא שגם כאן‬
‫הסרגל מפעיל כוח על היד‪.‬‬
‫ג‪ .‬מסיימים עם הפעלת לחץ על שולחן כאשר מניחים על השולחן פנס לייזר שמכוון‬
‫לתקרה‪ ,‬והמרחק בין הפנס לתקרה יראה שנקודת האור זזה עקב לחץ על השולחן‪-‬‬
‫מסקנה גם השולחן התכווץ כמו הקפיץ ‪ ,‬אם כי במידה הרבה יותר קטנה‪.‬‬
‫חקירת מערכות באינטראקציה‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫שלב א‪":‬אפיון מערכת"‬
‫מערכת‪ -‬כוללת מספר גופים והאינטראקציות ביניהם‬
‫מטרתו של שלב זה היא לזהות את הגופים הרלוונטיים‬
‫בסיטואציה ואת האינטראקציות ביניהם‪.‬‬
‫על מנת לאפיין מערכת יש לפעול עפ"י השלבים הבאים‪:‬‬
‫תיאור הסיטואציה המופיעה במערכת‪.‬‬
‫ציון הגופים הקיימים במערכת‪.‬‬
‫בניית דיאגרמת מלבנים המתארת את המערכת‪.‬‬
‫עריכת טבלת אינטראקציות של כל הגופים במערכת‪.‬‬
‫זיהוי הגופים במערכת‪.‬‬
‫• שאלה האם המשקולת תיפול?‬
‫בכדי לענות על השאלה בשלב א'‬
‫יש לפרק את רכיבי המערכת‪.‬‬
‫• מטלה לכיתה‪ -‬כל קבוצה תפרק את המערכת למרכיביה‪ .‬במליאה‬
‫כל קבוצה תציג את הפרוק שלה‪.‬‬
‫דיון‪ -‬איזה פרוק יותר מתאים?‬
‫(המטרה לצמצמם את מספר המרכיבים‪ ,‬כך שנוכל לענות על‬
‫השאלה‪ .‬למשל אין טעם לפרק את המשקולת למספר חלקים)‬
‫תרגיל לדוגמה‪ -‬שלב איפיון המערכת‬
‫• האם האיש מצליח למשוך את הכלב ?‬
‫• בכדי לענות נעבור על כל השלבים‪:‬‬
‫• הגופים במערכת הם‪ :‬כלב רצועה ואיש רצפה וכדו"הא‬
‫• דיאגרמת מלבנים‪:‬‬
‫כלב‬
‫רצועה‬
‫איש‬
‫רצפה‬
‫כדו"הא‬
‫• טבלת אינטראקציה‪:‬‬
‫•כעת נוסיף את הכוחות‬
‫ממערכות‬
‫לגופים‬
‫שלב ב ‪" :‬ממערכות לגופים נבחרים"‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫מטרתו של שלב זה הוא הגדרת הכוחות הפועלים על גוף נבחר‪.‬‬
‫על מנת לאפיין את הכוחות שפועלים על גוף יחיד‪:‬‬
‫דובי‬
‫בוחרים‪/‬מבודדים גוף נבחר מתוך המערכת‪(.‬נבודד את משקולת)‬
‫בעזרת טבלת האנטראקציות שבנינו בשלב אפיון מערכת –שלב א‬
‫נציין את כל הכוחות שפועלים על הגוף הנבחר‪.‬‬
‫בונים תרשים כוחות בעזרת מלבן המתאר את הגוף הנבחר וחיצים‬
‫המתארים את הכוחות הפועלים על הגוף‪,‬עוצמתם וכיוונם‪.‬‬
‫כיוון החץ מתאר את כיוון הכוח וגודל החץ מתאר את עוצמת כוח‬
‫גודל הכוח‪ .‬רושמים ליד החץ את שם הגוף שמפעיל כוח זה‪.‬‬
‫נבחר את המשקולת‪:‬‬
‫הכוח שדובי מפעיל על‬
‫המשקולת‬
‫משקולת‬
‫הכוח שמפעיל כדור הארץ‬
‫על המשקולת‬
‫תאור הכוחות שפועלים על הכלב‬
‫• בשלב ראשון נתאר את הכוחות המוכרים‪-‬‬
‫הכוח שהרצפה‬
‫מפעילה על הכלב‬
‫הכוח שהרצועה מפעילה על הכלב‬
‫כלב‬
‫הכוח שכדו"הא מפעיל על הכלב‬
‫האם הרצפה מפעילה כוח על הכלב?‬
‫הדגמה בעזרת קפיץ מתכווץ או טרמפולינה או ששמים סרגל גמיש בין‬
‫ספרים‪ .‬מקפיצים גולה על קופסא פתוחה שמכוסה בבלון מתוח על‬
‫פתח הקופסא‪.‬‬
‫בכל הדוגמאות רואים שהגוף הדומם מפעיל כוח בזמן שהוא מתכווץ‪.‬‬
‫כעת נוסיף את החץ שמייצג את הכוח שהרצפה מפעילה ‪.‬‬
‫שלב ג ‪" :‬כוחות ותנועה"‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫מטרתו של שלב זה תיאור סה"כ הכוחות הפועלים על גוף – כלומר שקול‬
‫הכוחות‪ -‬ובחינת הקשר בין שקול הכוחות למאפייני תנועה של הגוף‪.‬‬
‫שקול כוחות הוא סכום הכוחות שפועלים על הגוף באותו כיוון ‪,‬או ההפרש בין‬
‫הכוחות כאשר הכיוונים מנוגדים‪( .‬אין התייחסות לכוחות שיש ביניהם זווית)‪.‬‬
‫א‪ .‬עפ"י חוק ניוטון הראשון (חוק ההתמדה)‪ ,‬גוף יישאר במנוחה או יתמיד‬
‫במהירות תנועתו (ינוע במהירות קבועה)‪ ,‬כל עוד שקול הכוחות הפועלים עליו‬
‫הינו אפס‪.‬‬
‫ואם שקול הכוחות איננו אפס משנה הגוף את מהירותו ונע בכיוון שקול‬
‫הכוחות ‪.‬‬
‫ב‪ .‬עפ"י החוק ניוטון השני כאשר שקול הכוחות הפועל על גוף שונה מאפס‬
‫הגוף משנה את מהירותו‪.‬‬
‫לגוף נתון‪ :‬ככל ששקול הכוחות הפועלים על גוף נתון גדול יותר‪ ,‬השינוי‬
‫במהירות הגוף יהיה גדול יותר‪.‬‬
‫לכוח נתון‪ :‬ככל שהגוף בעל מסה גדולה יותר‪ ,‬השינוי במהירות כתוצאה‬
‫מפעולת הכוח קטן יותר‪.‬‬
‫תוכנה שממחישה את חוקי ניוטון‪.‬‬
‫פעילות לכיתה‬
‫•‬
‫•‬
‫פעילות קבוצתית‬
‫תיאור הפעילות‪ -‬הניחו על שולחן עגלה‪ .‬לשני צידי העגלה חבר חוט עם משקולת‬
‫שמשתלשלת מחוץ לשולחן‪ .‬החוט עובר דרך גלגלת שמחוברת לקצה השולחן‪(.‬בפעילות זו‬
‫נזניח את החיכוך)‬
‫א‪ .‬חברו לשני החוטים משקולות זהות‪.‬‬
‫תארו את ההתרחשות במילים ובעזרת תרשים כוחות(הנחיות בשלב ב' )‪ .‬ותנו הסבר‬
‫להתרחשות‪ .‬רשמו ליד החץ את שם הגוף שמפעיל את הכוח‪.‬‬
‫•‬
‫ב‪ .‬חברו לצד ימין שתי משקולות זהות ולצד שמאל משקולת אחת‪ .‬תארו את ההתרחשות‬
‫במילים ובעזרת תרשים כוחות‪.‬ותנו הסבר להתרחשות‪.‬‬
‫רשמו ליד כל חץ את שם הגוף שמפעיל את הכוח‪.‬‬
‫•‬
‫עגלה‬
‫עגלה‬
‫•‬
‫ג‪ .‬חברו לצד אחד משקולת אחת ולצד שני ‪ 4‬משקולות‬
‫תארו את ההתרחשות במילים ובעזרת תרשים כוחות‬
‫ותנו הסבר למתרחש ‪ .‬רשמו ליד כל חץ את שם הגוף שמפעיל את הכוח‪.‬‬
‫עגלה‬
‫חישוב הכוח השקול‪.‬‬
‫•‬
‫כאשר הכוחות פועלים עלה גוף בכיוונים מנוגדים יש להחסיר את הכוחות בכדי‬
‫לקבל את הכוח השקול‪ .‬כמו בניסוי עם העגלהושני משקלות שמושכות לכיוונים‬
‫מנוגדים‪.‬‬
‫כאשר שני הכוחות פועלים באותו כיוון יש לחשב את סכום הכוחות בכדי לקבל‬
‫את הכוח השקול‪.‬‬
‫נתונים מספר תרשימי כוחות‪ .‬חשבו את שקול הכוחות‪.‬‬
‫•‬
‫קבעו בכל תרשים את מאפייני התנועה‪.‬‬
‫•‬
‫•‬
‫‪ 40‬ניוטון‬
‫‪ 30‬ניוטון‬
‫‪ 50‬ניוטון‬
‫‪30‬‬
‫ניוטון‬
‫‪ 80‬ניוטון‬
‫‪ 20‬ניוטון‬
‫‪ 70‬ניוטון‬
‫תחרות בין בקבוקים‬
‫• נתונים שני בקבוקים זהים אחד מלא ואחד ריק‪.‬‬
‫מי יפול במהירות יותר גבוהה? (להפיל מקומה שנייה)‬
‫• נערוך תרשים כוחות לשני הבקבוקים אולם הפעם יש להתחשב‬
‫בחיכוך‪(.‬בהמשך נרחיב בנושא)‪.‬‬
‫•‬
‫חיכוך עם האוויר‬
‫בקבוק‬
‫ריק‬
‫הכוח‬
‫הכבידה‬
‫חיכוך עם האוויר‬
‫בקבוק‬
‫מלא‬
‫הכוח‬
‫הכבידה‬
‫הבקבוק המלא יגיע ראשון כיוון שהחיכוך שווה בשניהם אולם על הבקבוק המלא‬
‫מופעל כוח כבידה יותר גדול‪,‬ולכן שקול הכוחות יותר גדול כלפי ולכן השינוי‬
‫במהירות של הבקבוק המלא יהיה יותר גדול‪.‬‬
‫מציאת הכוח השקול והשינוי בתנועה‬
‫•‬
‫לפניכם תרשימי כוחות של גופים שונים‪ .‬קבעו מה יקרה לכל גוף כתוצאה מהפעלת כוחות אלה‪ :‬האם‬
‫ישנה את מהירותו? אם כן‪ ,‬לאיזה כיוון? הסבירו את קביעתכם‪ .‬בעזרת הכוח השקול‬
‫כלב‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫תרשים הכוחות של הכלב מתאר את הסיטואציה של איש מושך כלב‪ .‬האם התרשים מתאים למה‬
‫שיקרה בהתרחשות זו? איזה שינוי יש לעשות בתרשים בכדי להתאימו למציאות?‬
‫תשובה‪-‬יש להוסיף את כוח החיכוך‪.‬‬
‫לאן ינוע הגוף‪-‬מצגת‬
‫תאור מלא של הארוע בעמוד הבא‬
‫שאלת הבנה‪ -‬כדור נזרק ישירות כלפי מעלה‪ .‬כאשר הכדור מגיע לשיא הגובה הוא נעצר‪ .‬האם ברגע‬
‫זה לא פועל על הכדור שום כוח?‬
‫תשובה‪ :‬כוח הכבידה פועל עליו תמיד‪ .‬אולם מכיוון שכוח זה פעל בניגוד לכיוון התנועה‪ ,‬הכדור האט‬
‫ונעצר לרגע‪ .‬לאחר מכן הכוח יפעל בכיוון התנועה והכדור ינוע בתאוצה כלפי מטה‪.‬‬
‫תרשים כוחות הכולל חיכוך‬
‫• האיור הבא מתאר מצב ‪ :‬הילד מושך את הכלב באמצעות‬
‫הרצועה והכלב לא זז‬
‫• ציירו תרשים של הכוחות שפועלים על הכלב‬
‫• מהו הכוח שפועל על הכלב שמאלה במישור האופקי ומתנגד‬
‫לתנועת הכלב ימינה – ואכן הילד לא מצליח לזוז‪.‬‬
‫תשובה‪-‬החיכוך בין הכלב‬
‫לרצפה‬
‫הכוח שילד מפעיל על הכלב‬
‫הכוח שהרצפה‬
‫מפעילה על הכלב‬
‫כלב‬
‫כוח החיכוך שהרצפה מפעילה‬
‫על הכלב‬
‫הכוח שכדוה"א מפעיל על‬
‫הכלב‬
‫הסבר מילולי‪:‬‬
‫כדאי להיעזר בדגם הוראה בנושא הסבר מדעי‪:‬‬
‫‪http://space.ort.org.il/@home/scripts/frame.asp?sp_c=547409039‬‬
‫טענה (נתונה) ‪-‬‬
‫נימוקים‬
‫הכלב אינו מתחיל לנוע ממקומו‪.‬‬
‫תיאור הכוחות הפועלים על הגוף‬
‫הכוח שמפעיל האדם על הכלב ימינה‬
‫במישור האופקי‬
‫שווה בגודלו והפוך בכיוונו לכוח החיכוך‬
‫שמפעילה עליו הרצפה שמאלה‪.‬‬
‫תיאור הכוחות הפועלים על הגוף‬
‫כוח המשיכה שמפעיל כדור הארץ על‬
‫במישור האנכי‬
‫הכלב כלפי מטה שווה בגודלו והפוך‬
‫בכיוונו לכוח שהרצפה מפעילה על הכלב‬
‫כלפי מעלה‪.‬‬
‫שקול הכוחות והקשר שלו לתנועת‬
‫שקול הכוחות הפועלים על הכלב הוא ‪,0‬‬
‫הגוף ע"פ חוקי ניוטון‬
‫ולכן לפי חוקי ניוטון הוא לא ינוע ממקומו‪.‬‬
‫טעון שלם‪ -‬הכלב לא ינוע‪ ,‬משום ששקול הכוחות הפועלים עליו‬
‫בכיוון האופקי ובכיוון האנכי שווה אפס‪ ,‬ולפי חוקי ניוטון במצב‬
‫כזה הגוף לא ינוע ממקומו‪.‬‬
‫עוד דוגמא (קצת יותר מפורטת)‪:‬‬
‫מכונית לא מצליחה למשוך עגלה‪.‬‬
‫הסבירו מדוע העגלה אינה זזה‪.‬‬
‫אפיון מערכת‪ :‬מכונית‪ ,‬עגלה‪ ,‬כביש‪ ,‬כדור הארץ‪ ,‬אוויר‬
‫מושגים בסיסיים‪ :‬אינטראקציות‪ ,‬כוחות‪ ,‬חיכוך‪ ,‬תנועה‪ ,‬חוקי ניוטון‬
‫הסבר פיזיקלי‪ :‬תרשים כוחות לגוף נבחר והסברתו המילולית‬
‫חיכוך עם‬
‫הכביש‬
‫כביש (‪)N‬‬
‫עגלה‬
‫כדור‬
‫הארץ )‪(mg‬‬
‫רכב‬
‫החיכוך‪.‬‬
‫• בדחיפה של גוף נוצר כוח חיכוח הפועל בניגוד לכיוון התנועה‪.‬‬
‫• עוצמת כוח החיכוך משתנה‪ .‬נתבונן בסדרת ההדגמות הבאה‬
‫ובתרשימי הכוחות הנלוים‪ .‬תארו מה התרחש בכל הדגמה‪:‬‬
‫• א‪ .‬דוחפים כסא באצבע אחת‬
‫• ב‪ .‬דוחפים כסא בשתי אצבעות‬
‫• ג‪ .‬דוחפים כסא עם כל היד‬
‫• מסקנות‪ :‬כוח החיכוך גדל ככל שמופעל על הגוף כוח יותר גדול‪.‬‬
‫כוח החיכוך מגיע למכסימום רגע לפני שהגוף זז‪ .‬כוח‬
‫החיכוך נשאר קבוע במהלך התנועה של הגוף‪.‬‬
‫תוכנה שממחישה את החכוך‪.‬‬
‫תרגיל מפרטי ההערכה‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫‪ .‬נתונה הסיטואציה הבאה‪ :‬דוד מניח את ידיו על שולחן בכיתה ומתחיל לדחוף‬
‫אותו לכיוון שמאל‪ .‬לפניכם תאור של ‪ 4‬שלבי הפעולה‪ .‬שרטטו את הכוחות‬
‫הפועלים על השולחן בכל שלב והסבירו בכל שלב כיצד קבעתם את גדלי‬
‫החיצים‪.‬‬
‫לעזרתכם‪ ,‬נתונים הכוחות בשלב ‪ .3‬הוסיפו לכל חץ כוח שהוספתם את שם‬
‫הגוף‪/‬הכוח וציירו את אורך חיצי הכוחות שהוספתם תוך התייחסות לכוחות בשלב‬
‫‪ .3‬הסבירו בכל שלב כיצד קבעתם את גודל החיצים‪.‬‬
‫שלב ‪ :1‬דוד מתחיל לדחוף את השולחן בכוח חלש‪.‬‬
‫השולחן אינו נע‪.‬‬
‫שלב ‪ :2‬דוד מגדיל את הכוח בו הוא דוחף את השולחן‪.‬‬
‫השולחן עדיין אינו נע‪.‬‬
‫שלב ‪ :3‬דוד מגדיל שוב את הכוח בו הוא דוחף את השולחן‪.‬‬
‫השולחן מתחיל לנוע שמאלה‪.‬‬
‫שלב ‪ :4‬דוד מגדיל עוד את הכוח בו הוא דוחף את‬
‫השולחן‪ .‬השולחן מגדיל את מהירותו שמאלה בקצב מהיר‪.‬‬
‫תנועה וחיכוך‪ -‬תרגול‬
‫• דוחפים את הטלפון הנייד על השולחן לכיוון ימין‪.‬‬
‫• שרטטו את הכוחות הפועלים עליו במצבים הבאים‪-‬‬
‫• א‪ .‬ברגע הדחיפה‪ .‬ב‪.‬אמצע התנועה‪ .‬ג‪ .‬בעצירה‬
‫הכוח שהשולחן‬
‫מפעיל על הטלפון‬
‫• ‪.‬א‬
‫החיכוך‬
‫בשולחן‬
‫טלפון‬
‫כבידה‬
‫היד הדוחפת‬
‫מפעילה כוח‬
‫החיכוך "הדו פרצופי"‪ -‬הרחבה‬
‫•‬
‫כוח חיכוך‪ :‬חיכוך יכול להיווצר כאשר משטחים מחליקים או מנסים‬
‫להחליק זה על זה‪ .‬הוא תלוי בחומרים שהמישטחים עשויים מהם‬
‫ובגודל הכוח הלוחץ המופעל ביניהם‪.‬‬
‫את כוח החיכוך ניתן לחלק לשני סוגים‪:‬‬
‫כוח חיכוך שנוצר כאשר מדובר בגוף דוחף (גוף בעל "מנוע")‬
‫במקרה זה כוח החיכוך יוצר תנועה‪,‬כאשר כיוונו בכיוון תנועת הגוף‪.‬‬
‫דוגמאות‪ :‬אדם הולך (תן לאצבעות ללכת במקומך)‪,‬מכונית נוסעת‪.‬‬
‫חיכוך שנוצר כאשר מדובר בגוף נדחף‪( .‬גוף ללא "מנוע")‬
‫במקרה זה כוח החיכוך מעכב את תנועה‪ ,‬וכיוון כוח החכוך בניגוד‬
‫לכיוון בתנועה‪ .‬דוגמאות‪ :‬דחיפה של כסא‪ ,‬החלקה על הקרח‪.‬‬
‫•‬
‫הדגמות‪ :‬מכונית נוסעת בעליה‪ .‬הדגמות עם טכנו קט‪.‬‬
‫•‬
‫המחשה במחשב‪ -‬תרשים כוחות הכוללים את כוח החיכוך‪.‬‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫החוק הראשון‪ -‬חוק ההתמדה‪.‬‬
‫• אם גוף מסויים נמצא במנוחה‪ ,‬הגוף לא ינוע אם‬
‫לא פועל עליו שום כוח‪ ,‬והוא גם לא ינוע אם‬
‫מפעילים עליו כוחות שווים לשני הכיוונים‪ -‬כלומר‬
‫שקול הכוחות הוא אפס בשני המקרים‪.‬‬
‫• אם אותו גוף נמצא בתנועה קבועה‪ ,‬הגוף ימשיך‬
‫לנוע באותה מהירות אם לא פועל עליו שום כוח‪,‬‬
‫והוא גם לא ינוע אם פועלים עליו כוחות שווים לשני‬
‫הכיוונים‪ -‬כלומר שקול הכוחות הוא אפס בשני‬
‫המקרים‪.‬‬
‫דוגמאות לחוק ההתמדה‬
‫• בלון הליום‪ -‬משווים את המשקל לכוח העילוי ע"י הדבקת חתיכות‬
‫נייר לחוט של הבלון‪ ,‬עד שירחף ללא תנועה‪ .‬נותנים מכה קטנה‬
‫לבלון כך שיעלה במהירות קבועה‪ -‬בשני המקרים הכוח השקול‬
‫שווה אפס‪ .‬במקרה הראשון אין תנועה ומקרה השני תנועה קבועה‪.‬‬
‫• מדביקים צינורית לדיסק‪ .‬מנפחים את הבלון ויצרים כרית אוויר‪.‬‬
‫דוחפים את הדיסק‪ .‬התנועה במהירות קבועה‪ -‬הכוח השקול שווה‬
‫אפס‪ .‬במקרה הראשון אין תנועה ומקרה השני התנועה קבועה‪.‬‬
‫• מכניסים כדור שצף במים לקרקעית של מבחנה גבוהה ומשחררים‬
‫את הכדור‪ .‬זמן קצר לאחר השחרור הכדור יעלה במהירות קבועה‬
‫למעלה מכיוון ששקול הכוחות שפועלים עליו הוא אפס‬
‫קסמים בעזרת חוק ההתמדה‪-‬‬
‫חותכים תפוח כך‪ ,‬שרק סכין תגע בו‪.‬‬
‫מוציאים מפת השולחן מתחת לצלחת‪.‬‬
‫מוציאים קוביית משחק תחתית הערמה מבלי‬
‫שהערימה תיפול ובלי לגעת בערימה‪.‬‬
‫כוח העילוי של המים‬
‫כדור‬
‫החיכוך של הכדור במים‬
‫כוח הכבידה‬
‫שאלת הבנה‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫זורקים כדור כלפי מעלה‪.‬‬
‫איזה כוח פועל על הכדור לאחר שעזב את היד?‬
‫מה גורם לכדור לנוע?‬
‫תשובה‪ :‬הכדור נע עקב התמדה‪ ,‬למרות שלא פועל עליו כוח בכיוון‬
‫התנועה‪.‬‬
‫כדור‬
‫כבידה‬
‫• תשובה נפוצה‪ -‬הכדור נע בזכות הכוח שהיד העניקה לו‪ ,‬והוא‬
‫ימשיך לנוע עד שיבזבז את הכוח‪.‬‬
‫• הערה‪ -‬תרשים הכוחות לא מייצג את התנועה‪ ,‬אלא מסביר את‬
‫השינוי בתנועה‪ .‬במקרה זה שקול הכוחות פונה כלפי מטה ‪,‬ואילו‬
‫הגוף עולה כלפי מעלה‪.‬‬
‫שאלה עתירת תוכן‬
‫• חברת "אליאנס" המייצרת צמיגים מנסה לעצב את סוליית‬
‫הצמיג (החלק בצמיג שבא במגע עם בכביש) כך שתהיה‬
‫חזקה ועמידה לשחיקה‪ ,‬אך בעיקר מתרכזים מהנדסי‬
‫החברה בהקטנת כוח החיכוך בין סוליית הצמיג לכביש‪.‬‬
‫הקטנת כוח החיכוך המתוארת תגרום למנוע המכונית‬
‫לדחוף את המכונית ביתר קלות‪ ,‬לצרוך פחות דלק ולהקטין‬
‫את זיהום האוויר‪ ,‬כי המנוע לא יבזבז אנרגיה על מנת‬
‫להתגבר על כוח החיכוך עם הכביש המפריע לתנועת‬
‫המכונית‪.‬‬
‫• הסבר את טעותם של מהנדסי החברה בעזרת מאפייני‬
‫החיכוך ה"דו‪-‬פרצופי" (תשובה בעמוד הבא)‬
‫• תשובה‪ :‬המכונית היא גוף בעלת "מנוע"‪,‬ועל כן‬
‫החיכוך דווקא עוזר לתנועה‪ .‬הקטנת החיכוך של‬
‫הצמיגים תקשה על בלימת המכונית ותקטין את‬
‫העבירות שלה בדרכים חלקות‪.‬‬
‫• בנוסף לכך המערכת של גוף זה כוללת את כל‬
‫רכיבי הרכב‪ -‬מנוע גלגלים ותא הנוסעים‪-‬ולמדנו‬
‫שגוף לא יכול להפעיל כול על עצמו‪.‬‬
‫החיכוך והכוח השקול‬
‫עבודה במחשב‪.‬‬
‫• עבודה במחשב‪http://phet.colorado.edu/en/simulation/forces-1d-‬‬
‫העזרו בתרשים הכוחות שבפינה השמאלית למעלה וענו על השאלות הבאות‪:‬‬
‫• ‪.1‬רשום ‪ .Applied force-100N‬לחץ ‪.GO‬‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫מהו הכוח שפועל על הארון שמאלה במישור האופקי ומתנגד לתנועת הכלב ימינה ?‬
‫איזה גוף מפעיל את הכוח הזה על הארון‪.‬‬
‫מדוע הארון לא זז?‬
‫‪.2‬לחץ ‪ CLEAR‬רשום ‪ N 900‬לחץ ‪GO‬‬
‫הסבר מדוע הארון זז כעת? מה מייצג ה חץ הירוק?‬
‫האם החיכוך עוזר או מפריע לתנועת הגוף?‬
‫‪ .3‬לחץ על המקרר‪ .‬מצא בעזרת המחשב את כוח החיכוך המכסימאלי שהרצפה‬
‫יכולה להפעיל על המקרר‪.‬‬
‫סכום‪ :‬כוח החיכוך בין שני גופים יכול לשנות את גודלו מאפס ועד לגודל מקסימלי‪,‬‬
‫בהתאם לתכונותיהם של שני הגופים‪.‬‬
‫כוח החיכוך המכסימאלי מופעל רגע לפני שהגוף הנדחף זז‪.‬‬
‫כל זמן שהגוף לא זז כוח החיכוך שווה לכוח הדוחף‪ -‬שקול הכוחות ושווה אפס‬
‫כיצד נבדיל בין חיכוך שמפריע לתנועה לבין חיכוך שעוזר לתנועה‪-‬‬
‫תרגול‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫פעילות הרחבה בנשוא החיכוך‪:‬‬
‫תרגיל א'‪ .‬לפניכם רשימה של אירועים‪.‬‬
‫השלימו מילים חסרות ו‪/‬או מחקו מלה מיותרת‪.‬‬
‫‪ .1‬מטאוריט ("כוכב נופל") גורם לפס זוהר בעת כניסתו לאטמוספרה‪ .‬הפס הוא עדות לכך שיש חיכוך‬
‫של המטאוריט עם האטמוספרה‪ .‬חיכוך זה בולם‪/‬מאיץ‬
‫את המטאוריט‪.‬‬
‫‪ .2‬רוכב אופנים‪ :‬החיכוך שעוזר לתנועה הוא חיכוך עם ה_______‪ .‬החיכוך שמפריע לתנועה הוא‬
‫חיכוך עם ה_______‪.‬‬
‫‪ .3‬מחליק סקי גולש במדרון מושלג‪ :‬החיכוך עם השלג עוזר‪ /‬מפריע לתנועה‪.‬‬
‫החיכוך באוויר עוזר‪ /‬מפריע לתנועה‪ .‬הגולש נע עקב אינטראקציה עם______‪.‬‬
‫‪ .4‬מכונית מתקרבת לרמזור אדום והנהג לוחץ על הבלמים (שימו לב הבלמים הם חלק מהמערכת של‬
‫הרכב)‪ :‬החיכוך שעוצר את התנועה של הרכב הוא חיכוך של הרכב עם ה_______‪ .‬החיכוך של‬
‫הרכב עם ה______ בולם גם כן את הרכב‪.‬‬
‫תרגיל ב'‪.‬‬
‫שני ילדי גן מתגלשים במגלשה‪ ,‬ולאחר שמגיעים למטה מטפסים במעלה המגלשה ‪.‬‬
‫דני טוען שכדאי למרוח את המגלשה בבוץ‪ ,‬ולחכות שהבוץ יתייבש‪ ,‬ואילו טלי טוענת שכדאי למרוח‬
‫את המגלשה בשמן ‪.‬‬
‫‪ .1‬לאיזה חלק של הפעילות מתאימה הצעתו של דני– לטיפוס או לגלישה‪ .‬נמקו‪.‬‬
‫‪ .2‬לאיזה חלק של הפעילות מתאימה הצעתה של טלי – לטיפוס או לגלישה‪ .‬נמקו‪.‬‬
‫דוגמה נוספת –האם משקולת תיפול‬
‫דובי‬
‫משקולת‬
‫רצפה‬
‫כדו"הא‬
‫דובי‬
‫דובי‬
‫משקולת ‪+‬‬
‫‪X‬‬
‫רצפה‬
‫כדו"הא ‪+‬‬
‫משקולת רצפה‬
‫‪+‬‬
‫‪X‬‬
‫‪+‬‬
‫‪X‬‬
‫‪X‬‬
‫‪+‬‬
‫כדו"הא‬
‫‪+‬‬
‫‪+‬‬
‫‪+‬‬
‫המשך‪ -‬דובי והמשקולת‬
‫• נבודד את המשקולת‪ -‬ונערוך תרשים כוחות‪.‬‬
‫הכוח שהדובי מפעיל על המשקולת‬
‫•‬
‫דובי‬
‫הכוח שכדו"הא מפעיל ע להמשקולת‬
‫מסקנה‪ -‬המשקולת תיפול כיוון ששקול הכוחות פועל כלפי מטה‬
‫‪ ‬האם ניסיתם לפתוח את הדלת של המקרר כאשר‬
‫דוחפים את הדלת במרחק של ‪ 20‬ס"מ מהצירים?‬
‫‪ ‬מסתבר שזו משימה די קשה‪ .‬צריך להפעיל הרבה‬
‫מאוד כוח‪ ,‬אולם המרחק שלאורכו מופעל הכוח‬
‫הוא מאוד קטן‪ ,‬עקב הקרבה לצירים‪.‬‬
‫המשך‬
‫• הפעלת כוח בחיי היומיום‬
‫• ‪ .1‬גשו אל דלת הכיתה ושימו לב היכן מונחת הידית של הדלת המאפשרת את פתיחתה‪ .‬אבג‬
‫• נסו לפתוח את הדלת באמצעות דחיפתה במקומות שונים‬
‫• פיתחו את הדלת על ידי דחיפת אזור הידית (אזור א)‬
‫א‬
‫ב‬
‫ג‬
‫• פיתחו את הדלת על ידי דחיפת אזור מרכז הדלת (אזור ב)‪.‬‬
‫• פיתחו את הדלת על ידי דחיפת אזור מרכז הדלת (אזור ג)‪.‬‬
‫• דרגו את האזורים א – ג מהאזור בו הפעלתם הכי הרבה כוח אל האזור בו הפעלתם מעט כוח‪.‬‬
‫פעילות‪ -‬ילד קטן מושך את הדלת בידית וילד חזק דוחף אותה בנקודה ב'‪ .‬מי ינצח לדעתכם?‬‫• ‪ .2‬היכן תושיבו ילד גדול ואחות קטנה המעוניינים להתנדנד על הנדנדה בגן השעשועים?‬
‫•‬
‫•‬
‫‪ .3‬ניסוי הדגמה‪ -‬נרים משקולת של ‪ 10‬ניוטון בעזרת מד כוח שמורה על ‪ 5‬ניוטון‬
‫נזיז את חצי הכדור (נקודת המשען) לאמצע‪ .‬איזה כוח כעת צריך להפעיל?‬
‫ההסבר לכל התופעות הנ"ל ניתן‬
‫בעזרת מושג העבודה הפיזיקאלית‬
‫‪,‬כפי שיוסבר בהמשך (הרחבה למורים)‬
‫מד כוח‬
‫עקרון המנוף‬
‫• בכל הדוגמאות ראינו את תופעת "רווח" הכוח‪.‬‬
‫• כלומר ככל שהנקודה של הפעלת הכוח יותר‬
‫מרוחקת מציר הסיבוב‪ ,‬כך יקטן הכוח הדרוש‬
‫לביצוע העבודה‪ .‬כלומר יש "רווח" של כוח‪.‬‬
‫• פעילות במחשב‪ -‬נאזן את המאזניים‬
‫• נתלה ‪ 3‬משקולות בצד שמאל במרחק של ‪ 2‬יחידות‪ .‬באיזה מרחק‬
‫צריך לתלות משקולת אחת בצד ימין בכדי ליצור איזון?‬
‫• נתלה משקולת אחת במרחק של ‪ 10‬יחידות‪ .‬באיזה מרחק צריך‬
‫לתלות ‪ 10‬משקולת בכדי להגיע לאיזון?‬
‫בהמשך נחקור את החוקיות‬
‫שמאפשרת לאזן את המאזנים‬
‫העבודה ‪-‬בעזרת העבודה אפשר לשנות את האנרגיה של‬
‫גופים‪,‬למשל להגדיל את אנרגיית הגובה של גוף‪.‬‬
‫• כדי להרים משא מסויים ממקום א למקום ב (הגבוה ממקום א)‬
‫חייבים להשקיע אנרגיה –כלומר לעשות עבודה ‪ .‬עבודה זו מעניקה‬
‫לגוף אנרגיית גובה מסויימת‪ .‬אנרגיית גובה זו אפשר לקבל ע"י‬
‫הפעלת כוח גדול לאורך דרך קצרה בין שני המקומות או להפעיל‬
‫כוח קטן יותר לאורך דרך ארוכה יותר (ראו איור)‪.‬‬
‫השוואה בין הרכב השמאלי לבין הימני‪-‬‬
‫שניהם עושים אותה עבודה‪ .‬האחד מפעיל‬
‫יותר כוח למרחק יותר קטן‪ ,‬והשני להיפך‪.‬‬
‫בשני המקרים נוספה לרכב אותה כמות של‬
‫אנרגיית גובה‪.‬‬
‫עבודה פיזיקאלית מתבצעת כאשר מפעילים כח לאורך דרך‪,‬כך שהכוח‬
‫פועל בכיוון התנועה (או בניגוד לכיוון התנועה)‬
‫בעמודים הבאים נאבחן את המקרים בהם מתבצעת עבודה‪.‬‬
‫באיזה אירועים מתבצעת עבודה‬
‫פיזיקאלית‬
‫עבודה (‪)1‬‬
‫הכוח פועל בכיוון הדרך‪:‬‬
‫דני דוחף ארגז על הרצפה בכוח ‪ F‬העושה עבודה על‬
‫הארגז‬
‫‪F‬‬
‫כיוון התנועה‬
‫עבודה (‪)2‬‬
‫כוח פועל אך אין תנועה‪:‬‬
‫דני דוחף קיר בטון בכוח ‪ . F‬אין עבודה‪.‬‬
‫עבודה (‪)3‬‬
‫כוח פועל בניצב לכיוון התנועה‪:‬‬
‫‪.1‬דיסקת הוקי מחליקה על משטח מצופה קרח (אין‬
‫חיכוך)‪ .‬הכוח שמפעילה הרצפה על הדיסקה כלפי‬
‫מעלה לא מבצע עבודה על הדיסקה‪.‬‬
‫כיוון התנועה‬
‫‪ .2‬נסובב אבן בעזרת חוט‪ .‬הכוח שהחוט מפעיל על‬
‫האבן ‪,‬לכיוון מרכז המעגל ‪,‬לא מבצע עבודה‪.‬‬
‫עבודה (‪)4‬‬
‫כוח הפועל בכיוון היוצר זווית עם כיוון התנועה של‬
‫גוף נע‪ :‬דני מושך קופסא קטנה עם חבל בכיוון‬
‫אלכסוני‪ :‬רכיב הכוח ‪ Fx‬בכיוון הדרך מבצע עבודה‬
‫על הגוף‪(.‬בכדי למצוא את רכיב ה‪ X-‬נוריד אנך )‬
‫‪F‬‬
‫‪Fx‬‬
‫כיוון התנועה‬
‫פריט מבחן‪ :‬אז מי עושה פה עבודה (‪? )W‬‬
‫בטבלה שלפניכם מתוארים הכוחות הפועלים על מכונית בתנועה וכיוונם‪ .‬האם‬
‫הכוח המתואר מבצע עבודה על המכונית?‬
‫כיוון הכוח‬
‫הגוף המפעיל כוח על‬
‫המכונית‬
‫כביש (חיכוך)‬
‫ימינה (כיוון התנועה)‬
‫כדור הארץ‬
‫למטה‬
‫כביש‬
‫למעלה‬
‫עבודה‬
‫הבנת חוק המנוף או מדוע נוצר ‪",‬רווח" של כוח?‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫מהו העיקרון הפיזיקאלי שמאפשר "רווח" של כוח?‬
‫בכל המקרים היה עלינו להפעיל כוח‪ .‬המרחק מציר הסיבוב קובע את הדרך‬
‫שלאורכה אנו מפעילים את הכוח‪ .‬ככל שמתרחקים מציר הסיבוב צריך להפעיל‬
‫פחות כוח ‪ ,‬אולם הדרך יותר ארוכה‪.‬‬
‫אפשר להבין את העיקרון בעזרת הדוגמה הבאה‪:‬‬
‫אם רוצים להעביר ארגז גדול המלא ספרים מחדר אחד לחדר אחר‪ ,‬ניתן להעביר‬
‫את כל הארגז בפעם אחת (כוח גדול אך הדרך קצרה) או להעביר את הארגז‬
‫במספר פעמים‪ -‬בכל פעם כמות קטנה של ספרים אך עם כמה חזרות על הדרך‬
‫(כוח קטן אך דרך ארוכה)‪ .‬האם אחת משתי הדרכים עדיפה (מבחינה‬
‫"פיזיקלית")?‬
‫בשני המקרים בצענו אותה עבודה פיזיקאלית‪ .‬אפשר לעשות אותה עבודה עם‬
‫פחות כוח ולאורך דרך יותר ארוכה או להיפך‪ .‬העדיפות בהתאם למטלה‪.‬‬
‫למשל אם עולים בעליה‪ ,‬האופנים יהיו בהילוך שדורש מעט כוח והרבה סיבובים‪.‬‬
‫במישור זה להיפך‪-‬‬
‫כאשר מפעילים כוח על גוף הנע לאורך דרך‪ ,‬והכוח פועל בכיוון הדרך אנו אומרים‬
‫שהכוח מבצע עבודה על הגוף ‪.‬‬
‫חוק המנוף‬
‫‪‬הכוח המכסימאלי‪ ,‬שאדם או מכונה יכולים להפעיל‪ ,‬מוגבל‬
‫מטבע הדברים‪.‬‬
‫‪‬כיצד אם כן נוכל לבצע פעולות שדורשות כוח רב יותר ?‬
‫‪‬למשל כיצד אדם יכול להרים חבית מלאה במים על משאית?‬
‫‪‬בדוגמה זו רואים שהדבר אכן אפשרי‪-‬‬
‫אם מגלגלים את החבית לאורך מסלול ארוך‪ ,‬אפשר להרימה‬
‫לגובה בכוח קטן‪.‬‬
‫לעומת זאת אם ההרמה מתבצעת ישירות כלפי מעלה‪ ,‬דרוש כוח‬
‫יותר גדול‪.‬‬
‫בשני המקרים מתבצעת אותה עבודה‪.‬‬
‫אנימציה‬
‫במחשב‬
‫ניסוי הדגמה של חוק המנוף‪ -‬פעילות חקר‬
‫•‬
‫•‬
‫המטלה להרים עגלה לגובה של חצי מטר במישור משופע בזויות שונות‪.‬‬
‫בזמן ההרמה נמדוד את הכוח שמופעל בהרמה‪ .‬מלאו את הטבלא הבאה‪:‬‬
‫גורמים‬
‫משפיעים‬
‫קבועים‬
‫גורם משפיע‬
‫שמשתנה‬
‫גורם מושפע‬
‫שנמדד בניסוי‬
‫הכוח‬
‫גובה ההרמה המרחק‬
‫שלאורכו פועל הדרוש‬
‫משקל העגלה הכוח או זווית להרמה‬
‫ההרמה‬
‫החומר‬
‫שממנו עשוי‬
‫משטח‬
‫ההרמה‬
‫נסחו שאלת‬
‫חקר‬
‫כיצד משפיע‬
‫המרחק‬
‫שלאורכו פועל‬
‫הכוח ‪ ,‬על‬
‫הכוח הדרוש‬
‫להרמה‪,‬‬
‫כאשר גובה‬
‫ההרמה‬
‫הסופי קבוע‪.‬‬
‫תוצאות הניסוי‬
‫המרחק שלאורכו‬
‫פועל הכוח‬
‫הכוח הדרוש להרמה‬
‫מסקנות מהניסוי‪-‬‬
‫ככל שמרחק הפעלת הכוח רב יותר‪ ,‬דרוש כוח קטן יותר‪.‬‬
‫חוק המנוף במספרים‪.‬‬
‫• להשלמת הניסוי נוסיף את הטבלא הבאה‪:‬‬
‫המרחק שלאורכו‬
‫פועל הכוח‬
‫הכוח הדרוש‬
‫להרמה‬
‫מכפלת הכוח‬
‫במרחק‬
‫ניתוח תוצאות‪ :‬בכל הניסויים קבלנו תוצאת מכפלה‬
‫שווה‪ ,‬בקירוב‪ ,‬בין כוח למרחק‪.‬‬
‫מסקנה‪ :‬בכל המקרים נעשתה עבודה שווה‪ ,‬דבר‬
‫שתואם את עיקרון המנוף‬
‫רוכבים על אופנים בעזרת חוק המנוף‬
‫‪‬כאשר מתבוננים ברוכב אופניים שעולה בעלייה‪,‬‬
‫רואים שהוא נאלץ לסובב את הדוושות במהירות‬
‫גדולה יחסית‪ ,‬על אף שהתנועה שלו איטית‪ .‬לשם‬
‫כך הוא משתמש בהילוך נמוך‪.‬‬
‫‪ ‬גם כאן מופעל כוח קטן יחסית‪ ,‬אולם מרחק‬
‫הפעלת הכוח גדול יחסית‪ -‬כלומר מספר הסיבובים‬
‫גדול יותר בהשוואה להילוך גבוה‪.‬‬
‫‪‬בשני המקרים נעשית‬
‫עבודה שווה‬
‫תרגיל הרחבה‬
‫• ילדה צריכה להרים חבית של שמן זית ששוקלת‬
‫‪ 50‬ק'ג ולשים אותה על הארון שגובהו חצי מטר‪.‬‬
‫• הילדה יכולה להרים כלפי מעלה רק ‪10‬ק'ג‪ .‬היא‬
‫יכולה לגלגל את החבית על קרש ארוך ע"י הפעלת‬
‫כוחה המכסימאלי‪ .‬מה היחס בין אורך הקרש‬
‫וגובה ההרמה‪ .‬מה אורך הקרש וכיצד חוק המנוף‬
‫בא כאן לביטוי?‬
‫תשובה‪-‬היחס בין משקל החבית לכוח‬
‫המירבי שהילדה מפעילה הוא ‪.1:5‬‬
‫ולכן לפי חוק המנוף היחס בין המרחקים‬
‫שלאורכם פועלים הכוחות צריך להיות הפוך‪.‬‬
‫כלומר אורך הקרש גדול פי ‪ 5‬מגובה הארון‪-‬‬
‫החישוב‪ 2.5=5X 0.5-‬מטר=אורך הקרש‬
‫מהם הכוחות שגורמים לגופים להסתובב?‬
‫• עד כה התייחסנו לגופים באופן נקודתי כאשר‬
‫הכוחות פועלים על מרכז הגוף‪ .‬במצב זה הגוף‬
‫כולו ינועו או ישאר במנוחה לפי הכוח השקול‬
‫שפועל עליו‪.‬‬
‫• לעומת זאת כאשר הכוחות פועלים על גוף ארוך‪,‬‬
‫הסיבוב של הגוף יקבע על פי המיקום של הפעלת‬
‫הכוח‪.‬‬
‫• תרשימים של הפעלת כוח על גוף לא נקודתי‪:‬‬
‫• ‪.1‬כאשר צמד הכוחות פועלים בנקודה אחת הגוף‬
‫לא יזוז‪ -‬בדומה למקרה שבו הגוף נקודתי‬
‫מוט‬
‫• ‪ .2‬כאשר הכוחות פועלים בנקודות שונות ובכיוונים‬
‫מנוגדים‪ ,‬האם הגוף יסתובב?‬
‫החיצים מציינים כוחות‬
‫המופעלים ע"י גופים‬
‫חיצוניים (לא כדה"א)‬
‫• בפועל‪ ,‬המוט יסתובב סביב ציר‪:‬‬
‫מסקנה‪ :‬אי אפשר להתייחס במקרה זה למוט כגוף נקודתי‬
‫מוט‬
‫יש חשיבות למיקום פעולת הכוח‪:‬‬
‫"נקודת אחיזה"‬
‫האם מאזני כפות יסתובבו?‬
‫• נתונה תמונה של מאזני כפות‬
‫• לשם נוחיות הופכים את התמונה לשרטוט סכמטי‬
‫זרוע המנוף‬
‫ציר סיבוב‬
‫זרוע המנוף‬
‫• האם המאזנים יסתובבו?‬
‫תשובה‪:‬אין תנועה סיבובית משום שהכוחות‬
‫שווים ופועלים ובמרחקים שווים מציר‬
‫הסיבוב‪ ,‬כוח אחד נגד כיוון השעון והשני‬
‫בכיוון השעון‪.‬‬
‫תשובה‪:‬יש תנועה סיבובית‬
‫משום ששני הכוחות פועלים‬
‫בנקודות אחיזה שונות‬
‫ושניהם פועלים בכיוון‬
‫השעון‪.‬‬
‫‪N 10‬‬
‫ציר הסיבוב‬
‫‪N 10‬‬
‫שאלה‪ :‬איזה שינוי במערכת יגרום למאזני הכפות להסתובב?‬
‫תשובה‪ :‬שינוי באחד הכוחות או במיקום הפעלת הכוח‬
‫הכללים שבעזרתם נקבע האם הגוף‬
‫יסתובב‪ ,‬ולאיזה כיוון‪.‬‬
‫כיוון הסיבוב‬
‫כאשר כיוון של כוח יחיד ניצב‬
‫לזרוע‪ ,‬הגוף יסתובב (בכיוון‬
‫השעון)‬
‫הכוחות פועלים בכיוונים מנוגדים על‬
‫אותה נקודה ולכן שקול הכוחות‬
‫בנקודה הוא אפס‪ .‬הגוף לא יסתובב‬
‫‪F‬‬
‫ציר‬
‫‪F‬‬
‫‪F‬‬
‫כאשר כיוון הכוח מקביל לזרוע‪ ,‬הגוף‬
‫לא יסתובב‬
‫‪F‬‬
‫ציר‬
‫ציר‬
‫פרטי הערכה לדוגמה‬
‫•‬
‫‪ .47‬גלגל חופשי להסתובב סביב ציר שבמרכזו‪ .‬על הגלגל מופעל כוח הפועל במישור‬
‫הגלגל‪ .‬הכוח הינו בעל גודל השווה ל‪ 5 -‬ניוטון וכיוונו ככיוון החץ‪ .‬באיזה מקרה הגלגל‬
‫יסתובב?‬
‫ד‬
‫ג‬
‫ב‬
‫א‬
‫‪N5‬‬
‫‪N5‬‬
‫‪N5‬‬
‫•‬
‫•‬
‫‪N5‬‬
‫‪ .48‬בכל אחד מהתרשימים הבאים מוצג מוט תלוי על ציר קבוע במרכזו‪ .‬המוטות‬
‫קשיחים‪ .‬על כל מוט פועלים שני כוחות באותו מישור‪ .‬הכוחות בעלי עוצמה שווה‪ ,‬כל אחד‬
‫‪ 10‬ניוטון‪ .‬באיזה מקרה יסתובב המוט על צירו?‬
‫‪N 10‬‬
‫‪N 10‬‬
‫‪N 10‬‬
‫א‬
‫‪N 10‬‬
‫ג‬
‫ב‬
‫‪N 10‬‬
‫‪N 10‬‬
‫‪N 10‬‬
‫ד‬
‫‪N 10‬‬
‫ה‬
‫‪N 10‬‬
‫‪N 10‬‬
‫מנופים‬
‫ניסוי מפתח‪:‬‬
‫מגלים את חוק המנוף‬
‫לפניכם משקולת כבדה הממוקמת בקצה מוט המונח על נקודת משען‪.‬‬
‫עליכם לאזן את המוט ע"י שימוש במספר משקולות שונות העומדות‬
‫לרשותכם‪.‬‬
‫עליכם לרשום את כל האפשרויות שבהן הצלחתם לאזן את המשקולת‬
‫הכבדה‪ .‬לצורך כך היעזרו בטבלה הבאה‪:‬‬
‫אפשרות‬
‫מסת המשקולת‬
‫משקל המשקולת‬
‫מרחק מנקודת המשען‬
‫‪1‬‬
‫‪2‬‬
‫‪3‬‬
‫הכפילו את משקל המשקולת במרחק מנקודת המשען‪ .‬האם קבלתם בקירוב גודל קבוע?‬
‫לחקירת עיקרון הפעולה של המנופים‪ ,‬עומדות לרשותכם שתי‬
‫אפשרויות לפעילות‪:‬‬
‫א‪ .‬פעילות חקר פתוחה בה מיושמות גם מיומנויות חקר‪.‬‬
‫ב‪ .‬פעילות חקר מובנית בה נעשה שימוש במיומנויות החקר‪.‬‬
‫בחרו את הפעילות המתאימה לכם ופעלו בהתאם להנחיות‪.‬‬
‫דפים מצורפים‪ -‬אפשר לערוך את החקירה בעזרת האנימציה‬
‫הבאה‪ :‬איזון מאזנים‬
‫מכונות שפועלות לפי עיקרון המנוף מנופים‬
‫ייצוג בעזרת ‪F1 d 2‬‬
‫‪‬‬
‫פרופורציה‪F 2 d1 -‬‬
‫חוק המנוף‪F1•d1=F2•d2 :‬‬
‫מבוסס על חוק שימור האנרגיה‪,‬כאשר העבודה שעושה הכוח הפועל‪ ,‬מעבירה למשא אנרגיית גובה‬
‫‪F2‬‬
‫‪F1‬‬
‫משא‬
‫כוח‬
‫‪d1‬‬
‫‪d2‬‬
‫נקודת משען (ציר)‬
‫הרחבה לגבי חוק המנוף‬
‫• חוק המנוף מתבסס על עקרון שמור האנרגיה‪.‬‬
‫• הכוח הפועל ‪ F1‬עושה עבודה לאורך מרחק אנכי ‪.a1‬‬
‫• עבודה זו הופכת לאנרגיית גובה של המשא כאשר הכוח המופעל ‪F2‬‬
‫עושה עבודה לאורך מרחק אנכי ‪ .a2‬חוק שימור האנרגיה מחייב‪,‬‬
‫שהעבודה שהכוח הפועל ‪ F1‬מבצע‪ ,‬תהיה שווה לאנרגיית הגובה‬
‫שהועברה למשא ע"י עבודת הכוח ‪.F2‬‬
‫‪a1 F 2‬‬
‫• כלומר‪( F2•a2=F1•a1 :‬עבודה =כח‪X‬מרחק) או‬
‫‪‬‬
‫‪a1 d1‬‬
‫‪a 2 F1‬‬
‫‪‬‬
‫• מצד שני רואים שמתקיים היחס‬
‫‪a2 d 2‬‬
‫• לכן אפשר לרשום‬
‫‪F2‬‬
‫‪F1‬‬
‫‪d1 F 2‬‬
‫‪‬‬
‫‪d1‬‬
‫‪a1‬‬
‫‪d 2 F1‬‬
‫‪a2 d2‬‬
‫או‪F1•d1=F2•d2 :‬‬
‫שימו לב במשולשים דומים יש יחס‬
‫שווה בין הצלעות המתאימות‬
‫מכונות שפועלות לפי עיקרון המנוף‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫במאזני כפות המרחקים של נקודות הפעלת הכוח שווים בשני‬
‫הצדדים‪.‬‬
‫כאשר אחד הצדדים שבהם פועל הכוח יהיה יותר מרוחק מהציר‪,‬‬
‫נוכל ליצור "רווח" של כוח‪ .‬וקבלנו מכונה שנקראת מנוף‪.‬‬
‫שאלה‪:‬אדם יכול להרים משקל של ‪50( N500‬ק'ג)‪ .‬האם יוכל להרים‬
‫מסה של ‪100‬ק'ג (‪ )N1000‬בעזרת מנוף‪,‬‬
‫‪F2‬‬
‫שזרוע הכוח שלו היא ‪ 2‬מטר‬
‫‪F1‬‬
‫‪N1000‬‬
‫‪d1‬‬
‫‪d2‬‬
‫וזרוע ההרמה שלו היא ‪1‬מטר?‬
‫נייצג את נתוני השאלה בשרטוט סכמטי‪:‬‬
‫ראשית נכיר את חלקי המנוף‪:‬‬
‫‪– F1‬הכוח הפועל על המוט‬
‫‪ - F2‬הכוח שמופעל ע"י המוט וגורם להרמת המשא‪.‬‬
‫ציר הסיבוב (נקודת משען)‬
‫זרוע הכוח(‪ -)d1‬חלק המוט שקרוב לכוח הפועל (המרחק שבין הכוח הפועל לציר סיבוב)‬
‫זרוע המשא (‪–)d2‬חלק המוט שקרוב למשא‪( .‬המרחק שבין הכוח המופעל לציר הסיבוב)‬
‫תשובה מלאה‪.‬‬
‫• נערוך את החישוב ע"י הצבת נתוני השאלה בחוק‬
‫המנוף‪.F1•d1=F2•d2 :‬‬
‫• ‪500x2=1000x1‬‬
‫• במצב זה לפי החישוב יש איזון בין שני חלקי‬
‫המנוף ולכן האדם יכול הרים את המשא כך‬
‫שהמנוף יגיע לאיזון‪.‬‬
F1 d 2

F 2 d1
1000
‫סוגים‬
‫שונים‬
‫של‬
‫מנופים‬
‫סוגים שונים של מנופים‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫כפי שראינו למנוף יש ‪ 5‬מרכיבים‪ -‬זרוע הכוח ‪,‬‬
‫זרוע המשא‪,‬נקודת המשען(ציר הסיבוב)‪,‬הכוח‬
‫הפועל והכוח המופעל על המשא‪.‬‬
‫ניתן לשנות את המיקום של מרכיבי המנוף ולקבל‬
‫סוגים שונים של מנופים‪.‬‬
‫בכל סוגי המנופים תקף הכלל של חוק המנוף‪:‬‬
‫‪F1 d 2‬‬
‫‪ F1●d1=F2●d2‬או בפרופורציה‬
‫‪‬‬
‫‪F 2 d1‬‬
‫‪=F1‬הכוח הפועל‪ =F2 .‬הכוח הפועל על המשא‪.‬‬
‫‪ =d1‬זרוע הכוח‪ =D2 .‬זרוע המשא‬
‫מנוף מסוג ראשון‬
‫‪F2‬‬
‫‪F1‬‬
‫משא‬
‫כוח‬
‫‪d1‬‬
‫לפנינו מספר דוגמאות‬
‫‪d2‬‬
‫נקודת משען (ציר)‬
‫האם החיצים של הכוחות‬
‫בגודל מתאים?‬
‫אופניים‪:‬‬
‫• מערכת הבלימה‬
‫• מערכת החלפת ההילוכים‬
‫מנוף מסוג שני‬
‫מה היתרון‬
‫במנוף זה‬
‫ביחס לסוג‬
‫הראשון?‬
‫מנוף‬
‫מסוג זה‬
‫מאפשר‬
‫להאריך‬
‫את זרוע‬
‫הכוח‪,‬‬
‫מבלי‬
‫להגדיל‬
‫את‬
‫המכשיר‬
‫יתר על‬
‫המידה‪.‬‬
‫‪F2‬‬
‫‪F1‬‬
‫‪D2‬‬
‫משא‬
‫כוח‬
‫‪D1‬‬
‫האם החיצים של הכוחות בגודל מתאים?‬
‫מנוף מסוג שלישי‬
‫‪F1‬‬
‫‪F2‬‬
‫כוח‬
‫משא‬
‫‪D1‬‬
‫‪D2‬‬
‫מנוף מסוג זה משמש למקרים בהם דרושה רגישות‬
‫בהפעלת הכוח‪ .‬במקרה זה יש "הפסד " של כח עקב‬
‫קיצור זרוע הכח‪.‬‬
‫הפינצטה‪ ,‬למשל‪,‬משמשת להוצאת גופים קטנים‬
‫מהגוף‪.‬‬
‫אם היינו משתמשים לצורך זה בצבת (מנוף מהסוג‬
‫הראשון)‪ ,‬היינו מפעילים בטעות כוח רב מידי‪ ,‬שעלול‬
‫לגרום נזק לגופינו‪.‬‬
‫מנוף מהסוג השלישי ‪-‬המשך‬
‫כאשר אנו‬
‫רוצים להרים‬
‫חפצים אנו‬
‫מפעילים‬
‫בשריר‬
‫האדום כוח‬
‫גדול למרחק‬
‫קטן‪,‬‬
‫ומרויחים‬
‫דרך ארוכה‬
‫שהיד עושה‬
‫בזמן‬
‫ההרמה‪.‬‬
‫מכשיר לסחיטת ספוגים בעזרת מנוף‬
‫מהסוג השלישי‬
‫במכשיר זה אנו רוצים לסחוט ביד אחת ספוג גדול‬
‫ורך כך שהסחיטה שלו לא מצריכה כוח רב ‪ ,‬אולם‬
‫בפעולת הסחיטה הכוח המופעל פועל לאורך דרך‬
‫ארוכה בגלל שהספוג גדול‪.‬‬
‫סוגי מנופים ‪ -‬סיכום‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫בשני הסוגי המנופים – השני והשלישי הציר נמצא‬
‫בקצה‪.‬‬
‫במנוף מהסוג הראשון הציר נמצא בין שתי‬
‫הכוחות‪-‬הפועל והמופעל‬
‫בשני סוגי המנופים‪ -‬הראשון והשני הכוח הפועל‬
‫יותר קטן מהכוח המופעל‪ .‬הכוח הפועל עושה דרך‬
‫יותר קצרה‪.‬‬
‫במנוף מהסוג השלישי הכוח הפועל יותר גדול‬
‫מהכוח המופעל‪ .‬הכוח הפועל עושה דרך יותר‬
‫קצרה‪.‬‬
‫נתונים מנופים שונים‪ .‬יש לקבוע את‬
‫סוג המנוף‪.‬‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫דלת ‪.‬‬
‫ידית של הדלת‪2 .‬‬
‫את חפירה‪1 .‬‬
‫מספרים‪1 .‬‬
‫מפצח אגוזים‪2 .‬‬
‫ידית המעצור של אופנים‪.‬‬
‫פותחן שימורים פשוט‪1 .‬‬
‫פותחן בקבוקי בירה‪1 .‬‬
‫פטיש לחילוץ מסמרים‬
‫‪1‬‬
‫‪2‬‬
‫‪1‬‬
‫שאלת הבנה‪.‬‬
‫• במעבדה הותקנה דלת כבדה שנסגרת מעצמה‪.‬‬
‫• בעת ניסוי המורה רוצה להשאיר אותה פתוחה‬
‫לשם איוורר‪ .‬המורה יכולה לשים "סטופר" לעצירת‬
‫הדלת‪ .‬באיזה מקום מומלץ להניח את ה"סטופר"‪-‬‬
‫קרוב לצירים או רחוק מהצירים‪ -‬נמקו‪.‬‬
‫‪.‬‬
‫• נתונים שרטוטים של מנופים מסוגים שונים‪ .‬לרשום סוג המנוף‪.‬‬
‫• יש להשלים את החיצים של הכוחות השונים‪ .‬יש להקפיד‬
‫על הכיוון והאורך‬
‫‪1‬‬
‫‪2‬‬
‫‪2‬‬
‫‪1‬‬
‫‪3‬‬
‫מכשירים נוספים שפעולתם מבוססת‬
‫על עיקרון המנוף‬
‫‪ .1‬המכבש‬
‫ההידראולי‬
‫עיקרון הפעולה‪-‬‬
‫הבוכנה הגדולה מפעילה כוח‬
‫גדול למרחק קטן יחסית‪ ,‬ואילו‬
‫הבוכנה הקטנה מפעילה כוח‬
‫קטן למרחק גדול יחסית‪ .‬ולכן‬
‫אפשר להרים את הרכב ע"י‬
‫הפעלת כוח קטן יחסית בעזרת‬
‫משאבה שדוחסת את השמן‬
‫לבוכנות‪.‬‬
‫הדגמה בעזרת מזרק‬
‫קטן וגדול שמחוברים‬
‫בצינורית‬
‫‪ .2‬גלגילות וחבלים‬
‫עיקרון הפעולה‪-‬‬
‫כפי שרואים באיור‪ ,‬הרמת משא של‬
‫‪ 100‬ק'ג מחייבת הפעלת כוח קטנה‬
‫פי שתיים‪ ,‬מכיוון שהתקרה עוזרת‬
‫לאיש להרים את המשא‪ .‬אולם מצד‬
‫שני אורך החבל שלאורכו מתבצעת‬
‫המשיכה גדלה אף הוא פי שתיים‪.‬‬
‫כלמור גם כאן יש "רווח" כוח על‬
‫חשבון הגדלת המרחק הפעלת הכוח‬
‫‪.3‬מישור משופע וברגים‬
‫עיקרון הפעולה‪-‬‬
‫בכדי לתקוע מסמר בקיר דרוש כוח‬
‫הרבה יותר גדול מאשר הברגת הבורג‪.‬‬
‫בכדי לתקוע מסמר שארכו ‪ 1‬ס'מ יש‬
‫להפעיל כוח לאורך מרחק של ‪ 1‬ס'מ‪.‬‬
‫ולאילו כאשר מבריגים בורג שאורכו ‪1‬‬
‫ס'מ יש להפעיל כוח לאורך של מספר‬
‫ס'מ‪ .‬גם כאן יש "רווח" של כוח על‬
‫חשבון הפעלת הכוח למרחק גדול פי‬
‫כמה‪.‬‬
‫תרגול‪ -‬פרטי הערכה‬
‫• לפניכם איור של סרגל ועליו תלויה בצידו האחד משקולת שמשקלה ‪ 10‬ניוטון‪.‬‬
‫מרחק נקודת התלייה של המשקולת מהציר הוא ‪ 20‬ס"מ (ראו איור)‪ .‬לרשותכם ‪3‬‬
‫משקולות נוספות במשקל ‪ 10 ,5‬ו‪ 20 -‬ניוטון‪ .‬הציעו שלוש אפשרויות לאזן את‬
‫הסרגל בעזרת המשקולות הנוספות‪.‬‬
‫• הערות‪ :‬עליכם להתייחס למשקל המשקולת ולמרחקה מהציר‪.‬‬
‫‪20‬‬
‫‪20‬‬
‫‪40‬‬
‫‪40‬‬
‫• יש לסמן את זרוע הכח ואת זרוע המשא‪.‬‬
‫‪N 10‬‬
‫•‬
‫איזה ציור מבין ציורים א‪-‬ד‪ ,‬מראה את הדרך הנוחה לאדם לאזן דלי המכיל עשרה‬
‫ליטר מים ודלי קטן יותר המכיל חמישה ליטר מים? הסבירו את בחירתכם‪.‬‬
‫א‬
‫‪ 5‬ל'‬
‫ב‬
‫‪ 5‬ל'‬
‫‪ 10‬ל'‬
‫ג‬
‫‪ 10‬ל'‬
‫‪ 10‬ל'‬
‫ד‬
‫‪ 5‬ל'‬
‫‪ 5‬ל'‬
‫‪ 10‬ל'‬
‫תבנית להסבר מדעי‬
‫טעון מלא‪ -‬בציור א' יש איזון טוב‬
‫יותר‪ ,‬משום שרק כאן המכפלות‬
‫של הכוח במרחק מציר הסיבוב‬
‫שוות בשני צידי ציר הסיבוב‪ ,‬ולפי‬
‫עקרון המנוף במקרה כזה נוצר‬
‫איזון‪.‬‬
‫תת נושא אחרון‪ -‬מהירות תנועה‪.‬‬
‫• גדלים בפיזיקה‪.‬‬
‫• אנו נוהגים למדוד תופעות שונות או תכונות של‬
‫גופים בעזרת הגדלים שמאפיינים אותם‪.‬‬
‫• לכל גודל יש יחידות מדידה שמתאימות לו‪.‬‬
‫למשל מסה נמדוד בק'ג או בגרם‪ .‬מרחק במטרים או‬
‫בסמ'‪ .‬זמן בשניות או שעות‪ .‬נפח בליטר או סמ"ק‬
‫• יש יחידות שמתקבלות כצרוף של היחידות הנ"ל‪-‬‬
‫• מהירות‪ -‬מוגדרת כמטר לשעה או ק'מ בשעה‪.‬‬
‫צפיפות‪ -‬מוגדרת כגרם לסמ"ק‪.‬‬
‫יחידות המהירות התקניות‬
‫יחידות תקניות במדע (המכונות ‪)S.I System International,‬‬
‫‪‬מרחק‪ -‬מטרים‬
‫‪‬זמן‪ -‬שניות‬
‫‪‬מסה‪ -‬ק"ג‬
‫חישובים‬
‫• חישובי מהירויות‪-‬‬
‫• בכדי למצוא את מהירותם של גופים עלינו לחשב את המרחק‬
‫שהגוף עבר ביחידת זמן‪.‬‬
‫• למשל רכב עבר ‪ 240‬ק'מ ב‪ 3-‬שעות‪.‬מה מהירותו‪ .‬בכדי לחשב את‬
‫מהירותו עלינו לדעת איזה מרחק הוא עובר בשעה‪ -‬יש לחלק את‬
‫המרחק ל‪ 3-‬חלקים שווים – וכך נמצא את המרחק שעבר כל שעה‪.‬‬
‫הנוסחה לחישוב מהירות היא‪:‬‬
‫•‬
‫‪x/t‬‬
‫=‪v‬‬
‫מהירות תנועתו של הגוף = מרחק חלקי זמן התנועה‬
‫• חישובי מרחקים‪ -‬אם ידועה המהירות ‪,‬כלומר המרחק שהגוף עבר‬
‫בשעה למשל וידוע זמן התנועה אפשר לחשב את המרחק שהוא‬
‫מכפלת המהירות בזמן התנועה‪.‬‬
‫למשל רכב נוסע במהירות של ‪ 60‬קמ"ש במשך ‪ 4‬שעות מהו‬
‫מרחק הנסיעה‪ .‬הנוסחה לחישוב מרחק היא‪x=v•t :‬‬
‫•‬
‫מרחק = מהירות ‪ x‬זמן התנועה‬
‫• הערה‪ -‬יש להקפיד על יחידות מתאימות‪.‬‬
‫המשך‬
‫• חישוב הזמן‪ -‬אם ידועה מהירות הגוף ומרחק התנועה‬
‫‪ ,‬אפשר לחשב את זמן התנועה שלו‪.‬‬
‫למשל אם הגוף נע ‪ 80‬מטר במהירות של ‪ 10‬מטר‬
‫בשניה‪ ,‬נחלק ‪ 80‬ב‪ 10-‬ונמצא כמה שניות הגוף נע‪.‬‬
‫תשובה ‪ 8‬שניות‪.‬‬
‫• הנוסחה לחישוב זמן היא‪t=x/v :‬‬
‫• זמן = מרחק חלקי מהירות‬
‫חישובי מהירות בעזרת גרפים‪.‬‬
‫• לפנינו גרף שמבטא את מרחקה של הגר מביתה‪,‬‬
‫בכל רגע נתון‪.‬‬
‫‪300‬‬
‫• שאלות ‪:‬‬
‫‪100‬‬
‫מרחק‬
‫(מטר)‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫כמה זמן עצרה?‬
‫‪1‬‬
‫‪2 3‬‬
‫‪4‬‬
‫באיזה מרחק מהבית‬
‫היתה אחרי ‪ 2‬דקות?‬
‫מה היתה מהירותה לפני ההפסקה?‬
‫מה היתה מהירותה אחרי ההפסקה?‬
‫מהו המרחק הכי גדול שהתרחקה מהבית?‬
‫מה היתה מהירותה בדרכה בחזרה?‬
‫זמן (דק')‬
‫ניסוי מוצע‪ :‬צעידה לאורך מסלול‪ .‬חזרה על הניסוי‬
‫בשתי מהירויות שונות‬
‫אורך המסלול ‪ 20‬מטרים‬
‫תחילת המסלול‬
‫מודד מס' ‪4‬‬
‫מודד מס' ‪3‬‬
‫‪ 5‬מטרים‬
‫מודד מס' ‪2‬‬
‫‪ 5‬מטרים‬
‫מודד מס' ‪1‬‬
‫‪ 5‬מטרים‬
‫‪ 5‬מטרים‬
‫תיאור התוצאות בטבלה ובגרף‬
‫מדידה‬
‫‪1‬‬
‫זמן נמדד‬
‫מרחק מתחילת המסלול‬
‫מרחק (מטרים)‬
‫‪90‬‬
‫מדידה ‪1‬‬
‫מדידה ‪2‬‬
‫‪60‬‬
‫‪2‬‬
‫‪30‬‬
‫‪3‬‬
‫‪4‬‬
‫זמן‬
‫(שניות)‬
‫‪15‬‬
‫‪10‬‬
‫‪5‬‬
‫‪0‬‬
‫שאלה לדוגמא‪:‬‬
‫הגרף הבא מתאר את תלות המקום בזמן של שתי מכוניות‪ .‬סמנו איזה מכונית‬
‫נוסעת מהר יותר?‬
‫נמקו בחירתכם‬
‫מרחק (מטרים)‬
‫‪90‬‬
‫מכונית ‪2‬‬
‫‪60‬‬
‫מכונית ‪1‬‬
‫‪30‬‬
‫זמן (שניות)‬
‫‪15‬‬
‫‪10‬‬
‫‪5‬‬
‫‪0‬‬
‫תבנית להסבר מדעי‬
‫שאלה ממבחן ה‪TIMSS -‬‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫מרים יצאה לטיול באופניים שבמהלכו אירע לה תקר (פנצ'ר)‪ .‬היא תקנה אותו‬
‫ומיד לאחר מכן המשיכה בנסיעתה‪ .‬הגרף מראה את מהלך התקדמותה של‬
‫מרים‪.‬‬
‫כמה זמן לקח למרים לתקן את התקר?‬
‫‪ 20‬דקות‬
‫‪ 30‬דקות‬
‫‪ 40‬דקות‬
‫‪ 70‬דקות‬
‫פרטי הערכה‪(.‬העזרו בנוסחאות)‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫‪ .‬מהירות הקול באוויר היא כ‪ 340 -‬מ'‪/‬ש' ‪.‬‬
‫פירושו של דבר שהקול עובר במשך שנייה אחת מרחק של__________ מטר‪.‬‬
‫במשך ‪ 2‬שמיות הקול עובר מרחק של _________ מטר‪.‬‬
‫בחצי שנייה הקול עובר מרחק של _________ מטר‪.‬‬
‫האם תוכל לחשב מהי מהירות הקול ביחידות של קמ"ש? _________________‬
‫‪ .2‬מהירות האור היא המהירות הגדולה ביותר שקיימת בטבע‪ .‬מהירות האור היא‬
‫‪ 300,000‬ק"מ‪/‬שנייה‪.‬‬
‫א‪ .‬מהו המרחק שעוברת קרן אור בשנייה אחת? _______________‬
‫ב‪ .‬הברק והרעם נוצרים בו זמנית עקב התפרקות חשמלית בין עננים הטעונים במטען‬
‫חשמלי‪ .‬הסבר מדוע נראה הברק קודם לשמיעת הרעם? בתשובתך השתמש בנתונים‬
‫לגבי מהירויות האור והקול שבידך‪.‬‬
‫ג‪.‬המרחק בין השמש לבין כדור הארץ הוא כ‪ 150,000,000 -‬ק"מ‪.‬‬
‫כעבור כמה זמן מגיע אור הנפלט ברגע מסויים מהשמש אל כדור הארץ?‬
‫לאור השמש נדרשות __________שניות ( תשובה מחלק א') להגיע לכדור הארץ‪ ,‬אך‬
‫רק ‪ 1.4‬שניות נדרשות לאור הנע באותה מהירות להגיע לכדור הארץ מן הירח‪ .‬מדוע?‬
‫הסבירו את תשובתכם‪.‬‬
‫ניסוי בכיתה‬
‫השוואה של מהירות התנועה של גולה בנוזלים שונים‪ -‬פעילות חקר‪.‬‬
‫שאלת החקר ( למצוא קשר בין שני גורמים)‪-‬‬
‫האם סוג הנוזל משפיע על מהירות התנועה של הגולה?‬
‫בעזרת הטבלא הבאה נוכל לתכנן את הניסוי‪:‬‬
‫גורמים‬
‫קבועים‬
‫משפיעים‬
‫על הניסוי‬
‫גורם‬
‫משתנה‬
‫שמשפיע‬
‫על הניסוי‬
‫הגורם‬
‫הנמדד‬
‫שמושפע‬
‫מהניסוי‬
‫ניסוח‬
‫שאלת‬
‫החקר‬
‫גובה נוזל‬
‫סוג הנוזל‬
‫מהירות‬
‫התנועה‬
‫של גולה‬
‫האם סוג‬
‫הנוזל‬
‫משפיע על‬
‫מהירות‬
‫התנועה‬
‫של הגולה‬
‫סוג הגולה‬
‫צורת הכלי‬
‫של הנוזל‬
‫תאור מהלך הניסוי‬
‫כלים וחומרים‪:‬‬
‫• ‪ 3‬משורות גבוהות‬
‫• גולה‬
‫• סרגל‬
‫• שעון עצר‬
‫• שמן פרפין ; גליצרין ; מים‬
‫• ‪ .1‬מלאו ‪ 3‬משורות זהות בנוזלים שונים בעלי נפח זהה‪.‬‬
‫• ‪ .2‬בעזרת לורד סמנו שנתות באופן בולט במרחקים שווים (לדוגמא‬
‫‪ 5‬ס"מ)‬
‫• ‪ .3‬שחררו לנוזל גולה כבדה מגובה של ‪ 10‬ס"מ מתחת פני הנוזל‪.‬‬
‫• ‪ .4‬יש למדוד בעזרת שעון עצר כמה זמן לקח לכדור לעבור מרחק‬
‫של ‪ 10‬ס"מ‪ ,‬ומרחק של ‪ 20‬ס"מ‪.‬‬
‫• חיזרו על אותה הפעולה במשורות עם הנוזלים השונים‪.‬‬
‫•‬
‫‪ .‬הכניסו את תוצאות המדידות לטבלה הבאה‪:‬‬
‫טבלת צפיפות נוזלים ביחידות‬
‫של גרם לסמ"ק‬
‫צפיפות צפיפות‬
‫הגליצרין המים ‪1‬‬
‫‪1.2‬‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫צפיפות‬
‫השמן‬
‫‪0.9‬‬
‫סוג נוזל‪:‬‬
‫הגורם‬
‫המשתנה‬
‫שמשפיע‬
‫על הניסוי‬
‫זמן שלוקח‬
‫לכדור‬
‫לעבור‬
‫מרחק של‬
‫‪ 10‬ס"מ‬
‫(בשניות‬
‫זמן שלוקח‬
‫לכדור‬
‫לעבור‬
‫מרחק של‬
‫‪ 20‬ס"מ‬
‫חישוב‬
‫מהירות)‬
‫בקטע של‬
‫‪10‬סמ‬
‫חישוב‬
‫מהירות)‬
‫בקטע של‬
‫‪20‬סמ‬
‫מים‬
‫שמן‬
‫שאלות‪:‬‬
‫תארו במילים את תוצאות הניסוי‪ .‬גליצרין‬
‫מהן המסקנות שלך מניסוי זה‪.‬‬
‫כיצד תסבירו את ההבדלים במהירות התנועה של הגולות בתוך הנוזלים השונים‪.‬‬
‫העזרו בתשובתכם במושג צפיפות אותו למדתם בשנה שעברה(ראה טבלה מעל)‬
‫כיצד תסבירו את השוויון במהירויות שהתקבל בכל שורה (באותו נוזל)?‬
‫מדוע רצוי לחזור על כל מדידה מספר פעמים?‬
‫מדוע הקפדתם למלא את המשורות בכמות זהה של נוזל?‬
‫מדוע יש להקפיד על גולה זהה בכל הניסויים?‬
‫מדוע יש לשחרר את הגולה מגובה של ‪ 10‬ס"מ מתחת לפני הנוזל?‬
‫הסבר מעמיק ‪-‬למורים ולהרחבה‬
‫• נסביר את ההבדלים במהירויות בעזרת תרשימי‬
‫כוחות‪:‬‬
‫כוח החיכוך (לחיצה כפולה) שהנוזל מפעיל על‬
‫כוח העילוי של הנוזל קבוע‬
‫הכדור משתנה עפ"י המהירות‪.‬‬
‫ככל שהמהירות גדלה‪ ,‬כך גדל כוח החיכוך‪,‬‬
‫(כוח העילוי גדל בנוזל‬
‫עד ששקול הכוחות יהיה אפס‪.‬‬
‫בעל צפיפות גדולה יותר)‬
‫במצב זה הכדור ינוע במהירות קבועה‪.‬‬
‫•‬
‫ככל שצפיפות הנוזל יותר גדולה כוח העילוי‬
‫•‬
‫יותר גדול וגם החיכוך יותר גדול‪ ,‬ולכן שקול‬
‫•‬
‫הכוחות יתאפס יותר מהר ‪ ,‬וכך הכדור יגיע‬
‫•‬
‫למהירות קבועה יותר קטנה‪ .‬ולכן בגליצרין‬
‫•‬
‫המהירות היא הקטנה ביותר‪.‬‬
‫•‬
‫כוח הכבידה קבוע‬
‫•‬
‫בעקבות הניסוי שאלת הבנה‬
‫• האם נקבל תוצאות שונות כאשר נשקיע בקרקעית‬
‫של כל אחת מהמבחנות כדור (שצף בכל נוזלים)‪,‬‬
‫נשחרר אותו ונמדוד את מהירותו באותו אופן?‬
‫נושאים לתגבור בכוחות ואינטראקציה‬
‫האם‬
‫המשקולת‬
‫תיפול ???‬
‫אסטרטגיה לפתרון בעיות (תזכורת)‪:‬‬
‫אפיון מערכת‬
‫מאינטראקציות‬
‫לכוחות‬
‫כוחות ותנועה‬
‫האירוע‪ :‬מכונית‬
‫דוחפת משאית‬
‫ומהירותם גדלה‬
‫מנוע המשאית‬
‫מושבת‪.‬‬
‫השאלה‪ :‬הסבירו‬
‫מדוע נעים כלי‬
‫הרכב‬
‫אפיון מערכת‪:‬‬
‫מושגים ועקרונות נלמדים‪:‬‬
‫* אינטראקציה‬
‫* מאפייני אינטראקציה [שינויים בצורה (עיוות) ו‪/‬או שינויים במהירות]‬
‫א‪ .‬ציירו מלבנים המתארים את הגופים‬
‫המשתתפים בהתרחשות‬
‫ב‪ .‬רשמו בטבלה את כל האינטראקציות‬
‫בהן מעורב כל גוף בהתרחשות‬
‫אפיון מערכת‪:‬‬
‫רמה בסיסית‬
‫מלבנים המתארים את הגופים‬
‫המשתתפים בהתרחשות‪:‬‬
‫רכב‬
‫משאית‬
‫טבלת אינטראקציות‪ :‬התייחסות לכל האינטראקציות בהן‬
‫מעורב כל גוף בהתרחשות‪:‬‬
‫רכב‬
‫משאית‬
‫‪+‬‬
‫‪0‬‬
‫משאית‬
‫‪0‬‬
‫‪+‬‬
‫רכב‬
‫כרטיסיית ניווט‬
‫אפיון מערכת‪:‬‬
‫רמה מתקדמת‬
‫תרשים מלבנים‪:‬‬
‫רכב‬
‫משאית‬
‫כביש‬
‫כדור הארץ‬
‫א‪ .‬ציירו מלבנים המתארים את הגופים המשתתפים בהתרחשות‬
‫כרטיסיית ניווט‬
‫אפיון מערכת‪:‬‬
‫תרשים מלבנים‪:‬‬
‫רמה מתקדמת‬
‫משאית‬
‫רכב‬
‫כביש‬
‫כדור הארץ‬
‫טבלת אינטראקציות‪:‬‬
‫כדור הארץ‬
‫כביש‬
‫רכב‬
‫משאית‬
‫‪+‬‬
‫‪+‬‬
‫‪+‬‬
‫‪0‬‬
‫משאית‬
‫‪+‬‬
‫‪+‬‬
‫‪0‬‬
‫‪+‬‬
‫רכב‬
‫‪+‬‬
‫‪0‬‬
‫‪+‬‬
‫‪+‬‬
‫כביש‬
‫‪0‬‬
‫‪+‬‬
‫‪+‬‬
‫‪+‬‬
‫כדור הארץ‬
‫ב‪ .‬רשמו בטבלה את כל האינטראקציות בהן מעורב כל גוף בהתרחשות‪:‬‬
‫(‪ )+‬יש אינטראקציה‪ )-( ,‬אין אינטראקציה‪,‬‬
‫(‪ )0‬תיבה אפורה‪ -‬לא משמעותי כי לא תתכן אינטראקציה‬
‫מאינטראקציות לכוחות‪:‬‬
‫מושגים ועקרונות נלמדים‪:‬‬
‫* עוצמת האינטראקציה‪ -‬כוח‬
‫* החוק השלישי‬
‫א‪ .‬הוסיפו את כל הכוחות המופיעים בכל האינטראקציות‬
‫לתרשים המלבנים‬
‫ב‪ .‬התמקדו בגוף מסוים וציירו מלבן המייצג אותו בנפרד‬
‫עם כל הכוחות הפועלים עליו‬
‫מאינטראקציות לכוחות‪:‬‬
‫כרטיסיית ניווט‬
‫מושגים ועקרונות נלמדים‪:‬‬
‫* עוצמת האינטראקציה‪ -‬כוח‬
‫* החוק השלישי‬
‫א‪ .‬הוסיפו את כל הכוחות המופיעים בכל האינטראקציות‬
‫לתרשים המלבנים‬
‫משאית‬
‫רכב‬
‫כביש‬
‫כדור הארץ‬
‫מודגש באדום הכוחות הפועלים על הרכב ובירוק הכוחות הפועלים על המשאית‪.‬‬
‫מאינטראקציה לכוחות‪ :‬אפיון כוחות הפועלים על הגוף‬
‫שלב ‪ :4‬תרשים כוחות ראשוני‬
‫כרטיסיית ניווט‬
‫א‪ .‬בחרו את הגוף עליו שואלים(לדוגמא‪ :‬הרכב)‪.‬‬
‫תארו את כל הכוחות הפועלים על גוף זה במישור האופקי‬
‫ובמישור האנכי ‪.‬‬
‫שרטטו "תרשים כוחות ראשוני" (ללא התייחסות לגודל הכוחות)‪.‬‬
‫כביש‬
‫משאית‬
‫רכב‬
‫כדור הארץ‬
‫כרטיסיית ניווט‬
‫שימו לב‬
‫•האם כשהתמקדתם בגוף מסוים‪,‬‬
‫שרטטתם את כל הכוחות הפועלים על הגוף?‬
‫•בדקו שלא כללתם כוחות שהגוף מפעיל על גופים אחרים‪.‬‬
‫•בדקו האם החצים ששרטטתם יוצאים מן המלבן המייצג את הגוף‪.‬‬
‫•בדקו האם החצים מראים את כיווני הכוחות שפועלים על הגוף‪.‬‬
‫כל הכוחות המופיעים בכל האינטראקציות בתרשים המלבנים‪:‬‬
‫מקוקוו באדום הכוחות הפועלים על הרכב ובירוק הכוחות הפועלים‬
‫על המשאית‪.‬‬
‫משאית‬
‫רכב‬
‫כביש‬
‫כדור הארץ‬
‫מיקוד בגוף מסוים ומלבן המייצג אותו בנפרד‬
‫עם כל הכוחות הפועלים עליו‪:‬‬
‫כביש‬
‫האם אין גורם שעוזר לרכב‬
‫לזוד?‬
‫משאית‬
‫רכב‬
‫כדור הארץ‬
‫כל הכוחות המופיעים בכל האינטראקציות‬
‫בתרשים המלבנים‪:‬‬
‫משאית‬
‫רכב‬
‫כביש‬
‫כדור הארץ‬
‫מיקוד בגוף מסוים ומלבן המייצג אותו בנפרד‬
‫עם כל הכוחות הפועלים עליו‪:‬‬
‫כביש‬
‫האם אין גורם שמפריע‬
‫למשאית לזוז?‬
‫משאית‬
‫כדור הארץ‬
‫רכב‬
‫כוחות ותנועה‬
‫מושגים ועקרונות נלמדים‪:‬‬
‫* שקול כוחות‬
‫* חוקי ניוטון‬
‫* חיכוך‬
‫התאימו את גודל הכוחות הפועלים‬
‫על הגוף הנבחר בהתאם למאפייני‬
‫התנועה שלו‬
‫תרשים כוחות מלא‪:‬‬
‫כביש‬
‫משאית‬
‫רכב‬
‫חיכוך* (כביש)‬
‫כדור הארץ‬
‫ניתוח התנועה‪ -‬הכוח השקול שפועל על הרכב גדול מאפס לכן הרכב ינוע במהירות‬
‫הולכת וגדלה (בתאוצה)‪ ,‬בכיוון הכוח השקול‪.‬‬
‫תרשים כוחות מלא‪:‬‬
‫כביש‬
‫חיכוך* (כביש)‬
‫הערה‪ :‬החיכוך עוזר‬
‫לתנועת הרכב כיוון שזה‬
‫גוף "עם מנוע"‪ .‬לעומת‬
‫זאת החיכוך מפריע‬
‫לתנועת המשאית כיוון‬
‫שזה גוף "ללא מנוע"‬
‫משאית‬
‫כדור הארץ‬
‫ניתוח התנועה‪ -‬הכוח השקול‬
‫שפועל על המשאית גדול‬
‫מאפס לכן הרכב ינוע במהירות‬
‫הולכת וגדלה (בתאוצה)‪ ,‬בכיוון‬
‫הכוח השקול‪.‬‬
‫רכב‬
‫הסבר מילולי‪:‬‬
‫כדאי להיעזר בדגם הוראה בנושא הסבר מדעי‪:‬‬
‫‪http://space.ort.org.il/@home/scripts/frame.asp?sp_c=547409039‬‬
‫טענה‬
‫(נתונה) הכלב אינו מתחיל לנוע ממקומו‪.‬‬
‫תיאור הכוחות הפועלים על הגוף‬
‫נימוקים‬
‫במישור האופקי‬
‫תיאור הכוחות הפועלים על הגוף‬
‫במישור האנכי‬
‫הכוח שמפעיל האדם על הכלב ימינה‬
‫שווה בגודלו והפוך בכיוונו לכוח החיכוך‬
‫שמפעילה עליו הרצפה שמאלה‪.‬‬
‫כוח המשיכה שמפעיל כדור הארץ על‬
‫הכלב כלפי מטה שווה בגודלו והפוך‬
‫בכיוונו לכוח שהרצפה מפעילה על הכלב‬
‫כלפי מעלה‪.‬‬
‫שקול הכוחות והקשר שלו‬
‫לתנועת הגוף ע"פ חוקי ניוטון‬
‫שקול הכוחות הפועלים על הכלב הוא ‪,0‬‬
‫ולכן לפי חוקי ניוטון הוא לא ינוע ממקומו‪.‬‬
‫תבנית להסבר מדעי‬
‫(הטענה) הכלב אינו מתחיל לנוע ממקומו‪.‬‬
‫כי (תיאור הכוחות במישור האופקי) הכוח שמפעיל האדם על הכלב‬
‫ימינה שווה בגודלו והפוך בכיוונו לכוח החיכוך שמפעילה עליו הרצפה‬
‫שמאלה‪.‬‬
‫ו(תיאור הכוחות במישור האנכי) כוח המשיכה שמפעיל כדור הארץ על‬
‫הכלב כלפי מטה שווה בגודלו והפוך בכיוונו לכוח שהרצפה מפעילה‬
‫על הכלב כלפי מעלה‪.‬‬
‫ולכן (תיאור שקול הכוחות) שקול הכוחות הפועלים על הכלב הוא ‪,0‬‬
‫(תיאור הקשר בין השקול לתנועה בהתאם לחוקי ניוטון) ולכן לפי חוקי‬
‫ניוטון הוא לא ינוע ממקומו‪.‬‬
‫עוד דוגמא (קצת יותר מפורטת)‪:‬‬
‫מכונית לא מצליחה למשוך עגלה‪.‬‬
‫הסבירו מדוע העגלה אינה זזה‪.‬‬
‫אפיון מערכת‪ :‬מכונית‪ ,‬עגלה‪ ,‬כביש‪ ,‬כדור הארץ‪ ,‬אוויר‬
‫מושגים בסיסיים‪ :‬אינטראקציות‪ ,‬כוחות‪ ,‬חיכוך‪ ,‬תנועה‪ ,‬חוקי ניוטון‬
‫הסבר פיזיקלי‪ :‬תרשים כוחות לגוף נבחר והסברתו המילולית‬
‫כביש )‪(N‬‬
‫חיכוך עם הכביש‬
‫)‪(f‬‬
‫עגלה‬
‫כדור הארץ )‪(mg‬‬
‫מכונית‬
‫)‪(F‬‬
‫החוק הראשון‪ -‬חוק ההתמדה‪.‬‬
‫• אם גוף מסויים נמצא במנוחה‪ ,‬הגוף לא ינוע אם‬
‫לא פועל עליו שום כוח‪ ,‬והוא גם לא ינוע אם‬
‫מפעילים עליו כוחות שווים לשני הכיוונים‪ -‬כלומר‬
‫שקול הכוחות הוא אפס בשני המקרים‪.‬‬
‫• אם אותו גוף נמצא בתנועה קבועה‪ ,‬הגוף ימשיך‬
‫לנוע באותה מהירות אם לא פועל עליו שום כוח‪,‬‬
‫והוא גם לא ינוע אם פועלים עליו כוחות שווים לשני‬
‫הכיוונים‪ -‬כלומר שקול הכוחות הוא אפס בשני‬
‫המקרים‪.‬‬
‫דוגמאות לחוק ההתמדה‬
‫• בלון הליום‪ -‬משווים את המשקל לכוח העילוי ע"י הדבקת חתיכות‬
‫נייר לחוט של הבלון‪ ,‬עד שירחף ללא תנועה‪ .‬נותנים מכה קטנה‬
‫לבלון כך שיעלה במהירות קבועה‪ -‬בשני המקרים הכוח השקול‬
‫שווה אפס‪ .‬במקרה הראשון אין תנועה ומקרה השני תנועה קבועה‪.‬‬
‫• מדביקים צינורית לדיסק‪ .‬מנפחים את הבלון ויצרים כרית אוויר‪.‬‬
‫דוחפים את הדיסק‪ .‬התנועה במהירות קבועה‪ -‬הכוח השקול שווה‬
‫אפס‪ .‬במקרה הראשון אין תנועה ומקרה השני התנועה קבועה‪.‬‬
‫• מכניסים כדור שצף במים לקרקעית של מבחנה גבוהה ומשחררים‬
‫את הכדור‪ .‬זמן קצר לאחר השחרור הכדור יעלה במהירות קבועה‬
‫למעלה מכיוון ששקול הכוחות שפועלים עליו הוא אפס‬
‫קסמים בעזרת חוק ההתמדה‪-‬‬
‫חותכים תפוח כך‪ ,‬שרק סכין תגע בו‪.‬‬
‫מוציאים מפת השולחן מתחת לצלחת‪.‬‬
‫מוציאים קוביית משחק תחתית הערמה מבלי‬
‫שהערימה תיפול ובלי לגעת בערימה‪.‬‬
‫כוח העילוי של המים‬
‫כדור‬
‫החיכוך של הכדור במים‬
‫כוח הכבידה‬
‫שאלת הבנה‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫זורקים כדור כלפי מעלה‪.‬‬
‫איזה כוח פועל על הכדור לאחר שעזב את היד?‬
‫מה גורם לכדור לנוע?‬
‫תשובה‪ :‬הכדור נע עקב התמדה‪ ,‬למרות שלא פועל עליו כוח בכיוון‬
‫התנועה‪.‬‬
‫כדור‬
‫כבידה‬
‫• הערה‪ -‬תרשים הכוחות לא מייצג את התנועה‪ ,‬אלא מסביר את‬
‫השינוי בתנועה‪ .‬במקרה זה שקול הכוחות פונה כלפי מטה ‪,‬ואילו‬
‫הגוף עולה כלפי מעלה‪.‬‬
‫• תשובה נפוצה‪ -‬הכדור נע בזכות הכוח שהיד העניקה לו‪ ,‬והוא‬
‫ימשיך לנוע עד "שיבזבז את הכוח"‪.‬‬
‫שאלות מורכבות‬
‫שאלה ‪:1‬‬
‫נתונה המערכת הבאה‪:‬‬
‫משקולת בנפח של ‪ 100‬סמ"ק תלויה מעל אמבט‬
‫מלא מים (צפיפות המים‪ 1 :‬גרם\סמ"ק)‬
‫מד משקל ‪ 1‬מראה ‪ 1.5‬ניוטון (‪" 150‬גרם")‬
‫מד משקל ‪ 2‬מראה ‪ 2‬ניוטון (‪" 200‬גרם")‬
‫טובלים את כל הגוף במים‪.‬‬
‫המים עולים באמבט אך אינם נשפכים החוצה‪.‬‬
‫הגוף לא נוגע בתחתית האמבט‪.‬‬
‫מה יראו מדי המשקל? הסבירו‪.‬‬
‫לפני ההטבלה‬
‫מד משקל ‪)2N( 2‬‬
‫תשובה מילולית‪-‬‬
‫המים מפעילים כוח עילוי‬
‫של ‪N1‬על המשקולת‪,‬‬
‫והמשקולת מפעילה על‬
‫המים כוח זהה בגודלו‬
‫(‪ )N1‬והפוך בכיוונו(כלפי‬
‫מטה)‪-‬על פי החוק ה‪.3-‬‬
‫ולכן הכוח שפועל על‬
‫האמבט יותר גדול‪-‬‬
‫למשקל המים נוסף כוח‬
‫של ‪ N1‬שהמשקולת‬
‫מפעילה על המים כלפי‬
‫מטה‪ ,‬בתגובה לכוח העילוי‬
‫שהמים מפעילים על‬
‫המשקולת‪.‬‬
‫אמבט‬
‫כדור הארץ (‪)2N‬‬
‫חוט ( ‪)1.5N‬‬
‫גוף‬
‫כדור הארץ‬
‫(‪)1.5N‬‬
‫אחרי ההטבלה‬
‫מד משקל ‪)3N( 2‬‬
‫מים ("אמבט") ‪1N‬‬
‫חוט ‪0.5N‬‬
‫אמבט‬
‫גוף‬
‫גוף ‪1N‬‬
‫כדור הארץ ‪2N‬‬
‫כדור הארץ ‪1.5N‬‬
‫שאלה ‪:2‬‬
‫באיור שלפניכם מתוארים שני מגנטים זהים הנמצאים במצב מנוחה (ללא תנועה)‪.‬‬
‫מגנט א' שמשקלו ‪ 1‬ניוטון מונח על מד‪-‬משקל העשוי מחומר פלסטי ומגנט ב' שמשקלו‬
‫‪ 0.5‬ניוטון נמצא מעל מגנט א' (אין מגע בין המגנטים)‪.‬‬
‫יוסי טוען שמד המשקל יראה את משקל מגנט א' בלבד‪.‬‬
‫א‪ .‬האם טענתו של יוסי נכונה? נמקו את תשובתכם‪.‬‬
‫ב‪ .‬האם קיימת אינטראקציה (פעולה הדדית) בין מגנט ב' למד‪-‬המשקל? הסבירו‪.‬‬
‫ג‪ .‬מה מראה המשקל אם שמים את המגנטים כך שידבקו אחד לשני?‬
‫‪0.5N‬‬
‫‪1N‬‬
‫הסבר‬
‫בעזרת‬
‫תרשימי‬
‫כוחות‬
‫בדף הבא‬
‫מגנט א‬
‫מגנט ב‬
‫הכוח שמד‬
‫המשקל מפעיל‬
‫על‬
‫המגנט‪+‬צנור‬
‫‪N1.5‬‬
‫• תרשים הכוחות שפועלים על מגנט א'‬
‫מגנט ב' משקלו ‪ ,N 0.5‬ולכן‬
‫מגנט א' מפעיל עליו כוח של‬
‫‪ N0.5‬בכדי להשאירו באוויר‪.‬‬
‫מגנט ב' מפעיל על מגנט א' כוח‬
‫שווה בגודלו (‪)N0.5‬‬
‫והפוך בכיוונו (כלפי מטה)‪-‬‬
‫על פי החוק ה‪ 3-‬של ניוטון‪.‬‬
‫מגנט א'‪+‬צינור‬
‫הכוח‬
‫שמגנט ב'‬
‫מפעיל על‬
‫מגנט א'‪-‬‬
‫‪N0.5‬‬
‫תרשים הכוחות שפועלים על מגש השקילה של‬
‫מד המשקל‪.‬‬
‫(מד המשקל מכויל לכן נתעלם ממשקל המגש)‪.‬‬
‫תשובה מילולית‪ -‬האינטראקציה ללא מגע בין שני‬
‫המגנטים מגדילה את הכוח שפועל על מגנט א'‬
‫כלפי מטה‪ ,‬דבר שבא לביטוי בהגדלת הכוח‬
‫שמגנט א' מפעיל על מד המשקל כלפי מטה‪.‬‬
‫לא קיימת אינטראקציה ללא מגע בין מגנט ב' למד‬
‫המשקל‪ .‬סוג זה של אינטר' מתקיים בין שני‬
‫מגטים או מגנט עם ברזל או עם כדוה"א‪.‬‬
‫כבידה ‪N1‬‬
‫הכוח שמד‬
‫המשקל מפעיל על‬
‫המגש ‪N1.5‬‬
‫מגש השקילה‬
‫הכוח שמגנט א' ‪+‬הצינור‬
‫מפעיל על המגש‪.N1.5 -‬‬
‫זה המשקל שיראה מד‬
‫המשקל‬
‫שאלה ‪.4‬‬
‫• קטר מושך קרון נוסעים‪ .‬משה טוען שהקטר והקרון‬
‫מפעילים כוחות שווים אחד על השני ולכן הקטר‬
‫לא יכול לזוז‪.‬‬
‫• בכדי לענות על השאלה נחקור הכוחות שפועלים‬
‫הפסים מפעילים‬
‫‪.‬‬
‫הקטר‬
‫על‬
‫כוח על הקטר‬
‫הכוח שהקרון‬
‫מפעיל על‬
‫הקטר‬
‫תשובה מלאה‪-‬‬
‫הקטר והקרון אומנם מפעילים‬
‫כוחות שווים אחד על השני‪ ,‬אולם‬
‫החיכוך של הקרון עם הפסים ‪,‬‬
‫(חיכוך שמעקב את התנועה)‪ ,‬יותר‬
‫חלש מכוח החיכוך של גלגלי‬
‫הקטר עם הפסים שדוחף את‬
‫הקטר קדימה‪.‬‬
‫קטר‬
‫כבידה‬
‫החיכוך עם הפסים‬
‫דוחף את הקטר כי‬
‫הקטר הוא גוף‬
‫"בעל מנוע"‬
‫הסבר תופעה מפתיעה‪-‬‬
‫• ניסוי הדגמה בשיטת ‪PEOE‬‬
‫• שער‪ ,‬הסבר השערתך‪ ,‬צפה‪,‬הסבר את התוצאות‬
‫המטלה‪ :‬הפלת כדור סל שעליו מונח כדור טניס‪.‬‬
‫הערה‪ :‬לפני הניסוי מדגימים קפיצה של כל אחד בנפרד‪.‬‬
‫• שערו מה יתרחש ונסו להסביר בשפת האנרגיה‪.‬‬
‫• צפו בתופעה‪ -‬תארו מה התרחש‪.‬‬
‫• הסבירו את מה שקרה בניסוי בשפת האנרגיה‪.‬‬
‫• כעת נפיל כדור פלסטלינה וכדור סל שמונחים אחד על‬
‫השני‬
‫• נחזור על כל שלבי ההדגמה לפי שיטת ‪PEOE‬‬
‫הסבר תופעה בשפת הכוחות ובשפת האנרגיה‬
‫• שפת הכוח ושפת האנרגיה משמשות את הפיזיקאים‬
‫להסבר תופעות שונות‪.‬‬
‫• אפשר להגיע לאותו פתרון שמגיע משני עקרונות שונים‬
‫(שפות שונות)‬
‫• הערה‪:‬אין לערבב את שפת הכוחות עם שפת האנרגיה‬
‫• ההסבר בשפת הכוחות‪-‬‬
‫• בעת המגע עם הרצפה נוצרת אינטראקציה חזקה‬
‫והכדורים מפעילים כוחות שווים אחד על השני‪ ,‬אך‬
‫ובכיוונים מנוגדים‪ .‬הכוח הזה‪ ,‬שמופעל על כדור הטניס‪,‬‬
‫מזיז ומרים אותו בקלות לגובה רב‪ ,‬ואילו כוח שווה בגודלו‬
‫והפוך בכיוונו‪ ,‬שמופעל על כדור הסל‪ ,‬לא מזיז את כדור‬
‫הסל עקב ההתנגדות של הרצפה‪.‬‬
‫הסבר התופעה בשפת האנרגיה‪-‬‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫לשני הכדורים יש בתחילה כמות מסויימת של‬
‫אנרגיית גובה שצריכה להשמר בגודלה בכל שלבי‬
‫התנועה‪.‬‬
‫בתחילה יש לכדורים אנרגיית גובה התחלתית‪.‬‬
‫כאשר הכדורים פוגעים ברצפה‪,‬כדור הסל נשאר‬
‫למטה‪.‬‬
‫על פי חוק שימור האנרגיה‪ ,‬כדור הטניס‪ ,‬שמסתו‬
‫קטנה יחסית לכדור סל‪ ,‬צריך לעלות לגובה רב‪,‬‬
‫בכדי לחזור לאנרגיית הגובה ההתחלתית‬
‫הכוללת‪ -‬וזאת בהפחתה של אנרגיית החום‬
‫שנוצרה במגע עם הרצפה ובחיכוך עם האוויר‪.‬‬
‫נושאים להרחבה‬
‫האם גוף יכול להיות באינטראקציה עם עצמו‪ -‬המשך‬
‫למורה והרחבה‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫הדגמות שונות‪( :‬דגש על מיומנות הטיעון)‬
‫נשים ברכיים על הכסא‪ ,‬כאשר הפנים מול המשענת‪ .‬האם‬
‫אפשר להזיז את הכסא ע"י דחיפה?‬
‫תשובה א' מנומקת‪ -‬טענה‪-‬הכסא לא יזוז‬
‫נימוק‪-‬האיש והכסא מהווים מערכת אחת ולכן לא תיתכן‬
‫אינטראקציה של הגוף עם עצמו ולכן אין תזוזה‪.‬‬
‫תשובה ב' מנומקת‪ -‬טענה ‪-‬כאשר קופצים למעלה‪ ,‬ברגע‬
‫הקפיצה אפשר להזיז את הכסא‪.‬‬
‫נימוק‪ -‬ברגע הקפיצה האיש והכסא מהווים גופים נפרדים‬
‫לכן יש אינטראקציה ביניהם ולכן הכסא זז‪.‬‬
‫האם לגוף יש אינטראקציה עם עצמו‪.‬‬
‫דוגמאות נוספות‪ .‬למורה והרחבה‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫כאשר עומדים על סירה ומנסים לדחוף את התורן ‪,‬‬
‫האם הסירה תתקדם?‬
‫תשובה מנומקת–הסירה לא תתקדם‪ ,‬כיוון שהאיש‬
‫הדוחף ‪,‬הסירה והתורן מהווים גוף אחד ‪,‬והסירה‬
‫לא תזוז כיוון שלגוף יחיד אין אינטראקציה עם‬
‫עצמו‪.‬‬
‫כאשר הולכים על הסירה האם הסירה תזוז?‬
‫תשובה מנומקת‪ -‬הסירה תזוז כיוון שיש‬
‫אינטראקציה בין האיש לסירה כיוון שהם מהווים‬
‫גופי נפרדים‪ .‬תוצאת האינטראקציה היא תזוזה של‬
‫דוגמא נוספת ‪-‬מכונית עם מאוורר‬
‫• הדגמה‪ -‬כאשר העגלה נוסעת יש אינטראקציה –‬
‫• מי הגופים המשתתפים באינטראקציה?‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫תשובה‪:‬האוויר ומדחפי המאוורר שהם חלק מהמכונית‬
‫כעת נחבר לעגלה קרטון שניצב מול המאוורר‪ .‬העם‬
‫העגלה תיסע? שערו‪.‬‬
‫לאחר ההדגמה ראינו שהעגלה לא זזה ‪.‬‬
‫מה הסיבה לכך?‬
‫תשובה‪ :‬הקרטון המכונית והאוויר‪ ,‬שכלוא בין המדחף‬
‫והקרטון‪ ,‬הם גוף משותף‪ .‬וגוף לא יכול היות‬
‫באינטראקציה עם עצמו ‪ ,‬לכן המכונית לא זזה‪.‬‬
‫שלבים באפיון האינטראקציה‪ -‬דוגמאות‬
‫• שלב א‪ .‬זיהוי הגופים המשתתפים‪-‬‬
‫• שלב ב‪ .‬האם האינטראקציה במגע או ממרחק‪.‬‬
‫•‬
‫הדגמות‪ ( -‬רצוי להדגים דחיה ומשיכה בין מגנטים)‬
‫שמים שני מגנטים מחוברים לפקקי שעם‪,‬בתוך קערת מים כך שהם מרוחקים זה‬
‫מזה‪ .‬הגופים שנמצאים באינטראקציה הם השני המגנטים‪.‬‬
‫•‬
‫בין שני מגנטים גליליים יש אינטראקציה כאשר ‪,‬שמים אותם בתוך מבחנה צרה‪.‬‬
‫• שמים כדור קלקר מעל מייבש אוויר (פאן)‪.‬כך שהכדור ירחף‪.‬‬
‫מי הגופים שמשתתפים באינטראקציה? האם האינטראקציה במגע או מרחוק?‬
‫•‬
‫•‬
‫חידה‪ -‬נתונים שני מוטות ברזל האחד ממגנט והשני לא ממגנט‪ .‬כיצד אפשר‬
‫לזהות את המגנט? האם רק המגנט ימשוך את הברזל‪ ,‬או גם להיפך?‬
‫רמז‪ -‬באמצע המגנט לא מופעל כוח מגנטי‪.‬‬
‫תשובה‪ :‬שמים את הברזל הרגיל באמצע המגנט‪ .‬במקרה זה הם לא ימשכו?‬
‫• האם השוויון מתקיים גם כאשר באינטראקציה‬
‫משתתפים גוף גדול וגוף קטן ?‬
‫• הדגמה לכיתה‪ -‬ילד גדול ימשוך אליו את הילד‬
‫הקטן אליו‪ .‬נמקו מדוע זה קורה‪.‬‬
‫• כעת הילד הגדול יושב על עגלה והילד הקטן‪ .‬שערו‬
‫מה יקרה כעת?‬
‫רואים שדווקא הפעם הילד הגדול זז ‪ .‬נמקו לה‬
‫זה קורה‪.‬‬
‫סכום‪ :‬השניים הפעילו כוחות שווים‪ ,‬אולם תוצאת‬
‫הפעלת הכוח תלויה במסה‪ ,‬בחיכוך ובתנועה של‬
‫הגופים ובאופן כללי במידת ההתנגדות לתזוזה של‬
‫הגופים‪.‬‬
‫האם השוויון מתקיים גם כאשר באינטראקציה משתתפים גוף גדול וגוף‬
‫קטן ? (המשך)‬
‫• שחקנית טניס חובטת בכדור והכדור עף‪.‬‬
‫האם גם הכדור הפעיל כוח על מחבט הטניס?‬
‫• בכדי לענות על השאלה נעזר באנימציה שלאסטרונאוט בחלל‬
‫(כאשר לוחצים על ‪ pitch‬האסטרונאוט זורק את הכדור‪).‬‬
‫•‬
‫•‬
‫‪.‬‬
‫•‬
‫•‬
‫שערו‪ -‬האם גם האסטרונאוט יזוז? זרקו את הכדור‪.‬‬
‫טענה ‪-‬האסטרונאוט יזוז‪ .‬נימוק‪-‬בכל אינטראקציה הגופים מפעילים‬
‫כוחות שווים זה על זה ובכיוונים מנוגדים‪,‬אולם תוצאת הפעלת הכוח‬
‫תלוייה במסה של הגופים‪ .‬בעלה מסה הקטנה ינוע יותר מהר‪.‬‬
‫תשובה לגבי כדור הטניס – הכדור הפעיל כוח על המחבט‪ ,‬אולם‬
‫הכדור יותר קטן מהשחקנית לכן רק הכדור זז‪.‬‬
‫שאלה‪ -‬כיצד חללית משנה את מהירותה בחלל‪ ,‬על אף הריק‪.‬‬
‫מה גורם לחללית לשנות את תנועתה‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫כאשר משחררים בלון מנופח הבלון עף בכיוון‬
‫מנוגד לפיית האוויר‪.‬‬
‫מהי האינטראקציה שגורמת לו לנוע?‬
‫תשובה‪ :‬אינטראקציה בין הבלון לאוויר שנפלט‬
‫ממנו‪ .‬הבלון דוחף את האוויר אחורה ‪ ,‬והאוויר‬
‫מפעיל כוח על הבלון לכיוון הנגדי‪ -‬קדימה‪.‬‬
‫האם אפשר להעיף בלון בצורה דומה על הירח‬
‫למרות שאין אטמוספירה בירח?‬
‫תשובה‪ :‬גם בירח תהיה אינטראקציה בדומה לבלון‬
‫כאן‪ ,‬והבלון יעוף קדימה‪.‬‬
‫המשקל‬
‫• אפשר להתייחס למשקל בשתי דרכים‪:‬‬
‫• משקל כבידתי (‪ )mg‬מוגדר ככוח שגרם השמים מפעיל על הגוף‬
‫שנמצא עליו‪ .‬כיוונו של כוח זה מופנה כלפי מטה ‪-‬לכיוון מרכז גרם‬
‫השמיים‪ .‬כוח זה מושפע מעוצמת הכבידה שתלוייה במסת גרם‬
‫השמיים ובמרחקו של הגוף מגרם השמים‪ .‬המשקל מושפע גם‬
‫מממסת הגוף הנמדד‪.‬‬
‫• משקל נמדד מוגדר ככוח שהמאזניים מפעילים על הגוף שמודדים‬
‫את משקלו‪ .‬כוח זה נקרא כוח נורמלי‪ .‬כיוונו כלפי מעלה‪ .‬המשקל‬
‫הנמדד מושפע מעוצמת הכבידה וגם ממצב התנועה של הגוף‪.‬‬
‫כאשר הגוף עומד או נע במהירות קבועה‪ ,‬המשקל הנמדד שווה‬
‫למשקל הכבידתי‪ .‬כאשר הגוף מאיץ כלפי מעלה‪ -‬כמו במעלית‪-‬‬
‫המשקל הנמדד גדול מהמשקל הכבידתי‪ .‬כאשר הגוף מאיץ כלפי‬
‫מטה‪ ,‬המשקל הנמדד קטן ‪ -‬למשל כאשר גוף נופל בנפילה‬
‫חופשית‪.‬‬
‫דוגמאות למשקל נמדד‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫נכניס משקולת שתלוייה על מד כוח רגיש לתוך מים‬
‫ונראה את השינוי במשקל‪.‬‬
‫עומדים על מאזני משקל של אדם וחברך מרים אותך‬
‫מעט למעלה‪.‬‬
‫הדגמה‪ -‬ממלאים בקבוק במים ובתחתיתו חור‪.‬‬
‫המשקל של המים יוצר לחץ שגורם לזרימת בחור‪.‬‬
‫שערו מה יקרה כאשר נפיל את הבקבוק?‬
‫תשובה‪:‬הזרימה תפסק מכיוון שבנפילה חופשית‬
‫המשקל הנמדד מתאפס‪ ,‬לכן לחץ המים מתאפס ולכן‬
‫אין זרימה‪.‬‬
‫המשקל ‪-‬המשך‬
‫• שאלה הבנה‪ :‬חלללית מסתובבת סביב כדור בגובה ‪300‬ק'מ‪.‬‬
‫בגובה זה עוצמת הכבידה פוחתת בכ‪ .25%-‬ומתברר שעל אף‬
‫שעוצמת הכבידה גדולה יחסית‪ ,‬האסטרונאוטים מרחפים‪.‬‬
‫מדוע המשקל הכבידתי יותר קטן?‬
‫מדוע המשקל הנמדד מתאפס על אף שהמשקל הכבידתי יחסית גדול?‬
‫• תשובה‪ :‬המשקל הכבידתי מושפע מהמרחק בין הגופים שיש‬
‫ביניהם אינטראקציה כבידתית‪ .‬כאשר המרחק גדל‪ ,‬הכבידה קטנה‪.‬‬
‫• גם האנשים וגם מכשיר המדידה נמצאים במצב של נפילה חופשית‬
‫לכיוון כדוה"א ‪ ,‬ולכן מכשיר המדידה יורה משקל אפס‪.‬‬
‫• הערה‪ :‬את המשקל מודדים ביחידות של ניוטון‬
‫בעזרת מד כוח‪.‬‬
‫האם גוף גדול ודומם מפעיל כוח‬
‫• בשלב הבא מטפלים בקושי לעכל את התובנה שגם‬
‫גופים גדולים ודוממים יכולים הפעיל כוח כאשר‬
‫הם נמצאים באינטראקציה‪ .‬קושי זה מקורו בנטייה‬
‫הרווחת לחשוב שלגופים יש כוח‪ ,‬כאשר בעצם‬
‫גופים יכולים להפעיל כוח או שמופעל עליהם כוח‬
‫בעת היותם באינטראקציה עם גוף אחר‪ ,‬אולם‬
‫לגופים עצמם אין כוח‪ .‬טעות זו‪ ,‬בהגדרת‬
‫האינטראקציה‪ ,‬מובילה באופן טבעי לתפיסה‬
‫השגויה שרק ליצור חי או לגוף שנמצא בתנועה יש‬
‫כוח ולכן גופים דוממים לא יכולים להפעיל כוח בעת‬
‫אינטראקציה ‪.‬‬
‫המשך‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫מדגימים לכיתה פעולה של לחיצה על שולחן‪ ,‬ונשאלת השאלה האם קיימת אינטראקציה‬
‫בין היד לשולחן‪ ,‬וכאמור לעיל לילדים יש קושי לתפוס שהשולחן מפעיל כוח על היד‪ ,‬וזאת‬
‫על אף העובדה שרובם מצליחים לשנן ללא קושי את הכלל לגבי האינטראקציה כפעולה‬
‫הדדית בין שני גופים‪.‬‬
‫רקע פדגוגי‪ :‬הטכניקה שננקוט כאן בכדי להתגבר על הקושי התפיסתי היא ע"י דיאלוג‬
‫שמגלה הבנה למקורותיה של התפיסה השגויה וע"י אנלוגיות שעוזרות לו להיחלץ באופן‬
‫מדורג מתפיסה שגויה זו‪.‬‬
‫להלן ההדגמות‪:‬‬
‫א‪ .‬לחיצה על קפיץ שמתכווץ בעת הלחיצה‪ .‬הקפיץ ממחיש בצורה טובה את העובדה‬
‫שהוא מפעיל כוח על היד‪ -‬עובדה היא שהיד מתרוממת עקב הלחץ שהקפיץ מפעיל עליה‪.‬‬
‫(חלק מהילדים יטענו שהקפיץ לא מפעיל כוח על היד‪ ,‬אלא היד פשוט מתרוממת כאשר‬
‫הקפיץ משתחרר‪ .‬במקרה זה אפשר להניח את היד על קפיץ דרוך של עט למשל‪ .‬שחרור‬
‫הקפיץ באופן פתאומי משכנע שקפיץ הפעיל כוח)‪.‬‬
‫דוגמאות נוספות מאותו סוג‪ :‬טרמפולינה‪ ,‬בולמי זעזועים באופנים ובעזרת גומיה‪.‬‬
‫ב‪ .‬כעת חוזרים על אותה דוגמה עם סרגל גדול שמונח בין שני ספרים‪ .‬גם כאן נראה‬
‫בברור הסרגל נוטה לעלות למעלה לאחר מפסיקים ללחוץ עליו‪ .‬המסקנה היא שגם כאן‬
‫הסרגל מפעיל כוח על היד‪.‬‬
‫ג‪ .‬מסיימים עם הפעלת לחץ על שולחן כאשר מניחים על השולחן פנס לייזר שמכוון‬
‫לתקרה‪ ,‬והמרחק בין הפנס לתקרה יראה שנקודת האור זזה עקב לחץ על השולחן‪-‬‬
‫מסקנה גם השולחן התכווץ כמו הקפיץ ‪ ,‬אם כי במידה הרבה יותר קטנה‪.‬‬
‫החיכוך‪.‬‬
‫• בדחיפה של גוף נוצר כוח חיכוח הפועל בניגוד לכיוון התנועה‪.‬‬
‫• עוצמת כוח החיכוך משתנה‪ .‬נתבונן בסדרת ההדגמות הבאה‬
‫ובתרשימי הכוחות הנלוים‪ .‬תארו מה התרחש בכל הדגמה‪:‬‬
‫• א‪ .‬דוחפים כסא באצבע אחת‬
‫• ב‪ .‬דוחפים כסא בשתי אצבעות‬
‫• ג‪ .‬דוחפים כסא עם כל היד‬
‫• מסקנות‪ :‬כוח החיכוך גדל ככל שמופעל על הגוף כוח יותר גדול‪.‬‬
‫כוח החיכוך מגיע למכסימום רגע לפני שהגוף זז‪-‬על סף‬
‫התנועה‪ .‬כוח החיכוך נשאר קבוע במהלך התנועה של הגוף‪.‬‬
‫תוכנה שממחישה את החכוך‪.‬‬
‫החיכוך "הדו פרצופי"‪ -‬הרחבה‬
‫•‬
‫כוח חיכוך‪ :‬חיכוך יכול להיווצר כאשר משטחים מחליקים או מנסים‬
‫להחליק זה על זה‪ .‬הוא תלוי בחומרים שהמישטחים עשויים מהם‬
‫ובגודל הכוח הלוחץ המופעל ביניהם‪.‬‬
‫את כוח החיכוך ניתן לחלק לשני סוגים‪:‬‬
‫כוח חיכוך שנוצר כאשר מדובר בגוף דוחף (גוף בעל "מנוע")‬
‫במקרה זה כוח החיכוך יוצר תנועה‪,‬כאשר כיוונו בכיוון תנועת הגוף‪.‬‬
‫דוגמאות‪ :‬אדם הולך (תן לאצבעות ללכת במקומך)‪,‬מכונית נוסעת‪.‬‬
‫חיכוך שנוצר כאשר מדובר בגוף נדחף‪( .‬גוף ללא "מנוע")‬
‫במקרה זה כוח החיכוך מעכב את תנועה‪ ,‬וכיוון כוח החכוך בניגוד‬
‫לכיוון בתנועה‪ .‬דוגמאות‪ :‬דחיפה של כסא‪ ,‬החלקה על הקרח‪.‬‬
‫•‬
‫הדגמות‪ :‬מכונית נוסעת בעליה‪ .‬הדגמות עם טכנו קט‪.‬‬
‫•‬
‫המחשה במחשב‪ -‬תרשים כוחות הכוללים את כוח החיכוך‪.‬‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫תנועה וחיכוך‪ -‬תרגול‬
‫• דוחפים את הטלפון הנייד על השולחן לכיוון ימין‪.‬‬
‫• שרטטו את הכוחות הפועלים עליו במצבים הבאים‪-‬‬
‫• א‪ .‬ברגע הדחיפה‪ .‬ב‪.‬אמצע התנועה‪ .‬ג‪ .‬בעצירה‬
‫הכוח שהשולחן‬
‫מפעיל על הטלפון‬
‫החיכוך‬
‫בשולחן‬
‫טלפון‬
‫כבידה‬
‫היד הדוחפת‬
‫מפעילה כוח‬
‫שאלה עתירת תוכן‬
‫• חברת "אליאנס" המייצרת צמיגים מנסה לעצב את סוליית‬
‫הצמיג (החלק בצמיג שבא במגע עם בכביש) כך שתהיה‬
‫חזקה ועמידה לשחיקה‪ ,‬אך בעיקר מתרכזים מהנדסי‬
‫החברה בהקטנת כוח החיכוך בין סוליית הצמיג לכביש‪.‬‬
‫הקטנת כוח החיכוך המתוארת תגרום למנוע המכונית‬
‫לדחוף את המכונית ביתר קלות‪ ,‬לצרוך פחות דלק ולהקטין‬
‫את זיהום האוויר‪ ,‬כי המנוע לא יבזבז אנרגיה על מנת‬
‫להתגבר על כוח החיכוך עם הכביש המפריע לתנועת‬
‫המכונית‪.‬‬
‫• הסבר את טעותם של מהנדסי החברה בעזרת מאפייני‬
‫החיכוך ה"דו‪-‬פרצופי" (תשובה בעמוד הבא)‬
‫• תשובה‪ :‬המכונית היא גוף בעלת "מנוע"‪,‬ועל כן‬
‫החיכוך דווקא עוזר לתנועה‪ .‬הקטנת החיכוך של‬
‫הצמיגים תקשה על בלימת המכונית ותקטין את‬
‫העבירות שלה בדרכים חלקות‪.‬‬
‫• בנוסף לכך המערכת של גוף זה כוללת את כל‬
‫רכיבי הרכב‪ -‬מנוע גלגלים ותא הנוסעים‪-‬ולמדנו‬
‫שגוף לא יכול להפעיל כול על עצמו‪.‬‬
‫החיכוך והכוח השקול‬
‫עבודה במחשב‪.‬‬
‫• עבודה במחשב‪http://phet.colorado.edu/en/simulation/forces-1d-‬‬
‫העזרו בתרשים הכוחות שבפינה השמאלית למעלה וענו על השאלות הבאות‪:‬‬
‫• ‪.1‬רשום ‪ .Applied force-100N‬לחץ ‪.GO‬‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫מהו הכוח שפועל על הארון שמאלה במישור האופקי ומתנגד לתנועת הכלב ימינה ?‬
‫איזה גוף מפעיל את הכוח הזה על הארון‪.‬‬
‫מדוע הארון לא זז?‬
‫‪.2‬לחץ ‪ CLEAR‬רשום ‪ N 900‬לחץ ‪GO‬‬
‫הסבר מדוע הארון זז כעת? מה מייצג ה חץ הירוק?‬
‫האם החיכוך עוזר או מפריע לתנועת הגוף?‬
‫‪ .3‬לחץ על המקרר‪ .‬מצא בעזרת המחשב את כוח החיכוך המכסימאלי שהרצפה‬
‫יכולה להפעיל על המקרר‪.‬‬
‫סכום‪ :‬כוח החיכוך בין שני גופים יכול לשנות את גודלו מאפס ועד לגודל מקסימלי‪,‬‬
‫בהתאם לתכונותיהם של שני הגופים‪.‬‬
‫כוח החיכוך המכסימאלי מופעל רגע לפני שהגוף הנדחף זז‪.‬‬
‫כל זמן שהגוף לא זז כוח החיכוך שווה לכוח הדוחף‪ -‬שקול הכוחות ושווה אפס‬
‫• נסיים בתקווה שהילדים יתחברו לפיזיקה‬
‫כיצד אנשים הולכים‬
‫• אנו הולכים בעזרת שתי רגלים‪.‬‬
‫• נערוך תרשים כוחות על כל רגל בנפרד‬