‫פיזיקה‬ ‫מכניקה‬ ‫כוחות והתקני כוח‬ ‫‬ ‫תורת התנועות‬ ‫‬ ‫דינאמיקה‬ ‫‬ ‫אנרגיה עבודה הספק‬ ‫‬ ‫תרמודינאמיקה‬ ‫מותאם לתוכנית הלימודים פעימ"ה של משרד החינוך‬ ‫‪1‬‬ ‫תוכן עניינים‬ ‫כוחות והתקני כוח‬ ‫‪5‬‬ ‫פרק א'‬ ‫מהו כוח? ‪..................................................................‬‬ ‫‪7‬‬ ‫פרק ב'‬ ‫הקפיץ ‪......................................................................‬‬ ‫‪13‬‬ ‫פרק ג'‬ ‫וקטורים ‪....................................................................‬‬ ‫‪19‬‬ ‫פרק ד'‬ ‫חוקי ניוטון ‪.................................................................‬‬ ‫‪29‬‬ ‫פרק ה'‬ ‫היתרון המכני ‪.............................................................‬‬ ‫‪39‬‬ ‫פרק ו'‬ ‫מומנטים ‪....................................................................‬‬ ‫‪47‬‬ ‫תורת התנועות‬ ‫‪55‬‬ ‫פרק ז'‬ ‫מהירות ] ‪............................................................. [ V‬‬ ‫‪57‬‬ ‫פרק ח'‬ ‫תאור גרפי של המהירות כתלות בזמן ‪.............................‬‬ ‫‪61‬‬ ‫פרק ט'‬ ‫תאוצה ותאוטה ‪...........................................................‬‬ ‫‪65‬‬ ‫פרק י'‬ ‫תאוצת הכובד ] ‪..................................................... [ g‬‬ ‫‪79‬‬ ‫פרק יא'‬ ‫תנועה מעגלית ‪...........................................................‬‬ ‫‪85‬‬ ‫דינאמיקה‬ ‫‪99‬‬ ‫פרק יב'‬ ‫החוק השני של ניוטון ‪...................................................‬‬ ‫‪101‬‬ ‫פרק יג'‬ ‫כוח ותאוצה בתנועה מעגלית ‪........................................‬‬ ‫‪107‬‬ ‫פרק יד'‬ ‫מהירות ותאוצה זוויתית ‪...............................................‬‬ ‫‪111‬‬ ‫פרק טו'‬ ‫תנע וחוק שימור התנע ‪.................................................‬‬ ‫‪121‬‬ ‫פרק טז'‬ ‫התנגשות פלסטית ואלסטית ‪.........................................‬‬ ‫‪137‬‬ ‫אנרגיה ‪ -‬עבודה ‪ -‬והספק‬ ‫‪145‬‬ ‫פרק יז'‬ ‫אנרגיה ‪.....................................................................‬‬ ‫‪147‬‬ ‫פרק יח'‬ ‫עבודה ‪......................................................................‬‬ ‫‪153‬‬ ‫פרק יט'‬ ‫אנרגיה קינטית ‪...........................................................‬‬ ‫‪161‬‬ ‫פרק כ'‬ ‫אנרגיה פוטנציאלית ‪.....................................................‬‬ ‫‪169‬‬ ‫פרק כא'‬ ‫אנרגיה אלסטית ‪.........................................................‬‬ ‫‪177‬‬ ‫פרק כב'‬ ‫הספק – ‪................................................................ P‬‬ ‫‪181‬‬ ‫תרמודינמיקה‬ ‫פרק כג'‬ ‫החוק הראשון והחוק השני ‪............................................‬‬ ‫כל הזכויות שמורות למורן הוצאה לאור אין לצלם או לשכפל מהספר‬ ‫‪187‬‬ ‫‪189‬‬ ‫‪23‬‬ ‫כוחות‬ ‫והתקני כוח‬ ‫כל הזכויות שמורות למורן הוצאה לאור אין לצלם או לשכפל מהספר‬ ‫‪35‬‬ ‫פרק א' ‪ -‬מהו כוח?‬ ‫כוח הוא אחד המושגים הנפוצים ביותר‪ .‬הבנת המושג כוח הוא בעצם הבנת‬ ‫התהליכים של הטבע המבוססים על הכוח‪ .‬כל פעולה הנעשית על ידי בעלי חיים‪,‬‬ ‫גופים ומכונות מבוססת על הפעלת כוח‪ .‬כל תנועה בטבע של גופים‪ ,‬חומרים‬ ‫נוזלים או גזים מבוססת על הפעלת כוח‪ .‬את "הכוח" )‪ ( Force‬אנו מסמנים‬ ‫באות‪ F :‬והוא נמדד ביחידות "ניוטון" ) ‪.( N‬‬ ‫כוח הוא הסיבה לכל פעולה ותנועה המתרחשת בטבע‬ ‫כולנו מכירים את התופעה שבה אנו משליכים גוף כלשהו באוויר והוא חוזר ונופל‬ ‫לקרקע‪ .‬לסיבה הזו של נפילת הגוף לקרקע אנו קוראים לה‪" :‬כוח המשיכה של‬ ‫כדור הארץ" או "כוח הכובד" )גרביטציה(‪ .‬ומסמנים אותה באות‪.( g ) :‬‬ ‫כדי שציפור תעוף היא צריכה להפעיל כוח‪ .‬כדי שמטוס יטוס עליו להפעיל כוח‪.‬‬ ‫כדי לנוע ממקום למקום עלינו להפעיל כוח‪ .‬כדי לנוע מהר יותר יש להפעיל כוח‪,‬‬ ‫כדי להאט את המהירות יש להפעיל כוח וכן הלאה‪.‬‬ ‫הפעלת כוח נדרשת כדי לבצע פעולות בהתייחס לכוח הכובד המופעל‬ ‫עלינו על ידי כדור הארץ‬ ‫אם כך ניתן להגדיר שני סוגים של כוחות‪:‬‬ ‫א‪ .‬כוחות מגע ‪ -‬אלו כוחות הפועלים רק כאשר גופים‬ ‫נוגעים בגופים אחרים‪ .‬לדוגמה‪ :‬תנועתם של היצורים‬ ‫החיים על פני האדמה מבוססת על הפעלת כוח‪.‬‬ ‫הרמת משקולות‪ ,‬הזזת רהיט על הרצפה‪ ,‬שכיבה על‬ ‫מזרון‪ ,‬קפיצה ועוד‪ .‬אפילו פעולת המכונות קשורה‬ ‫לכוחות אלו‪ .‬יש תחנות כוח הפועלות על הכוח שמפעילים המים )הידרו( ואחרות‬ ‫על כוח שמפעילה הרוח‪ .‬ידוע כי קיימים יחסי גומלין בין הכוחות הפועלים‪ .‬ולכן‪,‬‬ ‫כאשר מפעיל גוף אחד כוח על גוף אחר‪ ,‬מפעיל הגוף השני כוח נגדי בחזרה‪.‬‬ ‫כל הזכויות שמורות למורן הוצאה לאור אין לצלם או לשכפל מהספר‬ ‫‪47‬‬ ‫פרק ב' ‪ -‬הקפיץ‬ ‫הקפיץ הוא תיל ממתכת קשיחה המגולגל לצורת טבעות בעלות קוטר שווה‬ ‫ורחוקות באופן שווה האחת מהשניה‪.‬‬ ‫אחת התכונות של הקפיץ היא‪ :‬כאשר מופעל עליו כוח הוא משנה את אורכו‪.‬‬ ‫• הקפיץ מתארך ‪ -‬אם נתלה משקולת בקצה אחד של הקפיץ כאשר הקצה‬ ‫השני מקובע הקפיץ יתארך‪ .‬כאשר המשקולת תוסר הקפיץ יחזור למצבו‬ ‫הקודם‪ .‬קפיץ כזה סליליו צמודים האחד לשני‪ .‬במתיחה הם מתרחקים‪.‬‬ ‫• הקפיץ מתכווץ ‪ -‬אם יופעל כוח על קפיץ במצב מנוחה כדי לכווץ אותו‬ ‫הקפיץ יתכווץ כל זמן שמופעל עליו הכוח‪ .‬עם הסרת הכוח יחזור הקפיץ‬ ‫למצבו הקודם‪ .‬בקפיץ כזה הסלילים שלו רחוקים האחד מהשני‪ .‬בעת‬ ‫הכווץ הם מתקרבים‪.‬‬ ‫הקפיץ במצב רגיל‬ ‫הקפיץ התארך עקב המשקולת‬ ‫‪ λ0‬אורך במצב רגיל‬ ‫‪ λ1‬אורך חדש‬ ‫התארכות ‪X‬‬ ‫‪1‬ניוטון‬ ‫אנו רואים כי המשקולת שמשקלה ‪ 1‬ניוטון ) ‪ ( N‬גרמה להתארכות של הקפיץ‬ ‫ב ‪ X -‬מטר מאורך התחלתי במנוחה של ‪ λ0‬לאורך החדש של הקפיץ עם‬ ‫המשקולת והוא‪. λ1 :‬‬ ‫ובאופן מתמטי נראה זאת כך‪:‬‬ ‫‪ X = λ1 - λ0‬מידת התארכות של הקפיץ‬ ‫כל הזכויות שמורות למורן הוצאה לאור אין לצלם או לשכפל מהספר‬ ‫‪9 13‬‬ ‫פרק ג' ‪ -‬וקטורים‬ ‫בתחום הפיסיקה ישנם גדלים שונים אותם ניתן לחלק לשני סוגים‪:‬‬ ‫גדלים וקטורים ‪ -‬אלו גדלים הכוללים שני מרכיבים‪ :‬גודל ‪ +‬כוון‪.‬‬ ‫את הגדלים‬ ‫הוקטורים ניתן לתאר באמצעות חץ‪ .‬אורכו של החץ מציין את הגודל הפיסיקלי‬ ‫בצורה של קנה מידה‪ .‬כוונו של החץ את מציין את כוון התנועה של הגודל‬ ‫הפיסיקלי‪ .‬לדוגמה‪ :‬כוח‪ ,‬מהירות‪ ,‬משקל ועוד‪.‬‬ ‫כוון הגודל הפיסיקלי‬ ‫אורך החץ מציין את הגודל הפיסיקלי‬ ‫גדלים סקלרים ‪ -‬אלו גדלים הכוללים מרכיב אחד‪ :‬גודל בלבד‪ .‬את הגדלים‬ ‫הסקלרים ניתן לתאר באמצעות סקלת המידה שלהם‪ .‬לדוגמה‪ :‬מרחק‪ ,‬שטח‪,‬‬ ‫מסה‪ ,‬טמפרטורה ועוד‪.‬‬ ‫וקטור הכוח ושקול הכוחות‬ ‫הכוח הוא וקטור בעל גודל וכוון‪ .‬את הכוחות הפועלים על גוף כלשהו ניתן לתאר‬ ‫בצורת וקטורים בהתאם לתנאים של מצב הגוף‪ .‬בכל מצב של הגוף התוצאה של‬ ‫פעולת כלל הכוחות עליו תיוצג על ידי שקול הכוחות ‪.R‬‬ ‫לדוגמה‪ :‬כיווני פעולה של כוחות‬ ‫ציר פעולה ‪Y‬‬ ‫‪+F‬‬ ‫‪-F‬‬ ‫‪+F‬‬ ‫ציר פעולה ‪X‬‬ ‫‪-F‬‬ ‫כל הזכויות שמורות למורן הוצאה לאור אין לצלם או לשכפל מהספר‬ ‫‪1519‬‬ ‫פרק ד' ‪ -‬חוקי ניוטון‬ ‫סר אייזיק ניוטון היה ונותר אחד הפיסיקאים הנודעים ביותר ‪ .‬הוא נולד וחי‬ ‫באנגליה בין השנים ‪ . 1727 – 1642‬את מחקריו ותגליותיו בתחום הפיסיקה של‬ ‫התנועה אנו מכירים כ – "שלושת החוקים של ניוטון"‪ .‬העוסקים בכוחות‬ ‫והשפעתם על גופים במצבים שונים‪.‬‬ ‫אך בנוסף החוק הידוע מכל שאנו מכירים בהקשר לניוטון הוא‪" :‬חוק כוח‬ ‫הכבידה" אותו חקר ומצא אחרי נפילת התפוח על ראשו‪ .‬או כפי שאנחנו נוהגים‬ ‫לקרוא לו‪" :‬חוק הגרביטציה"‪.‬‬ ‫• החוק הראשון של ניוטון‬ ‫החוק הראשון של ניוטון הנקרא גם "חוק ההתמדה" מנוסח באופן הבא‪:‬‬ ‫"שקול הכוחות הפועל על גוף במצב סטטי או על גוף הנע בתנועה ישרה‬ ‫במהירות קבועה שווה לאפס"‪.‬‬ ‫‪ .1‬גוף במצב סטטי ‪ -‬הוא גוף המונח על משטח או גוף תלוי הנמצא במנוחה‬ ‫ואינו נע‪ .‬שקול הכוחות הפועל על הגוף במצבים אלו שווה לאפס‪.‬‬ ‫‪N‬‬ ‫‪W‬‬ ‫‪F‬‬ ‫‪W‬‬ ‫הכוחות הפועלים על הגוף הם על ציר ‪ Y‬בלבד‪ .‬על המשטח משקל הגוף ‪ W‬לוחץ‬ ‫על המשטח והכוח ‪] N‬נורמל[ הנגדי שמפעיל המשטח על הגוף‪.‬‬ ‫ובמצב של הגוף התלוי על קפיץ ולא נע‪ .‬הגוף מפעיל כוח השווה למשקל הגוף ‪W‬‬ ‫ואילו הקפיץ מפעיל כוח נגדי ‪ F‬השווה למשקל הגוף‪.‬‬ ‫ומכיוון שהכוחות שווים אך מנוגדים השקול שלהם ‪ R = 0‬והגוף יהיה במנוחה‪.‬‬ ‫כל הזכויות שמורות למורן הוצאה לאור אין לצלם או לשכפל מהספר‬ ‫‪2429‬‬ ‫פרק ה' ‪ -‬היתרון המכאני‬ ‫הרמת משאות בעלות משקל כבד דורשת מאתנו מאמץ גדול מאד‪ .‬במיוחד נכון‬ ‫הדבר כאשר עלינו להעמיס משא כבד למקום גבוה יותר מהנקודה בה אנו נמצאים‪.‬‬ ‫האדם מצא דרכים לניצול נבון של הכוח הקטן העומד לרשותו כדי להניע ולהזיז‬ ‫משקל גדול יותר תוך שימוש בחוקי הפיסיקה‪.‬‬ ‫ניצול הכוח במדרון משופע‬ ‫נתאר מצב שעלינו להרים גוף בעל משקל ‪ W‬ממשטח נמוך תחתון ‪ A‬למשטח‬ ‫גבוה עליון ‪. B‬‬ ‫משטח ‪B‬‬ ‫משטח עליון‬ ‫‪F‬‬ ‫‪ h‬גובה‬ ‫משטח ‪A‬‬ ‫משטח תחתון‬ ‫‪W‬‬ ‫הדרך הקצרה ביותר להעברת הגוף ממשטח ‪ A‬למשטח ‪ B‬היא המרחק הישר בין‬ ‫המשטחים והוא הגובה ‪ . h‬אולם בשיטה זו יש להפעיל כוח ‪ F‬השווה בגודלו‬ ‫למשקל הגוף ‪ . W‬כוח זה יכול להיות גדול מידי לפעמים מהיכולת שלנו להרים‬ ‫את הגוף‪.‬‬ ‫כדי להשתמש בכוח קטן יותר כדי להעלות גוף בעל משקל ‪ W‬ממשטח ‪ A‬למשטח‬ ‫‪ B‬נעשה באמצעות‪ :‬מדרון משופע‪.‬‬ ‫משטח ‪B‬‬ ‫'‪F‬‬ ‫‪λ‬‬ ‫‪h‬‬ ‫‪Wx‬‬ ‫משטח ‪A‬‬ ‫‪Wy‬‬ ‫‪W‬‬ ‫כל הזכויות שמורות למורן הוצאה לאור אין לצלם או לשכפל מהספר‬ ‫‪3339‬‬ ‫פרק ו' ‪ -‬מומנטים‬ ‫אחד הכלים העתיקים שפעלו על עיקרון המומנטים היו המאזניים‪ .‬הם שימשו את‬ ‫בני האדם לשקול כמויות של חומר או גוף כלשהו‪ .‬כיוון ששתי זרועות המאזניים‬ ‫היו שוות באורכן העיקרון היה לשים משקולת שמשקלה ידוע בצד אחד של‬ ‫המאזניים ואילו בצד השני להעמיס חומר כלשהו עד קבלת איזון בין שני חלקי‬ ‫המאזניים‪ .‬האיזון נוצר כאשר נוצר שוויון בין מומנט של צד המשקולת למומנט של‬ ‫צד החומר שהועמס‪ .‬כיוון שהזרועות בשני הצדדים שוות באורכן הרי שהאיזון‬ ‫ייווצר כאשר המשקל ישתווה בשני הצדדים‪.‬‬ ‫נקודת האיזון של הזרועות‬ ‫מומנט הכוח מוגדר כ‪ :‬גודל הכוח‬ ‫‪M‬‬ ‫] ניוטון מטר [‬ ‫=‬ ‫‪F‬‬ ‫] ניוטון [‬ ‫‪X‬‬ ‫אורך הזרוע‬ ‫‪X‬‬ ‫‪λ‬‬ ‫] מטר [‬ ‫הנדנדה היא מתקן הפועל על פי עיקרון המומנטים‪.‬‬ ‫כל הזכויות שמורות למורן הוצאה לאור אין לצלם או לשכפל מהספר‬ ‫‪4147‬‬ ‫תורת‬ ‫התנועות‬ ‫כל הזכויות שמורות למורן הוצאה לאור אין לצלם או לשכפל מהספר‬ ‫‪4955‬‬ ‫פרק ז' ‪ -‬מהירות ]‪[V‬‬ ‫המהירות היא אחד המושגים הכי שימושיים בחיי היומיום שלנו‪ .‬כל תנועה שהיא‬ ‫קשורה למושג מהירות‪.‬‬ ‫המהירות ) ‪ ( V‬מוגדרת‪ " :‬אורך דרך ) ‪ ( X‬ליחידת זמן ) ‪." ( t‬‬ ‫ובאופן מתמטי‪:‬‬ ‫המהירות ‪ V‬נמדדת ביחידות של‪:‬‬ ‫‪ 1‬קילומטר = ‪ 1000‬מטר‬ ‫‪ 1‬שעה = ‪ 60‬דקות = ‪ 3600‬שניות‬ ‫‪ 1‬יממה = ‪ 24‬שעות‬ ‫מהירות האור ] ‪300.000 – [ C‬‬ ‫מהירות הקול – כ ‪340‬‬ ‫לכן רואים קודם את הברק ורק אחר כך שומעים את הרעם‬ ‫כל הזכויות שמורות למורן הוצאה לאור אין לצלם או לשכפל מהספר‬ ‫‪5057‬‬ ‫פרק ח'‪ -‬תאור המהירות כתלות בזמן‬ ‫כיוון שניתן למדוד את שלושת המשתנים )פרמטרים(‪ :‬מהירות ‪ ,V‬זמן ‪ ,t‬והמרחק ‪X‬‬ ‫הרי שניתן לתאר את התלות והקשר ביניהם באופן גרפי‪.‬‬ ‫גרף ‪ -‬הוא אוסף של נקודות הנמצאות במרחב בין שני צירים ומתארים את‬ ‫התלות ביניהם באמצעות קשר קווי‪.‬‬ ‫כל אחד מהצירים מהווה פרמטר אחד‪ .‬הנקודות מייצגות את גודל התלות בין‬ ‫הפרמטרים והשינוי שחל בתלות זו מנקודה אחת לשניה באמצעות הקשר הקווי‬ ‫בין הנקודות‪.‬‬ ‫אם הגרף מצויר בקנה מידה ידוע מראש הופך הגרף כלי למדידת הגדלים אותם‪.‬‬ ‫‪ V‬מהירות ]מטר‪/‬שניה[‬ ‫‪90‬‬ ‫‪70‬‬ ‫‪50‬‬ ‫‪30‬‬ ‫‪10‬‬ ‫זמן ‪t‬‬ ‫]שניות[‬ ‫‪70‬‬ ‫‪60‬‬ ‫‪50‬‬ ‫‪40‬‬ ‫‪30‬‬ ‫‪20‬‬ ‫‪10‬‬ ‫את הגרף נהוג לצייר על נייר מיוחד הנקרא‪" :‬נייר מילימטרי"‪ .‬נייר זה מחולק לפי‬ ‫קנה מידה לאורך ולרוחב כך שניתן בקלות לשרטט עליו כל גרף ולזהות באופן‬ ‫מידי את קנה המידה‪.‬‬ ‫כל הזכויות שמורות למורן הוצאה לאור אין לצלם או לשכפל מהספר‬ ‫‪5461‬‬ ‫פרק ט' ‪ -‬תאוצה ותאוטה‬ ‫כל מצב של תחילת נסיעה ברכב‪ ,‬כאשר הרכב מגביר את מהירותו ממצב מנוחה‬ ‫של מהירות ‪ 0‬למהירות ‪ V‬הרצויה לנהג הנמשכת פרק זמן מסוים ‪. t‬‬ ‫מצב כזה מתרחש גם תוך כדי נסיעה במהירות מסוימת ‪ V0‬ואז מגבירים את‬ ‫המהירות למהירות גבוהה יותר והיא ‪ .V1‬גם הגברת מהירות זו לוקחת פרק זמן‬ ‫מסוים ‪ . t‬להגברת המהירות במשך זמן מסוים אנו קוראים‪" :‬תאוצה" ) ‪ .( a‬סימן‬ ‫התאוצה בא מהמילה האנגלית ‪.acceleration -‬‬ ‫לעומת זאת כאשר אנו מקטינים את המהירות ממהירות גבוהה למהירות נמוכה‬ ‫יותר למצב זה אנו קוראים‪" :‬תאוטה"‪ .‬האטה יכולה להתקיים עד עצירה מוחלטת‬ ‫של הרכב‪.‬‬ ‫לכן נגדיר את התאוצה כך‪:‬‬ ‫שינויי המהירות בפרקי זמן נקראת‪" :‬תאוצה" ) ‪( a‬‬ ‫ובאופן מתמטי נבטא זאת כך‪:‬‬ ‫∆‬ ‫)דלתא( ‪ -‬אות יוונית המסמלת "הפרש" או "פער בין‪ "..‬או "שינוי בין‪."..‬‬ ‫• מהירות ‪ V‬מודדים ב ‪-‬‬ ‫• תאוצה ‪ a‬מודדים ב ‪-‬‬ ‫‪∆V = V1 - V0‬‬ ‫‪∆t = t1 - t0‬‬ ‫‪V0‬‬ ‫‪V1‬‬ ‫ מהירות התחלתית‪.‬‬‫‪ -‬מהירות סופית‪.‬‬ ‫שינויי המהירות‬ ‫הפרשי הזמן‬ ‫בנקודת הזמן ההתחלתית ‪-‬‬ ‫בנקודת הזמן הסופית ‪-‬‬ ‫‪t0‬‬ ‫‪t1‬‬ ‫כל הזכויות שמורות למורן הוצאה לאור אין לצלם או לשכפל מהספר‬ ‫‪5865‬‬ ‫פרק י' ‪ -‬תאוצת הכובד ) ‪( g‬‬ ‫הסיבה לנפילת גופים וחפצים אל הקרקע‪ ,‬וכל מה שנזרק למעלה נופל בסופו של‬ ‫דבר למטה היא כי כוח המשיכה של כדור הארץ מושך כל גוף אל הקרקע‪.‬‬ ‫כעת כאשר אנחנו מכירים כבר מושגים רבים בתורת התנועות של הפיסיקה ניתן‬ ‫להתייחס לתנועה האנכית של גופים ביחס לכדור הארץ‪.‬‬ ‫לתנועה האנכית של גופים יש שלושה מאפיינים עיקריים‪:‬‬ ‫א‪ .‬נפילה של גוף ממצב מנוחה בגובה מסוים אל‬ ‫הקרקע‪ .‬לנפילה זו‬ ‫אנו קוראים‪" :‬נפילה‬ ‫חופשית"‪.‬‬ ‫ב‪ .‬זריקה של גוף מסוים כלפי מטה בכיוון‬ ‫הקרקע במהירות התחלתית ‪ . V0‬זריקה זו‬ ‫נקראת‪" :‬זריקה אנכית כלפי מטה"‪.‬‬ ‫ג‪ .‬זריקה של גוף מסוים כלפי מעלה בכיוון השמים‬ ‫במהירות התחלתית ‪ . V0‬זריקה זו נקראת‪:‬‬ ‫"זריקה אנכית כלפי מעלה"‪.‬‬ ‫כאשר באים לבחון את כל המצבים נזניח את ההשפעה של התנגדות האוויר לתנועה‪.‬‬ ‫כל הזכויות שמורות למורן הוצאה לאור אין לצלם או לשכפל מהספר‬ ‫‪7279‬‬ ‫פרק יא' ‪ -‬תנועה מעגלית‬ ‫עד עכשיו עסקנו בתנועות בקו ישר‪ .‬אך אנו יודעים כי בטבע יש גם תנועות‬ ‫אחרות‪ .‬בפרק זה נעסוק בתנועה המעגלית‪.‬‬ ‫התנועה המעגלית קיימת בטבע כמו התנועה של כדור הארץ והכוכבים האחרים‬ ‫סביב השמש‪ ,‬אך גם החלקיקים הקטנים ביותר בטבע כמו האלקטרונים‬ ‫המסתובבים סביב הגרעין של האטום‪.‬‬ ‫התחום הטכנולוגי מביא לנו מגוון גדול מאד של מכשירים ומוצרים אשר פועלים‬ ‫על בסיס התנועה המעגלית‪ .‬המנועים בתעשיות השונות וכלי רכב אשר פעולתם‬ ‫המעגלית מפעילה מערכת אחרת אשר הופכת את תנועתם לתנועה אחרת‪.‬‬ ‫לתנועה המעגלית מאפיינים משלה ולכן קיימים מושגים ייחודיים הקשורים‬ ‫לתנועה זו עליהם נלמד בהמשך‪.‬‬ ‫זמן המחזור והתדירות‬ ‫כדור הארץ משלים סיבוב שלם סביב צירו במשך יממה שלמה שהיא ‪ 24‬שעות‪.‬‬ ‫סיבוב זה יוצר את ההבדל בין היום והלילה‪ .‬ובנוסף מסתובב כדור הארץ סביב‬ ‫השמש ומשלים סיבוב שלם במשך ‪ 365‬יממות שהן שנה שלמה‪ .‬סיבוב זה יוצר‬ ‫את ההבדל בין עונות השנה‪.‬‬ ‫סיבוב שלם או מחזור אנו קוראים לתנועה מעגלית של גוף מנקודת התחלה‬ ‫מסוימת עד חזרתו לאותה נקודת ההתחלה שלו‪ .‬לזמן שלוקח לגוף להשלים‬ ‫סיבוב אחד שלם אנו קוראים‪" :‬זמן מחזור" ‪ T -‬הנמדד בשניות ) ‪.( sec‬‬ ‫• זמן המחזור ‪ T‬של סיבוב כדור הארץ סביב צירו ‪ 24 -‬שעות‪.‬‬ ‫• זמן המחזור ‪ T‬של סיבוב כדור הארץ סביב השמש ‪ 365 -‬יממות‪.‬‬ ‫המנועים המשמשים אותנו בתעשייה מסתובבים במהירות ומבצעים מספר רב‬ ‫של מחזורי סיבוב בשניה‪ .‬למספר המחזורים המתבצעים בשניה אחת אנו‬ ‫קוראים‪" :‬תדירות" ‪ f -‬הנמדדת ביחידות "הרץ" ) ‪.( Hz‬‬ ‫כל הזכויות שמורות למורן הוצאה לאור אין לצלם או לשכפל מהספר‬ ‫‪7885‬‬ ‫דינאמיקה‬ ‫כל הזכויות שמורות למורן הוצאה לאור אין לצלם או לשכפל מהספר‬ ‫‪9299‬‬ ‫פרק יב' ‪ -‬החוק השני של ניוטון‬ ‫אייזיק ניוטון הפיסיקאי אשר חקר את התופעות הפיסיקליות בטבע ואף למדנו‬ ‫כבר על החוק הראשון והחוק השלישי שלו מצא במחקריו כי קיים קשר בין גודל‬ ‫הכוח ‪ F‬הפועל על גוף בעל מסה מסוימת ‪ m‬לבין התאוצה שלו ‪ .a‬לחוק הזה אנו‬ ‫קוראים‪" :‬חוק התאוצה"‪.‬‬ ‫לקשר הזה הוא נתן את הביטוי המתמטי הבא‪:‬‬ ‫‪a‬‬ ‫•‬ ‫תאוצה‬ ‫] ‪[m/sec2‬‬ ‫‪m‬‬ ‫= ‪F‬‬ ‫מסה של גוף כוח‬ ‫]‪[N‬‬ ‫] ‪[ Kg‬‬ ‫משמעות הנוסחה היא כי‪:‬‬ ‫גוף בעל מסה ‪ m‬ינוע בתאוצה ‪ a‬כאשר יופעל עליו כוח ‪. F‬‬ ‫לפי החוק הזה של ניוטון כוח המשיכה של כדור הארץ יהיה‪:‬‬ ‫תאוצת הכובד‬ ‫אנו זוכרים כי‪:‬‬ ‫‪W = m•g‬‬ ‫כוח המשיכה של כדור הארץ )משקל הגוף(‬ ‫‪ g = 9.81 m/sec2 ≈ 10 m/sec2‬תאוצת הכובד‬ ‫ידוע שככל שמתרחקים מכדור הארץ אל תוך החלל כוח המשיכה שלו קטן‪.‬‬ ‫חללית הנשלחת לחלל במרחק רב מכדור הארץ מרחפת בחלל בגלל שכוח‬ ‫המשיכה של כדור הארץ קטן וכתוצאה מכך גם תאוצת הכובד קטנה‪ .‬כל זה קורה‬ ‫מבלי שמסת החללית השתנתה כלל‪ .‬אנו רואים את האסטרונאוטים שמרחפים‬ ‫בחללית בעת היותם בחלל כתוצאה מהקטנת כוח המשיכה‪.‬‬ ‫ידוע גם כי כוח המשיכה של הירח קטן פי ‪ 6‬מכוח המשיכה של כדור הארץ‪.‬‬ ‫כל הזכויות שמורות למורן הוצאה לאור אין לצלם או לשכפל מהספר‬ ‫‪93101‬‬ ‫פרק יג' ‪ -‬כוח ותאוצה בתנועה מעגלית‬ ‫בתנועה מעגלית של גוף הנע במהירות היקפית קבועה ‪ V‬נוצרת תאוצה ‪ aR‬בגלל‬ ‫שינויי הכיוון של תנועת הגוף‪ .‬כיוון התאוצה הרדיאלית ‪ aR‬הוא למרכז מעגל‬ ‫התנועה‪.‬‬ ‫על פי החוק השני של ניוטון‪ :‬כאשר קיימת תאוצה ‪ a‬פועל כוח ‪ F‬וההיפך ‪ .‬ידוע‬ ‫שכיוון התאוצה הוא ככיוון הכוח‪ .‬ולכן אם התאוצה הרדיאלית מכוונת לכיוון מרכז‬ ‫המעגל גם כיוון הכוח שפועל על הגוף יהיה לכיוון מרכז המעגל‪.‬‬ ‫יש לזכור‪ :‬המהירות ‪ , V‬התאוצה ‪ , a‬הכוח ‪ F‬הם וקטורים בעלי גודל וכיוון‪.‬‬ ‫‪ m‬מסה‬ ‫‪ V‬מהירות היקפית של הגוף‬ ‫‪ aR‬תאוצה רדיאלית של הגוף‬ ‫כוח הפועל על הגוף ‪F‬‬ ‫‪.‬‬ ‫על כל מסה הסובבת במעגל במהירות היקפית קבועה‪ ,‬פועל כוח בכיוון‬ ‫מרכז מעגל התנועה‪ ,‬הגורם לתאוצה הרדיאלית של הגוף לכיוון מרכז‬ ‫המעגל‪.‬‬ ‫המחקרים על התנועה המעגלית הביאו את החוקרים לבטא את הנוסחה לחישוב‬ ‫המהירות ההיקפית‪:‬‬ ‫הניסויים שנעשו במהלך המחקרים על התנועה המעגלית של הביאו גם לנוסחה‬ ‫של התאוצה הרדיאלית‪:‬‬ ‫ל"תאוצה הרדיאלית" אנו קוראים גם‪" :‬תאוצה צנטריפוגלית"‪.‬‬ ‫כל הזכויות שמורות למורן הוצאה לאור אין לצלם או לשכפל מהספר‬ ‫‪98107‬‬ ‫פרק יד' ‪ -‬מהירות ותאוצה זוויתית‬ ‫עד עתה עסקנו בגופים המסתובבים בתנועה מעגלית‪ .‬אך מה קורה לגוף עגול‬ ‫המסתובב סביב צירו בתנועה מעגלית?‬ ‫אם ניקח לדוגמה גלגל המסתובב במהירות סביב ציר מרכזי אליו הוא מחובר‪,‬‬ ‫כיצד המהירות והתאוצה של הגלגל באים לידי ביטוי?‬ ‫דיסק חיתוך‬ ‫גלגל של אופנוע‬ ‫מהירות זוויתית ‪ω -‬‬ ‫בתנועה מעגלית המהירות ההיקפית ‪ V‬נמצאת ביחס ישר לרדיוס ‪ R‬של מעגל‬ ‫התנועה‬ ‫את זאת ראינו בנוסחה‪:‬‬ ‫כלומר‪ :‬ככל שגדל רדיוס המעגל גדלה המהירות של הגוף‪.‬‬ ‫נוסחה זו נכונה גם כאשר מדובר בגוף עגול אשר יש לו רדיוס ‪ R‬ומסתובב‬ ‫במהירות סביב צירו‪ .‬השאלה היא כיצד נבטא את המהירות של החלקים שלו‬ ‫אשר נמצאים לאורך הרדיוס והם קרובים יותר לציר הסיבוב?‬ ‫נתאר זאת כך‪:‬‬ ‫אורך קשת‬ ‫‪α‬‬ ‫‪R‬‬ ‫כל הזכויות שמורות למורן הוצאה לאור אין לצלם או לשכפל מהספר‬ ‫‪111‬‬ ‫‪102‬‬ ‫פרק טו' ‪ -‬תנע וחוק שימור התנע‬ ‫אנו מכירים את התופעה של התנגשות גופים הנעים אחד כלפי השני במהירות‪,‬‬ ‫ואת תוצאותיה‪ .‬להלן מספר דוגמאות‪:‬‬ ‫משחק סנוקר‬ ‫התנגשות מכוניות‬ ‫כל הדוגמאות המתוארות כאן קשורות באותה תופעה‪ .‬המסה של הגוף שלהם ‪m‬‬ ‫אשר נעה במהירות ‪ V‬צוברת מן "אנרגיה" אשר אנו קוראים לה‪" :‬תנע" ) ‪. ( P‬‬ ‫התנע הוא גודל וקטורי אשר הכיוון שלו זהה לכיוון המהירות של הגוף‪.‬‬ ‫כל גוף בעל מסה ) ‪ ( m‬אשר נע במהירות ) ‪ ( V‬יש לו תנע ) ‪( P‬‬ ‫ובאופן מתמטי נבטא זאת כך‪:‬‬ ‫‪V‬‬ ‫מהירות הגוף‬ ‫] ‪[ m / sec‬‬ ‫‪m‬‬ ‫•‬ ‫=‬ ‫‪P‬‬ ‫תנע הגוף‬ ‫מסת הגוף‬ ‫] ‪[ Kg m / sec‬‬ ‫] ‪[ Kg‬‬ ‫את משמעות ההשפעה של התנע אנו רואים בעיקר כאשר מתרחשת התנגשות‬ ‫בין גופים בתנועה‪ .‬ההתנגשות בין הגופים גורמת לשינוי במהירות של הגופים‬ ‫כתוצאה מהפעלת כוחות של הגופים האחד על השני‪ .‬להפעלת כוחות של הגופים‬ ‫זה על זה אנו קוראים‪" :‬פעולת גומלין"‪.‬‬ ‫כל הזכויות שמורות למורן הוצאה לאור אין לצלם או לשכפל מהספר‬ ‫‪121‬‬ ‫‪112‬‬ ‫פרק טז' ‪ -‬התנגשות פלסטית ואלסטית‬ ‫התנגשויות בין גופים מתרחשת כל הזמן‪ .‬קיים הבדל בין ההתנגשויות על פי‬ ‫המאפיינים הבאים‪:‬‬ ‫התנגשות פלסטית‬ ‫התנגשות פלסטית מתרחשת אם מתקיים אחד או יותר משלושת המצבים‪:‬‬ ‫א‪ .‬כאשר עקב ההתנגשות בין שני הגופים נוצר חום‪.‬‬ ‫ב‪ .‬כאשר עקב ההתנגשות נשארים שני הגופים צמודים זה לזה ונעים‬ ‫במהירות משותפת‪ .‬מצב זה יוצר בהחלט חום‪.‬‬ ‫נוסחת חישוב התנע במצב זה תהיה‪:‬‬ ‫‪m1 V1 + m2 V2 = ( m1 + m2 ) U‬‬ ‫מציאת מהירותם של קליעים מתבצעת בשיטה זו‪ .‬את הקליע יורים לתוך‬ ‫שק במנוחה ומודדים את מהירות התנועה של שתי המסות יחד‪.‬‬ ‫ג‪ .‬כאשר הגופים נעצרים לאחר ההתנגשות ביניהם גם אם לא נוצר חום‬ ‫מההתנגשות עצמה‪.‬‬ ‫העצירה תתרחש אם התקיימו התנאים הבאים‪:‬‬ ‫‪ .1‬שני הגופים חייבים לנוע האחד כלפי השני‪.‬‬ ‫‪ .2‬התנע של גוף אחד יהיה הפוך בסימנו לתנע של הגוף השני‪.‬‬ ‫‪ .3‬גודל התנע של הגופים יהיה שווה לפני ההתנגשות‪.‬‬ ‫כל הזכויות שמורות למורן הוצאה לאור אין לצלם או לשכפל מהספר‬ ‫‪137‬‬ ‫‪128‬‬ ‫אנרגיה‬ ‫עבודה‬ ‫והספק‬ ‫כל הזכויות שמורות למורן הוצאה לאור אין לצלם או לשכפל מהספר‬ ‫‪145‬‬ ‫‪136‬‬ ‫פרק יז' ‪ -‬אנרגיה‬ ‫"אנרגיה" ‪ -‬היא היכולת לבצע עבודה‪ .‬את היכולת הזו מקבל גוף מחומרים‬ ‫שונים הקיימים בטבע בצורות שונות‪ ,‬או ממצבים בהם נמצא הגוף‬ ‫האנרגיה היא אחד המשאבים החשובים ביותר במערכות ביולוגיות וטכנולוגיות‬ ‫כאחד‪ .‬ללא אנרגיה מערכות אלו אינן מסוגלות לפעול‪.‬‬ ‫מאפייני האנרגיה הם‪:‬‬ ‫• בעלת צורות שונות כמו‪ - :‬אנרגית שמש‪ ,‬אנרגיה כימית‪ ,‬אנרגיה‬ ‫מכנית‪ ,‬אנרגיה חשמלית‪ ,‬אנרגית חום‪ ,‬אנרגית אור ועוד‪.‬‬ ‫• ניתנת להמרה ‪ -‬ניתן להפוך את האנרגיה מצורה אחת לצורה אחרת‪.‬‬ ‫לדוגמא‪ :‬תנור חימום מבצע המרת אנרגיה חשמלית לאנרגית חום‪ .‬בדוד‬ ‫השמש לחימום מים מתבצעת המרה של אנרגית השמש לאנרגית חום‪.‬‬ ‫• אפשר לשמר ולאגור אותה ‪ -‬תא סולארי אוגר את אנרגיית השמש‬ ‫במשך היום והופך אותה לאנרגיה חשמלית לשימוש לתאורה בלילה‪.‬‬ ‫חוק שימור אנרגיה קובע‪:‬‬ ‫האנרגיה אינה הולכת לאיבוד ואינה נוצרת יש מאין אלא רק משנה צורה‪.‬‬ ‫חוק שימור האנרגיה מדגיש שלושה הדגשים‪:‬‬ ‫• כמות האנרגיה אינה משתנה ‪ -‬כאשר היא הופכת מצורת אנרגיה אחת‬ ‫לצורת אנרגיה אחרת‪.‬‬ ‫• אנרגיה לא נוצרת מעצמה ‪ -‬אלא ישנם מקורות שונים לאנרגיה כמו‪:‬‬ ‫השמש‪ ,‬גז‪ ,‬מזוט‪ ,‬פחם וכדומה‪.‬‬ ‫• אנרגיה אינה נעלמת ‪ -‬אלא שלפעמים היא אינה מנוצלת במלואה‪.‬‬ ‫לדוגמא‪ :‬במכונות חלק מהאנרגיה הופך לחום שמחמם את המכונה ואינו‬ ‫מנוצל לפעולת המכונה‪.‬‬ ‫כל הזכויות שמורות למורן הוצאה לאור אין לצלם או לשכפל מהספר‬ ‫‪147‬‬ ‫‪137‬‬ ‫פרק יח' ‪ -‬עבודה‬ ‫המושג "עבודה" מוכר לנו והוא קשור לכל מיני פעולות שאנו מבצעים באופן רגיל‬ ‫או מתאמצים לבצען‪ .‬הפירוש שאנו נותנים בחיי היומיום למושג "עבודה" אינו‬ ‫מתאים בהכרח להגדרה הפיסיקלית של מושג זה‪.‬‬ ‫ההגדרה הפיסיקלית של המושג "עבודה" היא‪:‬‬ ‫"עבודה ‪ W‬מתבצעת כאשר מושקע כוח ‪ F‬להזזת גוף למרחק ‪." X‬‬ ‫והביטוי המתמטי יהיה‪:‬‬ ‫‪F • X‬‬ ‫=‬ ‫‪W‬‬ ‫מרחק‬ ‫כוח‬ ‫עבודה‬ ‫]מטר[‬ ‫]ניוטון[‬ ‫]ג'אול[‬ ‫את "העבודה" מודדים ביחידות‪" :‬ג'אול" ) ‪( Jaul‬‬ ‫‪ 1‬ניוטון מטר ) ‪ 1 = ( Nm‬ג'אול ) ‪( J‬‬ ‫באופן סכמטי נתאר את העבודה כך‪:‬‬ ‫ב‬ ‫א‬ ‫‪ F‬כוח שהופעל‬ ‫להזזת התיבה‬ ‫‪ X‬המרחק שעברה התיבה‬ ‫כדי להזיז את התיבה הופעל כוח ‪ . F‬התיבה זזה למרחק ‪ X‬מנקודה א' לנקודה‬ ‫ב' ולכן ניתן לומר כי הושקעה כאן עבודה ‪ W‬להזזת התיבה‪ .‬אך מה קורה כאשר‬ ‫מופעל על הגוף כוח ‪ F‬בזווית מסוימת?‬ ‫באופן סכמטי נראה זאת כך‪:‬‬ ‫‪F‬‬ ‫‪FY‬‬ ‫‪α‬‬ ‫‪FX‬‬ ‫כל הזכויות שמורות למורן הוצאה לאור אין לצלם או לשכפל מהספר‬ ‫‪153‬‬ ‫‪142‬‬ ‫פרק יט' ‪ -‬אנרגיה קינטית‬ ‫גוף בעל מסה ‪ m‬אשר נע במישור אופקי ממצב מנוחה והגיע למהירות ‪ V‬ביצע‬ ‫עבודה אשר הביאה אותו למהירות זו וגרמה לו לצבור אנרגיה שאנו קוראים לה‪:‬‬ ‫"אנרגיה קינטית" ‪. EK -‬‬ ‫אנו יודעים כי אם רוצים להקנות למכונית מהירות גבוהה יותר יש ללחוץ על‬ ‫דוושת הדלק‪ .‬הלחיצה על הדוושה גורמת למנוע להפעיל כוח ‪ F‬חזק יותר על‬ ‫הרכב לאורך מרחק התנועה ‪ X‬אשר גורם להגברת המהירות שלו ‪.V‬‬ ‫ככל שהעבודה ‪ W‬שמבצע המנוע היא לאורך מרחק ‪ X‬גדול יותר כך גדלה‬ ‫המהירות ‪ V‬של המכונית והיא צוברת אנרגיה קינטית גדולה יותר‪.‬‬ ‫העבודה ‪ W‬שבוצעה כדי להניע גוף למרחק ‪ X‬במישור אופקי ממצב מנוחה‬ ‫למהירות ‪ V‬היא האנרגיה הקינטית ‪ EK‬שצבר הגוף‬ ‫גם מטוסים זקוקים למסלול נסיעה לצורך המראה‪.‬העבודה שמבצע כוח הדחף של‬ ‫מנוע המטוס גורם לו להגביר את מהירותו על גבי המסלול עד להמראה‪.‬‬ ‫ידוע כי לעבודה ‪ W‬שמבצע המנוע‬ ‫של המטוס יש קשר למסה ‪ m‬של‬ ‫המטוס ולמהירות ‪ V‬שהוא צובר‪.‬‬ ‫אין לשכוח כי יש להתגבר על כוח‬ ‫החיכוך של הגלגלים עם מסלול ההמראה כדי להגיע למהירות הדרושה להמראה‪.‬‬ ‫כל הזכויות שמורות למורן הוצאה לאור אין לצלם או לשכפל מהספר‬ ‫‪161‬‬ ‫‪150‬‬ ‫פרק כ' ‪ -‬אנרגיה פוטנציאלית‬ ‫ככל שגוף עולה כלפי מעלה וצובר גובה ‪ h‬ביחס למישור ממנו התחיל לעלות כך‬ ‫הוא גם צובר אנרגיה אשר אנו קוראים לה‪" :‬אנרגיה פוטנציאלית" ‪. EP -‬‬ ‫כאשר גוף בעל מסה ‪ m‬נע כלפי מעלה במהירות ‪ V‬יש לגוף אנרגיה קינטית‪.‬‬ ‫אנרגיה זו בנקודת הגובה ‪ h‬הופכת לאנרגיה פוטנציאלית‪.‬‬ ‫גובה ‪h‬‬ ‫‪V=0‬‬ ‫כדור עולה‬ ‫בעל אנרגיה קינטית ההופכת‬ ‫לאנרגיה פוטנציאלית‬ ‫כדור יורד‬ ‫בעל אנרגיה פוטנציאלית‬ ‫ההופכת לאנרגיה קינטית‬ ‫מישור התייחסות‬ ‫דומה הדבר לזריקת כדור לגובה‪ .‬בתנועת הכדור‬ ‫כלפי מעלה יש לכדור אנרגיה קינטית‪.‬ככל שעולה‬ ‫הכדור כלפי מעלה קטנה האנרגיה הקינטית שלו‬ ‫בגלל שמהירותו קטנה‪ .‬אבל‪ ,‬הכדור צובר אנרגיה‬ ‫פוטנציאלית‪ .‬בשיא הגובה כאשר מהירותו שווה לאפס‬ ‫נעלמה האנרגיה הקינטית והפכה לאנרגיה פוטנציאלית‪ .‬עם תחילת נפילתו של‬ ‫הכדור כלפי מטה צובר הכדור שוב מהירות והאנרגיה הפוטנציאלית הופכת חזרה‬ ‫לאנרגיה קינטית‪.‬‬ ‫האנרגיה לא הלכה לאיבוד אלא רק החליפה צורה‪ .‬מאנרגיה קינטית‬ ‫לאנרגיה פוטנציאלית וחזרה לאנרגיה קינטית‪.‬‬ ‫למפל מים יש אנרגיה פוטנציאלית המנוצלת לתחנת כוח הידרו חשמלית‪ .‬המים‬ ‫הנופלים במפל מסובבים טורבינה אשר מניעה גנרטור ליצור חשמל‪.‬‬ ‫גם לגולשים וגם למכוניות יש אנרגיה פוטנציאלית אשר מאפשרת להם לגלוש‬ ‫במורד ללא השקעה של כוח נוסף‪.‬‬ ‫כל הזכויות שמורות למורן הוצאה לאור אין לצלם או לשכפל מהספר‬ ‫‪169‬‬ ‫‪158‬‬ ‫פרק כא' ‪ -‬אנרגיה אלסטית‬ ‫את האנרגיה האלסטית ניתן לתאר באמצעות קפיץ הצמוד לגוף‪ .‬הקפיץ הוא‬ ‫אביזר האוגר אנרגיה לה אנו קוראים‪" :‬אנרגיה אלסטית"‪ .‬וכאשר הוא משחרר‬ ‫אותה היא הופכת ל"אנרגיה קינטית"‪.‬‬ ‫מבנה הקפיץ קובע את אופן השימוש בו‪ .‬יש קפיצים האוגרים אנרגיה באמצעות‬ ‫"כיווץ ושחרור"‪ .‬יש קפיצים האוגרים אנרגיה באמצעות "מתיחה ושחרור"‪.‬‬ ‫כיווץ ושחרור הקפיץ‬ ‫העבודה שהושקעה בכיווץ הקפיץ הופכת כולה לאנרגיה אלסטית הנאגרת בקפיץ‪.‬‬ ‫עם שחרור הקפיץ המכווץ הופכת האנרגיה האלסטית שאגר לאנרגיה קינטית של‬ ‫הגוף שאותו הוא דוחף קדימה‪.‬‬ ‫הפעלת כוח לכיווץ ‪F‬‬ ‫‪ F‬כוח שחרור‬ ‫השימוש בקפיצים כאלו בא לידי ביטוי בתחום‬ ‫הטכנולוגי ויושם בהצלחה רבה במכונות‪,‬‬ ‫מכשירים ואביזרים רבים‪.‬‬ ‫בולמי זעזועים בכלי רכב‪.‬‬ ‫כל הזכויות שמורות למורן הוצאה לאור אין לצלם או לשכפל מהספר‬ ‫‪177‬‬ ‫‪166‬‬ ‫פרק כב' ‪ -‬הספק ‪P -‬‬ ‫"הספק" מוגדר כ‪" :‬עבודה ‪ W‬המתבצעת ביחידת זמן ‪." t‬‬ ‫ובאופן מתמטי נבטא את ההגדרה כך‪:‬‬ ‫יחידות מידה של הספק‪:‬‬ ‫הספק של מנועים מבטאים ביחידת מידה אחרת והיא‪" :‬כוח סוס" ) ‪.( Hp‬‬ ‫יחידת מידה טכנית של הספק‪:‬‬ ‫‪ 1‬כוח סוס = ‪ 736‬וואט‬ ‫תלות ההספק במהירות התנועה‬ ‫אנו יודעים כי כדי להגביר את מהירות הרכב‪ ,‬על מנוע המכונית להגביר את‬ ‫עבודת המנוע ואת ההספק שלו‪ .‬כיצד זה בא לידי ביטוי?‬ ‫מנוע המכונית עושה עבודה ‪ W‬על ידי הפעלת כוח ‪ F‬הפועל לאורך דרך ‪ X‬שהיא‬ ‫בכיוון הכוח‪.‬‬ ‫ובאופן מתמטי‪:‬‬ ‫הספק המנוע יהיה‪:‬‬ ‫‪W=F•X‬‬ ‫נציב‪:‬‬ ‫ידוע כי המהירות היא‪:‬‬ ‫והנוסחה הסופית תהיה‪:‬‬ ‫‪P = F • V‬‬ ‫מהירות כוח‬ ‫] ‪[ N ] [ m/sec‬‬ ‫הספק‬ ‫]‪[W‬‬ ‫כל הזכויות שמורות למורן הוצאה לאור אין לצלם או לשכפל מהספר‬ ‫‪181‬‬ ‫‪170‬‬ ‫תרמודינמיקה‬ ‫כל הזכויות שמורות למורן הוצאה לאור אין לצלם או לשכפל מהספר‬ ‫‪187‬‬ ‫‪176‬‬ ‫פרק כג' ‪ -‬החוק הראשון והחוק השני‬ ‫תרמודינמיקה הוא תחום במקצוע הפיסיקה העוסק בקשר בין אנרגיית חום‬ ‫הנמסרת למערכת והשינויים הפיסיקליים הנוצרים במערכת כתוצאה מכך‪.‬‬ ‫כדי להסביר את השפעתה של אנרגיית החום על חומרים שונים נתאר את‬ ‫השפעתה בתחילה על הגזים‪.‬‬ ‫השאלה היא האם גזים יכולים לבצע עבודה?‬ ‫נענה על שאלה זו באמצעות מזרק‪ .‬כאשר המזרק ריק מנוזל והוא מלא באוויר‪,‬‬ ‫נאטום את פיית ההזרקה שלו ונדחוף בכוח ‪ F‬את הבוכנה לאורך מרחק ‪ X‬עד‬ ‫שהבוכנה תעצר‪.‬‬ ‫כוח ‪F‬‬ ‫בוכנה‬ ‫מרחק ירידה ‪X‬‬ ‫אוויר‬ ‫פיית הזרקה אטומה‬ ‫למעשה בוצעה עבודה ‪ W‬לדחיסת האוויר בתוך המזרק‪ .‬העבודה לא בוצעה על‬ ‫מסה ‪ m‬מסוימת אלא על מספר רב של מסות קטנות של פרודות הגז המרכיבות‬ ‫את האוויר ונמצאות בתוך המזרק‪ .‬המסקנה היא‪ :‬ניתן לבצע עבודה על גז‪.‬‬ ‫כל הזכויות שמורות למורן הוצאה לאור אין לצלם או לשכפל מהספר‬ ‫‪189‬‬ ‫‪177‬‬