2 משימות · 3 סימולטורים · 2 ניסויים בבית · כ-40 דקות
למה קשה להתחיל ולמה קשה לעצור?
לפני יותר מ-300 שנה אייזק ניוטון כתב שלושה חוקים שמסבירים כל תנועה. בשיעור הזה נפגוש את השניים הראשונים: למה דברים ממשיכים במה שהם עושים, וכמה כוח צריך כדי לשנות את זה.
מה צריך:דף נייר, מטבע וספר.
1
החוק הראשון · ניסוי בבית וסימולטור · 10 דקות
דברים רוצים להמשיך
החוק הראשון: גוף ממשיך במה שהוא עושה, עד שכוח משנה את זה.עומד ימשיך לעמוד. נע ימשיך לנוע ישר, באותה מהירות. לזה קוראים התמדה.
הנח דף על קצה השולחן, כך שחלק ממנו בולט החוצה. שים מטבע במרכז הדף.
החזק את הקצה הבולט בשתי ידיים, ומשוך אותו במהירות ישר החוצה, במכה אחת.
מה יקרה למטבע?
המטבע נשאר כמעט במקום. הוא עמד, והוא רוצה להמשיך לעמוד. המשיכה המהירה נתנה לו כוח קטן לזמן קצר מאוד. נסה עכשיו למשוך לאט: הדף יגרור את המטבע, כי לכוח יש זמן לפעול.
אז למה כדור שבעטת עוצר בסוף? כי יש כוח שעוצר אותו: חיכוך. בסימולטור אפשר לכבות אותו. גרור מהדסקה לאחור ושחרר, כמו קלע.
על מה מחליקים
גרור את הדסקה
בחלל אין חיכוך: חללית שכיבתה מנועים ממשיכה לטוס.
2
החוק השני · חידות וניסוי · 15 דקות
כמה קשה להזיז?
F = m · aכוח = מסה × תאוצה. אותו כוח על מסה כפולה נותן חצי תאוצה.
מה זה F = m · a? נלך לאט
שלוש מילים לפני הכול. הנוסחה בעצם משפט קצר. כל אות היא מילה:
Fכוחכמה חזק דוחפים. נמדד בניוטון. ניוטון אחד הוא בערך המשקל של תפוח קטן ביד.
mמסהכמה חומר יש בדבר שדוחפים. נמדדת בקילוגרמים.
aתאוצהבכמה המהירות עולה בכל שנייה.
המילה הכי מבלבלת: תאוצה. היא לא המהירות עצמה, אלא כמה מהר המהירות משתנה. עגלה עם תאוצה 5 מתחילה מ-0 ומרוויחה 5 מ/ש בכל שנייה:
התחלה0
אחרי שנייה5
אחרי 2 שניות10
אחרי 3 שניות15
המספרים הם מהירות, במטר לשנייה.
איך הכוח מתחלק. דמיין שהכוח הוא 12 סוכריות, והמסה היא 3 ילדים. כל ילד מקבל 12 ÷ 3 = 4. ככה גם כאן: הכוח מתחלק על כל קילוגרם. לכן כשרוצים למצוא תאוצה, מחלקים:
a = F ÷ mתאוצה = כוח ÷ מסה. זאת אותה נוסחה, רק כתובה כדי למצוא את a.
דוגמה פתורה. דוחפים עגלה של 2 ק"ג בכוח של 10 ניוטון. מה התאוצה?
מה ידוע? F = 10, m = 2.
מה מחפשים? את a, אז מחלקים: a = F ÷ m.
מציבים מספרים: a = 10 ÷ 2.
מחשבים: a = 5. כלומר המהירות עולה ב-5 מ/ש בכל שנייה.
עכשיו אתה. תמיד אותם ארבעה צעדים: מה ידוע, מה מחפשים, מציבים, מחשבים.
תורך: דוחפים ארגז של 4 ק"ג בכוח של 12 ניוטון. מה התאוצה?
מ/ש²
מחלקים כוח במסה: a = F ÷ m.
a = 12 ÷ 4
תורך: דוחפים אופניים של 5 ק"ג בכוח של 20 ניוטון. מה התאוצה?
מ/ש²
a = F ÷ m
a = 20 ÷ 5
הפוך: כמה כוח צריך? לפעמים יודעים איזו תאוצה רוצים, ומחפשים כוח. אז כופלים, כמו בנוסחה המקורית: F = m × a.
דוגמה: עגלה של 3 ק"ג, ורוצים תאוצה 5. אז F = 3 × 5 = 15 ניוטון.
תורך: עגלה של 6 ק"ג, ורוצים תאוצה 5. כמה כוח צריך?
ניוטון
עכשיו מחפשים את F, אז כופלים: F = m × a.
F = 6 × 5
החידות: העגלה האפורה נוסעת תמיד עם 10 ניוטון על 2 ק"ג, כלומר תאוצה 5. כדי להגיע איתה, גם לכחולה צריכה להיות תאוצה 5 לפחות. חשב קודם על דף, ואז כוון את המחוונים ולחץ מרוץ. נתקעת? לחץ "הראה לי איך".
פטיש ונוצה
אם קשה יותר להזיז דבר כבד, למה הוא לא נופל לאט יותר? כי גם כדור הארץ מושך אותו חזק יותר, באותו יחס בדיוק. התוצאה: כולם מקבלים אותה תאוצה. מה שמפריע לנוצה הוא רק האוויר.
הנח דף קטן על ספר גדול, כך שהדף לא בולט מהספר, והפל אותם יחד מגובה. מה יקרה?
הדף נופל צמוד לספר, אף שלבד הוא מרחף לאט. הספר מסתיר אותו מהאוויר, ובלי גרר שניהם נופלים באותו קצב. ב-1971 האסטרונאוט דיוויד סקוט הפיל פטיש ונוצה על הירח, והם נחתו יחד.