כח אנרגיה מכונה

1. כחאנרגיה מכונה

2. מנופיםמטרות • חקירת ההתנהגות של מנופים • חוק המנוף • יישום החוק בחישובים שונים • דיון במגוון גדול של אביזרים ימיומיים

3. מנופים • האטב שלפנינו מלא בפיזיקה • חוק המנוף • מדובר כאן במנוף

4. מנופים • האיור שלפנינו לקוח מספרו של גלילאו "הרצאות והוכחות מתמטיות סביב שני מדעים חדשים". • גלילאו מסביר כי מה שקובע הוא עניין מורכב שאותו הוא מכנה: • "momentoo forzacomposta"

5. גילוי חוק המנוף – מדידות סטטיות • ניסוי: • ציוד: • שולחן • סרגל • שיפוד עץ • קשית • סרט הדבקה • משקולות

6. גילוי חוק המנוף – מדידות סטטיות • ניסוי: • משחילים את השיפוד דרך הקשית • אל הקשית מוצמד הסרגל באופן סימטרי, כך שהוא תלוי עליה אופקית • משני צדי הציר מניחים משקולות (מטבעות) על הסרגל ומחפשים מצבי שיווי משקל

7. גילוי חוק המנוף – מדידות סטטיות • ניסוי: • התצלום למטה נעשה ממבט על

8. גילוי חוק המנוף – מדידות סטטיות • ניסוי: • בכל חלק בניסוי עליכם להניח מסה אחת במרחק מסוים מהציר (קשית) • עליכם להניח את המסה השנייה מצדו השני של הציר כך שיהיה איזון • עליכם לרשום בדף הניסוי את המרחקים מהציר ביחס למשקלים. • חלק א: כאשר המשאות שווים • חלק ב: כאשר יחס המסות הוא 1:2 • חלק ג: מקרה כללי – מסות כלשהן

9. גילוי חוק המנוף – מדידות סטטיות • חלק א • כאשר לשני המשאות יש מסה זהה (m1=m2), הם נמשכים מטה במידה שווה. • תולים על המוט (או מניחים עליו) גוף אחד במרחק d1 משמאל לנקודת המשען. • באיזה מרחק d2 יש לתלות (או להניח) את הגוף השני מימין לנקודת המשען, כדי שהמערכת תהיה מאוזנת, ללא תנועה? • רשמו את השערתכם. • נמקו את השערתכם. • ב. בדקו את השערתכם בחמישה מרחקים (d1) שונים, בשני ערכי m1 שונים:

10. גילוי חוק המנוף – מדידות סטטיות • חלק א • ב. בדקו את השערתכם בחמישה מרחקים (d1) שונים, בשני ערכי m1 שונים:

11. גילוי חוק המנוף – מדידות סטטיות • חלק ב • כאשר לשני המשאות יש מסות שונות • הם נמשכים מטה במידה שונה • תולים על המוט (או מניחים עליו) גוף אחד במרחק d1 משמאל לנקודת המשען. • האם המרחק d2, שבו נמצא גוף שמסתו היא m2=m1/2, אמור להיות גדול מ-d1, קטן ממנו, או שווה לו, כדי שהמערכת תהיה מאוזנת?

12. גילוי חוק המנוף – מדידות סטטיות • חלק ב • ערכו מדידות בשלושה מרחקים (d1) שונים, ובכל מרחק בשני ערכי m1שונים:

13. גילוי חוק המנוף – מדידות סטטיות • חלק ג • בדקו את תשובתכם בסדרת ניסויים נוספים עבור מסות שונות. • בטבלה רשמו גם את כוח הכובד F=mg. • אל תשכחו את היחידות

14. חוק המנוף • שתי דרכים לניסוח ההכללה: • ישנו קשר בין הכוח למרחק. • ככל שהמרחק גדל הכוח שצריך להפעיל • קטן

15. חוק המנוףכאשר יש יותר משתי מסות • מה יהיו החישובים כאשר יש יותר משתי מסות?

16. חוק המנוףהדמיית מחשב • שימוש בהדמיית מחשב • ההדמיה של PHETנמצאת בכתובת הבאה: • http://phet.colorado.edu/en/simulation/balancing-act • בתחתית דף האינטרנט הזה יש רשימה של תרגומים (ל-34 שפות, ברגע כתיבת הדברים האלה), ובתוכם תרגום לעברית • ההדמיה מחולקת (באמצעות לשוניות) לשלושה חלקים: הקדמה, מעבדת איזון ומשחק.

17. נקודת משען – נקודת ארכימדס • נראה כי באמצעות מנוף אפשר להניף כל דבר, כבד ככל שיהיה. • מייחסים לארכימדס את האמירה "תנו לי נקודת משען ואניף את העולם". • האיור שלפנינו, שמציג מנוף שמיועד להניף את כדור הארץ, ממחיש את מגבלות המנוף. • שימוש במנוף מחייב נקודת משען • אם אין על מה להישען, אי אפשר להניף • נקודת משען כזאת נקראת לעתים נקודת ארכימדס

18. מנופים בחיי היומיום • מנוף מן הסוג הראשון • הצבתשלפנינו היא מנוף בעל שתי זרועות שיש להן ציר סיבוב משותף • כוחות שיופעלו על החלק הארוך של הזרועות, • יגרמו לכוחות חזקים יותר שיפעילו החלקים הקצרים של המנוף על מסמר שהן יחבקו. • כוחות אלה יבטיחו את האחיזה האיתנה במסמר.

19. מנופים בחיי היומיום • מנוף מן הסוג הראשון • דוגמאות נוספות: • המשותף לכל הכלים האלה הוא היותם דומים למנוף שבו עסקנו עד כה. • ציר הסיבוב (נקודת המשען) נמצא בין הנקודה שבה אנו מפעילים את הכוח לבין הנקודה שבה הכוח מופעל על גוף אחר (מסמר, בורג...).

20. מנופים בחיי היומיום • מנוף מן הסוג השני • הפעם הכוח שאנו מפעילים והמשא נמצאים שניהם מאותו צד של הציר. • כדי להחזיק את המשא עלינו להפעיל כוח כלפי מעלה • כדי שנוכל להפעיל כוח קטן ככל האפשר , נפעיל את הכוח רחוק ככל האפשר מן הציר, מעבר למקום שבו נמצא המשא • המשא נמצא בין הציר לבין המקום שבו אנו מפעילים את הכוח

21. מנופים בחיי היומיום • מנוף מן הסוג השני • דוגמה למנוף מן הסוג הזה נמצא בתרשים שלפנינו. • כדי להרים את הסלע ולעקור אותו מן הקרקע, אנו נועצים את המוט בקרקע (נקודת משען) ומפעילים כוח בקצה העליון של המוט

22. מנופים בחיי היומיום • מנוף מן הסוג השלישי • הפעם אנו מפעילים את הכוח בין הציר לבין מקומו של המשא. • עלינו להפעיל כוח גדול יותר מן הכוח שמפעיל המשא. • הפעם המנוף אינו פועל להגדלת הכוח, אלא להקטנתו. • היתרון המכני (F2/F2) קטן מ-1. • זה מתאים למקרים שבהם אנו מעוניינים בהפעלה רגישה של כוח.

23. מנופים בחיי היומיום • מנוף מן הסוג השלישי • פינצטה (מַלְקֶטֶת) היא מכשיר שבו מיושם מנוף כזה.

24. מנופים בחיי היומיום • מנופים בגוף האדם • האיור שלפנינו מתאר אדם שכף ידו מרימה כדור • כדי שזה יתרחש, האמה (חלק היד שבין המרפק לבין כף היד) נעה בתנועה סיבובית

25. מנופים בחיי היומיום • מנופים בגוף האדם • באיור מוצג מצב שבו המרפק נשען על שולחן ומשמש כציר סיבוב קבוע. • המומנט המסובב מופעל על ידי שריר הזרוע (שמיוצג באיור על ידי קפיץ). • אנו רואים כי "זרוע הכוח" קטנה מן המרחק עד למקום שבו נמצא המשא. • זהו מנוף "מן הסוג השלישי". במקרה זה אין הגדלה של כוח, אלא דווקא הקטנה. • השריר מפעיל על האמה כוח קטן מזה שמופעל, בסופו של דבר, על הכדור. • היתרון המכני קטן מיחידה. • מתברר כי אכן אין יתרון של כוח, אך יש "יתרון תנועתי". • כאשר השריר מתכווץ במידה מעטה, כף היד עוברת מרחק גדול. • יש בגוף האדם גם דוגמאות של מנופים מסוגים אחרים.