כוחות והתקני כוח תורת התנועות מיקה א דינ אנרגיה עבודה הספק מיקה א תרמו

Comments

Transcription

כוחות והתקני כוח תורת התנועות מיקה א דינ אנרגיה עבודה הספק מיקה א תרמו
‫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

Similar documents