כאשר נוסעים במכונית ופונים במהירות גבוהה מרגישים מעין כח הדוחף אתכם הצידה. אם תנסו בדמיונכם לשרטט את המעגל הדמיוני שהעיקול בכביש משלים תראו שהכח תמיד דוחף אתכם החוצה מהמעגל (לשם כך בעיקולים חדים מגביהים את הכביש). עם זאת, אם נשרטט את הכוחות הפעולים על המכונית, מנקודת מבט של מתבונן חיצוני העומד בצד הדרך, הוא כלל לא יראה כח הפועל בכיוון זה. מדוע אם כך נוסעי המכונית מרגישים כח "שלא קיים"? 

הסיבה לכך נעוצה בעובדה שתנועה מעגלית בהכרח דורשת תאוצה, לכן אנשים המתבוננים על התנועה ממערכות ייחוס שונות (לדוגמה איש מצד הכביש, ואיש בתוך המכונית) מאיצים זה ביחס לזה. כתוצאה מכך המעבר ממערכת הייחוס האחת לאחרת אינו כה פשוט, וכוחות מדומים מתווספים לבעיה. 

תנועה מעגלית נפוצה מאוד בטבע, וניתן לראותה בתנועת כוכבים, זרמי ים, רוחות ועוד. גוף הנע בתנועה מעגלית לא צריך להשלים מעגל שלם, גם תנועה בקשת מקיימת את מאפייני התנועה המעגלית. הסרטון שלפנינו ממחיש את הכוחות הפועלים בתנועה מעגלית, ומדגים כיצד כוחות מדומים חונים להבנת התנועה מנקודות מבט שונות.

 

סרטון זה הופק על ידי אודי אהרוני, לאתר הבית שלו לחצו כאן
הסרטון תורגם בידי צוות אתר דוידסון אונליין
 

כאשר שתי מערכות מאיצות האחת ביחס לשניה, מעבר של מערכות ייחוס ממערכת אחת לשניה (כלומר ניתוח הבעיה מנקודת מבט של צופה הנמצא במערכת א' לעומת נקודת המבט של צופה הנמצא במערכת ב') גורם להופעת כוחות מדומים - כוחות אלו נדרשים על מנת לתאר את הבעיה במערכת המאיצה. 

אחת הדוגמאות החשובות לכך הינם הכוחות המדומים המופיעים בתנועה מעגלית. הכח הצנטריפוגלי - הכח אשר לכאורה דוחף אותנו החוצה, הרחק ממרכז המעגל. וכוח קוריוליוס, אשר גורם לנו לסטות מתנועה בקו ישר כאשר אנו נעים על עצם מסתובב. 

הסרטון שלפנינו מדגים היטב את הופעתם של כוחות אלו באמצעות שתי דוגמאות. הבה ננתח את הדוגמא הראשונה ביתר פירוט. תותח מוצב על דיסקה מסתובבת ויורה כדורים. אין כוחות כבידה או חיכוך בבעיה. כיצד תנועת הכדורים תראה? 

צופה מהצד אשר יתבונן בבעיה יראה את התותח יורה כדור בכיוון כלשהו (כאשר הכיוון משתנה מכדור לכדור עקב סיבוב הדיסקה), ואז את הכדור ממשיך בקו ישר, מאחר ולא פועלם עליו כוחות. 

לעומת זאת צופה הנמצא על הדיסקה, יראה את הכדור מבצע תנועה שאיננה קו ישר, ולכן מיד יסיק כ יפועלים כוחות על הכדור!!! כך נולדים כוחות מדומים. 

בדוגמא השניה מנותח מקרה מענין של שתי תנועות מחזוריות - מטוטלת ודיסקית, וכיצד הפרשים בזמני המחזור בין השתיים גורם ליצירת מבנה מענין מאוד של תנועה כפי שהא נראית מכל מערכת ייחוס אחרת.

חשוב לציין, הכוחות המדומים הנוצרים בתנועה מעגלית הינם חשובים מאוד. כולנו מכירים את תחושת ההדחפות החוצה בעת  סיבוב בקרוסלה, כלומר חשנו על בשרנו את הכח הצנטריפוגלי. לכח זה חשיבות רבה מאוד ונעשה בו שימוש על מנת למדוד מאסה של חלקיקים או לשם הפרדה בין איזוטופים שונים, בעלי מאסה שונה של אותו היסוד, על ידי סיבובם במהירות (צנטריפוגה)

לכח קוריוליוס יש משמעות רבה בחישוב מסלולים ארטילריים ובחיזוי מזג אוויר.

למידע נוסף על הכח הצנטרפוגלי לחצו כאן
למידע נוסף על כח קורליוס לחצו כאן

 

מאת: ארז גרטי
המחלקה לכימיה ביולוגית
מכון ויצמן למדע

הערה לגולשים
אם אתם חושבים שההסברים אינם ברורים מספיק או אם יש לכם שאלות הקשורות לנושא, אתם מוזמנים לכתוב על כך בפורום. אנו נתייחס להערותיכם. הצעות לשיפור וביקורת בונה תמיד מתקבלות בברכה.

21 תגובות

  • גלית

    כח חיכוך, בתנועת מכונית במעגל

    במקרה של מכונית הנעה במעגל תנועה שטוח.
    מדוע כח החיכוך הסטטי פועל בכיוון מרכז מעגל התנועה?
    לאיזה כח הוא מתנגד?

  • מומחה מצוות מכון דוידסוןארז גרטי

    תשובה

    שלום גלית
    כאשר מכונית נעה במעגל שטוח, פועל עליה הכח הצנטריפיטלי, מתוך המעגל החוצה, ממש כפי שאת עושה פניה חדה עם המכונית, את נדחפת אל מחוץ למעגל המדומיין בו את נעה. כח החיכוך, אם כן, יהיה כח שקול של הכח הצנטריפיטלי והכח שמניע את המכונית.
    מקווה שעזרתי
    ארז

  • יוסי

    כח צנטרפוגלי

    אדם נוסע בחללית במהירות 1000000 קמ"ש
    החללית תבצע סטיה קלה מהישר נניח שניה שלנו
    מהו הכח בק"ג שיופעל על הנוסע ומהו החישוב

  • ירון גרוס

    קוים כללים לפתרון

    אני לא בטוח שהבנתי לחלוטין את הנתונים בשאלה. האם בשניה מהישר הכוונה לזווית של שניה? או לזמן?
    אני אנסה לתת לך רעיון כללי לאיך אני היתי ניגש לפתור שאלה כזו.
    אם הסטיה היא קלה מאוד אשר לדמיין שהחללית נעה על קשת של מעגל עם רדיוס גדול מאוד. ואם החללית נעה על קשת זו, אזי גם הנוסע נעל על אותה הקשת. כלומר הנוסע ביצע בזמן זה תנועה מעגלית. מאחר ואנו יודעים לחשב את הכוחות הפועלים בזמן תנועה מעגלית ואנו יודעים את מהירות החללית והנוסע. אם תמצא מה הרדיוס של התנועה תוכל לחשב זאת בקלות.

  • יוסי

    כח צנטריפוגלי

    הכוונה לשניה בזוית. אין לי מושג איך לחשב רדיוס בנתונים אלו 1000000קמ"ש1/3600 מעלה

  • גבי

    האם כח קוריוליוס מקטין את הכח ההצנטריפוגלי

    כאשר גוף מתארך תוך כדי תנועה סיבובית (מהירות זוויתית קבועה)
    למשל בדגם של מוט מסתובב כשבקצותיו משקולות עם קפיצים.
    מתבצעת למעשה עבודה במישור ההתארכות אשר מביאה את הגוף למהירות והוא מקבל אנרגיה קינטית ומיכנית (1/2mv^2 ו-F*S). על פניו נראה לי שכיוון שהשינוי באורך נובע מהכח הצנטריפוגלי,לכן נגרע גודלו של כח זה.
    האם הדבר נכון? כי בשום מקור לא ראיתי התייחסות לכך.
    אודה על תשובה מלומדת - גבי

  • ירון גרוס

    כח צנטריפוגאלי או חישוב כוחות רגיל להבנת בריחה ממרכז הסיבוב

    מנקודת מבטה של המשקולת, היא אכן תרגיש כח הפועל כלפי חוץ, כלומר הכח הצנטריפוגלי, והוא זה שיגרום לה "להתרחק מהמרכז"
    אם אתה מחפש דרך לפתור ממשית את הבעיה, במקרה הזה נוח יותר להסתכל על הבעיה מנקודת מבט של מישהו הרואה את הבעיה מהצד ולא מנקודת המבט של המשקולת. במקרה זה אתה יודע שבעת סיבוב הכח שפועל על המשקולת כיכ F=mw^2r. כאשר w היא המהירות הזוויתית ו r המרחק ממרכז הסיבוב. מהו אותו r? זהו אורך המוט עד הקפיץ (נגיד L ) ועוד X - התארכות הקפיץ. כלומר F=mw^2X + mw^2L

    מצד שני אתה יודע מחוק הוק את הכח שהקפיץ יפעיל על המשקולת והוא פשוט F=-KX, כאשר K הוא קבוע הקפיץ. כל שנותר הוא להשוות את שני הגדלים ולחלץ את X - התארכות הקפיץ

  • גבי

    סכום הכוחות על גוף הנע במסלול מעגלי

    תודה על ההסבר.
    אך שאלתי התמקדה בכח קוריוליס המתפתח במהלך ההתארכות/התקצרות הרדיוס, וכיצד ניתן לחשב את סך הכוחות על המסה הנ"ל.
    וכדי למקד את מורכבות השאלה - ניקח לדוגמה אופנוע הנע "בקיר המוות" במסלול מעגלי קבוע, לעומת אופנוע הנע במסלול אליפטי או במסלול שרדיוסו משתנה! ואינו רדיוס קבוע - מהם כלל הכוחות על הגוף הנע ומהו ווקטורם של כל כוח הפועל על המסה הנ"ל

  • ירון גרוס

    כוחות מדומים בעת התארכות/התכווצות רדיוס התנועה

    עכשיו אני מבין שלא הבנתי לעומק את שאלתך הראשונה, לכן אני אענה עליה (עכשיו הדוגמא של המוט עם הקפיצים נראית לי ברורה יותר מזו שהעלית בתגובה השניה).

    במהלך ההתארכות של הקפיץ יש לשים לב כי שני גדלים משתנים. א) רדיוס הסיבוב גדל. ב) במהלך ההתארכות קימת לגוף מהירות שהינה מקבילה לרדיוס הסיבוב (אם הקפיץ מתארך זוהי מהירות חיובית).
    מאחר ובדוגמה זו מישור התנועה מאונך לוקטור התאוצה הזוויתית אז גודלו של הכח הצנטריפוגלי הינו F=mw^2r. מאחר וr, הרדיוס גדל, גם הכח הצנטריפוגלי גדל.
    כעת לכח קוריליוס - במהלך התתארכות או ההתכווצות נוספת למהירות הגוף רכיב Vr - מהירות בכיוון הרדיוס
    גודלו של כח קוריליוס יהיה -2mwV וכיוונו מאונך גם לוקטור w וגם לוקטור V . לכן במהלך ההתארכות/התכווצוות נוצר לכח קוריליוס רכיב בכיוון המשיק לכיוון התנועה. אם תחשוב על כך, במהלך ההתארכות/התכווצות של הרדיוס, מאחר ודרשת כי תיהיה תנועה שוות תאוצה זוויתית, אז המהירות של הגוף במשיק למעגל, שגודלה wr גדלה/קטנה, לכן חיב לפעול כח בכיוון המשיק לתנועת הגוף, והוא חיב לפעול רק בזמן ההתכווצות/התארכות ואז להפסיק על מנת שהתנועה תשאר במהירות קבועה - ולכן הגיוני מאוד שקיים רכיב שכזה של כח קוריליוס

    באופן כללי אם תרצה לראות פיתוח מתמטי מלא של כוחות מדומים בכלל, ובתנועה מעגלית בפרט, הפיתוח קיים בערך כוח קורילויס בוויקיפדיה
    http://he.wikipedia.org/wiki/%D7%9B%D7%95%D7%97_%D7%A7%D7%95%D7%A8%D7%99...

  • גבי

    כוח קורילויו

    חן חן ותודה רבה על תשובתך המורחבת והארוכה.
    עם זאת עדיין לא הובהר לי בבירור כיצד לחשב את סכום הכוחות שהמשקולת מפעילה/מופעלת. (ורצוי מנקודת מבט של המשקולת)
    כלומר: האם נכון יהיה להקטין את גודלו של הכח הצנטריפוגלי הפועל על המשקולת, בערך הנדרש להארכת הרדיוס (לפי F=ma) וכמובן שאם ישנו קפיץ, גם ב-Fx.
    ואליו לצרף את ווקטור הכוח הקורליוס שלמעשה הוא ניצב אליו?
    בברכה ובתודה מראש - גבי

  • ירון גרוס

    כוח קריליוס וצנטריפוגלי

    תוך כדי ההתארכות אתה צודק , וקטור כוח קוריוליוס ניצב לכח הצנטריפוגלי. וגודלו של הכח הצטנריפוגלי הולך ומשתנה בערך הנדרש כפי שתיארות

    הפירוט המלא על חישוב כוחות אלו נמצא ב:
    http://he.wikipedia.org/wiki/%D7%9B%D7%95%D7%97_%D7%A7%D7%95%D7%A8%D7%99...

    אולם יתכן כי הוא מסובך במעט אם תסביר לי מהו הרקע המתמטי שלך אולי אוכל לנסות לפשט אותו או לתת דוגמה שלו במקרה פשוט

  • ניצן

    הכוחות הללו הם כוחות מדומים לכאורה? ניסוח שגוי ומטעה

    מדומה-לכאורה הוא למעשה לא-מדומה כשם שצבע-שקוף לכאורה הוא לא צבע-שקוף. הניסוח "הכוחות הללו הם כוחות מדומים לכאורה" שמופיע בגוף ההסבר שגוי ומטעה...

  • מומחה מצוות מכון דוידסוןארז גרטי

    תשובה

    תיקנו את הערך. תודה על ההערה.

  • קרן

  • שלומי דגן

    הפוך

    האדם הרוקד בסיבוב הוא למעשה המסובב, או כמו בסרטון - הדיסקית. על הדברים אותם הוא לובש, מחזיק או אוחז יופעלו הכוחות הנ"ל.

  • איל

    כוח צנטרפוגלי

    או קיי הבנתי מה ההבדל בין כוח צנטרפוגלי לצנטריפטלי. לא הבנתי מתי שקול הכוחות שווה לצנטריפטלי ומתי לצנטרפוגלי..

  • עידו קמינסקי

    תשובה

    שאלתך לא כל כך ברורה לי. שקול הכוחות כשמו כן הוא. הוא מכיל את כל רכיבי הכוחות למתן כוח אחד בכיוון ובעוצמה משוקללים. למשל אם יש כח הפועל בעוצמת 1N בכיוון ימין וכח הפועל בעוצמה 2N בכיוון שמאל, שיקול הכוחות יהיה כח בעוצמת 1N בכיוון שמאל. אותו הדבר לגבי הכח הצנטרפוגלי והצנטריפטלי. שניהם רכיבים בכח המשוקלל.

    אם לא עניתי על שאלתך אודה לך אם תנסח אותה יותר ברור.

  • דוניטה

    כוחות מדומים אינם נובעים מחוק שלישי של ניוטון

    בדיוק להיפך, הם אינם כפופים לחוק שלישי של ניוטון מכיוון שאינם כוחות אמיתיים - אין מי שמפעיל את הכח ולכן גם אין תגובה לכח.

  • יואב

    נכון, מדובר בתנועה יחסית לגוף הנמצא בתנועה מעגלית

    החוק השלישי של ניוטון בא לביטוי באינטרקציה עם הגוף המסתובב.
    למעשה מתברר שגוף הבא במגע עם גוף מסתובב, בהתנגשות אלסטית יגיב כגוף מסתובב.
    הדבר חשוב מאוד בחקר השדות, ונכון לקרוא לו תנועה ולא כוח.

  • יואב

    כוחות מדומים

    המושג כוח מדומה הוא מטעה מיסודו. ס"ה מדובר בנקודות ייחוס של תנועות ביחס לגוף הנמצא בתנועה סיבובית. כך שמדובר בתנועות ולא בכוחות. החוק השלישי מתקיים באינטרקציה בין שני גופים ולא במצבם היחסי. היה טוב יותר אם במקום המושג מדומה היינו משתמשים בביטוי המתייחס למצב היחסי של גופים לגוף המסתובב.
    התפקיד המכריע של התנועה הסיבובית ביצירת שדות ובהתנהגותם שווה ביטוי פחות מבלבל מ"מדומה".

  • ירון גרוס

    נכון

    זוהי הערה נכונה. נבדוק מדוע נפלה טעות בכתבה ונתקן אותה במהרה.
    תודה רבה