לכבוד המונדיאל ירדנו למעבדה לבדוק אחת ולתמיד, מי טוב יותר – מסי או רונאלדו. יצא מצחיק

ניסוי מיוחד של מדע במעבדה לכבוד המונידאל, צפו בסרטון:

אז איך יכול להיות שכדורים הבנויים מאותו חומר, באותו גודל, ובאותו משקל (עד כדי משקל של טיפת דבק) מתגלגלים באופן שונה?

כדי להסביר את זה נחשוב על דוגמה שכולם מכירים - מסה: נניח שיש על הריצפה משקולת של 1 ק"ג ומשקולת של 100 ק"ג מה קל יותר לדחוף? ברור שאת המשקולת הקלה יותר. טוב, אפשר לחשוב שהסיבה לכך היא רק כוח החיכוך בין המשקולות לקרקע, אבל התשובה לא תשתנה אפילו אם המשקולות נמצאות על עגלה, שבזכות הגלגלים שלה כמעט אין חיכוך. הרבה יותר קשה לדחוף עגלה כבדה מעגלה קלה. ככל שהמסה של גוף גדולה יותר כך קשה יותר לדחוף אותו, לשנות לו את המהירות.
מבחינה מסויימת זה מה שנקרא 'החוק השני של ניוטון' (על שם אייזק ניוטון, המדען הבריטי שניסח אותו). ככל שהמסה גדולה יותר גוף יתנגד יותר לשינוי המהירות שלו. למעשה אפשר להסתכל על מסה של גוף פשוט כמידת ההתנגדות שלו לכוח. ככל שלגוף כלשהו יש מסה גדולה יותר, כך הוא מתנגד יותר שידחפו אותו, והוא יעדיף 'להתמיד' במצבו: להישאר במקום או להמשיך באותה המהירות אם הוא כבר נע.

עכשיו נעזוב את המשקולות ונעבור לכדורים ולדברים מסתובבים אחרים. כאשר אנו מסובבים כדור או גלגל – אנחנו גורמים לו לתנועה סיבובית. בתנועה סיבובית, בניגוד לתנועה בקו ישר, לא רק המסה של הגוף משפיעה על הסיבוב, אלא גם רדיוס הסיבוב, כלומר המרחק של המסה ממרכז ציר הסיבוב. הגודל המודד זאת נקרא מומנט התמד (או התמדה) של הגוף. למעשה המרחק מציר הסיבוב משפיע בריבוע, באופן מילולי, על מומנט האינטרציה: למסה המסתובבת ברדיוס של 2 סנטימטר יהיה מומנט התמדה גדול פי 4 ממסה המסתובבת ברדיוס של 1 סנטימטר (2 בריבוע).

ובאמת כפי שרואים בניסוי שבסרטון, זה חסר משמעות לשאול 'כמה קשה לגרום למסה של 80 גרם להסתובב', כאשר מדברים על סיבוב חייבים לדעת באיזה רדיוס רוצים לסובב את הגוף. כאשר הרדיוס, כלומר המרחק מהמרכז, גדול יותר, כך 'קשה' יותר לסובב את הגוף, והוא יתמיד יותר במצבו ויתנגד לסיבוב.

לכן כאשר גלגלנו שני כדורים באותו גודל חיצוני ובעלי אותו משקל (על שניהם פעל בדיוק אותו כוח משיכה) הכדור בעל מומנט ההתמדה הגדול יותר – שזה הכדור 'רונלדו' בו המסות היו רחוקות יותר מהמרכז, התגלגל (=הסתובב) לאט יותר מהכדור 'מסי' שבו המשקולות היו קרובות למרכז.

בסיום הסרטון מוצגת תוצאה לא אינטואיטיבית של מומנט ההתמד: כאשר מנסים לייצב על האצבע מקל ארוך עם מסה בקצה אחד, הרבה יותר קל לייצב אותו דווקא כאשר המסה נמצאת למעלה (בניגוד לאינטואיציה היום יומית שלנו). כאשר המסה נמצאת למעלה, היא בעלת מומנט התמד גדול יותר, כלומר יותר נוטה להתמיד במצבה ופחות נוטה לזוז בהשוואה למסה הנמצאת למטה / ברדיוס סיבוב קטן קרוב לאצבע, ולכן דווקא במצב זה הרבה יותר קל לייצב את המקל (כי פחות זז).

0 תגובות