כשאנחנו מזיזים חפץ ממקום למקום אנו מפעילים עליו כוח. הכוח שאנחנו מפעילים הוא אחד מתוך מכלול שלם של כוחות שפועלים על העצם מכיוונים שונים. אם נעצור ונתבונן בכוח שאנו מפעילים ובהשפעתו על העצם, נגלה שהוא מציית לשלושת החוקים של ניוטון.
היישומון שלפנינו בא לעזור לנו לנתח את ההשפעה שיש להפעלת כוח על עצם בתנאי מעבדה, כלומר בלי הפרעות של כוחות אחרים שאינם נמצאים בשליטתנו. לצפייה ביישומון לחצו על התמונה ופתחו את הקובץ המקושר (יישומון ג'אווה).
היישומון הופק במסגרת פרויקט PhET של אוניברסיטת קולורדו
להורדת היישומון ולהרצתו על המחשב לחצו כאן
אם אינכם מצליחים להעלות את היישומון, התקינו את תוכנת Javaweb. לחצו כאן והתקינו לפי ההוראות.
היישומון הזה פשוט יחסית לתפעול, אך אפשר ללמוד ממנו הרבה על הקשר בין כוח לתנועה. כדי לגרום להפעלת כוח על העצם, על שעליכם לעשות הוא ללחוץ עליו ולגרור אותו עם העכבר. ככל שתגררו אותו רחוק יותר, כך הכוח שיופעל עליו יהיה חזק יותר. כיוון הגרירה ישפיע על הכיוון של הכוח המופעל על העצם. שימו לב בהגדרות לסמן "הצג כוחות אופקיים", "הצג כוח שקול", לוודא שלא יופעל חיכוך ושהעצם הנבחר יהיה ארון (200 ק"ג). המתקדמים שבינכם יוכלו לשחק במקדמי החיכוך הקינטי והסטטי, וגם לשחק עם משקל הגוף ועם תאוצת הכובד. (אתם חושבים שהיא תשנה משהו? מדוע?)
כוח שקול פירושו סכום הכוחות המופעלים על העצם, כאשר גודלן נקבע על ידי עוצמתם, וסימונו (פלוס או מינוס) קובע את כיוונם. מאחר שמדובר כאן בתנועה אופקית (חד-ממדית) אין צורך להתחשב בכוחות אנכיים כמו כוח המשיכה.
החלו לדחוף את הארון. שימו לב שברגע שאתם מתחילים להפעיל עליו כוח הוא מתחיל לנוע. נראה לכם סביר להזיז בכזאת קלות ארון ששוקל 200 ק"ג? עכשיו הפעילו כוח חיכוך, מה קרה? מדוע?
הפעילו את גרף הכוח המופעל עם חיכוך ובלעדיו. מה קורה לכוח השקול? מה קורה לכוח החיכוך כשאתם הופכים את כיוון הדחיפה? מדוע? שימו לב מה קורה לכוח החיכוך כשאתם עוזבים את העצם. מדוע זה כך? שחקו מעט עם הפרמטרים של מקדמי החיכוך המופיעים ב"אפשרויות מתקדמות". איך הם משפיעים על תנועת הגוף? מה אתם מסיקים על ההבדלים בין חיכוך סטטי לחיכוך קינטי?
עכשיו ננתח את התאוצה. סגרו את גרף הכוח, עברו לגרף התאוצה ולחצו על "נקה". כדי לפשט את הדברים נסיר כאן מחדש את החיכוך, אבל אם אתם רוצים להבין מה קורה בנוכחות חיכוך נסביר שהכוח השקול פשוט קטן יותר בנוכחותו, והוא משתנה ברגע שמפסיקים להפעיל כוח על העצם (כפי שראינו קודם).
הפעילו כוח על העצם וראו מה קורה לתאוצה. שימו לב מה קורה כשאתם מגדילים את הכוח או מקטינים אותו. שימו לב שגם כשאתם עוזבים את הגוף והתאוצה מתאפסת, הגוף ימשיך לנוע. מדוע? שימו לב שכאשר הכוח קבוע התאוצה קבועה, ואילו כאשר אתם משנים את עוצמת הכוח התאוצה משתנה.
נסו כעת לשנות את העצם שאתם מזיזים ולראות איך משפיע המשקל על תנועת הגוף. כעת בואו נאמת את החוק השני של ניוטון (F=ma). חשבו את התאוצה שתתקבל בהפעלת כוחות שונים על עצם בעל מסה קבועה לבחירתכם וראו אם זה מתאים למה שתקבלו ביישומון. איך תשפיע לדעתכם הוספת חיכוך על התאוצה?
כעת ננתח את המהירות. סיגרו את גרף התאוצה, פיתחו את גרף המהירות ולחצו על "נקה". התחילו להזיז את הגוף. מה קורה למהירות? עזבו את העצם. מה קורה עכשיו למהירות? חזרו על הפעולות בתוספת חיכוך. מה קורה למהירות?
עכשיו ננתח את מיקום הגוף. סגרו את גרף מהירות, פיתחו את גרף המיקום ולחצו על "נקה". הזיזו את הגוף. מה קורה למיקומו?
כעת נעבור לניתוח מורכב יותר של התהליכים. פיתחו את גרפי הכוח והתאוצה ולחצו על נקה. הפעילו כוח וראו איך הוא משפיע על הכוח שמופעל מול התאוצה. האם יש הבדל בין הגרפים הנוצרים? מדוע?
סיגרו את גרף הכוח, פיתחו את גרף המהירות (כלומר מהירות ותאוצה פתוחים) ולחצו על "נקה". הזיזו את הגוף. מה קורה לתאוצה כשהמהירות עולה? מה קורה לה כשהמהירות יורדת? מה קורה לה כשהמהירות קבועה? האם ירידה בתאוצה גורמת לירידה במהירות? מדוע?
סיגרו את גרף התאוצה ופיתחו את גרף המקום (גרפי מהירות ומקום פתוחים). לחצו על "נקה". חזרו על ההשוואה הקודמת, אבל הפעם עם מקום ומהירות במקום מהירות ותאוצה. איך המקום מושפע מהמהירות? האם האטה תגרום להתקדמות שלילית במיקום? מדוע?
ביישומון הזה ראינו איך הכוח משפיע על מאפייני תנועה שונים בתנועה אופקית. זו צורת התנועה הבסיסית ביותר – בתנועות מורכבות יותר (שיפוע, זריקה אופקית וכו') פועלים אותם חוקים בדיוק, אבל יש פשוט יותר רכיבי כוח ויותר ממדי תנועה שצריך לקחת בחשבון.
שאלה למתקדמים: בהינתן פונקציה שמתארת את מיקום הגוף כפונקציה של זמן, האם נוכל לקבל ממנה גרף של מהירות הגוף ותאוצתו? אם כן, איך? רמז: שימו לב מה קורה למהירות ולמיקום בתאוצה אפס.
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 ואנו נתייחס להערותיכם. הצעות לשיפור וביקורת בונה יתקבלו תמיד בברכה.
