החוק השני של ניוטון: F=ma, מתאר את היחס בין תאוצה של גוף, המסה שלו והכוח המופעל עליו (בתוך הגבול שבו המכניקה הקלאסית יודעת לאתר אותו היטב). היישומון שלפנינו יעזור לנו להדגים את העיקרון הזה ולראות מה קורה כשכוחות שונים פועלים על גוף יחיד. להפעלה לחצו על התמונה.
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.
נתחיל בלשונית השמאלית והפשוטה ביותר: משיכת חבל. כאן תוכלו להוסיף אנשים בעלי כוח שונה לכל אחת מהקבוצות המושכות בחבל. כל אדם יוסיף כוח שונה שימשוך את העגלה לכיוון של הקבוצה שלו וכך תוכלו לראות מהו הכוח הפועל לכל כיוון. מאחר שפועלים על העגלה כמה כוחות, אם ברצוננו לדעת איך בדיוק היא תזוז עלינו למצוא את השקול, כלומר את סכום הכוחות. במקרה הזה, מאחר שכל הכוחות פועלים על אותו ציר, אפשר למצוא את השקול בקלות באמצעות חיבור פשוט של גודל הכוחות, כך שכוח לכיוון ימין יסומן ככוח חיובי וכוח לכיוון שמאל יקבל סימן שלילי.
נקודה קטנה למחשבה – שימו לב שלא משנה איפה לאורך החבל תציבו כל אחד מחברי הקבוצה, האם אתם יודעים באיזו בעיה מכנית קלאסית המקום שבו מפעילים את הכוח ביחס לגוף כן משנה?
נעבור ללשונית השנייה: לשונית תנועה. כאן תוכלו להפעיל כוח לזמן מוגבל. תחילה הציבו עצם או אדם כלשהו, או כמה מהם יחד, על הגלגשת. לאחר מכן דחפו אותה. כל עוד תמשיכו לעשות זאת, הגלגשת תאיץ, בהתאם לחוק השני של ניוטון: F=Ma. כלומר ככל שהכוח חזק יותר התאוצה גדלה, ואילו מסה גדולה יותר גורעת מהתאוצה.
שימו לב שאחרי שאתם מפסיקים את הפעלת הכוח הגלגשת ממשיכה לנוע במהירות קבועה. מאחר שהכוח המופעל עליה יורד ל-0, גם התאוצה מתאפסת והמהירות נשארת קבועה. המצב הזה כמובן שונה מאוד ממה שאנחנו מכירים בחיי היומיום, מאחר שבמציאות קיים כוח נוסף – החיכוך – שפועל תמיד נגד כיוון התנועה.
כעת נעבור ללשונית הבאה שתעזור לנו להבין איך משפיע החיכוך על מאזן הכוחות. הלשונית חיכוך דומה מאוד לקודמתה. גם כאן עליכם להעמיס נוסעים ומסעות על הגלגשת ולדחוף אותה, אולם ההבדל הוא שכאן תוכלו לקבוע גם את מקדם החיכוך בין הגלגשת לכביש באמצעות הסרגל שבצד ימין. כוח החיכוך תלוי במקדם הזה וגם במסה.
התחילו עם מקדם חיכוך גבוה מאוד ומסה גבוה מאוד. במצב הזה כוח החיכוך המקסימלי שיכול לפעול עולה על הכוח שבו אתם יכולים לדחוף את הגלגשת, כך שהיא לא תנוע. שימו לב שהחיכוך הסטטי (כלומר החיכוך כל עוד הגלגשת אינה נעה), אינו קבוע, אלא מגיב לכוח שאתם מפעילים. לחיכוך הזה יש ערך מקסימלי, כך שכל עוד הכוח שאתם מפעילים קטן מהערך הזה לא תצליחו להזיז את העגלה. כוח החיכוך יתאים את עצמו וכוח שאתם מפעילים ושקול הכוחות יישאר תמיד אפס.
כעת הקטינו את מקדם החיכוך ואת המסות. אם הקטנתם מספיק, כוח החיכוך המקסימלי יהיה קטן מהכוח המרבי שאתם יכולים להפעיל. במקרה הזה החיכוך יגיע לערכו המקסימלי ויישאר כך עד שהעגלה תעצור. במיאות, אגב, עם תחילת תנועה מקדם החיכוך יקטן מעט, כך שכוח החיכוך במהלך התנועה יהיה קטן יותר מהחיכוך שהיה לפני תחילת התנועה. אחרי שתפסיקו להפעיל כוח תראו איך הגלגשת מאטה עם הזמן, עד שתיעצר לבסוף.
ירון גרוס
המחלקה לפיסיקה של חומר מעובה
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.
