3 שאלות בסיסיות במכניקה של היומיום: כוח דימיוני,תנועת אופניים ושקול ניוטוני

 הפעם 3 שאלות ברמה בסיסית יותר, אבל מעניינות לא פחות

האם קיים כוח צנטרפוגלי? אם לא, מהו אותו כוח דמיוני שאנו מרגישים?

 

 אין כוח כזה . באופן כללי ניתן לומר שהכוח הצנטרפוגלי הוא תוצר לוואי של תאוצה ולא הגורם שלו. אולם כל אחד מרגיש את הכוח הזה בזמן פנייה של האוטו. זהו כוח האינרציה שגורם לנו לנוע בקו ישר אל מחוץ למעגל התנועה. הכוח הצנטרפיטלי מושך אותנו פנימה. ע"מ להמחיש את ההבדל בין כוח רגיל וכוח צנטרפוגלי נדמיין שאנחנו החפץ המסובב ע"י חבל. הכוחות במערכת הם האינרציה שדוחפת אותך החוצה מהמעגל בקו ישר, הכוח של החבל מושך אותך פנימה, וצירוף שניהם יוצר (ע"י חיבור ווקטורי של רכיבים מאונכים) מעגל. אולם אין שום כוח שמושך אותך החוצה מהמעגל, בכיוון מנוגד לכיוון משיכת החבל. למעשה ניתן להגיד שהחבל גורם לך להאיץ אבל בכיוון שונה מהכיוון שהוא מושך, וזאת כתוצאה מחיבור מהירויות. דוגמא נוספת לזו ניתן לראות אם נירה את עצמנו מתותח. אנו מאיצים לכיוון מרכז כדה"א אולם נעים באלכסון למטה ולא אנכית ישירות.

 למה אופניים נופלים בעמידה ולא נופלים אם נסיע אותם במהירות?

  כשאנו רוכבים על אופניים אנו יוצרים מהירות סיבובית בעלת וקטור הפונה (לפי חוק יד ימין) לצד שמאל שלנו. יצרנו מומנטום זוויתי, גורם קבוע ביקום, ועל בסיס שימורו נוכיח שהאופניים יסטו לכיוון המתאים במקרה של נפילה. נניח שהאופניים רוצים ליפול שמאלה. כעת הכוח שמפעילה הריצפה (על הגלגל הנטוי בזווית שמאלה) יוצר מומנט בעל ווקטור בכיוון אחורה של האופניים (שוב, בשימוש חוק יד ימין). הכוח הוא הנורמל, הזרוע היא המרחק בין הגלגל שנוגע בקרקע ומרכז המסה של האופניים. להמחשה,  כל ילד יודע שלא ניתן להביא את מרכז הכובד של הגוף מעבר לקצה הציפורן , כי מעבר לנקודה זו ניפול. במקרה של האופניים השקול יהיה שמאלה ואחורה. ע"מ לקזז את הרכיב שנוסף (שהרי קבענו שהמומנטום חייב להישמר קבוע) האופניים מוסטים שמאלה. כעת שוב הרכיב היחיד של התנע הסיבובי הוא השמאלה החדש שלנו.

 אם קטר מפעיל כוח שווה לזה שקרון מפעיל עליו מדוע הם זזים? 
החוק השלישי של ניוטון קובע שאם מופעל על גוף כוח, הגוף מתנגד בכוח שווה בגודלו והפוך בכיוונו. אם שניהם מפעילים כוחות שווים האם הם לא אמורים לעמוד במקום? השאלה הבסיסית שאמורה להישאל היא מהי מערכת הצירים בה אנו משתמשים. אם נציב את מערכת הצירים על הרכבת אז ישנם שני כוחות: כח המנוע וכוח משיכת הקרון. עבור מערכת המוצבת על הקרון יש רק את כח הרכבת המושכת. ההבדל הוא בכוחות החיצוניים בכל המערכות. יש לראות את המנוע ככוח חיצוני המופעל על הרכבת (נניח שהיא בעלת מסה זהה לקרון M ) ולא ככזה שמושך את הקרון. כוח המנוע (F) מזיז  2M בתאוצה קבועה a . מכיוון שהקרון נע בתאוצה a, הכוח שמושכת אותו הרכבת הוא Ma . אז נכון שהכוחות שהרכבת והקרון מקזזים אחד את השני אולם על הרכבת מופעל כוח גדול פי שניים. אם נעבור לחיים שלנו , במקרה של אנשים שדוחפים אחד השני בתור לבנק, ניתן להתייחס להבדלים בין החיכוך שהרגליים שלהם מפעילות על הריצפה. ואם החיכוך שהשני מפעיל על הריצפה זהה בגודלו לחיכוך שהראשון מפעיל על הריצפה – אז כן, הם לא יזוזו עד מחר. כל ההבדל הוא בכוחות החיצוניים – מנוע, חיכוך עם הריצפה, יד שמחזיקה משהו. למשל בהורדות ידיים המנצח הוא זה שהידשלא מתחרהבמשיכת ידיים עצמה מושכת הכי חזק את הידית בצד השולחן. נשמע מוזר? נוכל לראות את שני המתחרים כמערכת אחת. למערכת זו יש שני כוחות חיצוניים בלבד: 2 הידיים שמחזיקות ידיות (נזניח חיכוך עם הריצפה, או יותר נכון נכניס את תרומתו לכוח של היד השניה) . אם כוחות אלו שווים (והידיים של המתחרים שוות באורכן) המתחרים ישארו בשו"מ סטטי. אם כוח א' גדול מכוח ב' אזי כוח ב' לא יוכל למנוע מהמערכת לזוז, שקול המומנטים יהיה שונה מאפס, וכל המערכת תתפתל בכיוון שכוח א' מניע אליו. נוכל כמובן להתמודד בלי ידיים, ואז ינצח מי שמפעיל כוח גדול יותר עם הנעליים שלו על הריצפה. השורה התחתונה היא פשוטה: כשאתה מפעיל פיתול על זרוע היריב גופך חייב להתפתל בכיוון השני, באופן שיקזז את הופעת התנע הזוויתי. נוכל לראות תופעה זו בנדנדה. כשילד מנדנד עצמו קדימה נוצר וקטור תנע זוויתי הפונה ימינה (לפי חוק יד ימין). אבל שרשרת אינה כמו נעל הנוגעת בריצפה, כלומר יציבה ומסוגלת להפעיל מומנט או כוח. שרשרת יכולה להפעיל רק כח אנכי. לכן הילד ש"יזרוק" את  רגליו קדימה תמיד ירגיש את ראשו נע אחורה, ובכך נשמר התנע הזוויתי ביקום.

שיתוף ב print
שיתוף ב email
שיתוף ב whatsapp
שיתוף ב linkedin
שיתוף ב twitter
שיתוף ב facebook

8 תגובות

  1. הסבר:
    אם הלחץ (!!) גבוה יותר בזמן ההרתחה כמות החום המושקעת תהיה קטנה יותר להביא לאיוד. כמובן שהטמפ' תהיה גבוהה יותר כי הלחץ (!!) גבוה יותר.

  2. לא אגיב על הטיעון הראשון, כי אם זה מה שלמדת בטכניון אז כנראה לא הקשבת.
    מעולם לא אמרתי שמים רותחים בים המלח בטמפ' נמוכה ממאה מעלות, מה שרק מוכיח שיכולת ההבנה שלך נמוכה אפילו מיכולת ההקשבה שלך. דיברתי על לחץ וכמות חום מושקעת. ודרך אגב קיבלתי שתי תגובות נכונות לאימייל שהעובדה שציינתי נלמדת בשנה ראשונה בסמסטר ראשון באוניברסיטה, ואכן זה נכון. אולי כדאי שתבקר פעם במוסד כזה, מי יודע, אולי תלמד משהו.
    הסיבה שאני עונה בצורה כזו כי נמאסתם עלי, האנשים שלא מבינים באמת, אבל מתעקשים שוב ושוב להראות כמה הם חכמים. תפתח ספר תרמודינמיקה לתלמידי שנה א, ותקרא מה זה עקומת פעמון. שנה א' שיעור שני באוניברסיטה. ככל שהלחץ עולה חום האיוד קטן. אני לא מאמין שאני נאלץ להגדיר מה זו עקומת פעמון לאנשים מלומדים. תתבייש, בור ועם הארץ.

  3. מלבד הנסוחים המסורבלים וטעויות גסות גם בידיעות אחרות, הרי בכתבה הזו אתה מגדיל לעשות ומנציח טעות נפוצה, אשר בכל קורס פיסיקה בשנה א' בטכניון שוב מוכיחים את מופרכותה:
    לשווי המשקל באופניים יש מעט מאוד קשר לתנע זויתי. למעשה, אנו שומרים על שווי משקל מפני שהפנית ההגה ("הכידון" בנסוח עממי) מסיטה את משקל הכובד שלנו כך שהוא עובר מצד ימיןשמאל לקו המחבר את נקודות המגע שלנו עם הקרקע, וכך אנו יכולים "ליפול באופן מבוקר" ימינה או שמאלה. יש שתי דרכים לנתץ את הקשר בין אופניים ותנע זויתי: אחת מהן כרורה בחישוב או הערכה של המסה של הגלגל (זניחה יחסית למסה של הרוכב והאופניים) ולהראות שאין מספיק מסה להסביר את שווי המשקל, במהירויות סבירות. השיטה השניה מהנה יותר: באופני שלג, מוחלפים כל אחד מגלגלי האופניים במחליק סקי קצר. כל מי שיודע לרכב על אופניים, יודע מייד לשמור על שווי משקל גם באופני שלג. אין תנע זויתי מפני שאין סיבוב. מ.ש.ל.

    על טעויות בידיעות אחרות של אותו כותב, אפשר לכתוב עוד הרבה, למשל על כך שמים על חוף ים המלח רותחים בטמפרטורה גבוהה מ- 100C, לא נמוכה יותר. לא מתאים לרמה של אתר "הידען". לקח לי זמן לחבב את האתר הזה על צאצאי, וחבל שמתגנבות אליו גם שטויות.

  4. תגובה ל"מהנדס"

    הסתבכת וגם טעית.
    רמזים:
    1. תחליט מה התכלית של טענתך.
    2. את תגובתך ניתן לסכם בסעיף אחד בלבד!!!
    3. יש כאן שתי אפשרויות:
    – אתה לא יודע להתנסח.
    – אתה מתנסח גרוע.

  5. הרי אני מזמין את הקוראים, כפי שעשיתי בעבר, לשלוח לי שאלות עם תשובות מפורטות ואני אפרסם את כל מה שנכון ומעניין. אשר לעניין העברית אני מסכים איתכם, קשה לי להעביר את ההגיון שלי לכתב ואני כותב מסורבל ומגושם. העברית שלי לא טובה בכלל, ובגלל שאני חושב מבולגן גם הכתיבה שלי יוצאת כזו. בעניין הנכונות של הדברים…בוא נאמר שעוד לא צצו מגיבים שסינוורו את עיני בתובנות פיזיקליות מרהיבות. המבקרים שלי, אולי בגלל רמת הכתיבה הנמוכה שלי, תוקפים יותר את הבהירות ואני בהחלט מבטיח להשתדל יותר אם יינתן לי. חוץ מזה, גם אני כותב שטויות מוחלטות על חוקי ניוטון וזה מעורר ויכוח פורה – הרווחנו כולנו. יש לי הרבה מה ללמוד ואני עושה יותר טעויות מרוב האנשים.

  6. לא נוח לי לומר – אבל ההסברים של יונתן מסורבלים (כולל העברית) וקשה,לפיכך,ללמוד מהם. ובהנחה שהם נכונים,אם אפשר יהיה לפשט אותם – ייטב.
    ואין הכתוב מתיחס אך לכתבות של היום הזה ( רמז – האחד באפריל…).

  7. בהקשר לבעיית הקטר והרכבת.
    הסתבכת וגם טעית.
    רמזים:
    1. הפתרון פשוט בתחליט הפשטות.
    2. לפתרון מספיק להשתמש בחוק השלישי של ניוטון בלבד!!!
    3. יש כאן שתי אפשרויות:
    – אתה לא מהנדס.
    – אתה מהנדס גרוע.

כתיבת תגובה

האימייל לא יוצג באתר.

דילוג לתוכן