בגרות בפיזיקה מבוא לפיזיקה 36182 - קיץ 2021 מועד מיוחד

נכון. הספק מוגדר כעבודה (או אנרגיה) ליחידת זמן:

כלומר ההספק מתאר באיזה קצב המכשיר מבצע עבודה (צורך אנרגיה חשמלית).

לא נכון. יחידת ההספק היא וואט ($\text{W}$): $1\,\text{W}=1\,\frac{\text{J}}{\text{s}}$. וולט ($\text{V}$) היא יחידת המתח החשמלי.

לא נכון. משלמים עבור האנרגיה החשמלית שנצרכה, הנמדדת בקילוואט־שעה (קוט"ש): אנרגיה $=$ הספק $\times$ זמן. מכשיר בעל הספק גדול שאינו פועל כלל אינו עולה דבר; המחיר תלוי גם בהספק וגם בזמן הפעולה.

כן. העבודה שמבצע מנוע המרים משקולת שווה לכוח שהוא מפעיל (השווה למשקל המשקולת) כפול הגובה שאליו הורמה:

שני המנועים הרימו אותה משקולת (אותו משקל) לאותו גובה ($2$ מטרים), ולכן ביצעו אותה עבודה. הזמן שבו בוצעה העבודה אינו משפיע על גודלה.

לא. לפי הנוסחה הנתונה:

העבודה $W$ זהה בשני המנועים (תת־סעיף 1), אבל מנוע א ביצע אותה בזמן קצר יותר ($2$ דקות לעומת $4$ דקות). לכן למנוע א הספק גדול יותר:

ההספק של מנוע א כפול מזה של מנוע ב – הוא מבצע את העבודה בקצב כפול.

טעות נפוצה: לחשוב שעבודה שווה פירושה הספק שווה – ההספק הוא קצב ביצוע העבודה.

כן. הנורות מחוברות במקביל, ולכל נורה יש מפסק משלה בענף שלה. פתיחת המפסק של נורה A מנתקת רק את הענף של A; שתי הנורות האחרות נשארות מחוברות ישירות למקור המתח וממשיכות לדלוק. (בחיבור בטור, לעומת זאת, ניתוק נורה אחת היה מכבה את כולן.)

המתח זהה. בחיבור במקביל הקצוות של כל נורה מחוברים ישירות לאותן שתי נקודות – לשני הדקי מקור המתח (התקע). לכן המתח על כל נורה שווה למתח המקור ($220\,\text{V}$), אף שההספקים של הנורות שונים. מה ששונה בין הנורות הוא עוצמת הזרם שעובר בכל אחת.

כל הנורות מחוברות לאותו מתח, $220\,\text{V}$, ולכן כל אחת פועלת לפי הנתון הרשום עליה וצורכת את ההספק הרשום. בנורת להט, ככל שההספק גדול יותר, הנורה הופכת יותר אנרגיה חשמלית בכל שנייה לאור (ולחום), ולכן היא מאירה חזק יותר.

אפשר לראות זאת גם דרך הזרם, לפי הנוסחה הנתונה $I=\frac{P}{V}$: דרך נורה A עובר הזרם הגדול ביותר, $I_A=\frac{100}{220}\approx 0.45\,\text{A}$, דרך B $\approx 0.34\,\text{A}$ ודרך C $\approx 0.18\,\text{A}$.

לא נכון. ההספק הרשום על המכשיר מתקבל רק כשהוא מחובר למתח הרשום עליו. במתח נמוך יותר עובר דרכו זרם קטן יותר, ולכן ההספק $P=V\cdot I$ קטן (למשל, נורה מאירה חלש יותר).

נכון. הספק $=$ עבודה $/$ זמן: ההספק מתאר כמה עבודה (אנרגיה) המכשיר מבצע בכל יחידת זמן.

לא נכון. המתח הוא ש"דוחף" את הזרם במעגל. עבור מכשיר נתון (התנגדות נתונה), לפי חוק אוהם $I=\frac{V}{R}$ – הגדלת המתח מגדילה את הזרם.

נכון. נצילות היא היחס בין האנרגיה המנוצלת לביצוע העבודה הרצויה לבין כל האנרגיה שהושקעה:

למשל, בנורת להט רק חלק קטן מהאנרגיה הופך לאור והשאר לחום, ולכן נצילותה נמוכה.

קומקום A. כל אחד מהקומקומים חימם אותה כמות מים ($100$ סמ"ק) מאותה טמפרטורה ($25^\circ\text{C}$) לאותה טמפרטורה ($100^\circ\text{C}$). לכן כל הקומקומים העבירו למים אותה כמות חום (אותה אנרגיה). לפי

כשהאנרגיה שווה, ההספק גדול יותר ככל שהזמן קצר יותר. קומקום A חימם את המים בזמן הקצר ביותר (שתי דקות), ולכן ההספק שלו הוא הגדול ביותר. (ההספקים ביחס הפוך לזמנים: $P_A:P_B:P_C=\frac12:\frac13:\frac15$, כלומר $P_A=1.5P_B=2.5P_C$.)

קומקום A. כל שלושת הקומקומים מחוברים לאותו מתח, $220\,\text{V}$. לפי

כשהמתח שווה, הזרם גדול יותר ככל שההספק גדול יותר. לקומקום A ההספק הגדול ביותר (סעיף ב), ולכן גם עוצמת הזרם בו היא הגדולה ביותר.

לפי הנוסחה הנתונה:

הצבה:

•מקלט טלוויזיה: $I=\dfrac{380\,\text{W}}{220\,\text{V}}\approx 1.73\,\text{A}$

•מייבש שיער: $I=\dfrac{2600\,\text{W}}{220\,\text{V}}\approx 11.8\,\text{A}$

•קומקום: $I=\dfrac{2400\,\text{W}}{220\,\text{V}}\approx 10.9\,\text{A}$

נתיך של $10\,\text{A}$ "נשרף" ומנתק את המעגל כאשר עובר דרכו זרם גדול מ־$10\,\text{A}$. לכן אפשר להפעיל רק מכשיר שהזרם שלו קטן מ־$10\,\text{A}$ (לפי סעיף ד):

•מקלט טלוויזיה: $1.73\,\text{A}<10\,\text{A}$ – אפשר להפעיל.

•מייבש שיער: $11.8\,\text{A}>10\,\text{A}$ – הנתיך יישרף.

•קומקום: $10.9\,\text{A}>10\,\text{A}$ – הנתיך יישרף.

דרך נוספת: ההספק המרבי שהנתיך מאפשר הוא

רק לטלוויזיה ($380\,\text{W}$) הספק קטן מ־$2200\,\text{W}$; למייבש השיער ($2600\,\text{W}$) ולקומקום ($2400\,\text{W}$) הספק גדול ממנו.

לא נכון. לגז אין נפח קבוע: חלקיקיו נעים בחופשיות ומתפשטים, והגז ממלא את כל נפח הכלי שבו הוא נמצא. נוזל, לעומת זאת, שוקע לתחתית הכלי ומקבל את צורתו.

נכון. הגז ממלא תמיד את כל הכלי, ולכן נפח הגז שווה לנפח הכלי. הקטנת נפח הכלי (למשל דחיסה על ידי בוכנה) דוחסת את הגז, והגדלתו גורמת לגז להתפשט. כך פועלת הבוכנה בצילינדר של מנוע.

נכון. הקרבורטור (או המזרק) מכניס לצילינדר תרסיס של טיפות דלק זעירות מעורבות באוויר. בצילינדר החם הטיפות מתאדות והופכות לאדי דלק, שמתערבבים היטב עם האוויר ונשרפים במהירות כשהניצוץ מצית אותם.

לא נכון. גז מפעיל לחץ על כל הדפנות של הכלי שבו הוא נמצא, בכל הכיוונים – הלחץ נובע מהתנגשויות החלקיקים בכל הדפנות. הבוכנה היא רק הדופן הניידת, ולכן הלחץ עליה מתבטא בתנועה שלה.

- מנוע שרפה פנימית (כמו מנוע המכונית): תערובת הדלק והאוויר נשרפת בתוך הצילינדר של המנוע. הגזים החמים שנוצרים בשרפה מתפשטים ודוחפים ישירות את הבוכנה.

- מנוע שרפה חיצונית (כמו מנוע קיטור): הדלק נשרף מחוץ למנוע, למשל מתחת לדוד מים. החום מרתיח את המים, והקיטור שנוצר מועבר אל הצילינדר ודוחף את הבוכנה.

ההבדל העיקרי הוא אפוא מקום השרפה: בתוך המנוע או מחוצה לו. משום כך מנוע שרפה פנימית קטן וקל יותר ביחס להספקו, ומתאים לכלי רכב.

לפי הנוסחה הנתונה:

הכוח הבולם פועל לאורך כל דרך הבלימה, $d=40\,\text{m}$. הצבה:

(כוח הבלימה מכוון נגד כיוון התנועה, ועבודה זו היא האנרגיה שנלקחה מהמכונית – אנרגיית התנועה שלה הפכה לחום בבלמים.)

הלחץ קטן. לפי עקרון ברנולי, בזורם (גז או נוזל) במקום שבו מהירות הזרימה גדולה יותר, הלחץ קטן יותר. עיקרון זה מנוצל בקרבורטור: בחלק הצר של צינור ונטורי האוויר זורם מהר, הלחץ בו קטן, והדלק נשאב לתוכו.

לא נכון. קצב ההתאדות תלוי בסוג הנוזל. למשל, בנזין ואלכוהול מתאדים מהר הרבה יותר ממים באותם תנאים.

נכון. זה תפקידו של הקרבורטור: הוא מרסס את הדלק לטיפות זעירות ומערבב אותן באוויר ביחס המתאים, ותערובת זו מוכנסת לצילינדרים.

נכון. כשמפרקים כמות נוזל לטיפות זעירות רבות, השטח הכולל של פני הטיפות גדול בהרבה משטח הפנים של אותה כמות נוזל בגוש אחד. שטח מגע גדול עם האוויר מזרז את ההתאדות.

לא נכון. בחלק הצר של צינור ונטורי מהירות האוויר גדולה, ולכן לפי עקרון ברנולי הלחץ שם קטן – קטן מהלחץ בתא הדלק. הפרש הלחצים הזה הוא שדוחף את הדלק מתא הדלק אל הצינור.

גדל. המאוורר מרחיק מעל פני הנוזל את האדים שכבר התאדו ומביא אוויר "יבש". כך יותר מולקולות יכולות לעזוב את הנוזל, וקצב ההתאדות גדל (כמו כביסה שמתייבשת מהר יותר ביום עם רוח).

מגבירה את. ההתאדות מתרחשת מפני הנוזל. ככל ששטח הפנים במגע עם האוויר גדול יותר, יותר מולקולות נמצאות על פני הנוזל ויכולות לעזוב אותו בכל שנייה.

גדל. בטמפרטורה גבוהה יותר המולקולות נעות מהר יותר, ויותר מולקולות בעלות אנרגיה מספקת כדי להשתחרר מפני הנוזל.

גדול מ־. בנזין הוא נוזל נדיף: הכוחות בין המולקולות שלו חלשים יותר מאשר במים, ולכן הוא מתאדה מהר יותר. זו גם הסיבה שמריחים בנזין בתחנת דלק.

בחתך C. המים ממלאים את כל הצינור, ולכן בכל שנייה עוברת דרך כל חתך אותה כמות מים. כדי שאותה כמות מים תעבור דרך החתך הצר C בזמן שווה, המים חייבים לנוע שם מהר יותר:

ככל שהחתך קטן יותר, המהירות גדולה יותר.

•לפי תת־סעיף 1, מהירות הזרימה בחתך C היא הגדולה ביותר.

•לפי עקרון ברנולי, במקום שבו מהירות הזרימה גדולה – הלחץ קטן. לכן בחתך C הלחץ נמוך, נמוך יותר מהלחץ האטמוספרי.

•על פני המים שבכוס פועל הלחץ האטמוספרי. בקצה העליון של הצינורית (בחתך C) הלחץ קטן ממנו. הפרש הלחצים דוחף את המים מהכוס כלפי מעלה בתוך הצינורית, עד לחתך C.

•שם המים מצטרפים לזרם שבצינור ונסחפים איתו לכיוון B.

זה אותו עיקרון שבזכותו הקרבורטור "יונק" דלק מתא הדלק אל זרם האוויר.

נכון. הטיל פולט (הודף) גזים חמים במהירות רבה לאחור. לפי חוק הפעולה והתגובה, הגזים מפעילים על הטיל כוח שווה בגודלו ומנוגד בכיוונו – קדימה – ומהירותו גדלה.

נכון. זהו החוק השלישי של ניוטון: הטיל מפעיל כוח על הגזים ודוחף אותם לאחור (פעולה), והגזים מפעילים כוח שווה ומנוגד על הטיל ודוחפים אותו קדימה (תגובה).

לא נכון. $20$ מטר לשנייה הם $72$ קמ"ש בלבד – מהירות של מכונית. טילים מגיעים למהירויות של אלפי מטרים לשנייה; כדי להציב לוויין במסלול סביב כדור הארץ דרושה מהירות של כ־$8$ קילומטרים לשנייה.

לא נכון. הטיל אינו "נדחף מהאוויר"; הוא נדחף מהגזים שהוא עצמו פולט (פעולה ותגובה). לכן טילים פועלים היטב גם בחלל הריק. טילים הנושאים איתם גם את החמצן לשרפה (מכל חמצן נוזלי) אינם זקוקים לאוויר כלל.

גורם חיצוני – הרוח דוחפת את המפרש; לסירה אין מקור הנעה משלה.

גורם חיצוני – כוח המשיכה של כדור הארץ מושך את האבן כלפי מטה.

גורם פנימי – הרקטה שורפת דלק שהיא נושאת ופולטת גזים לאחור; התנועה נובעת מהרקטה עצמה (פעולה ותגובה).

גורם פנימי – השחיין מניע את עצמו בכוח שריריו: הוא דוחף את המים לאחור, והמים דוחפים אותו קדימה (פעולה ותגובה), בדומה לרקטה.

גורם חיצוני – כוח המשיכה של כדור הארץ מחזיק את הירח במסלולו סביבו.

גורם חיצוני – החץ קיבל את מהירותו ממיתר הקשת, ובזמן המעוף פועלים עליו רק כוח הכובד והתנגדות האוויר; לחץ עצמו אין מקור הנעה.

טיל א. לשלושת הטילים אותם מנועים, ולכן כוח הדחף זהה. הגדלת המהירות בכל שנייה היא התאוצה, ולפי החוק השני של ניוטון

כאשר הכוח שווה, התאוצה גדולה יותר ככל שהמסה קטנה יותר. טיל א הוא הקל ביותר, ולכן מהירותו גדלה במידה הגדולה ביותר. (נוסף על כך, על טיל קל פועל כוח כובד קטן יותר, כך שהכוח השקול עליו גדול יותר.)

טיל ג. הטיל הכבד ביותר נמשך בכוח הכובד הגדול ביותר, ולכן כדי לנוע באותם תנאים ובאותה מהירות המנועים שלו צריכים להפעיל כוח דחף גדול יותר – כלומר לשרוף ולפלוט יותר דלק בכל שנייה.

טיל ג. באותו גובה כוח המשיכה של כדור הארץ (המשקל) פרופורציוני למסה: $F=mg$. טיל ג הוא הכבד ביותר, ולכן עליו פועל כוח המשיכה הגדול ביותר.

כאשר נוזל זורם בצינור ומגיע לנחיר, מהירותו גדלה.

זאת מכיוון שבנחיר צריכה לעבור כמות נוזל זהה ל־כמות הנוזל שעבר בצינור, דרך מקום שהוא צר יותר.

בטילים, הנחיר מגביר את מהירות החומר ההודף הזורם דרכו, וכך מגביר את מהירותו של הטיל.

הסבר: בכל שנייה עוברת דרך כל חתך של הצינור אותה כמות חומר. בחתך צר אותה כמות יכולה לעבור רק אם היא נעה מהר יותר. ככל שהגזים נפלטים מהטיל במהירות גדולה יותר, הכוח שהם מפעילים על הטיל (התגובה) גדול יותר, ולכן הטיל מאיץ יותר.

נכון. לפי חוק הכבידה של ניוטון, כוח המשיכה קטן ככל שהמרחק בין מרכזי הגופים גדל (ביחס הפוך לריבוע המרחק): $F=G\frac{Mm}{r^2}$. במרחק כפול ממרכז כדור הארץ הכוח קטן פי 4.

נכון. משקלו של גוף הוא הכוח שבו כדור הארץ (או גרם שמיים אחר) מושך אותו: $W=mg$. המשקל נמדד בניוטון.

לא נכון. כוח המשיכה תלוי במסת הגוף ($F=mg$): גוף כבד נמשך בכוח גדול יותר. (מה שזהה לכל הגופים באותו מקום הוא תאוצת הנפילה $g$, כאשר התנגדות האוויר זניחה.)

לא נכון. המסה של הגוף זהה, אבל הירח מושך אותו בכוח קטן הרבה יותר – בערך שישית מכוח המשיכה על פני כדור הארץ. לכן משקלו על הירח קטן בערך פי 6.

קביעה (3). שני הכדורים מתחילים מאותו גובה, ולשניהם אין מהירות התחלתית אנכית: הלבן שוחרר ממנוחה, והצהוב נזרק אופקית בלבד. בכיוון האנכי פועל על שניהם רק כוח הכובד, ולכן לשניהם אותה תאוצה כלפי מטה, $g$. התנועה האנכית של שניהם זהה לחלוטין – נפילה חופשית מאותו גובה – ולכן זמן הנפילה שווה:

המהירות האופקית של הכדור הצהוב רק מזיזה אותו הצידה (הוא פוגע רחוק יותר), אבל אינה משפיעה על התנועה האנכית. זמן הנפילה גם אינו תלוי במשקל הכדורים, כאשר התנגדות האוויר זניחה.

טעות נפוצה: לחשוב שהכדור הנזרק "מחזיק מעמד" באוויר זמן רב יותר בגלל מהירותו האופקית.

מעבדת חלל במסלול סביב כדור הארץ נעה במהירות עצומה (כ־$8$ קילומטרים לשנייה). בחלל כמעט אין אוויר, ולכן כמעט אין חיכוך. כשהיא חודרת לאטמוספרה:

- חיכוך עם האוויר (התנגדות האוויר) מפעיל עליה כוח בולם חזק, ואנרגיית התנועה שלה הופכת לחום רב מאוד. גוף המעבדה מתחמם לטמפרטורות גבוהות מאוד, חלקים ממנו נשרפים ונמסים, והמבנה מתפרק.

•החיכוך גם מאט אותה, ולכן היא אינה יכולה להמשיך במסלולה: כוח המשיכה מושך אותה מטה, וחלקיה שלא נשרפו פוגעים בקרקע.

הסבר המבנה: בטיל המונע בדלק נוזלי, הדלק והחמצן הנוזלי מאוחסנים בשני מכלים נפרדים. מכל מכל יוצא צינור אל תא השרפה, שם הם מתערבבים ונשרפים. הגזים החמים שנוצרים נפלטים לאחור דרך הנחיר, שמאיץ אותם, והתגובה דוחפת את הטיל קדימה. החרטום המחודד מקטין את התנגדות האוויר.

ברשימה שישה שמות ובתרשים חמישה מלבנים; "מערכת הצתה" היא השם שאינו בשימוש. (שני המכלים זהים בתרשים, ולכן גם החלפת הסדר ביניהם – חמצן למעלה ודלק למטה – מתארת מבנה נכון.)

לא נכון. דוד האגירה ממוקם גבוה יותר מהקולט. המים שמתחממים בקולט מתפשטים, צפיפותם קטנה והם עולים מעלה אל הדוד, ובמקומם יורדים מהדוד אל הקולט מים קרים וכבדים יותר. זרימה טבעית זו (הסעה, "תרמוסיפון") פועלת רק אם הדוד נמצא מעל הקולט, ואינה דורשת משאבה.

לא נכון. קרינת השמש נבלעת בקולט ומחממת את המים שבצינורותיו. דוד האגירה עטוף בשכבה מבודדת, והמים בו מתחממים משום שהמים החמים מהקולט זורמים אליו.

לא נכון. מערכת הגיבוי החשמלית כוללת גוף חימום וגם תרמוסטט (וכן מפסק להפעלתה). התרמוסטט מנתק את גוף החימום כשהמים מגיעים לטמפרטורה הרצויה.

נכון. דוד השמש מחמם מים באנרגיית השמש במקום בחשמל. כך נצרך פחות חשמל, ותחנות הכוח שורפות פחות דלק (פחם, גז) – ופולטות פחות מזהמים לאוויר.

מערכת החימום החשמלית היא מערכת גיבוי. בימים מעוננים, בחורף או בשעות הערב, קרינת השמש אינה מספיקה כדי לחמם את המים בקולט. אז מפעילים את גוף החימום החשמלי שבתוך דוד האגירה, והוא מחמם את המים באנרגיה חשמלית. התרמוסטט מנתק את גוף החימום כשהמים מגיעים לטמפרטורה הרצויה, כדי לחסוך בחשמל ולמנוע חימום יתר.

מים מוליכים חום בצורה גרועה, ולכן הם מתחממים בעיקר בהסעה:

•המים הסמוכים לגוף החימום מתחממים, מתפשטים, צפיפותם קטנה והם עולים מעלה.

•את מקומם תופסים מים קרים וצפופים יותר, שיורדים אל גוף החימום ומתחממים בתורם.

כך נוצרים זרמי הסעה שמחממים בהדרגה את כל המים שבדוד. אילו גוף החימום היה בראש הדוד, המים החמים היו נשארים למעלה, והמים בחלק התחתון של הדוד כמעט לא היו מתחממים.

תרמוסטט הוא מתג שמנתק ומחבר את הזרם לפי הטמפרטורה, ולכן הוא נמצא במכשירים שתפקידם לחמם לטמפרטורה מבוקרת:

- מכונת כביסה – יש תרמוסטט: היא מחממת את מי הכביסה לטמפרטורה שנבחרה (למשל $40^\circ\text{C}$ או $60^\circ\text{C}$).

- מגהץ – יש תרמוסטט: הוא שומר על טמפרטורת הפלטה לפי סוג הבד.

- רדיוטייפ – אין תרמוסטט: תפקידו להפיק קול, לא לחמם.

- נורת להט – אין תרמוסטט: היא דולקת כל עוד המפסק סגור; החום שבה הוא תוצר לוואי.

לכן מקיפים את 2 ואת 4.

העיקרון: מים חמים (צפיפות קטנה) נמצאים למעלה ומים קרים למטה. לכן מים חמים נכנסים (מהקולט) ויוצאים (לברז) בחלק העליון, ומים קרים נכנסים (מהברז) ויוצאים (לקולט) בחלק התחתון.

נכון. צבע כהה (שחור) בולע את רוב קרינת השמש, וצבע בהיר מחזיר חלק גדול ממנה. לכן צינורות הקולט ולוח הקולט צבועים בשחור.

לא נכון. ההפך: גוף שחור בולע היטב את קרינת השמש ומתחמם יותר מגוף בהיר.

נכון. החום שנקלט בדופן הצינור עובר אל המים בהולכה. צינור ממתכת מוליכה היטב (כמו נחושת) מעביר את החום למים מהר, וצינור מחומר מבודד מעביר אותו לאט.

נכון. משטח לבן מחזיר את רוב הקרינה הפוגעת בו, ולכן מתחמם מעט. מסיבה זו בגדים לבנים מתאימים לקיץ.

בנוזלים וגזים. בהסעה החום מועבר על ידי תנועת החומר עצמו: החלק החם מתפשט, צפיפותו קטנה והוא עולה, וחלק קר יורד במקומו. דבר זה אפשרי רק בחומר שחלקיו יכולים לזרום – נוזל או גז.

בחומרים מוצקים. בהולכה החום עובר מחלקיק לחלקיק בלי שהחומר עצמו זורם – החלקיקים החמים, הרוטטים במהירות, מעבירים אנרגיה לשכניהם. זו הדרך העיקרית להעברת חום במוצקים, ובמיוחד במתכות.

הזמן שבו החום עובר לאורך המוט תלוי במוליכות החום של החומר: ככל שהחומר מוליך חום טוב יותר, החום עובר מהר יותר.

- נחושת – מוליכת חום מצוינת (מהטובות שבמתכות) – זמן קצר.

- ברזל – מתכת המוליכה חום, אך פחות טוב מנחושת – זמן בינוני.

- זכוכית – אינה מתכת, והיא מוליכה חום גרוע (מבודד) – זמן ארוך.

מנחושת. בקולט, קרינת השמש נבלעת בדופן הצינור, והחום צריך לעבור דרך הדופן אל המים שבתוכו – בהולכה. לפי סעיף ג, בנחושת החום עובר בזמן הקצר ביותר, כלומר היא מוליכת החום הטובה ביותר מבין השלושה. לכן בצינורות נחושת החום יעבור למים מהר ביותר והמים יתחממו מהר יותר. (זכוכית, לעומת זאת, מבודדת ואינה מתאימה לצינורות הקולט.)

נכון. בתנור אפייה גוף החימום מחמם את האוויר (ואת דפנות התנור), והאוויר החם מעביר חום אל פני המזון.

נכון. המחבת החמה מחממת את השכבה החיצונית של המזון הנוגעת בה, ומשם החום מתקדם פנימה בהולכה. לכן חתיכה עבה עלולה להישרף מבחוץ ולהישאר קרה מבפנים.

לא נכון. במיקרוגל הגלים חודרים ישירות לתוך המזון ונבלעים במולקולות המים שבו; האוויר שבתא כמעט אינו מתחמם. לכן גם הצלחת ודפנות התא נשארים קרים יחסית.

נכון. זה ההבדל בין המיקרוגל לבין תנור או מחבת: שם החום מגיע אל פני המזון ומתקדם פנימה בהולכה. במיקרוגל הגלים חודרים לתוך המזון ונבלעים במולקולות המים שבו, כך שהחום נוצר בתוך המזון עצמו – ומשם הוא עובר גם אל השכבות החיצוניות, שמתקררות מהאוויר הקר שבתא.

(הערה: ליתר דיוק, הגלים חודרים לעומק של כמה סנטימטרים ומחממים את כל השכבה הזאת בבת אחת; בחתיכת מזון עבה מאוד המרכז מתחמם בהולכה. ברמה של שאלון זה הקביעה מבטאת את העיקרון "המיקרוגל מחמם מבפנים", והתשובה המצופה היא "נכון".)

כשמחממים מזון מתווספת לו אנרגיית חום.

בעקבות קליטת האנרגיה, מתחילים חלקיקי המזון לנוע מהר יותר, והטמפרטורה של המזון עולה.

הסבר: הטמפרטורה של חומר היא מדד לתנועת החלקיקים שלו. האנרגיה שנקלטת מגבירה את תנועת החלקיקים (במיקרוגל – בעיקר את תנודת מולקולות המים), ותנועה מהירה יותר פירושה טמפרטורה גבוהה יותר.

לפי הנוסחה הנתונה:

הצבה:

כלומר הגל משלים מחזור אחד בכל $0.02$ שנייה (מאית חמישית השנייה) – $50$ מחזורים בשנייה.

בגל עומד יש נקודות צומת. בנקודות אלו עוצמת הגלים היא אפס. מזון הנמצא בנקודות הצומת בתא המיקרוגל לא יתחמם. כדי להגיע לחימום אחיד, משתמשים בצלחת מסתובבת.

הסבר: בתא המיקרוגל הגלים מוחזרים מהדפנות ויוצרים גל עומד. בנקודות הצומת הגלים מבטלים זה את זה (התאבכות הורסת) והעוצמה אפס, ולכן מזון שנמצא שם אינו קולט אנרגיה. הצלחת המסתובבת מזיזה כל הזמן את המזון, כך שכל חלק שלו עובר גם דרך מקומות שבהם העוצמה גדולה, והחימום אחיד יותר.

קטנים. בתרשים הגל בצד של קרינת גמא צפוף מאוד – המרחק בין שני שיאים סמוכים (אורך הגל) קטן מאוד – ואילו בצד של גלי הרדיו הגל "פרוש" ואורך הגל גדול. לקרינת גמא אורך הגל הקטן ביותר בספקטרום.

קטנה. ככל שאורך הגל קטן יותר, התדירות גדולה יותר והאנרגיה של הקרינה גדולה יותר. המיקרוגל נמצא בצד של אורכי הגל הארוכים (ליד גלי הרדיו), וקרינת X (רנטגן) נמצאת בצד של אורכי הגל הקצרים (ליד קרינת גמא). לכן האנרגיה של קרינת המיקרוגל קטנה מזו של קרינת X – ולכן קרינת X מסוכנת לגוף, וקרינת מיקרוגל רק מחממת.

לא נכון. זמן המחזור הוא הזמן של מחזור שלם – למשל מעבר משיא אחד לשיא הבא. הזמן בין שיא לשפל הוא רק חצי זמן מחזור.

נכון. תדירות היא מספר המחזורים (החזרות של התופעה) ביחידת זמן. היא נמדדת בהרץ: $1\,\text{Hz}$ = מחזור אחד בשנייה.

נכון. כל סוגי הקרינה האלקטרומגנטית – גלי רדיו, מיקרוגל, אור, קרינת X וגמא – מתקדמים בריק באותה מהירות, מהירות האור: $c=3\cdot 10^8\,\text{m/s}$. האור הוא עצמו קרינה אלקטרומגנטית.

נכון. גל הוא הפרעה (תנודה) שמתקדמת ממקום למקום ומעבירה אנרגיה, בלי שהחומר עצמו מתקדם יחד איתה.

נקודות השיא הן הנקודות הגבוהות ביותר של הגל: A ו־E.

נקודות השפל הן הנקודות הנמוכות ביותר של הגל: C ו־G.

המשרעת היא המרחק האנכי בין שיא לבין קו שיווי המשקל (הקו המקווקו). הנקודה על קו שיווי המשקל שנמצאת בדיוק מתחת לשיא E היא K. (באותו אופן, המשרעת היא גם המרחק בין A ל־I.)

אורך הגל הוא המרחק של מחזור שלם – המרחק בין שתי נקודות סמוכות הנמצאות באותו מצב תנודה. מהנקודה D הגל עולה לשיא E, יורד דרך F לשפל G וחוזר ל־H, שם הוא שוב עולה בדיוק כמו ב־D. לכן אורך הגל הוא המרחק DH. (שימו לב: F אינה התשובה – DF הוא רק חצי אורך גל, כי ב־F הגל יורד וב־D הוא עולה.)

לפי הנוסחה הנתונה:

הצבה:

- איור א – התאבכות הורסת. במקום שבו לגל אחד יש שיא, לגל השני יש שפל באותו גודל. ההעתקים מנוגדים בכיוונם ומבטלים זה את זה.

- איור ב – התאבכות בונה. שני הגלים זהים ומתואמים: שיא על שיא ושפל על שפל. ההעתקים באותו כיוון ומתחברים, והגל המתקבל גבוה יותר.

בכל נקודה מחברים את ההעתקים של שני הגלים (עקרון הסופרפוזיציה). לפי השרטוט, לכל אחד מהגלים משרעת של 2 משבצות ואורך גל של 6 משבצות.

איור א (התאבכות הורסת): בכל נקודה ההעתק של הגל העליון שווה בגודלו ומנוגד בכיוונו להעתק של הגל התחתון, ולכן סכומם אפס. התוצאה היא קו ישר על הציר לכל אורך שני הגלים:

איור ב (התאבכות בונה): בכל נקודה שני ההעתקים שווים, ולכן הסכום כפול: גל באותו אורך גל (6 משבצות) ובאותו מקום, שהשיא שלו בגובה 4 משבצות מעל הציר והשפל 4 משבצות מתחתיו:

(הקו המקווקו – אחד הגלים לבדו, לשם השוואה.)

טעות נפוצה: באיור ב לסרטט גל באורך גל כפול במקום במשרעת כפולה – ההתאבכות משנה את הגובה בלבד, לא את אורך הגל.

נכון. $\text{מהירות}=\frac{\text{מרחק}}{\text{זמן}}$ – המרחק שהגוף עובר בכל יחידת זמן (למשל מטרים בשנייה או קילומטרים בשעה).

נכון (זו ההגדרה שנלמדת בתוכנית). המהירות היחסית של גוף אחד ביחס לגוף השני – המהירות שבה הוא נראה נע בעיני מי שנמצא על הגוף השני – היא הפרש המהירויות שלהם, כשמתחשבים בכיוון התנועה:

למשל, מכונית הנוסעת ב־$90$ קמ"ש עוקפת מכונית הנוסעת באותו כיוון ב־$80$ קמ"ש במהירות יחסית של $90-80=10$ קמ"ש.

(הערה: כשהגופים נעים בכיוונים מנוגדים, מהירות אחד מהם שלילית ביחס לכיוון של השני, ולכן ההפרש $90-(-80)=170$ קמ"ש שווה לסכום גודלי המהירויות. מי שמפרש "הפרש המהירויות" כהפרש הגדלים בלבד יקבע שהקביעה אינה נכונה תמיד; התשובה המצופה בשאלון זה היא "נכון".)

לא נכון. לפי החוק הראשון של ניוטון, גוף שלא פועלים עליו כוחות (או שהכוח השקול עליו אפס) נמצא במנוחה או נע במהירות קבועה בקו ישר – בלי תאוצה. לפי החוק השני, $a=\frac{F}{m}$: תאוצה נוצרת רק מכוח שקול.

לא נכון. כוח המכוון נגד כיוון התנועה (למשל כוח הבלימה או החיכוך) מקטין את המהירות, וכוח המאונך לתנועה משנה את כיוונה בלבד (כמו בסיבוב). גם כאשר פועלים כמה כוחות שמאזנים זה את זה, המהירות אינה משתנה.

- (1) תנועה במעלה הר – מפריעה. רכיב של כוח הכובד פועל לאורך המסילה נגד כיוון התנועה.

- (2) תנועה במורד הר – אינה מפריעה, אלא עוזרת: רכיב של כוח הכובד פועל בכיוון התנועה.

- (3) שמן על המסילה – מפריע. הרכבת מאיצה בזכות כוח החיכוך בין הגלגלים למסילה: הגלגלים "דוחפים" את המסילה לאחור, והמסילה דוחפת את הרכבת קדימה. שמן מקטין מאוד את החיכוך, הגלגלים מחליקים ומסתובבים במקום, והרכבת אינה יכולה להאיץ.

- (4) רוח נגד כיוון הנסיעה – מפריעה. היא מגדילה את התנגדות האוויר הפועלת נגד התנועה.

לכן מקיפים את (1), (3), (4).

קדמת הקרון. בגלל ההתמדה נעמי ממשיכה לנוע במהירות שהייתה לה – מהירות הרכבת. הגלגיליות כמעט אינן מפעילות עליה כוח אופקי, ולכן כשהקרון מאט, נעמי אינה מאטה יחד איתו, וביחס לקרון היא נעה קדימה.

אחורי הקרון. נעמי ממשיכה לנוע במהירותה הקודמת (התמדה), ואילו הקרון מאיץ קדימה. לכן הקרון "מקדים" אותה, וביחס לקרון היא נעה לאחור.

החוק הראשון של ניוטון (חוק ההתמדה): גוף שלא פועל עליו כוח שקול ממשיך לנוע במהירות קבועה. נעמי והקרון נעים באותה מהירות קבועה, ולכן נעמי נשארת במקומה ביחס לקרון.

מרחק. שנת אור היא המרחק שהאור עובר בריק במשך שנה אחת. למרות המילה "שנה" בשמה, היא אינה יחידת זמן. האור עובר כ־$300{,}000$ קילומטרים בשנייה, ולכן שנת אור היא כ־$9.5\cdot 10^{12}$ קילומטרים. משתמשים בה למדידת מרחקים בין כוכבים וגלקסיות.

נכון. בלי כוח, גוף ממשיך לנוע בקו ישר (התמדה). כדי שגוף ינוע במעגל חייב לפעול עליו כוח המכוון אל מרכז המעגל – כוח מרכזי – שמשנה כל הזמן את כיוון מהירותו.

לא נכון. הכוח הגורם לרכב להסתובב מכוון אל מרכז הסיבוב, מאונך לכיוון התנועה. אצל מכונית זהו כוח החיכוך בין הצמיגים לכביש, המופנה פנימה לעבר מרכז הסיבוב.

נכון. הכוח המרכזי הדרוש הוא

כאשר $v$ קבועה, הכוח קטן ככל שהרדיוס $r$ גדל. סיבוב רחב ("פתוח") דורש כוח קטן יותר מסיבוב חד.

לא נכון. לפי $F=\frac{mv^2}{r}$, הכוח המרכזי הדרוש גדל עם המהירות (ביחס לריבוע המהירות): במהירות כפולה דרוש כוח גדול פי 4. לכן בסיבוב במהירות גבוהה החיכוך עלול לא להספיק, והרכב מחליק החוצה.

חץ 1. הכוח הגורם לסיבוב הוא כוח מרכזי, המכוון אל מרכז המסלול המעגלי. בנקודה A מרכז הסיבוב נמצא מימין למכונית (בתוך הקשת), וחץ 1 מצביע לכיוון זה. חץ 2 מכוון לאורך המסלול (כיוון התנועה), וחץ 3 מכוון החוצה, הרחק מהמרכז.

כיוון II. על השמן אין חיכוך, ולכן אין כוח מרכזי שיסובב את המכונית. לפי החוק הראשון של ניוטון (התמדה) היא ממשיכה לנוע בקו ישר, בכיוון המהירות שהייתה לה ברגע שהחיכוך נעלם – כלומר בכיוון המשיק למסלול בנקודה C. זהו החץ הישר II. החצים I ו־III מעוקלים, ותנועה בקו עקום הייתה דורשת כוח.

טעות נפוצה: לבחור בחץ I, כאילו המכונית "נזרקת החוצה" בקו מעוקל – למעשה היא נעה בקו ישר, וזה רק נראה כהתרחקות מהסיבוב.

יציבותו של כלי רכב (מפני התהפכות) תלויה בשני גורמים:

1. גובה מרכז הכובד – ככל שמרכז הכובד נמוך יותר, יציבות הרכב גדולה יותר.

2. רוחב הבסיס (המרחק בין הגלגלים) – ככל שהבסיס רחב יותר, יציבות הרכב גדולה יותר.

רכב מתהפך כאשר הוא נוטה כל כך, שהאנך היורד ממרכז הכובד יוצא מחוץ לבסיס שבין הגלגלים. כשמרכז הכובד נמוך והבסיס רחב, צריך להטות את הרכב בזווית גדולה מאוד עד שזה קורה.

השוואה לפי התרשים:

- ג – מרכז כובד נמוך ובסיס רחב – שני הגורמים לטובתו, ולכן הוא היציב ביותר.

- ד – מרכז כובד נמוך, אך בסיס צר.

- א – בסיס רחב, אך מרכז כובד גבוה.

- ב – מרכז כובד גבוה ובסיס צר – שני הגורמים לרעתו, ולכן הוא היציב במידה המועטה ביותר (נוטה ביותר להתהפך, למשל בסיבוב חד).