בגרות בפיזיקה מבוא לפיזיקה 36182 - קיץ 2022

- $220\,\text{V}$ הוא המתח (בוולט) שלו מיועדת הנורה – המתח שיש לחבר אליה כדי שתפעל כרגיל (וזה גם מתח רשת החשמל בבית).

- $100\,\text{W}$ הוא ההספק (בוואט) של הנורה כשהיא מחוברת למתח של $220\,\text{V}$: הנורה צורכת (הופכת לאור ולחום) $100$ ג'אול של אנרגייה חשמלית בכל שנייה.

טעות נפוצה: לחשוב ש־$100\,\text{W}$ הוא הספק קבוע בכל מתח – ההספק הרשום נכון רק כשהנורה מחוברת למתח הרשום.

הנורות מחוברות במקביל למקור, ולכן המתח על כל נורה הוא $220\,\text{V}$ – בדיוק המתח שלו היא מיועדת, וכל נורה פועלת בהספק $100\,\text{W}$.

לפי הנוסחה:

הצבה:

בכל אחת משלוש הנורות עובר זרם של כ־$0.45\,\text{A}$ (והזרם הכולל מהמקור הוא $3\cdot 0.45\approx 1.36\,\text{A}$).

לפי הנוסחה:

הצבה (הזרם מסעיף ב, $I=\frac{100}{220}\,\text{A}$):

(בדיקה: $R=\frac{V^2}{P}=\frac{220^2}{100}=484\,\Omega$.)

טעות נפוצה: להציב זרם מעוגל $0.45\,\text{A}$ ולקבל $489\,\Omega$ – עדיף להשתמש בערך המדויק $\frac{100}{220}$.

קביעה: כן.

נימוק: הנורות מחוברות במקביל – כל נורה מחוברת בענף משלה ישירות לשני הדקי המקור. הוצאת נורה אחת מנתקת רק את הענף שלה. שתי הנורות האחרות עדיין מחוברות למתח של $220\,\text{V}$, ולכן עובר בכל אחת מהן אותו זרם ($0.45\,\text{A}$) והן ממשיכות להאיר באותה עוצמה. רק הזרם הכולל שהמקור מספק קטן (משלושה ענפים לשניים).

(זו הסיבה שבבית מחברים את המכשירים במקביל: כיבוי או קלקול של מכשיר אחד אינו משפיע על האחרים.)

טעות נפוצה: לענות שהמעגל "נפתח" וכל הנורות כבות – זה קורה רק בחיבור בטור.

לא נכון. הספק נמדד בוואט ($\text{W}$) (או בקילוואט). אמפר ($\text{A}$) הוא יחידת הזרם החשמלי.

נכון. מתח הרשת הביתית בישראל הוא כ־$220\,\text{V}$ (כיום התקן הוא $230\,\text{V}$, כלומר "כ־$220\,\text{V}$").

לא נכון. אמפרמטר מחברים בטור למכשיר, כך שאותו זרם שעובר במכשיר עובר גם דרך האמפרמטר. (במקביל מחברים וולטמטר, למדידת מתח.)

לא נכון. ההתנגדות היא תכונה של המכשיר (החומר, האורך והעובי של המוליך), ואינה נקבעת על ידי המתח שמחברים אליו. במתח גבוה יותר עובר במכשיר זרם גדול יותר ($I=\frac{V}{R}$), ההספק גדל, והמכשיר עלול להתחמם יתר על המידה ולהישרף.

לא נכון. חוט ההארקה בהתקנה הביתית מסומן בצבע ירוק־צהוב (פסים). חוט אדום (או חום) משמש בדרך כלל לחוט ה"פאזה".

לא נכון. קוט"ש (קילוואט־שעה) היא יחידה של אנרגייה (עבודה) – הספק כפול זמן. הספק נמדד בוואט או בקילוואט.

נכון. התחשמלות היא מצב שבו גוף האדם נעשה חלק ממעגל חשמלי ועובר דרכו זרם בעוצמה שעלולה לפגוע בו (בשרירים, בלב, כוויות).

לא נכון. מברג טסטר משמש לבדיקה אם יש מתח בנקודה מסוימת (למשל אם חוט או חור בשקע מחוברים ל"פאזה") – הנורית שבו נדלקת. הוא אינו מודד הספק.

לפי הנוסחה $\text{עבודה}=\text{הספק}\times\text{זמן}$, מחשבים לכל מכשיר (הספק בקילוואט, זמן בשעות, עבודה בקוט"ש):

הכמות הגדולה ביותר: המזגן – $5$ קוט"ש.

טעות נפוצה: לבחור במייבש הכביסה כי הספקו הגדול ביותר – העבודה תלויה גם בזמן ההפעלה.

חברת החשמל גובה תשלום לפי כמות האנרגייה החשמלית שנצרכה (מספר הקוט"ש), במחיר קבוע לכל קוט"ש. לכן התשלום הנמוך ביותר הוא עבור המכשיר שצרך את מספר הקוט"ש הקטן ביותר – מייבש הכביסה, $2$ קוט"ש (לפי הטבלה בתת־סעיף 1).

התנור צרך $3$ קוט"ש.

נימוק: כל המכשירים מחוברים במקביל לאותו שקע, ולכן הזרם הכולל בקו הוא סכום הזרמים של כל המכשירים. ההספק הכולל:

הזרם הכולל:

זהו זרם גבוה מהזרם שקו של שקע ביתי מתוכנן לשאת (בדרך כלל כ־$16\,\text{A}$). זרם גבוה מחמם את החוטים ועלול לגרום לשריפה, ולכן הנתיך (המפסק) בארון החשמל ניתק את הזרם לשקע.

מדוע לא האחרות:

- 1 – המתח על כל מכשיר בחיבור מקביל נשאר $220\,\text{V}$; הזרם אינו "מתחלק" כך שלא יספיק.

- 2 – ממסר הפחת מגיב לזליגת זרם (למשל דרך גוף אדם), לא לעומס; וכל המכשירים תקינים.

- 3 – נתון שהמכשירים תקינים, ובחיבור מקביל קלקול של מכשיר אחד אינו מפסיק את האחרים.

נכון. מנומטר (מד־לחץ) הוא המכשיר למדידת לחץ של גז או נוזל.

לא נכון. ניוטון ($\text{N}$) היא יחידה של כוח. לחץ הוא כוח ליחידת שטח, ויחידתו פסקל: $1\,\text{Pa}=1\,\frac{\text{N}}{\text{m}^2}$.

נכון. במנומטר בצורת U הלחץ נקבע לפי הפרש הגבהים של עמודות הנוזל בשתי זרועות הצינור. כשהנוזל הוא כספית, קוראים את הלחץ ישירות בס"מ (או מ"מ) כספית; למשל הלחץ האטמוספרי הוא כ־$76$ ס"מ כספית.

לא נכון. לחץ הוא כוח חלקי שטח (למשל $\frac{\text{N}}{\text{m}^2}$). "גרם לס"מ" היא מסה חלקי אורך – אין בה כוח ואין בה שטח, ולכן אינה יחידת לחץ.

קביעה: ב.

נימוק: לפי הנוסחה

הלחץ $P$ שווה על שלוש הבוכנות, ולכן הכוח יחסי לשטח הבוכנה. לבוכנה בצילינדר ב השטח הגדול ביותר (לפי התרשים), ולכן עליה פועל הכוח הגדול ביותר. (הכוח הקטן ביותר פועל על הבוכנה בצילינדר א, שהיא הצרה ביותר.)

טעות נפוצה: לחשוב שלחץ שווה פירושו כוח שווה – הלחץ הוא הכוח ליחידת שטח.

קביעה: ב.

נימוק: לפי הנוסחה

המרחק $d$ שווה בשלושת הצילינדרים, ולכן העבודה יחסית לכוח. בתת־סעיף 1 מצאנו שהכוח הגדול ביותר פועל על הבוכנה בצילינדר ב, ולכן שם נעשית העבודה הגדולה ביותר. (במילים אחרות: $W=P\cdot A\cdot d$ – הלחץ והמרחק שווים, והשטח של ב הגדול ביותר.)

קביעה: בשלב היניקה לחץ הגז בצילינדר קטן מהלחץ האטמוספרי.

נימוק: בשלב היניקה שסתום הכניסה פתוח והבוכנה נעה כלפי מטה (מתרחקת מראש הצילינדר), כך שנפח הצילינדר גדל. כשהנפח של הגז גדל, הלחץ שלו יורד אל מתחת ללחץ האטמוספרי. בגלל הפרש הלחצים, האוויר שבחוץ (בלחץ אטמוספרי, הגבוה יותר) נדחף אל תוך הצילינדר יחד עם הדלק – זו ה"יניקה". אילו היה הלחץ בצילינדר שווה ללחץ החיצוני או גדול ממנו, התערובת לא הייתה נכנסת.

לא נכון. לגז אין נפח קבוע: חלקיקיו נעים בחופשיות ורחוקים זה מזה, ולכן הגז מתפשט וממלא את כל נפח הכלי שבו הוא נמצא. נוזל הוא שמתאסף בתחתית הכלי.

נכון. הגז ממלא תמיד את כל הכלי, ולכן נפחו שווה לנפח הכלי. הגדלה או הקטנה של נפח הכלי (למשל הזזת בוכנה) משנה את נפח הגז (ואיתו את לחצו).

נכון. הדלק מוכנס לצילינדר כרסס של טיפות זעירות; הטיפות מתאדות ומתערבבות עם האוויר לתערובת גזית, שנשרפת בצילינדר.

לא נכון. חלקיקי הגז נעים בכל הכיוונים ומתנגשים בכל הדפנות, ולכן הגז מפעיל לחץ על כל דפנות הצילינדר – לא רק על הבוכנה. הבוכנה זזה כי היא הדופן היחידה שחופשית לנוע.

- מנוע שרפה פנימית (כמו מנוע המכונית): הדלק נשרף בתוך הצילינדר של המנוע. הגזים החמים שנוצרים בשרפה הם עצמם הדוחפים ישירות את הבוכנה.

- מנוע שרפה חיצונית (כמו מנוע קיטור): הדלק נשרף מחוץ למנוע, בתא נפרד. חום השרפה מחמם חומר עבודה אחר (למשל מים בדוד, שהופכים לקיטור), והקיטור הוא שמוזרם אל הצילינדר ודוחף את הבוכנה.

כלומר ההבדל העיקרי הוא מקום השרפה ביחס לצילינדר שבו נעשית העבודה.

לפי הנוסחה:

הצבה:

העבודה שהשקיע כוח הבלימה היא $400{,}000$ ג'אול. (כוח הבלימה פועל נגד כיוון התנועה, ועבודה זו היא שגרעה מהמכונית את האנרגייה הקינטית שלה – לכן אפשר לומר גם שעבודת כוח הבלימה היא $-4\cdot 10^5\,\text{J}$.)

במקום שבו הגז זורם מהר יותר (למשל במקום צר בצינור), הלחץ שלו נמוך יותר. עיקרון זה משמש למשל במאייד (הקרבורטור) של מנועים ישנים: האוויר הזורם במהירות דרך צוואר צר יוצר לחץ נמוך, שיונק את הדלק לתוך זרם האוויר.

לפי הקווים המחברים כל מלבן לחלק בטיל:

1. המלבן העליון – מחובר לקצה המחודד (השחור) שבראש הטיל: חרטום.

2. המלבן השני מלמעלה – הקו מגיע לדופן החיצונית של הטיל: גוף.

3. המלבן השלישי – שלושה קווים יוצאים ממנו אל שלושת הגלילים שבתוך הטיל, שבהם מאוחסן הדלק המוצק: מוטות דלק.

4. המלבן הימני (ליד הסוללה) – הקו מגיע לחוטים המחברים את הסוללה לתחתית מוטות הדלק; הם יוצרים את ניצוץ ההצתה: מערכת הצתה חשמלית.

5. המלבן התחתון – מחובר לפתח בצורת פעמון בתחתית הטיל, שממנו פורצים הגזים: נחיר.

ברשימה שש מילים ורק חמישה מלבנים: המילה "תא שרפה" נשארת בלי שימוש (תא השרפה הוא האזור הכהה שמעל הנחיר, ואין לו מלבן).

נכון. בטיל דלק מוצק הדלק והמחמצן יצוקים מראש בתוך גוף הטיל, ואפשר לאחסן אותו כך לאורך זמן. לכן הוא מוכן לשיגור מיידי – יתרון חשוב בטילים צבאיים.

לא נכון. את הדלק הנוזלי (ואת המחמצן הנוזלי, שלרוב מקורר מאוד) ממלאים במכלי הטיל רק זמן קצר לפני השיגור, כי קשה לאחסן אותם בטיל לאורך זמן. לכן טיל כזה אינו מוכן לשיגור "בכל רגע".

נכון. בזמן הבעירה הגזים נפלטים מהנחיר במהירות גדולה כלפי מטה, ולפי החוק השלישי של ניוטון הם דוחפים את הטיל כלפי מעלה (כוח הדחף). כוח הדחף גדול מכוח הכובד, והכוח השקול על הטיל אינו אפס – ולכן לפי החוק השני של ניוטון לטיל יש תאוצה, ומהירותו גדלה.

נימוק: הבעירה מתקדמת לאורך המוט בכיוון החץ – מהחלק הצר (משמאל) אל החלק הרחב (מימין). הדלק בוער על פני השטח החשוף לאש, שהוא חתך המוט בחזית הבעירה. בכל שלב חתך המוט גדול מבשלב הקודם, ולכן שטח הבעירה גדל, בכל שנייה נשרפת כמות דלק גדולה יותר, ונוצרת כמות גדולה יותר של חומר הודף (גזים חמים) ליחידת זמן. לכן כוח הדחף של הטיל גדל משלב לשלב.

לא נכון. לוויינים מקיפים את כדור הארץ בגובה של מאות ואלפי קילומטרים – מעל לשכבות הצפופות של האטמוספרה. שם כמעט אין אוויר ולכן כמעט אין התנגדות אוויר, וזה מה שמאפשר להם להמשיך להקיף את כדור הארץ זמן רב.

נכון. אחרי שהלוויין הגיע למסלולו ובמהירות המתאימה, הכוח היחיד הפועל עליו הוא כוח המשיכה של כדור הארץ, והוא שמשמש ככוח המרכזי שמחזיק אותו במסלול. אין צורך במנוע כדי לשמור על התנועה (ובמסלול כמעט אין חיכוך עם אוויר). דלק נדרש רק לשיגור ולתיקוני מסלול קטנים.

לא נכון. בגובה של לוויין רגיל (כמה מאות ק"מ) כוח המשיכה של כדור הארץ על האסטרונאוט עדיין כ־$90\%$ מכוחו על פני הקרקע – הוא בהחלט לא אפס. האסטרונאוטים מרגישים "חוסר משקל" כי הם והלוויין נמצאים יחד בנפילה חופשית מתמדת סביב כדור הארץ, ולכן הרצפה אינה דוחפת אותם.

לא נכון. משקל הגוף הוא כוח המשיכה שכדור הארץ מפעיל עליו ($W=mg$). לכן משקל גדול יותר פירושו כוח משיכה גדול יותר.

משקל החללית הוא כוח המשיכה של כדור הארץ עליה, והוא תלוי בשני דברים:

- במסה של החללית – בזמן הטיסה נשרף דלק ונפלט מהחללית, ולכן מסתה, וגם משקלה, קטנים.

- במרחק ממרכז כדור הארץ – כוח המשיכה נחלש ככל שהמרחק ממרכז כדור הארץ גדל (לפי חוק הכבידה, ביחס הפוך לריבוע המרחק).

לכן: משקלה קטן, בגלל שרפת דלק וגם בגלל התרחקותה מ־מרכז כדור הארץ.

כוח המשיכה על פני הירח קטן בהרבה מכוח המשיכה על פני כדור הארץ (בערך פי $6$), כי מסת הירח קטנה בהרבה. לכן משקלם של החללית והאסטרונאוטים על הירח קטן ממשקלם על כדור הארץ.

כדי להמריא צריך כוח דחף שיתגבר על המשקל ולהגיע למהירות שתאפשר להתרחק מהגוף; כשהמשקל קטן יותר נדרשת פחות אנרגייה – ולכן פחות דלק – מאשר בשיגור מכדור הארץ. הסיבה: כוח המשיכה של הירח קטן מזה של כדור הארץ.

כשהחללית חוזרת ונכנסת לאטמוספרה של כדור הארץ, היא נעה במהירות עצומה (כמה קילומטרים בשנייה). בתנועתה באוויר פועל עליה כוח חיכוך עם האוויר (התנגדות האוויר), והיא גם דוחסת בעוצמה את האוויר שלפניה. כוח זה מאט את החללית, ועבודתו הופכת חלק גדול מהאנרגייה הקינטית שלה לאנרגיית חום. לכן מעטפת החללית מתחממת עד כדי ליהוט – ומשום כך מצפים את החללית במגן חום מיוחד.

טעות נפוצה: לייחס את החום לקרבה לשמש או לקרינה בחלל – החימום מתרחש דווקא בכניסה לאטמוספרה.

נימוק: כשמזניחים את התנגדות האוויר, הכוח היחיד על כל כדור הוא כוח המשיכה $mg$. לפי החוק השני של ניוטון:

כלומר לשני הכדורים אותה תאוצה $g$, בלי תלות במסה. שניהם מתחילים ממנוחה מאותו גובה, ולכן הם מגיעים לקרקע באותו זמן ובאותה מהירות.

- (1) ו־(2) שגויים – התאוצה שווה, ולכן גם הזמן והמהירות שווים.

- (4) שגוי – כוח המשיכה על הכדור הכבד גדול יותר (זה בדיוק משקלו); אבל גם מסתו גדולה יותר באותו יחס, ולכן התאוצה שווה.

נכון. בימים מעוננים (ובחורף) קרינת השמש אינה מספיקה כדי לחמם את המים בקולט, ולכן מפעילים את מערכת הגיבוי – גוף חימום חשמלי בתוך הדוד ("הבוילר").

לא נכון. מערכת הגיבוי היא מערכת חשמלית: גוף חימום (נגד) שזרם חשמלי עובר בו ומתחמם, ותרמוסטט שמפעיל ומנתק אותו.

נכון. גוף החימום מחמם את המים, והתרמוסטט מבקר את הטמפרטורה ומנתק את גוף החימום כשהמים הגיעו לטמפרטורה הרצויה.

נכון. התרמוסטט הוא מפסק שמגיב לטמפרטורה: כשהמים מגיעים לטמפרטורה שנקבעה הוא מנתק את גוף החימום ממקור המתח (וכך מונע רתיחה ובזבוז חשמל), וכשהם מתקררים הוא מחבר אותו שוב.

ב. צינור ב יוצא מהחלק העליון של הקולט ונכנס אל החלק העליון של דוד האגירה (פתחו בראש הדוד). המים שהתחממו בקולט קלים יותר (צפיפותם קטנה יותר), ולכן הם עולים מראש הקולט אל ראש הדוד – זוהי זרימה טבעית בהסעת חום ("תרמוסיפון").

א. צינור א יוצא מתחתית דוד האגירה, שבה מצטברים המים הקרים והכבדים, ויורד באלכסון אל החלק התחתון של הקולט. המים הקרים שוקעים דרכו ונכנסים לקולט מלמטה, מתחממים ועולים שוב דרך צינור ב.

ד. צינור ד מתחיל בחלק העליון של דוד האגירה, שם נמצאים המים החמים ביותר, ויורד אל ברז בבית. (צינור ג הוא צינור המים הקרים מרשת המים, המזין את הדוד ומחליף את המים החמים שנצרכו.)

אינה יכולה. זכוכית שקופה לאור הנראה של השמש, אך היא אינה מעבירה את הקרינה האינפרה־אדומה (התת־אדומה) שפולטים גופים חמים כמו הפח השחור שבקולט – היא בולעת או מחזירה אותה. על כך מבוססת "מלכודת החום" בקולט.

(הערה: חלק מהקרינה האינפרה־אדומה הקרובה, שבאור השמש עצמו, כן עובר בזכוכית; הכוונה כאן לקרינה שפולט הפח המתחמם.)

להתחמם. הקרינה הנבלעת מוסרת לחומר את האנרגייה שלה, והאנרגייה הופכת לאנרגיית חום – הטמפרטורה של החומר עולה.

הסעת חום. בהסעה החום עובר יחד עם החומר הזורם – הנוזל (או הגז) החם נע ממקום למקום ונושא איתו את האנרגייה, כמו המים העולים מהקולט אל הדוד. בהולכת חום, לעומת זאת, החום עובר דרך החומר בלי שהחומר עצמו נע (למשל לאורך מוט מתכת).

המים שליד גוף החימום מתחממים, מתפשטים וצפיפותם קטנה – ולכן הם עולים כלפי מעלה. במקומם יורדים אל התחתית המים הקרים והכבדים יותר, ומתחממים גם הם. כך נוצרים זרמי הסעה שמערבבים את המים ומחממים את כל המים שבדוד.

אילו היה גוף החימום מותקן בחלק העליון, המים החמים היו נשארים למעלה, ליד גוף החימום, והמים הקרים שבתחתית כמעט לא היו מתחממים (מים הם מוליכי חום גרועים, והולכת החום כלפי מטה איטית מאוד).

לא נכון. פירוק האור הלבן לצבעים (למשל במנסרה) נקרא נפיצה (דיספרסיה). בליעה היא קליטת האור על ידי החומר – האנרגייה של האור עוברת לחומר (ומחממת אותו).

לא נכון. כדור נראה ירוק כי הוא מחזיר את האור הירוק אל העין, ובולע את שאר הצבעים. אילו היה בולע את האור הירוק, הוא לא היה נראה ירוק.

נכון. אור לבן מורכב מכל צבעי הקשת. במעבר דרך המנסרה כל צבע נשבר בזווית שונה, והאור נפרש לספקטרום של צבעים – מאדום ועד סגול.

לא נכון. קובייה לבנה מחזירה את כל הצבעים שפוגעים בה. כשמאירים אותה באור כחול בלבד, היא מחזירה רק אור כחול – ולכן היא נראית כחולה, בצבע האור שמאיר אותה (תכלת היא צירוף של כחול וירוק, ואור ירוק אינו פוגע בקובייה).

1. קודם כול אור השמש (בעיקר אור נראה) חייב לעבור דרך הזכוכית השקופה כדי להגיע לפח.

2. הפח השחור בולע את הקרינה.

3. האנרגייה הנבלעת מחממת את הפח, והפח החם פולט קרינה אינפרה־אדומה.

4. הזכוכית אינה מעבירה את הקרינה האינפרה־אדומה הזאת החוצה ומחזירה אותה פנימה – החום "נלכד" בקולט ומחמם את המים בצינורות.

כן. שלושת המשטחים זהים (אותו גודל), הונחו על אותו שולחן, באותו כיוון כלפי השמש ובאותו זמן. לכן על כל אחד מהם פגעה אותה כמות של אנרגיית השמש. ההבדל ביניהם הוא רק בצבע – כלומר בכמות האנרגייה שכל משטח בולע מתוך האנרגייה שפוגעת בו.

לא. המשטח השחור התחמם הכי הרבה (מ־$30^\circ\text{C}$ ל־$44^\circ\text{C}$), כלומר בלע את רוב האנרגייה שפגעה בו והחזיר מעט. המשטח הלבן כמעט לא התחמם ($30\to 31^\circ\text{C}$) – הוא החזיר את רוב האנרגייה. לכן המשטח השחור החזיר פחות אנרגייה מהלבן.

כן. עליית הטמפרטורה של המשטח השחור היא $44-30=14^\circ\text{C}$, ושל הלבן רק $31-30=1^\circ\text{C}$. המשטחים זהים פרט לצבעם, ולכן עלייה גדולה יותר בטמפרטורה מעידה שנבלעה יותר אנרגייה. (משום כך צובעים בשחור את פח הקולט בדוד השמש.)

קביעה: הטמפרטורה הגבוהה יותר תשרור במושב הנהג (בתא הנוסעים).

הסבר – אפקט החממה: תא הנוסעים מוקף בחלונות זכוכית, ותא המטען סגור ואטום לאור.

1. אור השמש עובר דרך חלונות הזכוכית השקופים ופוגע במושבים ובלוח המחוונים.

2. המושבים בולעים את הקרינה ומתחממים.

3. המושבים החמים פולטים קרינה אינפרה־אדומה.

4. הזכוכית אינה מעבירה את הקרינה האינפרה־אדומה החוצה – היא מחזירה אותה פנימה, והחום "נלכד" בתוך תא הנוסעים (הדלתות הסגורות מונעות גם יציאה של האוויר החם).

זהו אפקט החממה – אותו עיקרון כמו בקולט של דוד השמש. לכן הטמפרטורה בתא הנוסעים עולה מאוד. לתא המטען אין חלונות, קרינת השמש אינה נכנסת אליו ישירות, והוא מתחמם רק מעט, בעיקר דרך הדפנות.

לא נכון. זמן המחזור הוא הזמן של תנודה שלמה – למשל משיא אחד לשיא הבא. הזמן משיא לשפל הוא רק חצי זמן מחזור.

נכון. התדירות היא מספר המחזורים (החזרות של התופעה) ביחידת זמן – בדרך כלל בשנייה. יחידתה הרץ: $1\,\text{Hz}$ = מחזור אחד בשנייה.

נכון. כל הגלים האלקטרומגנטיים (גלי רדיו, מיקרו, אור, קרני X ועוד) נעים בריק באותה מהירות – מהירות האור, כ־$3\cdot 10^{8}\,\text{m/s}$. האור עצמו הוא גל אלקטרומגנטי.

נכון. גל הוא הפרעה (תנודה) שמתפשטת ממקום למקום ומעבירה אנרגייה, בלי שהתווך עצמו עובר עם הגל לאורך הדרך.

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

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

המשרעת היא ההעתק המרבי מקו שיווי המשקל (הקו המקווקו). הנקודה על קו שיווי המשקל שנמצאת בדיוק מתחת לשיא $E$ היא $K$, ולכן המשרעת היא המרחק האנכי $EK$.

טעות נפוצה: לבחור בנקודת שפל ($G$ או $C$) – המרחק משיא לשפל הוא פעמיים המשרעת.

אורך הגל הוא המרחק בין שתי נקודות עוקבות הנמצאות באותו מצב תנודה (באותה "פאזה"). בנקודה $D$ הגל חוצה את קו שיווי המשקל בדרכו כלפי מעלה. הנקודה הבאה שבה הגל חוצה את הקו שוב בדרכו כלפי מעלה היא $H$ (בין $D$ ל־$H$: שיא $E$, חצייה $F$ ושפל $G$ – מחזור שלם).

טעות נפוצה: לבחור ב־$F$ – בין $D$ ל־$F$ יש רק חצי אורך גל.

הצבה:

כשגלים נפגשים, ההעתק בכל נקודה הוא סכום ההעתקים של שני הגלים (עקרון הסופרפוזיציה).

- איור א: שיא של גל אחד נפגש עם שפל של גל אחר בעל אותה משרעת – ההעתקים הפוכים בסימנם ומבטלים זה את זה: התאבכות הורסת.

- איור ב: שיא נפגש עם שיא (ושפל עם שפל) – ההעתקים מתחברים: התאבכות בונה.

בתרשים, לכל אחד מהגלים אורך גל של $6$ משבצות ומשרעת של $2$ משבצות. מחברים, נקודה אחר נקודה, את ההעתקים של שני הגלים.

איור א: בכל נקודה ההעתק של הגל העליון שווה בגודלו והפוך בסימנו להעתק של הגל התחתון (למשל: $+2$ ו־$-2$ משבצות מעל אותה נקודה), ולכן הסכום הוא $0$ בכל מקום. התוצאה: קו ישר שעובר על הציר לכל אורך קטע הגל – הגלים ביטלו זה את זה.

איור ב: שני הגלים זהים וחופפים, ולכן בכל נקודה ההעתק מוכפל: בשיא $2+2=4$ משבצות, בשפל $-2+(-2)=-4$ משבצות, ובנקודות החיתוך עם הקו $0+0=0$. התוצאה: גל באותו אורך גל ($6$ משבצות) ובאותן נקודות חיתוך, אך במשרעת כפולה – $4$ משבצות: מתחיל על הציר, עולה לשיא בגובה $4$ משבצות, חוזר לציר באמצע, יורד לשפל בעומק $4$ משבצות וחוזר לציר.

לא נכון. גל אלקטרומגנטי מורכב משדה חשמלי משתנה ומשדה מגנטי משתנה, הניצבים זה לזה ומייצרים זה את זה בזמן ההתפשטות.

נכון. גלים אלקטרומגנטיים אינם זקוקים לתווך – הם מתפשטים גם בריק (כך מגיע אלינו אור השמש דרך החלל), במהירות האור. בזה הם שונים מגלי קול.

לא נכון. גל אלקטרומגנטי הוא תמיד גל רוחבי: השדה החשמלי והשדה המגנטי מתנודדים בניצב לכיוון התקדמות הגל.

נכון. כמו כל גל, גל אלקטרומגנטי הוא הפרעה – כאן, שינוי בשדה החשמלי ובשדה המגנטי – שמתפשטת במרחב ומעבירה אנרגייה.

לפי הקווים המחברים כל מלבן לחלק בתרשים:

1. המלבן השמאלי העליון – הקו מגיע אל הכנפיים שבתקרת התא: מאוורר (מפזר הגלים, המערבב את גלי המיקרו בתוך התא כדי שהמזון יתחמם באופן אחיד).

2. המלבן הימני העליון – הקו מגיע אל הרכיב שבחלק העליון של התא הצדדי, מאחורי לוח הבקרה: מגנטרון – הרכיב שמייצר את גלי המיקרו.

3. המלבן השמאלי התחתון – הקו מגיע אל המגש העגול שעליו מונח המזון: מגש זכוכית (מסתובב, כדי שכל חלקי המזון יקבלו קרינה).

4. המלבן הימני התחתון – הקו מגיע אל החלל הפנימי של המכשיר: תא חימום.

ברשימה חמש מילים וארבעה מלבנים: "לוח תצוגה" נשאר בלי שימוש (לוח התצוגה נראה בחזית המכשיר, אך אף קו אינו מצביע עליו).

גלי מיקרו. במכשיר המיקרוגל, גלי המיקרו שמייצר המגנטרון חודרים למזון ומעבירים אנרגייה למולקולות המים שבו, וכך המזון מתחמם במהירות מבפנים.

תת־אדום (אינפרה־אדום). השלט הרחוק משדר פולסים של קרינה אינפרה־אדומה (בלתי נראית לעין), וגלאי בטלוויזיה קולט אותם.

קרני רנטגן (X). קרני X חודרות דרך רקמות רכות ונבלעות יותר בעצמות ובחומרים צפופים, ולכן הן יוצרות תמונה של מבנה הגוף הפנימי.

הצבה:

כלומר הגל משלים מחזור אחד בכל שליש שנייה (שלושה מחזורים בשנייה).

נכון. המהירות מבטאת איזה מרחק עובר הגוף ביחידת זמן: $v=\frac{\Delta x}{\Delta t}$ (למשל מטרים בשנייה או קילומטרים בשעה).

לא נכון. כוח (שקול) בכיוון התנועה מגדיל את מהירות הגוף – הגוף מואץ. גוף נבלם כאשר הכוח השקול פועל נגד כיוון התנועה.

נכון. תאוצה היא קצב השינוי של המהירות: $a=\frac{\Delta v}{\Delta t}$. כל שינוי במהירות – הגדלה, הקטנה (או שינוי כיוון) – פירושו שיש לגוף תאוצה.

נכון. זהו החוק הראשון של ניוטון – חוק ההתמדה.

$A$. קוצב הזמן מסמן נקודה בכל פרק זמן קבוע, ולכן המרחק בין שתי נקודות סמוכות הוא הדרך שעברה העגלה בפרק זמן זה. בסרט $a$ המרחקים בין כל הנקודות הסמוכות שווים – בפרקי זמן שווים העגלה עברה מרחקים שווים, ולכן מהירותה הייתה קבועה.

$C$. בסרט $c$, מהנקודה הראשונה (המוקפת) והלאה, המרחקים בין נקודות סמוכות הולכים וקטנים (הרווח הראשון גדול מאוד, והאחרונים קטנים מאוד). בכל פרק זמן שווה העגלה עברה מרחק קטן יותר – כלומר מהירותה הלכה וקטנה.

$B$. בסרט $b$ המרחקים בין נקודות סמוכות הולכים וגדלים מהנקודה הראשונה והלאה. בכל פרק זמן שווה העגלה עברה מרחק גדול יותר – מהירותה הלכה וגדלה.

$A$. משך הזמן שנרשם נקבע לפי מספר הרווחים בין הנקודות (כל רווח הוא אותו פרק זמן), ולא לפי אורך הסרט. בסרט $a$ יש $15$ נקודות, כלומר $14$ רווחים; בסרט $b$ – $8$ נקודות ($7$ רווחים); בסרט $c$ – $7$ נקודות ($6$ רווחים). לכן התנועה הארוכה ביותר בזמן נרשמה בניסוי $A$.

טעות נפוצה: לבחור לפי אורך הקטע המנוקד על הסרט – אורך זה מייצג דרך, לא זמן.

$A$. ההשפעה המשותפת של כל הכוחות היא הכוח השקול. לפי החוק הראשון של ניוטון, כשהכוח השקול אפס הגוף נע במהירות קבועה בקו ישר – וזה בדיוק המצב בניסוי $A$. בניסויים $B$ ו־$C$ המהירות משתנה, ולכן יש תאוצה והכוח השקול אינו אפס.

קביעה: לאופנוע.

נימוק: התאוצה היא קצב שינוי המהירות:

שני כלי הרכב מתחילים ממנוחה ומגיעים לאותה מהירות, כלומר שינוי המהירות $\Delta v$ זהה. האופנוע משיג את השינוי בזמן קצר יותר ($7\,\text{s}$ לעומת $10\,\text{s}$), ולכן תאוצתו גדולה יותר.

בחישוב: $\Delta v=100\,\frac{\text{km}}{\text{h}}=\frac{100}{3.6}\approx 27.8\,\frac{\text{m}}{\text{s}}$

נימוק – חוק ההתמדה: לפני הבלימה אתה והאוטובוס נעים יחד באותה מהירות. כוח הבלימה פועל על האוטובוס (מהכביש על הגלגלים), אך לא עליך: הסקייט־בורד מתגלגל בחופשיות ואינו מעביר אליך כוח אופקי משמעותי. לפי החוק הראשון של ניוטון אתה ממשיך לנוע באותה מהירות ובאותו כיוון, בזמן שהאוטובוס מאט. לכן ביחס לאוטובוס אתה נע קדימה – לכיוון תנועת האוטובוס לפני הבלימה.

טעות נפוצה: לבחור ב־2 – הכוח שבלם את האוטובוס מכוון אחורה, ואינו פועל עליך כלל.

נכון. בתנועה מעגלית כיוון המהירות משתנה כל הזמן, ולכן לגוף יש תאוצה אל מרכז המעגל. לפי החוק השני של ניוטון דרוש לשם כך כוח שקול המכוון אל המרכז – כוח מרכזי. בלי כוח כזה, לפי חוק ההתמדה, הגוף היה ממשיך בקו ישר.

לא נכון. הכוח שגורם לרכב להסתובב מכוון אל מרכז הסיבוב – בניצב לכיוון התנועה (שהוא משיק למסלול). ברכב זהו כוח החיכוך בין הצמיגים לכביש.

נכון. הכוח המרכזי הדרוש הוא $F=\frac{mv^2}{r}$. כשהמהירות והמסה קבועות, הכוח הפוך ביחס לרדיוס: בסיבוב רחב (רדיוס גדול) נדרש כוח קטן יותר מאשר בסיבוב חד.

לא נכון. לפי $F=\frac{mv^2}{r}$, באותו רדיוס הכוח המרכזי הדרוש גדל עם המהירות (פי $4$ כשהמהירות מוכפלת). לכן בסיבוב מהיר הרכב זקוק לחיכוך גדול יותר, ובמהירות גבוהה מדי הוא מחליק החוצה.

חץ 1. הכוח הגורם לסיבוב הוא הכוח המרכזי, המכוון אל מרכז הסיבוב. בנקודה $A$ המרכז נמצא בצד הפנימי של הקשת (ימינה בתרשים), וחץ 1 מצביע לשם. חץ 2 מכוון לאורך המסלול (כיוון התנועה – משיק), וחץ 3 מכוון החוצה, הרחק מהמרכז.

טעות נפוצה: לבחור בחץ 3 מתוך תחושת ה"כוח הצנטריפוגלי" שזורק את הנוסעים החוצה – זו התמדה, לא כוח שפועל על המכונית.

כיוון II. כשהחיכוך אפס לא פועל על המכונית שום כוח אופקי, ובפרט אין כוח מרכזי. לפי חוק ההתמדה המכונית ממשיכה לנוע בקו ישר, בכיוון מהירותה ברגע ההחלקה – כלומר בכיוון המשיק למסלול בנקודה $C$. זהו חץ II, הישר.

חץ III מתעקל פנימה (המשך הסיבוב – דורש כוח מרכזי), וחץ I מתעקל החוצה (דורש כוח החוצה) – שניהם אינם אפשריים בלי כוח.

קביעה: היציב ביותר – ג; היציב במידה המועטה ביותר – ב.

הסבר: כלי רכב יציב יותר ככל שמרכז הכובד שלו נמוך יותר וככל שבסיס התמיכה שלו (המרחק בין הגלגלים השמאליים לימניים) רחב יותר. כשהרכב נוטה על צדו (למשל בסיבוב), הוא חוזר למקומו כל עוד האנך היורד ממרכז הכובד נופל בתוך בסיס התמיכה. ככל שמרכז הכובד נמוך יותר והבסיס רחב יותר, צריך להטות את הרכב בזווית גדולה יותר עד שהאנך יוצא מהבסיס והרכב מתהפך.

לפי התרשימים:

- ג – מרכז הכובד נמוך (כמו ב־ד), והבסיס רחב מאוד (הרכב הרחב והנמוך): היציב ביותר.

- ד – מרכז הכובד נמוך, אך הבסיס צר יותר מזה של ג.

- א – הבסיס רחב, אך מרכז הכובד גבוה.

- ב – מרכז הכובד גבוה (כמו ב־א) והבסיס צר: היציב פחות מכולם.

(מדידה בתרשים של היחס בין חצי רוחב הבסיס לגובה מרכז הכובד נותנת בקירוב: ג – $1.5$, ד – $1.0$, א – $0.95$, ב – $0.6$. ככל שהיחס גדול יותר, הרכב יציב יותר.)