בגרות בפיזיקה מבוא לפיזיקה 36182 - קיץ 2023

נכון. שתי הנורות מחוברות במקביל, והאמפרמטר נמצא על הענף הראשי (בטור עם הסוללה), לפני נקודת ההתפצלות. הזרם הראשי מתפצל לשני הענפים, ולכן הוא שווה לסכום הזרמים בנורות:

לכן הזרם שהאמפרמטר מראה גדול מהזרם בכל נורה בנפרד (כאן – פי 2, כי הנורות זהות).

לא נכון. שתי הנורות מחוברות במקביל ישירות להדקי הסוללה, ולכן המתח על כל אחת מהן זהה. הנורות זהות – יש להן אותה התנגדות – ולכן לפי $I=\frac{V}{R}$ הזרם בשתיהן שווה.

טעות נפוצה: לחשוב שנורה 1 "קרובה יותר" לסוללה ולכן מקבלת יותר זרם. במעגל מקבילי המיקום על הענף אינו משנה – מה שקובע הוא המתח וההתנגדות.

נכון. בחיבור במקביל כל ענף מחובר בין אותן שתי נקודות במעגל (שני הדקי הסוללה), ולכן המתח על שני הענפים שווה – והוא שווה למתח הסוללה.

לא נכון. עוצמת האור של נורה נקבעת לפי ההספק שלה, $P=V\cdot I$. לשתי הנורות אותו מתח ואותו זרם (תת־סעיפים 2–3), ולכן אותו הספק – הן מאירות באותה עוצמה.

המתח החשמלי נמדד בוולט, וסימן היחידה הוא $\text{V}$. מכשיר המדידה הוא וולטמטר.

עוצמת הזרם נמדדת באמפר, וסימן היחידה הוא $\text{A}$. מכשיר המדידה הוא אמפרמטר (כמו זה שבתרשים).

ההתנגדות החשמלית נמדדת באוהם, וסימן היחידה הוא האות היוונית $\Omega$ (אומגה). לפי הגדרת ההתנגדות, $1\,\Omega=1\,\frac{\text{V}}{\text{A}}$.

- $12\,\text{V}$ הוא המתח (הנומינלי) שהנורה מיועדת לפעול בו – המתח שיש לחבר אליה כדי שתאיר כרגיל.

- $6\,\text{W}$ הוא ההספק של הנורה כאשר היא מחוברת למתח של $12\,\text{V}$: בכל שנייה הנורה הופכת $6\,\text{J}$ של אנרגיה חשמלית לאור ולחום.

במעגל שבתרשים הנורות מחוברות במקביל ישירות לסוללה של $12\,\text{V}$, ולכן כל אחת מהן פועלת בדיוק בתנאים הרשומים עליה ומספקת הספק של $6\,\text{W}$.

טעות נפוצה: לחשוב ש־$6\,\text{W}$ הוא הספק קבוע בכל מתח – אם מחברים את הנורה למתח נמוך יותר, ההספק שלה קטן.

נורה 1 מחוברת במקביל ישירות לסוללה, ולכן המתח עליה הוא $V=12\,\text{V}$, וההספק שלה הוא ההספק הרשום, $P=6\,\text{W}$.

לפי הנוסחה: עוצמת זרם = הספק / מתח

הצבה:

(האמפרמטר מראה את סכום הזרמים בשתי הנורות: $0.5+0.5=1\,\text{A}$.)

לפי הנוסחה: התנגדות חשמלית = מתח / זרם

הצבה (המתח על הנורה $12\,\text{V}$, והזרם שחישבנו בתת־סעיף 1):

נכון. הספק מוגדר כעבודה (או אנרגיה) ליחידת זמן: $P=\frac{W}{t}$. הספק של $1\,\text{W}$ פירושו $1\,\text{J}$ בכל שנייה.

לא נכון. ההספק הוא תכונה של המכשיר (בהינתן מתח העבודה שלו) והוא אינו תלוי בזמן השימוש. מה שגדל ככל שמשתמשים זמן רב יותר הוא כמות האנרגיה (העבודה) שהמכשיר צורך: אנרגיה = הספק × זמן.

לא נכון. משלמים עבור כמות האנרגיה שנצרכה, הנמדדת בקילוואט־שעה (קוט"ש) במונה החשמל. מכשיר בעל הספק גדול שפועל זמן קצר יכול לעלות פחות ממכשיר בעל הספק קטן שפועל זמן רב.

$1\,\text{kW}=1000\,\text{W}$, ולכן מחלקים כל הספק ב־1000:

•מגהץ: $\frac{1400}{1000}=1.4\,\text{kW}$

•נורה: $\frac{100}{1000}=0.1\,\text{kW}$

•קומקום: $\frac{1200}{1000}=1.2\,\text{kW}$

•מצנם: $\frac{1600}{1000}=1.6\,\text{kW}$

לפי הנוסחה: כמות העבודה (האנרגיה) = הספק × זמן. כאשר ההספק בקילווט והזמן בשעות, האנרגיה מתקבלת בקוט"ש:

בשעה אחת ($t=1\,\text{h}$) האנרגיה בקוט"ש שווה מספרית להספק בקילווט, והמחיר = אנרגיה × 0.40 ש"ח:

•מגהץ: $1.4\cdot 1=1.4$ קוט"ש $\Rightarrow 1.4\cdot 0.40=0.56$ ש"ח

•נורה: $0.1\cdot 1=0.1$ קוט"ש $\Rightarrow 0.1\cdot 0.40=0.04$ ש"ח

•קומקום: $1.2\cdot 1=1.2$ קוט"ש $\Rightarrow 1.2\cdot 0.40=0.48$ ש"ח

•מצנם: $1.6\cdot 1=1.6$ קוט"ש $\Rightarrow 1.6\cdot 0.40=0.64$ ש"ח

כמות העבודה = הספק × זמן:

•נורה: $E_1=0.1\,\text{kW}\cdot 4\,\text{h}=0.4$ קוט"ש

•מגהץ: $E_2=1.4\,\text{kW}\cdot 2\,\text{h}=2.8$ קוט"ש

סך האנרגיה: $E=0.4+2.8=3.2$ קוט"ש.

המחיר הכולל:

(בדיקה לפי הטבלה: נורה $4\cdot 0.04=0.16$ ש"ח, מגהץ $2\cdot 0.56=1.12$ ש"ח, יחד $1.28$ ש"ח.)

- $220\,\text{V}$ הוא המתח שהנורה מיועדת לפעול בו – מתח רשת החשמל הביתית בישראל.

- $100\,\text{W}$ הוא ההספק של הנורה כשהיא מחוברת למתח זה: בכל שנייה היא צורכת $100\,\text{J}$ של אנרגיה חשמלית (והופכת אותה לאור ולחום). בשעה אחת היא צורכת $0.1$ קוט"ש, כמו שחישבנו בסעיף ב.

לא נכון. ניוטון ($\text{N}$) היא יחידת כוח. לחץ הוא כוח ליחידת שטח, ויחידתו פסקל: $1\,\text{Pa}=1\,\frac{\text{N}}{\text{m}^2}$ (משתמשים גם ב־$\frac{\text{N}}{\text{cm}^2}$, באטמוספרה ובבר).

לא נכון. מנומטר הוא מכשיר למדידת לחץ (למשל לחץ אוויר בצמיגים). מד־כוח הוא מכשיר אחר (דינמומטר), המבוסס בדרך כלל על קפיץ.

נכון. לחץ = כוח / שטח, כלומר הכוח הפועל באופן ניצב על כל יחידת שטח: $P=\frac{F}{A}$.

נכון. לחץ (בעיקר לחץ אוויר) נמדד באופן מקובל לפי גובה עמוד הכספית שהוא מסוגל להחזיק בברומטר כספית. הלחץ האטמוספרי בגובה פני הים מחזיק עמוד כספית בגובה כ־76 ס"מ, ולכן אומרים שהוא "76 סנטימטר כספית" (או 760 מילימטר כספית). זוהי אפוא יחידת לחץ מקובלת, לצד הפסקל.

טעות נפוצה: לחשוב שסנטימטר הוא יחידת אורך ולכן אינו יכול לשמש ללחץ – כאן הכוונה לגובה עמוד הכספית, שמייצג לחץ.

כן. המנוף מפעיל על החבית כוח כלפי מעלה, והחבית נעה 30 מטרים בכיוון הכוח. עבודה = כוח × דרך, ושני הגורמים שונים מאפס.

לא. הספורטאי מפעיל כוח, אבל המשקולות אינן זזות – הדרך היא אפס, ולכן העבודה המכנית היא אפס (גם אם הספורטאי מתעייף).

כן. התלמיד מעלה את גופו לגובה – הוא מפעיל כוח כלפי מעלה ונע בכיוון זה, ולכן מתבצעת עבודה (נגד כוח הכובד).

כן. הטרקטור מפעיל על העגלה כוח בכיוון התנועה, והעגלה עוברת דרך בכיוון זה – מתבצעת עבודה.

הכוח שהגולשת מפעילה על השלג שווה למשקלה: $F=600\,\text{N}$.

השטח: $A=4500\,\text{cm}^2=\frac{4500}{10000}\,\text{m}^2=0.45\,\text{m}^2$.

לפי הנוסחה: לחץ = כוח / שטח

הצבה:

(ביחידות סמ"ר: $P=\frac{600}{4500}\approx 0.133\,\frac{\text{N}}{\text{cm}^2}$ – אותו לחץ.)

שטח המגלשיים הגדול מפזר את המשקל, ולכן הלחץ קטן והגולשת אינה שוקעת בשלג.

טעות נפוצה: להמיר $\text{cm}^2$ ל־$\text{m}^2$ בחלוקה ב־100 במקום ב־10000.

בכל האיורים: עבודה = כוח × דרך, $W=F\cdot d$.

האיור הימני (נתון: העבודה $200\,\text{J}$, המרחק $0.5\,\text{m}$; חסר הכוח):

האיור האמצעי (נתון: הכוח $300\,\text{N}$, העבודה $500\,\text{J}$; חסר המרחק):

האיור השמאלי (נתון: הכוח $300\,\text{N}$, המרחק $0.4\,\text{m}$; חסרה העבודה):

לא נכון. קצב ההתאדות תלוי בסוג הנוזל – בעוצמת הכוחות בין המולקולות שלו. למשל, בנזין (או כוהל) מתאדה מהר יותר ממים באותם תנאים.

נכון. תפקיד הקרבורטור הוא לרסס את הדלק לטיפות זעירות ולערבב אותן עם אוויר בפרופורציה מתאימה, כך שהתערובת תישרף היטב בצילינדר.

נכון. כאשר מפרקים כמות נוזל לטיפות קטנות רבות, סך שטח הפנים של הטיפות גדול בהרבה משטח הפנים של אותה כמות נוזל בגוש אחד. שטח מגע גדול עם האוויר מזרז את ההתאדות ואת הבעירה.

לא נכון. בחלק הצר מהירות זרימת האוויר גדולה ביותר, ולפי עקרון ברנולי הלחץ שם קטן יותר. הלחץ בתא הדלק גדול יותר, ולכן הדלק נדחף מתא הדלק אל החלק הצר ושם הוא מרוסס לתוך זרם האוויר.

גדל. המאוורר מרחיק מעל פני הנוזל את האדים שכבר נוצרו ומביא אוויר "יבש", כך שמולקולות נוספות יכולות לעזוב את הנוזל בקצב גבוה יותר.

מגבירה את. התאדות מתרחשת בפני הנוזל. ככל ששטח הפנים גדול יותר, יותר מולקולות נמצאות על פני הנוזל ויכולות לעזוב אותו בכל רגע.

גדל. בטמפרטורה גבוהה יותר המהירות הממוצעת (האנרגיה הקינטית) של המולקולות גדולה יותר, ויותר מולקולות מצליחות להתגבר על כוחות המשיכה בנוזל ולהשתחרר.

גדול מ־. בנזין הוא נוזל נדיף: כוחות המשיכה בין המולקולות שלו חלשים מאלה שבין מולקולות המים, ולכן הוא מתאדה מהר יותר. (לכן ריח בנזין מורגש מיד, ושלולית בנזין נעלמת מהר משלולית מים.)

חתך $C$. כמות המים העוברת בכל שנייה דרך כל חתך של הצינור זהה (המים אינם נאגרים ואינם נעלמים). כדי שאותה כמות מים תעבור בכל שנייה דרך חתך צר יותר, המים חייבים לזרום שם מהר יותר: $A_1v_1=A_2v_2$. שטח החתך $C$ הוא הקטן ביותר, ולכן המהירות בו הגדולה ביותר.

1. לפי עקרון ברנולי, במקום שבו מהירות הזרימה גדולה – הלחץ בזורם קטן. בחתך $C$ המהירות היא הגדולה ביותר (תת־סעיף 1), ולכן הלחץ שם הוא הקטן ביותר – קטן מהלחץ האטמוספרי.

2. על פני המים בכוס פועל הלחץ האטמוספרי, ובראש הצינורית (בחתך $C$) פועל לחץ נמוך ממנו.

3. הפרש הלחצים יוצר כוח שדוחף את המים מהכוס כלפי מעלה בצינורית, אל תוך הצינור.

4. כשהמים מהכוס מגיעים לצינור, זרם המים בצינור (הזורם מ־$A$ אל $B$) סוחף אותם איתו לכיוון חתך $B$.

זה בדיוק העיקרון של הקרבורטור: הדלק נשאב מתא הדלק אל החלק הצר של צינור ונטורי, שבו זורם אוויר מהר.

טעות נפוצה: לכתוב שהמים "נשאבים" בגלל לחץ גבוה ב־$C$ – ההפך: הלחץ ב־$C$ נמוך, והלחץ האטמוספרי הגבוה דוחף את המים.

הקטע המושלם:

"הדלק שמשמש את הטילים הוא דלק מוצק או דלק נוזלי. בשני הסוגים חייבים לספק לטיל חמצן או חומר מחמצן."

הסבר: בעירה דורשת חמצן. הטיל טס בגבהים שבהם כמעט אין אוויר (ובחלל אין אוויר כלל), ולכן הוא חייב לשאת איתו את החמצן (למשל חמצן נוזלי) או חומר מחמצן אחר שמשחרר חמצן לבעירה. המילה "הודף" אינה מתאימה לקטע זה.

הקטע המושלם:

"אחרי הפעלת מערכת ההצתה, הטיל מתחיל לפלוט חומר הודף כלפי מטה, ומשום כך הוא עף כלפי מעלה, לפי עקרון הפעולה והתגובה."

הסבר: מערכת ההצתה מתחילה את הבעירה; הגזים החמים (החומר ההודף) נפלטים במהירות רבה דרך הנחיר כלפי מטה. הטיל מפעיל על הגזים כוח כלפי מטה (פעולה), ולפי החוק השלישי של ניוטון הגזים מפעילים על הטיל כוח שווה בגודלו והפוך בכיוונו – כלפי מעלה (תגובה). זה כוח הדחף שמניע את הטיל. המילה "מחמצן" אינה מתאימה לקטע זה.

טעות נפוצה: לחשוב שהטיל "נדחף מהקרקע" או מהאוויר – הדחף נוצר מהגזים הנפלטים, ולכן טיל פועל גם בחלל הריק.

נימוק: הטילים מוצגים ברגע מסוים במעופם, ושואלים כמה מהר כל טיל מגדיל את מהירותו ברגע זה. שני גורמים קובעים זאת:

- הדחף: לפי עקרון הפעולה והתגובה (החוק השלישי של ניוטון), הטיל דוחף את הגזים כלפי מטה והגזים דוחפים את הטיל כלפי מעלה. הטילים זהים במבנה (אותו מנוע, אותה כמות גז נפלטת בכל שנייה), ולכן ככל שמהירות הפליטה גדולה יותר – הדחף על הטיל גדול יותר.

- מסת הטיל: ככל שהטיל כבד יותר (יותר דלק בתוכו), אותו דחף מגדיל את מהירותו פחות (החוק השני של ניוטון, $a=\frac{F}{m}$).

לטיל ג' מהירות הפליטה הגדולה ביותר, $6000\,\frac{\text{m}}{\text{s}}$, ולכן הדחף עליו הגדול ביותר. בנוסף, כמות הדלק בו (ולכן מסתו) שווה לזו של טיל א' וקטנה מזו של טיל ב'. דחף גדול ביותר על מסה קטנה – טיל ג' מגדיל את מהירותו במידה הגדולה ביותר.

נימוק: לטילים א' ו־ב' אותה מהירות פליטה, $4000\,\frac{\text{m}}{\text{s}}$, ולכן אותו דחף – והוא קטן מהדחף על טיל ג'. אבל בטיל ב' יש יותר דלק, ולכן הוא כבד יותר מטיל א' (ומטיל ג'). אותו דחף קטן הפועל על המסה הגדולה ביותר מגדיל את המהירות במידה הקטנה ביותר ($a=\frac{F}{m}$).

לכן טיל ב' מגדיל את מהירותו במידה הקטנה ביותר.

טעות נפוצה: לחשוב ש"יותר דלק" פירושו בהכרח האצה גדולה יותר. ברגע נתון, דלק נוסף שעדיין נמצא בטיל רק מגדיל את המסה שהדחף צריך להאיץ.

לא נכון. כוח המשיכה (המשקל) תלוי במסת הגוף: $F=mg$. גוף שמסתו גדולה יותר נמשך בכוח גדול יותר. מה שזהה לכל הגופים (בהזנחת התנגדות האוויר) הוא התאוצה $g$, לא הכוח.

נכון. בהיעדר התנגדות אוויר כל הגופים נופלים באותה תאוצה $g\approx 10\,\frac{\text{m}}{\text{s}^2}$, ללא תלות במסתם. מאותו גובה ומאותה מהירות התחלתית הם יגיעו לקרקע באותו זמן (כמו בניסוי הנוצה והפטיש על הירח).

נכון. לפי חוק הכבידה של ניוטון $F=\frac{GMm}{r^2}$: הכוח פרופורציוני הפוך לריבוע המרחק ממרכז כדור הארץ. במרחק כפול – הכוח קטן פי 4.

נכון. לוויין הוא גוף הנע במסלול סביב גוף אחר בהשפעת כוח המשיכה שלו. כדור הארץ נע במסלול סביב השמש בהשפעת כוח המשיכה של השמש, ולכן הוא לוויין (טבעי) של השמש – כפי שהירח הוא לוויין טבעי של כדור הארץ. (באסטרונומיה גוף כזה נקרא "כוכב לכת", אבל מבחינת הפיזיקה של התנועה – גוף הנע במסלול סביב גוף אחר בהשפעת כוח המשיכה – הוא לוויין.)

חץ 4. הכוח היחיד הפועל על הלוויין הוא כוח המשיכה של כדור הארץ, וכיוונו תמיד אל מרכז כדור הארץ. חץ 4 מכוון מהלוויין אל כדור הארץ.

חץ 1 מתאר את כיוון המהירות (משיק למסלול) – לא את כיוון הכוח.

טעות נפוצה: לבחור בחץ 1 משום שהלוויין "נע לשם". אין צורך בכוח בכיוון התנועה; כוח המשיכה רק מעקם את המסלול.

שווה ל־. לפי החוק השלישי של ניוטון (פעולה ותגובה), הכוח שכדור הארץ מפעיל על הלוויין והכוח שהלוויין מפעיל על כדור הארץ שווים בגודלם והפוכים בכיוונם. ההבדל הוא רק בהשפעה: לכדור הארץ מסה עצומה, ולכן תאוצתו זניחה.

תלוי. כוח המשיכה קטן ככל שהמרחק ממרכז כדור הארץ גדל – פרופורציוני הפוך לריבוע המרחק (תת־סעיף א(3)).

באטמוספרה יש אוויר, ולוויין הנע בתוכו במהירות עצומה (כ־$8\,\text{km/s}$) היה נתקל בהתנגדות אוויר (חיכוך) גדולה:

•החיכוך מקטין את מהירות הלוויין, ולכן הוא אינו יכול להמשיך במסלולו – הוא יורד בהדרגה ובסופו של דבר נופל לכדור הארץ.

•החיכוך גם מחמם את הלוויין עד כדי שריפתו.

מחוץ לאטמוספרה כמעט אין אוויר, ולכן הלוויין יכול לנוע במסלולו זמן רב ללא מנוע – רק בהשפעת כוח המשיכה.

למתוח קפיצים. בחללית המקיפה את כדור הארץ האסטרונאוטים והחפצים נמצאים במצב של חוסר משקל (כולם נופלים יחד סביב כדור הארץ). משקולת אינה "לוחצת" כלפי מטה, ולכן הרמתה אינה דורשת מאמץ ואינה מאמנת את השרירים.

לעומת זאת, כדי למתוח קפיץ צריך להפעיל כוח שתלוי רק בהתארכות הקפיץ (הכוח האלסטי), ולא במשקל – ולכן מתיחת קפיצים מאמנת את השרירים גם בחלל.

יתרון אחד (מספיק לציין אחד):

- מוכנות מיידית ואחסון ממושך: הדלק המוצק נמצא בטיל מראש ויכול להישמר שנים, ולכן אפשר לשגר את הטיל מיד, בלי תדלוק לפני השיגור.

- מבנה פשוט: אין צורך במשאבות, בצנרת ובמכלים מקוררים כמו בדלק נוזלי (למשל חמצן נוזלי), ולכן הטיל זול ואמין יותר.

- בטיחות: אין סכנה של דליפת נוזלים דליקים.

לא נכון. גוף בהיר מחזיר את רוב הקרינה בתחום הנראה – לכן הוא נראה בהיר. גוף כהה (שחור) הוא שבולע את רובה.

נכון. הקרינה הנבלעת מעבירה אנרגיה לגוף; האנרגיה הופכת לאנרגיה פנימית (תנועת החלקיקים גוברת), ולכן הטמפרטורה של הגוף עולה.

נכון. אור לבן מורכב מכל צבעי הקשת. כאשר הוא עובר דרך מנסרה (או טיפות מים בקשת בענן), כל צבע נשבר בזווית מעט שונה והאור מתפרק לצבעים – תופעה זו נקראת נפיצה.

לא נכון. הקיר נראה אדום משום שהוא מחזיר את המרכיב האדום של האור ובולע את שאר הצבעים. האור האדום המוחזר הוא שמגיע לעינינו.

קרינה. בין השמש לכדור הארץ יש חלל ריק כמעט לחלוטין. הולכה והסעה דורשות חומר, ורק קרינה (גלים אלקטרומגנטיים) יכולה לעבור בריק.

מעבירה. זכוכית שקופה מעבירה את רוב האור הנראה – לכן אפשר לראות דרכה. לכן היא מכסה הקולט: אור השמש עובר דרכה אל הפח השחור.

נבלעת. גוף שחור בולע כמעט את כל הקרינה הנראית הפוגעת בו (לכן הוא נראה שחור – כמעט אין אור מוחזר).

אינפרה־אדומה. גוף בטמפרטורות רגילות (עשרות מעלות) פולט קרינה בעיקר בתחום האינפרה־אדום – "קרינת חום" שאינה נראית לעין.

מוחזרת פנימה. זכוכית מעבירה אור נראה, אבל אינה מעבירה היטב קרינה אינפרה־אדומה – היא מחזירה (ובולעת) אותה בחזרה לתוך הקולט. כך האנרגיה "נלכדת" בקולט והוא מתחמם – זהו אפקט החממה.

עובר. צלופן אדום הוא מסנן אדום: הוא מעביר את המרכיב האדום של האור – ולכן האור שיוצא ממנו נראה אדום.

נבלע. המסנן האדום בולע את שאר הצבעים, ובהם הירוק. לכן אם נאיר בפנס כזה עצם ירוק, הוא ייראה כהה (כמעט שחור).

גוף שחור בולע כמעט את כל קרינת השמש הפוגעת בו ומחזיר רק מעט ממנה (בניגוד לגוף בהיר, שמחזיר את רובה – סעיף א(1)). הקרינה הנבלעת הופכת לאנרגיה פנימית (חום) של הצינורות (סעיף א(2)), והחום עובר בהולכה מדופן הצינור אל המים שבתוכו. כך מירב האנרגיה של קרינת השמש מנוצל לחימום המים.

נכון. בין המכל הפנימי לבין מעטפת הפח החיצונית יש שכבת בידוד (למשל קלקר או פוליאוריתן מוקצף – החומר המנוקד בתרשים). חומר בידוד מוליך חום גרוע, ולכן הוא מקטין מאוד את איבוד החום מהמים החמים לסביבה.

לא נכון. הדוד מחובר לקולטים בשני צינורות: צינור תחתון, שדרכו יוצאים מים קרים מתחתית הדוד אל תחתית הקולט, וצינור עליון, שדרכו חוזרים המים החמים מראש הקולט אל החלק העליון של הדוד. כך נוצר מעגל זרימה.

נכון. בהסעה החום מועבר יחד עם החומר הזורם עצמו – הנוזל (או הגז) החם נע ממקום למקום ונושא איתו את האנרגיה.

לא נכון. מים (כמו רוב הנוזלים) הם מוליכי חום גרועים. כשהם אינם זורמים, החום עובר בהם רק בהולכה – לאט מאוד. לכן החימום במים מתבצע בעיקר בהסעה.

- המלבן השמאלי העליון (הקו מגיע לשפה החיצונית של הדוד): (1) מעטפת פח חיצונית.

- המלבן התחתון השמאלי (הצינור השמאלי, שפתחו העליון נמצא בראש הדוד והחץ שבו פונה החוצה): (3) צינור המים החמים אל ברז המים. המים החמים מצטברים בחלק העליון של הדוד (מים חמים קלים יותר), ולכן לוקחים אותם משם.

- המלבן התחתון האמצעי (הצינור שבתחתית הדוד שהחץ שלו פונה כלפי מטה, החוצה): (4) צינור המים הקרים אל הקולט. המים הקרים נמצאים בתחתית הדוד, ומשם הם יורדים אל תחתית הקולט.

- המלבן התחתון הימני (הצינור שהחץ שלו פונה כלפי מעלה, לתוך הדוד): (2) צינור כניסת המים הקרים (מרשת המים).

- המלבן הימני (הקשת הקטנה שמעל פתח הצינור הימני): (5) בולם. הבולם מפזר את זרם המים הקרים הנכנסים לצדדים, כדי שלא יתערבבו עם המים החמים שבחלק העליון של הדוד.

הצינור הימני החיצוני, שבו החץ עולה ונכנס לראש הדוד, מביא את המים החמים מהקולט (לא נדרש לסמן אותו). הפריט (6) ברז אינו מופיע בתרשים.

מהקולטים. המים מתחממים בקולטים ועולים משם אל הדוד, שתפקידו לאגור אותם (בבידוד) עד לשימוש.

קטֵנה. במקום המים החמים שיצאו אל הברז נכנסים לדוד מים קרים מרשת המים, והם מקררים את תכולת הדוד.

בתחום הנראה. קרינת השמש שמגיעה לקולט היא בעיקר אור נראה. הזכוכית השקופה שבמכסה הקולט מעבירה את האור הנראה, והוא נבלע בצינורות ובפח השחורים – וכך הם מתחממים ומחממים את המים (שאלה 7 סעיף ב, משפטים 2–3).

הקרינה האינפרה־אדומה היא תוצאה של החימום: הפח והצינורות שהתחממו פולטים אותה, והזכוכית מחזירה אותה פנימה (אפקט החממה). כך היא מקטינה את איבוד החום, אבל מקור האנרגיה שמחמם את המים הוא האור הנראה שנבלע.

טעות נפוצה: לבחור "אינפרה אדומה" כי היא "קרינת חום" – אך בקולט היא נפלטת מהצינורות אחרי שכבר התחממו, ולא היא שמביאה את האנרגיה מהשמש.

קרים. הבולם ממוקם מעל פתח כניסת המים הקרים (ראו סעיף ב), ומפזר את זרם המים הקרים כדי שלא יעלה ויתערבב עם המים החמים שבחלק העליון של הדוד.

התחתון. מים קרים צפופים יותר ולכן "כבדים" יותר, והם שוקעים ונשארים בתחתית הדוד. מכניסים אותם לחלק התחתון כדי לשמור על השכבה החמה למעלה, שממנה יוצאים המים לברז.

1. המים בצינורות הקולט מתחממים מקרינת השמש.

2. מים חמים מתפשטים, ולכן צפיפותם קטנה מצפיפות המים הקרים – הם "קלים" יותר.

3. המים החמים והקלים עולים במעלה הצינורות של הקולט (המוטה), ומשם בצינור העליון אל החלק העליון של דוד האגירה (כיוון החצים בתרשים).

4. במקומם יורדים מים קרים וצפופים יותר מתחתית הדוד אל תחתית הקולט, ושם גם הם מתחממים ועולים.

כך נוצר מעגל זרימה רציף של הסעה טבעית (תרמוסיפון), ללא משאבה. בשל כך הדוד חייב להיות ממוקם מעל הקולטים.

נכון. חום הוא אנרגיה העוברת מגוף חם לגוף קר בגלל הפרש טמפרטורות, ונמדד ביחידות אנרגיה (ג'אול).

נכון. גלי המיקרו גורמים למולקולות המים במזון לנוע (להסתובב ולהתנגש) מהר יותר. הגדלת המהירות הממוצעת של המולקולות פירושה עליית הטמפרטורה – המזון מתחמם.

לא נכון. במיקרוגל הגלים מחממים ישירות את המים שבתוך המזון; דפנות התא (ממתכת) מחזירות את הגלים ואינן מתחממות כמעט. זה ההבדל מתנור רגיל, שבו התא והאוויר מתחממים ומעבירים את החום למזון.

לא נכון. תדירות הגלים בתנור מיקרוגל ביתי היא כ־$2.45$ ג'יגה הרץ ($2.45\cdot 10^9\,\text{Hz}$, כלומר כ־$2450$ מגה הרץ), ולא 4 מגה הרץ (תדירות כזו שייכת לתחום גלי הרדיו).

- המלבן השמאלי העליון – הקו מגיע אל הכנפיים שבתקרת התא: מאוורר (מפזר הגלים, המפזר את גלי המיקרו בתוך התא).

- המלבן הימני העליון – הקו מגיע אל החלק הכהה שבתא הצדדי, מאחורי לוח הבקרה: מגנטרון – הרכיב שמייצר את גלי המיקרו.

- המלבן הימני האמצעי – הקו מגיע אל המספרים הדיגיטליים בדלת: לוח תצוגה.

- המלבן השמאלי התחתון – הקו מגיע אל המגש שעליו מונח המזון: מגש זכוכית (מסתובב, כדי שהמזון יתחמם באופן אחיד).

- המלבן התחתון האמצעי – הקו מגיע אל החלל הפנימי של המכשיר: תא חימום.

מתחמם. בתנור רגיל גופי החימום מחממים את התא ואת האוויר שבו, והחום עובר מהם אל המזון (בהסעה, בקרינה ובהולכה).

קרינה. האנרגיה מגיעה אל המזון בגלים אלקטרומגנטיים (גלי מיקרו) – כלומר בקרינה – ונבלעת במולקולות המים שבמזון.

מגע ישיר. הפלטה החמה נוגעת בסיר, והחום עובר מהפלטה לסיר ומהסיר למזון בהולכה – במגע ישיר.

גלים אלקטרומגנטיים. גלי מיקרו הם חלק מהספקטרום האלקטרומגנטי (בין גלי הרדיו לאינפרה־אדום). הם אינם זקוקים לחומר כדי להתפשט ונעים במהירות האור.

רשת המתכת היא חלק מ"הכלוב" המתכתי שמקיף את תא החימום:

- מחזירה את גלי המיקרו: החורים ברשת קטנים בהרבה מאורך הגל של גלי המיקרו (כ־$12\,\text{cm}$), ולכן מבחינת הגלים הרשת היא כמו דופן מתכת רציפה – היא מחזירה אותם לתוך התא. כך הגלים אינם יוצאים החוצה ואינם פוגעים במשתמש, ואנרגייתם מנוצלת לחימום המזון.

- מעבירה אור נראה: לאור הנראה אורך גל קטן מאוד (פחות ממיקרומטר), והוא עובר בחורים – ולכן אפשר לראות את המזון דרך הדלת.

שווה ל־. כל הגלים האלקטרומגנטיים – ובהם גלי מיקרו ואור נראה – מתפשטים בריק (ובקירוב באוויר) באותה מהירות, מהירות האור: $c=3\cdot 10^8\,\frac{\text{m}}{\text{s}}$. הם נבדלים זה מזה בתדירות ובאורך הגל, לא במהירות.

נכון. שדה חשמלי מוגדר לפי הכוח שהוא מפעיל על מטען חשמלי הנמצא בו: על כל מטען בשדה חשמלי פועל כוח חשמלי.

נכון. ברזל הוא חומר פרומגנטי: בשדה מגנטי הוא הופך למגנט ונמשך – כמו מסמר ברזל שנמשך אל מגנט.

לא נכון. מחט המצפן היא מגנט קטן, והיא מגיבה לשדה מגנטי (של כדור הארץ, של מגנט או של זרם חשמלי) – לא לשדה חשמלי.

נכון. כפי שהראה אֶרְסְטֶד, מחט מצפן הנמצאת ליד תיל שזורם בו זרם מסיטה את כיוונה – זרם חשמלי יוצר סביבו שדה מגנטי (זה העיקרון של האלקטרומגנט).

בכיוון. בגל אורכי חלקיקי התווך נעים הלוך ושוב בכיוון התקדמות הגל, ונוצרות דחיסות ומיהולים – למשל גל קול, או גל דחיסה בקפיץ.

בניצב לכיוון. בגל רוחבי ההפרעה ניצבת לכיוון התקדמות הגל – למשל גל בחבל שמנענעים את קצהו למעלה ולמטה בזמן שהגל מתקדם לאורכו.

רוחבי. בגל אלקטרומגנטי השדה החשמלי והשדה המגנטי מתנודדים בניצב לכיוון התקדמות הגל (וגם זה לזה), ולכן הוא גל רוחבי.

קטנה. בתרשים, ככל שמתקדמים משמאל (קרינת גמא) לימין (רדיו), הגל מצויר עם פחות מחזורים באותו אורך – אורך הגל גדל והתדירות קטנה. המיקרוגל נמצא בצד ימין (קרוב לרדיו), וקרינת $X$ בצד שמאל, ולכן תדירות גלי המיקרו קטנה מתדירות קרינת $X$.

גדול. האור הנראה נמצא בתרשים מימין לאולטרה סגול, ולכן תדירותו קטנה יותר. זמן המחזור הוא ההופכי של התדירות, $T=\frac{1}{f}$, ולכן לאור הנראה זמן מחזור גדול יותר.

טעות נפוצה: לבלבל בין תדירות לזמן מחזור – תדירות קטנה פירושה זמן מחזור גדול.

גלי המיקרו חודרים לתוך הביצה ומחממים במהירות את המים שבתוכה – גם בפנים, לא רק מבחוץ. המים מגיעים לרתיחה והופכים לאדים. הקליפה (והקרום) סגורים, ולכן האדים אינם יכולים לצאת: הלחץ בתוך הביצה עולה מהר, עד שהקליפה אינה עומדת בו והביצה מתפוצצת – בתוך המכשיר, או אפילו אחרי שמוציאים אותה, כשנוגעים בה.

לא נכון. כוח חיכוך ההחלקה תלוי בכוח הנורמלי (כמה חזק הגוף נלחץ אל המשטח) ובסוג המשטחים: $f=\mu N$. הוא אינו תלוי בגודל שטח המגע – לבנה המחליקה על צדה הרחב או על צדה הצר תיתקל באותו חיכוך.

נכון. סוג שני המשטחים (חלק או מחוספס, גומי על אספלט או קרח, וכו') קובע את מקדם החיכוך $\mu$. למשל, חיכוך גומי על אספלט יבש גדול בהרבה מחיכוך גומי על קרח.

נכון. חיכוך הגלגול נובע מעיוות הגלגל והמשטח באזור המגע. ככל שהגלגל "שטוח" יותר ושטח המגע גדול יותר, העיוות גדול יותר וחיכוך הגלגול גדל – לכן קשה יותר לגלגל אופניים עם צמיג רך מאשר עם צמיג מנופח היטב.

לא נכון. משקל רב לוחץ את הצמיגים אל הכביש, והם נמעכים (משתטחים) – שטח המגע גדל.

- המלבן העליון – הקו מגיע אל הטבעת החיצונית של הבלם: תוף – החלק המסתובב יחד עם הגלגל, שעליו נלחצות הנעליים.

- המלבן השני – הקו מגיע אל הסליל המשונן שבין שתי הנעליים: קפיץ – מחזיר את הנעליים למקומן (מרחיק אותן מהתוף) כשמשחררים את הבלם.

- המלבן השלישי – הקו מגיע אל מרכז הגלגל: ציר הגלגל.

- המלבן התחתון – הקו מגיע אל השכבה המקווקווה שעל הנעל, הצמודה לתוף: רפידה – החומר שמתחכך בתוף ובולם את הגלגל.

אופן הפעולה: לחיצה על הדוושה (שאינה מופיעה בתרשים) לוחצת על שמן הבלמים, וזה דוחף את הנעליים ("כיוון הלחיצה") כך שהרפידות נלחצות אל התוף. כוח החיכוך בין הרפידות לתוף מאט את סיבוב הגלגל.

נימוק: כשלחץ האוויר בצמיג נמוך יותר, הצמיג משתטח ושטח המגע שלו עם הקרקע גדל. משקל המכונית מתפזר על שטח גדול יותר, ולכן הלחץ שהגלגלים מפעילים על החול קטן (לחץ = כוח / שטח). כך הגלגלים שוקעים פחות בחול הרך, והמכונית אינה "נתקעת".

•הוספת אוויר (1) מקטינה את שטח המגע ומגדילה את הלחץ על החול – הגלגלים ישקעו יותר.

•הוצאת כל האוויר (4) תגרום לנסיעה על צמיג ריק – תפגע בצמיג ובחישוק ותמנע נסיעה תקינה.

נימוק: שתי העגלות נעות במהירות קבועה, ולכן שקול הכוחות על כל עגלה הוא אפס: הרכיב האופקי של הכוח שהאדם מפעיל שווה לכוח החיכוך.

- איש א' דוחף את הידית, הנטויה כלפי מטה אל העגלה – לכוח שלו יש רכיב כלפי מטה. הרכיב הזה לוחץ את העגלה אל הקרקע, מגדיל את הכוח הנורמלי, ולכן גם את החיכוך עם הדרך החולית (הגלגלים שוקעים יותר).

- איש ב' מושך את הידית בזווית כלפי מעלה – רכיב הכוח האנכי מרים מעט את העגלה, מקטין את הכוח הנורמלי, ולכן גם את החיכוך.

החיכוך על עגלה א' גדול יותר, ולכן כדי לנוע באותה מהירות קבועה איש א' צריך להפעיל כוח גדול יותר. (לכן בדרך כלל קל יותר למשוך עגלה מאשר לדחוף אותה.)

נכון. מהירות (גודלה) היא הדרך שהגוף עובר ביחידת זמן: $v=\frac{\Delta x}{\Delta t}$, למשל מטרים בשנייה או קילומטרים בשעה.

נכון. המהירות של גוף אחד ביחס לגוף אחר היא הפרש (וקטורי) המהירויות: $v_{1,2}=v_1-v_2$. למשל, מכונית שנוסעת ב־$90\,\text{km/h}$ אחרי מכונית שנוסעת ב־$70\,\text{km/h}$ באותו כיוון מתקרבת אליה ב־$20\,\text{km/h}$. (בכיוונים מנוגדים ההפרש הווקטורי נותן את סכום הגדלים.)

לא נכון. לפי החוק הראשון של ניוטון, גוף שלא פועלים עליו כוחות (או ששקול הכוחות עליו אפס) נמצא במנוחה או נע במהירות קבועה בקו ישר – כלומר בלי תאוצה. תאוצה נגרמת רק משקול כוחות שונה מאפס ($F=ma$).

לא נכון. כוח שפועל נגד כיוון התנועה מקטין את המהירות (למשל חיכוך או בלימה), וכוח ניצב לתנועה משנה את כיוונה בלבד. גם כשפועלים כמה כוחות שמאזנים זה את זה, המהירות אינה משתנה.

- (1) תנועה במעלה הר – מפריעה. במעלה ההר רכיב של כוח הכובד פועל נגד כיוון התנועה (לאחור), ולכן הוא מקטין את הכוח השקול קדימה.

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

- (3) שמן על המסילה – מפריע. הכוח שמניע את הרכבת קדימה הוא כוח החיכוך בין הגלגלים למסילה. שמן מקטין מאוד את החיכוך, הגלגלים מסתובבים ומחליקים במקום, והרכבת אינה יכולה להאיץ.

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

טעות נפוצה: לחשוב ששמן תמיד "עוזר" לתנועה כי הוא מקטין חיכוך – בהנעה, החיכוך בין הגלגל למסילה הוא דווקא הכוח שדוחף את הרכבת קדימה.

קדמת. הגלגיליות מבטלות כמעט את החיכוך בין נעמי לרצפה, ולכן כמעט אין כוח אופקי הפועל עליה. כשהרכבת בולמת, נעמי ממשיכה (בהתמדה) לנוע במהירותה הקודמת, בעוד שהקרון מאט – ולכן ביחס לקרון היא נעה קדימה, לקראת קדמת הקרון.

אחורי. הקרון מאיץ קדימה, ונעמי – שכמעט אין עליה כוח אופקי – ממשיכה במהירותה הקודמת. הקרון "מקדים" אותה, ולכן ביחס לקרון היא נעה לאחור, לקראת אחורי הקרון.

הראשון (חוק ההתמדה). נעמי והקרון נעים יחד באותה מהירות קבועה. שקול הכוחות על נעמי הוא אפס, ולכן לפי החוק הראשון היא ממשיכה לנוע באותה מהירות קבועה – כמו הקרון – ואינה זזה ביחס אליו.

מרחק. שנת אור היא המרחק שהאור עובר בריק במשך שנה אחת. למרות שבשם מופיעה המילה "שנה", זו יחידת אורך, המשמשת למדידת מרחקים באסטרונומיה. שנת אור אחת היא בערך $9.5\cdot 10^{15}\,\text{m}$ (כ־$9.5$ טריליון קילומטרים).

טעות נפוצה: לחשוב ששנת אור היא יחידת זמן בגלל המילה "שנה".