בגרות בפיזיקה מבוא לפיזיקה 36182 - קיץ 2024

לא נכון. מד־זרם מחברים בטור למכשיר, כדי שכל הזרם שעובר במכשיר יעבור גם דרך מד־הזרם. (במקביל מחברים מד־מתח.)

נכון. לפי הנוסחה $\text{זרם}=\frac{\text{מתח}}{\text{התנגדות}}$: המתח זהה וההתנגדות זהה, ולכן גם הזרם בשני המכשירים זהה.

נכון. $\text{הספק}=\text{מתח}\times\text{זרם}$, והזרם עצמו גדל כשהמתח גדל. לכן מכשיר שמחובר למתח נמוך מהרשום עליו פועל בהספק קטן מהרשום (למשל נורה מאירה חלש יותר).

לא נכון. התנגדות נמדדת באוהם ($\Omega$). אמפר ($\text{A}$) היא היחידה של עוצמת הזרם.

כן. כל נורה מחוברת בענף נפרד בין אותן שתי נקודות הצומת (הנקודות השחורות למעלה ולמטה), ושתיהן מחוברות ישירות להדקי הסוללה. לכן על כל נורה יש אותו מתח – מתח המקור $V$ – וזה חיבור במקביל.

לא. הנורות זהות (אותה התנגדות) ומחוברות במקביל, כלומר לאותו מתח. לכן עובר בהן אותו זרם, ההספק של שתיהן שווה, והן מאירות באותה עוצמה.

כן. בחיבור במקביל לכל נורה יש מסלול נפרד משלה מהסוללה ובחזרה אליה. הוצאת נורה א' מנתקת רק את הענף של נורה א'; הענף של נורה ב' נשאר מעגל סגור, מחובר ישירות לסוללה, ולכן עובר בו זרם ונורה ב' ממשיכה להאיר. המתח עליה נשאר $V$, ולכן היא אף מאירה באותה עוצמה כמו קודם.

(זה היתרון של חיבור במקביל בבית: כיבוי או שריפה של מכשיר אחד אינם מפסיקים את פעולת האחרים.)

- $12V$ – המתח הרשום: המתח שאליו יש לחבר את הנורה כדי שתפעל כראוי.

- $24W$ – ההספק הרשום: כאשר הנורה מחוברת למתח של $12\,\text{V}$, היא צורכת (הופכת) $24$ ג'אול אנרגייה חשמלית בכל שנייה – לאור ולחום.

אם מחברים את הנורה למתח נמוך מ־$12\,\text{V}$ ההספק שלה יהיה קטן מ־$24\,\text{W}$ (תאיר חלש יותר), ובמתח גבוה מ־$12\,\text{V}$ היא עלולה להישרף.

הנורה מחוברת למתח הרשום עליה, ולכן ההספק שלה הוא ההספק הרשום, $24\,\text{W}$.

הצבה:

הצבה (המתח $12\,\text{V}$, הזרם מתת־סעיף (1)):

לא נכון. ההספק הרשום מתקבל רק במתח הרשום. במתח נמוך יותר עובר במכשיר זרם קטן יותר, וההספק ($\text{הספק}=\text{מתח}\times\text{זרם}$) קטן.

נכון. הספק הוא כמות העבודה (האנרגייה המומרת) ביחידת זמן: $P=\frac{W}{t}$, ונמדד בוואט ($1\,\text{W}=1\,\text{J/s}$).

לא נכון. לפי $\text{זרם}=\frac{\text{מתח}}{\text{התנגדות}}$, עבור אותו מכשיר (אותה התנגדות) הגדלת המתח מגדילה את הזרם.

נכון. זו הגדרת הנצילות: $\text{נצילות}=\frac{\text{האנרגייה המנוצלת לעבודה הרצויה}}{\text{כל האנרגייה המושקעת}}$. למשל בנורת להט רוב האנרגייה הופכת לחום ולא לאור, ולכן נצילותה נמוכה.

בשלושת הקומקומים חוממה אותה כמות מים ($100$ סמ"ק) באותו הפרש טמפרטורות (מ־$25^\circ\text{C}$ ל־$100^\circ\text{C}$), ולכן כל קומקום העביר למים אותה כמות אנרגייה (חום).

הספק הוא האנרגייה שהמכשיר מספק ביחידת זמן: $\text{הספק}=\frac{\text{אנרגייה}}{\text{זמן}}$. כאשר האנרגייה שווה, ההספק גדול יותר ככל שהזמן קצר יותר. קומקום $A$ חימם את המים בזמן הקצר ביותר (שתי דקות), ולכן ההספק שלו הגדול ביותר.

(סדר ההספקים: $A>B>C$.)

כל הקומקומים מחוברים לאותו מתח, $220\,\text{V}$. לכן הזרם יחסי להספק: ככל שההספק גדול יותר, הזרם גדול יותר. בסעיף ב מצאנו שההספק של קומקום $A$ הוא הגדול ביותר, ולכן גם הזרם בו הגדול ביותר.

לכל מכשיר:

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

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

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

נתיך של $10\,\text{A}$ "נשרף" ומנתק את המעגל כאשר עובר בו זרם גדול מ־$10\,\text{A}$. לפי החישוב בסעיף ד:

•מקלט הטלוויזיה צורך כ־$1.73\,\text{A}$ – פחות מ־$10\,\text{A}$, ולכן אפשר להפעילו.

•מייבש השיער ($\approx 11.8\,\text{A}$) והקומקום ($\approx 10.9\,\text{A}$) צורכים זרם גדול מ־$10\,\text{A}$; הפעלת כל אחד מהם תגרום לנתיך לנתק את הזרם, ולכן אי אפשר להפעיל אותם בבית זה.

מה רואים באיור:

- השסתום השמאלי פתוח (ראשו ירד אל תוך הצילינדר), ודרכו נכנסת תערובת דלק ואוויר (הנקודות בראש הצילינדר). השסתום הימני סגור.

- גל הארכובה מסתובב בכיוון החץ (בכיוון השעון), והפין של מוט הטלטל נמצא בצד ימין של הגלגל ונע כלפי מטה – כלומר הבוכנה יורדת.

בוכנה יורדת כששסתום הכניסה פתוח – הבוכנה "יונקת" את תערובת הדלק והאוויר אל הצילינדר. זה שלב היניקה.

(בשלבי הדחיסה והשריפה שני השסתומים סגורים; בשלב הפליטה שסתום הפליטה פתוח והבוכנה עולה ודוחפת את הגזים החוצה.)

לא נכון. הבוכנה עולה בשני שלבים: בשלב הדחיסה (דוחסת את תערובת הדלק והאוויר) ובשלב הפליטה (דוחפת את גזי השריפה החוצה). ביניקה ובשריפה היא יורדת.

נכון. בדחיסה השסתומים סגורים כדי שהתערובת תידחס ולא תברח; בשריפה הם סגורים כדי שלחץ הגזים הלוהטים יפעל כולו על הבוכנה וידחוף אותה למטה.

לא נכון. בשלב הפליטה הבוכנה עולה ודוחסת את גזי השריפה, ולחצם גדול מהלחץ האטמוספרי – ולכן הם נדחפים החוצה דרך שסתום הפליטה הפתוח. (לחץ קטן מהאטמוספרי נוצר בשלב היניקה, כשהבוכנה יורדת.)

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

הלחץ על שלוש הבוכנות שווה, ולכן הכוח יחסי לשטח הבוכנה. לבוכנה בצילינדר ב השטח הגדול ביותר (כפי שרואים בתרשים), ולכן הכוח עליה הגדול ביותר.

המרחק שעוברות הבוכנות שווה, ולכן העבודה יחסית לכוח. בתת־סעיף (1) מצאנו שהכוח הגדול ביותר פועל על הבוכנה בצילינדר ב, ולכן שם נעשית העבודה הגדולה ביותר.

הכוח שהאופנוע מפעיל על הכביש שווה למשקלו, $F=2800\,\text{N}$. הכוח מתחלק על פני שני הגלגלים, ולכן שטח המגע הכולל הוא:

הצבה:

וביחידות SI:

טעות נפוצה: לחלק בשטח של גלגל אחד בלבד ($350\,\text{cm}^2$) ולקבל לחץ כפול – המשקל נשען על שני הגלגלים יחד.

נכון. זהו חוק ברנולי: בזרימה, במקום שבו מהירות הזורם גדולה יותר – הלחץ שלו קטן יותר.

נכון. בקרבורטור הדלק נשאב לזרם האוויר המהיר ומתפרק לטיפות זעירות (תרסיס), וכך נוצרת תערובת דלק ואוויר שנכנסת לצילינדר.

לא נכון. בצינור ונטורי (ההיצרות) מהירות האוויר גדולה, ולכן לפי חוק ברנולי הלחץ שם קטן מהלחץ בתא הדלק. הפרש הלחצים הזה – לחץ גדול בתא הדלק ולחץ קטן בוונטורי – הוא שדוחף את הדלק אל זרם האוויר.

נכון. בנוזל חם המהירות הממוצעת של המולקולות גדולה יותר, ולכן יותר מולקולות מצליחות להשתחרר מפני הנוזל בכל שנייה – ההתאדות מהירה יותר.

צינור ונטורי הוא החלק המוצר (הצר) של צינור האוויר בקרבורטור. בתרשים זהו הצינור האנכי שבמרכז, שבו האוויר זורם כלפי מעלה ונעשה צר בנקודה שבה נמצאת פיית הדלק – ומשם יוצא תרסיס הדלק. האות $c$ מסמנת את הצינור הזה.

(לשם השוואה: $e$ – תא הדלק עם המצוף, $d$ – צינור הכניסה (סעפת היניקה) המוביל את התערובת לצילינדר, $b$ – שסתום הכניסה, $a$ – הבוכנה.)

יורדת – כפי שמראה החץ ליד $a$ בתרשים. זה שלב היניקה: הבוכנה היורדת מגדילה את נפח הצילינדר ומקטינה את הלחץ בתוכו.

נפתח – שסתום הכניסה ($b$) פתוח, כדי שתערובת הדלק והאוויר תוכל להיכנס לצילינדר.

נכנס – הלחץ בצילינדר קטן מהלחץ האטמוספרי, ולכן אוויר מן החוץ נדחף פנימה דרך הקרבורטור.

קטן – האוויר זורם מהר בהיצרות של צינור ונטורי, ולפי חוק ברנולי הלחץ שם קטן. בגלל זה הדלק נשאב מתא הדלק אל זרם האוויר.

נכנס אל הצילינדר – התערובת של תרסיס הדלק והאוויר עוברת בצינור הכניסה ($d$) ונכנסת אל הצילינדר דרך השסתום הפתוח.

לא נכון. לוויין במסלול נע בזכות המהירות שקיבל ובזכות כוח המשיכה של כדור הארץ, שמשמש ככוח מרכזי ומעקם את מסלולו למעגל. אין צורך במנוע כדי להישאר במסלול (אין חיכוך עם אוויר בגובה הזה); המנועים משמשים רק לשינוי או לתיקון מסלול.

נכון. לפי חוק הכבידה של ניוטון, $F=\frac{GMm}{r^2}$ – הכוח קטן ככל שהמרחק $r$ ממרכז כדור הארץ גדל (פי 4 כשהמרחק מוכפל).

לא נכון. כוח המשיכה (המשקל) תלוי במסת הגוף ובמרחקו ממרכז כדור הארץ: גוף כבד יותר נמשך בכוח גדול יותר. (מה שזהה לכל הגופים באותו מקום הוא התאוצה $g$, לא הכוח.)

לא נכון. בגובה של לוויין כוח המשיכה של כדור הארץ עדיין גדול (רק מעט קטן מעל פני הקרקע) – הוא זה שמחזיק את הלוויין ואת האסטרונאוטים במסלול. תחושת חוסר המשקל נובעת מכך שהאסטרונאוטים והלוויין "נופלים" יחד סביב כדור הארץ (נפילה חופשית), ולכן הרצפה אינה לוחצת עליהם.

- כמות המים (המסה) לא משתנה: הבקבוק סגור, שום דבר לא נכנס ולא יצא ממנו. המסה היא כמות החומר והיא אינה תלויה במקום. לכן טענה (1) שגויה.

- המשקל קטן: המשקל הוא כוח המשיכה שהגוף הגדול (כדור הארץ או הירח) מפעיל על הבקבוק. כוח המשיכה על פני הירח קטן בהרבה מזה שעל פני כדור הארץ (בערך שישית), ולכן משקל הבקבוק על הירח קטן יותר. טענה (2) נכונה, ולכן (3) שגויה.

קוצב הזמן מסמן נקודה על הסרט במרווחי זמן שווים, ולכן המרחק בין שתי נקודות עוקבות הוא הדרך שעברה העגלה בפרק זמן קבוע: מרחק גדול – מהירות גדולה, מרחק קטן – מהירות קטנה.

סדר הנקודות בזמן: הסרט מחובר לעגלה ונמשך איתה ימינה (בכיוון החץ) דרך קוצב הזמן, שעומד במקומו. לכן החלק הימני של הסרט עבר בקוצב ראשון: הנקודות הימניות סומנו ראשונות, והנקודות השמאליות סומנו אחרונות.

המרווחים: בצד ימין (תחילת התנועה) הנקודות צפופות מאוד, וככל שמתקדמים שמאלה (בהמשך הזמן) המרווחים בין הנקודות הולכים וגדלים. בכל פרק זמן שווה העגלה עוברת דרך גדולה יותר – כלומר מהירותה הולכת וגדלה.

טעות נפוצה: "לקרוא" את הסרט משמאל לימין, בכיוון החץ, ולהסיק שהמהירות קטנה. הנקודה הראשונה שסומנה היא זו שבקצה הסרט הקרוב לעגלה – בצד ימין.

יחד עם הכדור הצהוב.

שני הכדורים מתחילים מאותו גובה, ולשניהם אין מהירות התחלתית אנכית: הלבן משוחרר ממנוחה, והצהוב נזרק אופקית. בכיוון האנכי פועל על כל אחד מהם רק כוח הכובד, ולכן שניהם נופלים בתאוצה $g$ ובאותו אופן בדיוק. המהירות האופקית של הצהוב משפיעה רק על המרחק האופקי שהוא עובר, ולא על זמן הנפילה. לכן הם מגיעים לקרקע באותו רגע.

כשמזניחים את התנגדות האוויר, כל הגופים נופלים באותה תאוצה $g$, ללא תלות במשקלם: גוף כבד פי 2 נמשך בכוח גדול פי 2, אך גם המסה שלו גדולה פי 2, ולכן תאוצתו זהה ($a=\frac{F}{m}=g$). זמן הנפילה מאותו גובה זהה, והכדורים עדיין יגיעו לקרקע יחד.

נכון. הטיל פולט גזים במהירות רבה לאחור; הטיל מפעיל על הגזים כוח לאחור, והגזים מפעילים על הטיל כוח שווה בגודלו קדימה – כוח הדחף, שמגדיל את מהירות הטיל.

נכון. תנועת הטיל מבוססת על החוק השלישי של ניוטון – חוק הפעולה והתגובה: הכוח שהטיל מפעיל על הגזים הנפלטים (פעולה) והכוח שהגזים מפעילים על הטיל (תגובה) שווים בגודלם והפוכים בכיוונם.

לא נכון. $20\,\text{m/s}$ הם $72\,\text{km/h}$ – מהירות של מכונית בכביש. טילים טסים במהירויות של מאות ואלפי מטרים לשנייה; טיל ששם לוויין במסלול סביב כדור הארץ מגיע למהירות של כ־$8\,\text{km/s}$ (כ־$8000\,\text{m/s}$).

לא נכון. הטיל אינו צריך אוויר כדי "להישען" עליו: הוא נדחף קדימה בתגובה לגזים שהוא עצמו פולט לאחור. לכן טילים נעים גם בחלל הריק. (הטיל אף נושא עימו את המחמצן הדרוש לשריפת הדלק.)

גורם פנימי – הגוף עצמו מפעיל כוח (באמצעות מנוע, שרירים, פליטת חומר) ובתגובה לכך נע. גורם חיצוני – כוח שגוף אחר מפעיל עליו, בלי שהגוף "עושה" משהו בעצמו.

1. סירת מפרש – גורם חיצוני: הרוח דוחפת את המפרש.

2. אבן נופלת מראש צוק – גורם חיצוני: כוח המשיכה של כדור הארץ.

3. רקטה – גורם פנימי: הרקטה פולטת גזים לאחור ונדחפת קדימה בתגובה (חוק הפעולה והתגובה).

4. שחיין במים – גורם פנימי: השחיין, בכוח שריריו, דוחף את המים לאחור, והמים דוחפים אותו קדימה – בדומה לרקטה.

5. ירח – גורם חיצוני: כוח המשיכה של כדור הארץ מחזיק אותו במסלולו.

6. חץ בזמן מעופו – גורם חיצוני: החץ קיבל את מהירותו ממיתר הקשת, ובזמן המעוף פועלים עליו רק כוח הכובד והתנגדות האוויר; לחץ עצמו אין מנוע.

טיל א'. המנועים זהים, ולכן כוח הדחף על שלושת הטילים שווה. לפי החוק השני של ניוטון, $a=\frac{F}{m}$: אותו כוח נותן לגוף הקל ביותר את התאוצה הגדולה ביותר – כלומר את הגידול הגדול ביותר במהירות בכל שנייה. הקל ביותר הוא טיל א'.

טיל ג'. כדי להאיץ גוף כבד יותר לאותה מהירות (ולהתגבר על כוח משיכה גדול יותר) צריך להשקיע יותר אנרגייה, ומקור האנרגייה של הטיל הוא שריפת הדלק. לכן הטיל הכבד ביותר, ג', צורך הכי הרבה דלק.

טיל ג'. כוח המשיכה שכדור הארץ מפעיל על גוף הוא משקלו, והוא יחסי למסה. באותו גובה, על הטיל הכבד ביותר – ג' – פועל כוח המשיכה הגדול ביותר.

המשפטים המושלמים:

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: הנוזל אינו נעלם ואינו נדחס בדרך, ולכן בכל שנייה עוברת דרך הנחיר אותה כמות נוזל שעוברת בצינור. כדי שאותה כמות תעבור דרך פתח צר יותר, הנוזל חייב לזרום מהר יותר. בטיל, הגזים יוצאים מהנחיר במהירות גדולה יותר, ולכן לפי חוק הפעולה והתגובה הם דוחפים את הטיל בכוח גדול יותר – ומהירות הטיל גדלה יותר.

לא נכון. גוף נראה אדום משום שהוא מחזיר את האור האדום ובולע את שאר הצבעים. אילו בלע את האור האדום, האור האדום לא היה מגיע ממנו לעינינו.

נכון. החום עובר מהפח והצינורות אל המים בהולכה. חומר שהוא מוליך חום טוב (כמו נחושת) מעביר את החום מהר יותר, ולכן המים מתחממים מהר יותר.

נכון. בהסעה החום מועבר יחד עם החומר הזורם (נוזל או גז). בדוד השמש המים החמים, הקלים יותר, עולים מהקולטים אל דוד האגירה – זוהי הסעה.

לא נכון. קרינה אינפרה־אדומה נמצאת מחוץ לתחום האור הנראה (אורך הגל שלה ארוך מזה של האור האדום), ולכן העין אינה רואה אותה. אנו חשים בה כחום.

סדר ההתרחשות:

1. קרינת השמש עוברת דרך לוח הזכוכית לפח.

2. הפח בולע את קרינת השמש הפוגעת בו.

3. הפח מתחמם ופולט קרינה אינפרה־אדומה.

4. הקרינה הנפלטת מהפח החם פוגעת בזכוכית המחזירה אותה, ונוצרת "מלכודת חום".

הסבר: קרינת השמש (בעיקר אור נראה) עוברת בזכוכית השקופה ונבלעת בפח השחור, שמתחמם. פח חם פולט קרינה אינפרה־אדומה, שהזכוכית אינה מעבירה החוצה אלא מחזירה פנימה – וכך החום נלכד בקולט.

לפי הנוסחה שבשאלון:

הצבה:

(קילו־קלוריה אחת מחממת $1$ ק"ג מים במעלה אחת.)

לפי הנוסחה, הפרש הטמפרטורות הוא כמות החום חלקי כמות המים. כמות החום זהה, וכמות המים גדלה פי 2 (מ־$150$ ל־$300$ ק"ג), ולכן הפרש הטמפרטורות קטן פי 2:

(במקום $35^\circ\text{C}$).

עקרון החממה הוא לכידת חום בתוך מקום סגור בזכוכית (או בשכבה אחרת) בזכות ההבדל בין הקרינה שנכנסת לקרינה שיוצאת:

1. קרינת השמש נכנסת: רוב קרינת השמש היא אור נראה, שעובר בקלות דרך הזכוכית השקופה.

2. הגופים בפנים בולעים ומתחממים: הקרקע, הצמחים (או הפח השחור בקולט) בולעים את הקרינה והטמפרטורה שלהם עולה.

3. פליטת קרינה אינפרה־אדומה: גופים חמים פולטים קרינה אינפרה־אדומה (אורך גל ארוך יותר).

4. הקרינה נלכדת: הזכוכית אינה מעבירה את הקרינה האינפרה־אדומה החוצה – היא מחזירה (ובולעת) אותה פנימה.

התוצאה: אנרגייה נכנסת בקלות אך יוצאת בקושי, ולכן הטמפרטורה בפנים גבוהה מזו שבחוץ. זה העיקרון שבו פועל הקולט של דוד השמש (ה"מלכודת" מסעיף ב). באטמוספרה של כדור הארץ את תפקיד הזכוכית ממלאים גזי החממה (כמו פחמן דו־חמצני ואדי מים).

לא נכון. הקולטים של דוד השמש קולטים את קרינת השמש והופכים אותה לחום שמחמם את המים שבצינורות. (המרת אנרגיית השמש לאנרגייה חשמלית נעשית בתאים סולריים – פוטו־וולטאיים.)

לא נכון. תפקיד דוד האגירה הוא לאגור את המים החמים ולשמור על חומם (הוא מבודד). את המים מעבירים הצינורות.

לא נכון. צינורות החיבור מובילים את המים (בין הקולטים לדוד, ומהדוד לברזים). אחסון המים ושמירה על חומם הם תפקידו של דוד האגירה.

נכון. בימים מעוננים או כשנדרשים מים חמים רבים, גוף חימום חשמלי בתוך הדוד ("הטרמוסטט"/"הגוף") מחמם את המים במקום השמש.

- המלבן השמאלי (מצביע על הלוחות המשופעים): קולטים.

- המלבן הימני העליון (מצביע על המכל הגלילי הזקוף): דוד אגירה.

- המלבן הימני התחתון (מצביע על הצינורות היוצאים מתחתית הדוד אל מחוץ למערכת): צינורות חיבור לברזים.

החלק שאינו נראה הוא מערכת הגיבוי (גוף החימום החשמלי), והיא מותקנת בתוך דוד האגירה – שם היא מחממת את המים האגורים בשעת הצורך.

מערכת המים הביתית (צנרת המים הקרים של הבית) ממלאת את הדוד במים. מערכת הגיבוי רק מחממת מים, היא אינה מספקת אותם.

אנרגיית השמש נקלטת בקולט – הפח השחור בולע את הקרינה ומעביר את החום למים שבצינורות.

המים החמים עולים לדוד האגירה: מים חמים קלים יותר (צפיפותם קטנה) ועולים מהקולטים אל הדוד, שמותקן מעליהם – תנועה בהסעה, בלי משאבה.

המים הקרים מועברים מדוד האגירה (מתחתיתו) אל הקולטים: המים הקרים, הכבדים יותר, יורדים לתחתית הדוד וזורמים משם לתחתית הקולטים. כך נוצר מחזור זרימה סגור בין הדוד לקולטים.

בדוד השמש אנרגיית הקרינה של השמש הופכת לאנרגיית חום – הטמפרטורה של המים עולה.

לדוגמה: תא סולרי (לוח פוטו־וולטאי) – הופך את אנרגיית השמש לאנרגייה חשמלית (כמו במחשבון סולרי או בחוות סולריות).

תשובות אפשריות נוספות: תנור (כיריים) סולרי – הופך את אנרגיית השמש לחום לבישול; צמח ירוק בתהליך הפוטוסינתזה – הופך את אנרגיית השמש לאנרגייה כימית.

נכון. בתנור אפייה גופי החימום מחממים את האוויר (וגם קורנים חום), והאוויר החם מעביר את החום אל פני המזון; משם החום מתקדם פנימה בהולכה.

לא נכון. אל המזון אין זרם חשמלי. המגנטרון ממיר אנרגייה חשמלית לקרינת מיקרוגל (גלים אלקטרומגנטיים); המזון בולע את קרינת המיקרוגל, והיא הופכת לאנרגיית תנועה של מולקולות המים – כלומר לחום.

לא נכון. הספקטרום כולל גם גלי רדיו, מיקרוגל, קרני רנטגן ($X$) וקרינת גמא (ראו התרשים בסעיף ג).

נכון. קרינת המיקרוגל גורמת למולקולות המים לנוע (להסתובב ולהתנודד) מהר יותר. עלייה במהירות הממוצעת של המולקולות פירושה עלייה בטמפרטורה – המזון מתחמם.

- המלבן השמאלי העליון (מצביע על הלהבים בתקרת התא): מאוורר – מפזר את גלי המיקרוגל בתוך התא, כדי שהמזון יתחמם באופן אחיד.

- המלבן הימני העליון (מצביע על התא שמעל לוח הבקרה, בצד ימין): מגנטרון – הרכיב שמייצר את גלי המיקרוגל מהאנרגייה החשמלית.

- המלבן השמאלי התחתון (מצביע על הצלחת שעליה המזון): מגש זכוכית – מגש מסתובב שעליו מניחים את המזון.

- המלבן הימני התחתון (מצביע על החלל הפנימי): תא חימום – החלל שבו נמצא המזון ובו "כלואים" הגלים (דפנותיו מתכתיות ומחזירות את הגלים).

גדולים מ־. בתרשים הגל "נמתח" משמאל (גמא) לימין (רדיו): ככל שמתקדמים ימינה אורך הגל גדל. המיקרוגל נמצא מימין לאור הנראה, ולכן אורך הגל שלו גדול יותר (סנטימטרים, לעומת פחות ממיקרומטר באור נראה).

שווה ל־. כל הגלים האלקטרומגנטיים מתפשטים בריק (ובקירוב גם באוויר) באותה מהירות – מהירות האור, $c=3\cdot 10^8\,\text{m/s}$. התחומים נבדלים זה מזה באורך הגל ובתדירות, לא במהירות.

קטנה מ־. האנרגייה של הקרינה גדלה עם התדירות (ככל שאורך הגל קצר יותר). קרינת גמא נמצאת בקצה בעל התדירות הגבוהה ביותר ואורך הגל הקצר ביותר, ולכן היא בעלת האנרגייה הגבוהה ביותר; המיקרוגל – בעל אנרגייה קטנה בהרבה.

הצבה:

(הגל מבצע $5$ מחזורים בשנייה, ולכן כל מחזור נמשך חמישית שנייה.)

נכון. זו הגדרת הגל: הפרעה (תנודה) שמתקדמת ממקום למקום ומעבירה אנרגייה, בלי שהחומר עצמו עובר למרחק.

לא נכון. בקפיץ ארוך אפשר ליצור גם גלי רוחב (מניעים את הקצה מצד לצד) וגם גלי אורך (דוחפים ומושכים את הקצה לאורך הקפיץ, ונוצרים אזורי דחיסה ומתיחה).

לא נכון. משך הזמן של מחזור אחד הוא זמן המחזור. התדירות היא מספר המחזורים בשנייה, והיא ההופכי של זמן המחזור: $f=\frac{1}{T}$.

לא נכון. במצנם גופי חימום לוהטים קורנים חום (קרינה אינפרה־אדומה) אל פני הלחם, והוא מתחמם מבחוץ פנימה. במיקרוגל גלי המיקרוגל חודרים לתוך המזון ומניעים את מולקולות המים שבו, כך שהחום נוצר בתוך המזון עצמו.

זמן המחזור הוא הזמן בין שני מצבים זהים עוקבים של הנקודה – למשל בין שני שיאים עוקבים. לפי הגרף, הנקודה בשיא ב־$t=0$ (נקודה $A$) ושוב ב־$t=10\,\text{s}$ (נקודה $C$):

(בדיקה: גם בין השפלים $B$ ($t=5\,\text{s}$) ו־$D$ ($t=15\,\text{s}$) עוברות $10$ שניות.)

הצבה:

המשרעת היא ההעתק המרבי של הנקודה מקו שיווי המשקל (הקו $0$). לפי הגרף הגובה נע בין $+4\,\text{cm}$ ל־$-4\,\text{cm}$, ולכן המשרעת היא $4\,\text{cm}$.

טעות נפוצה: לענות $8\,\text{cm}$ – זה המרחק בין השיא לשפל, כלומר פעמיים המשרעת.

- נקודות שיא: $A$ ו־$C$ – בהן הגובה מרבי, $+4\,\text{cm}$.

- נקודות שפל: $B$ ו־$D$ – בהן הגובה מזערי, $-4\,\text{cm}$.

אסור. מתכת מחזירה את גלי המיקרוגל, וזרמים חשמליים הנוצרים בה עלולים לגרום לניצוצות, לפגוע במגנטרון ואף לגרום לשריפה. בנוסף, המזון שבתוך כלי מתכת כמעט לא מתחמם, כי הגלים אינם חודרים אליו.

להתפוצץ. המים שבתוך הביצה מתחממים מהר והופכים לאדים; האדים כלואים בתוך הקליפה הסגורה, הלחץ בפנים עולה, והביצה מתפוצצת.

לא מומלץ. פלסטיק שאינו מיועד לכך עלול להתרכך או להתעוות מחום המזון, ולשחרר חומרים לא רצויים לתוך המזון החם. אם רוצים לכסות – משתמשים בכלי או במכסה שנועד במפורש לשימוש במיקרוגל, ומשאירים פתח לאדים.

בתנור חימום – האוויר החם וקרינת גופי החימום מחממים קודם את פני המזון, והחום מתקדם פנימה בהולכה. במיקרוגל הגלים חודרים לתוך המזון ומחממים את מולקולות המים שבו ישירות.

כל שני תחומים עם שימוש מתאים מתקבלים. לדוגמה:

- קרני רנטגן ($X$): צילום עצמות ושיניים ברפואה, שיקוף מזוודות בשדה התעופה.

- גלי רדיו: שידורי רדיו וטלוויזיה, תקשורת אלחוטית.

אפשרויות נוספות:

- מיקרוגל: חימום מזון בתנור מיקרוגל, טלפונים סלולריים, מכ"ם.

- קרינה אינפרה־אדומה: שלט רחוק, מצלמות ראיית לילה, תנורי חימום.

- אור נראה: ראייה, תאורה, צילום.

- קרינה אולטרה־סגולה: חיטוי ועיקור (הריגת חיידקים), זיהוי שטרות מזויפים.

- קרינת גמא: טיפול בגידולים סרטניים (הקרנות), עיקור ציוד רפואי.

נכון. תאוצה היא קצב השינוי של המהירות. כל שינוי מהירות – הגברה, האטה או שינוי כיוון – פירושו שיש לגוף תאוצה.

נכון. כוח שקול נגד כיוון התנועה יוצר תאוצה נגד כיוון המהירות, ולכן המהירות קטנה – הגוף נבלם (כך פועלים הבלמים).

לא נכון. לפי החוק השני של ניוטון, $F=ma$ – כוח גורם לתאוצה, כלומר לשינוי במהירות, ולא למהירות עצמה. גוף יכול לנוע במהירות קבועה גם כשהכוח השקול עליו אפס (החוק הראשון).

לא נכון. בזמן הבלימה החיכוך בבלמים הופך את אנרגיית התנועה של הרכב לחום, ולכן הטמפרטורה של הבלמים עולה (בבלימה ממושכת הם אף עלולים להתחמם יתר על המידה).

בזמן התגובה הנהג עדיין לא לחץ על הבלם, ולכן המכונית נעה במהירות קבועה – $90$ קמ"ש, שהם לפי הטבלה $25\,\text{m/s}$.

הצבה:

טעות נפוצה: להציב את המהירות בקמ"ש ($0.8\times 90=72$) – יש להשתמש במהירות במטר לשנייה, כי הזמן נתון בשניות.

לפי הטבלה, במהירות $90$ קמ"ש ($25\,\text{m/s}$) מרחק הבלימה הוא $62\,\text{m}$.

מרחק העצירה הכולל הוא המרחק שהמכונית עוברת מהרגע שהנהג מבחין בסכנה ועד שהיא נעצרת: מרחק התגובה ועוד מרחק הבלימה.

במהירות $72$ קמ"ש ($20\,\text{m/s}$):

•מרחק התגובה: $0.8\times 20=16\,\text{m}$ (לעומת $20\,\text{m}$ ב־$90$ קמ"ש).

•מרחק הבלימה (מהטבלה): $40\,\text{m}$ (לעומת $62\,\text{m}$).

מרחק העצירה הכולל: $16+40=56\,\text{m}$, לעומת $82\,\text{m}$. שני המרכיבים קטנים יותר כשהמהירות קטנה יותר.

מרכזי. כדי שגוף ינוע במסלול מעגלי צריך לפעול עליו כוח שקול שמכוון אל מרכז המעגל – הכוח המרכזי (הצנטריפטלי). במכונית זה כוח החיכוך בין הצמיגים לכביש. אין כוח "צנטריפוגלי" אמיתי שפועל על המכונית; התחושה שנדחפים החוצה נובעת מההתמדה של הגוף.

קטן יותר. הכוח המרכזי הדרוש הוא $F=\frac{mv^2}{R}$; כשהמהירות קבועה, ככל שהרדיוס $R$ גדול יותר (סיבוב "רחב"), הכוח הדרוש קטן יותר. לכן בסיבוב חד (רדיוס קטן) צריך לנסוע לאט יותר, כדי שהחיכוך יספיק.

לא נכון. מקום מרכז הכובד תלוי בפיזור המסה של המכונית – המנוע, השלדה, הנוסעים והמטען – ולא בהגה. במכונית רגילה הוא נמצא נמוך, בערך באמצע בין הגלגלים, ומשתנה כשמעמיסים אותה.

לא נכון. מרכז כובד גבוה מקטין את היציבות: בהטיה קטנה יחסית הקו האנכי היורד ממרכז הכובד יוצא משטח המשען והרכב מתהפך. לכן משאית, שמרכז הכובד שלה גבוה, יציבה פחות ממכונית.

נכון. מרחק גדול בין הזחלים פירושו שטח משען רחב יותר. כדי שהקו האנכי ממרכז הכובד ייצא משטח משען רחב, צריך להטות את הטנק בזווית גדולה יותר – כלומר זווית ההתהפכות שלו גדולה יותר והוא יציב יותר.

נכון. המטען מועמס מעל השלדה, ולכן הוא מגביה את מרכז הכובד של המשאית. מרכז כובד גבוה יותר מקטין את זווית ההתהפכות, והמשאית העמוסה יציבה פחות.

היציבות של כלי רכב נקבעת על ידי זווית ההתהפכות שלו. כלי רכב לא יתהפך כאשר מרכז הכובד שלו מעל שטח המשען.

הסבר: כל עוד הקו האנכי היורד ממרכז הכובד עובר בתוך שטח המשען (השטח שבין נקודות המגע של הגלגלים עם הכביש), כוח הכובד מחזיר את הרכב למקומו. כשההטיה גדלה עד שהקו האנכי ממרכז הכובד עובר מעבר לגלגל התחתון – הרכב מתהפך. הזווית שבה זה קורה היא זווית ההתהפכות: ככל שהיא גדולה יותר (מרכז כובד נמוך, גלגלים רחוקים זה מזה), הרכב יציב יותר.

כדי לקבוע את הסיכוי להתהפך בודקים עד כמה הקו האנכי היורד ממרכז הכובד קרוב לקצה שטח המשען – לגלגל התחתון שבצד המורד:

- המשאית (ג) מוטה בזווית הגדולה ביותר, $25^\circ$, ומרכז הכובד שלה גבוה. הקו האנכי ממרכז הכובד עובר קרוב מאוד לגלגל התחתון – היא הכי קרובה לגבול ההתהפכות.

- הטרקטור (א) מוטה ב־$20^\circ$; מרכז הכובד שלו גבוה, אך הגלגלים רחוקים זה מזה, והקו האנכי עדיין עובר בבירור בתוך שטח המשען.

- המכונית (ב) מוטה בזווית הקטנה ביותר, $15^\circ$, ומרכז הכובד שלה נמוך מאוד – היא היציבה ביותר.

לכן הסיכוי הגדול ביותר להתהפך הוא של המשאית.

משווים את זווית השיפוע של כל כלי רכב בתרשים 2 לזווית שבתרשים 1. מרכז הכובד ושטח המשען של כל כלי רכב לא השתנו, ולכן ככל שהשיפוע גדל, הקו האנכי ממרכז הכובד מתקרב לגלגל התחתון והסיכוי להתהפך גדל: