מתכונת 4 בפיזיקה - מבוא לפיזיקה 36182

נכון. הספק הוא קצב ביצוע העבודה:

מכשיר בעל הספק גדול מבצע עבודה רבה (צורך אנרגייה רבה) בכל שנייה.

לא נכון. קילוואט־שעה היא מכפלה של הספק (קילוואט) בזמן (שעה), ולכן היא יחידה של אנרגייה (עבודה): $1\,\text{kWh}$ היא האנרגייה שצורך מכשיר שהספקו $1\,\text{kW}$ הפועל במשך שעה אחת. יחידת ההספק היא וואט ($\text{W}$).

נכון. מונה החשמל מודד את האנרגייה שנצרכה, בקילוואט־שעה. האנרגייה תלויה גם בהספק וגם בזמן הפעולה:

מכשיר בעל הספק גדול שפועל זמן קצר יכול לעלות פחות ממכשיר בעל הספק קטן שפועל שעות רבות.

טעות נפוצה: לחשוב שמשלמים על ההספק – משלמים על האנרגייה (קוט"ש).

כן. עבודה $=$ כוח $\times$ מרחק. שתי המשאבות הרימו אותה כמות מים (אותו משקל, ולכן אותו כוח) לאותו גובה ($12$ מטרים). לכן העבודה של שתיהן שווה. משך הזמן אינו משפיע על גודל העבודה, אלא רק על קצב ביצועה.

העבודה של שתי המשאבות שווה (תת־סעיף 1), אבל משאבה B ביצעה אותה בזמן קצר יותר ($4$ דקות לעומת $10$ דקות). כשהעבודה שווה, ההספק גדול יותר ככל שהזמן קצר יותר. היחס בין ההספקים הפוך ליחס בין הזמנים:

כן. המכשירים מחוברים במקביל, ולכל מכשיר יש מתג משלו. כיבוי המתג של המאוורר מנתק רק את הענף שלו; הענפים של המחשב ושל המגהץ נשארים מחוברים ישירות למקור המתח, והם ממשיכים לפעול.

זהה. בחיבור במקביל כל מכשיר מחובר ישירות לשני הקטבים של מקור המתח (דרך המפצל, לשקע שבקיר), ולכן על כל אחד מהם אותו מתח – $220\,\text{V}$, ללא תלות בהספק שלו.

לפי הנוסחה

המתח על כל המכשירים שווה ($220\,\text{V}$, תת־סעיף 2), ולכן עוצמת הזרם גדולה יותר ככל שההספק גדול יותר:

•C – מגהץ: $I=\frac{2000}{220}\approx 9.1\,\text{A}$ – גדולה.

•A – מחשב נייד: $I=\frac{65}{220}\approx 0.30\,\text{A}$ – בינונית.

•B – מאוורר: $I=\frac{45}{220}\approx 0.20\,\text{A}$ – קטנה.

נכון. תפקיד הנתיך (או המפסק האוטומטי) הוא להגן על חוטי הקו: כאשר הזרם בקו גדול מהזרם שהקו מתוכנן לשאת, הנתיך מנתק אותו, לפני שהחוטים יתחממו ותפרוץ שריפה.

לא נכון. קוט"ש היא יחידה של אנרגייה (הספק כפול זמן): האנרגייה שמכשיר בהספק $1\,\text{kW}$ צורך בשעה אחת. $1000$ ואט ($1\,\text{kW}$) הוא הספק. אי אפשר להשוות בין אנרגייה להספק.

נכון. הגוף המתכתי של המכשיר מחובר לחוט ההארקה. אם חוט "חי" נוגע בטעות בגוף המתכתי, הזרם זורם דרך חוט ההארקה אל האדמה (ובדרך כלל גם גורם לניתוק הזרם), ולא דרך גוף האדם הנוגע במכשיר.

לא נכון. ממסר הפחת מגיב לזליגת זרם – הפרש בין הזרם שנכנס למעגל לזרם שחוזר ממנו (למשל זרם שעובר דרך גוף אדם אל האדמה). על עומס יתר (הספק כולל גדול מדי) מגיב הנתיך (המפסק האוטומטי).

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

הכמות הגדולה ביותר: המקרר – $3.6$ קוט"ש, אף שההספק שלו הקטן ביותר: הוא פועל כל היממה.

טעות נפוצה: לבחור בקומקום כי ההספק שלו הגדול ביותר – האנרגייה תלויה גם בזמן ההפעלה.

חברת החשמל גובה תשלום לפי כמות האנרגייה שנצרכה (מספר הקוט"ש), במחיר קבוע לכל קוט"ש. לכן התשלום הנמוך ביותר הוא עבור המכשיר שצרך הכי מעט קוט"ש – הקומקום החשמלי, $0.55$ קוט"ש (לפי הטבלה בתת־סעיף 1), אף שההספק שלו הגדול ביותר.

המזגן צרך $3$ קוט"ש.

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

הזרם הכולל (במתח $220\,\text{V}$):

זהו זרם גדול בהרבה מהזרם שקו של שקע ביתי מתוכנן לשאת (בדרך כלל כ־$16\,\text{A}$). זרם כזה מחמם את החוטים, ולכן המפסק האוטומטי של הקו ניתק אותו. קווים אחרים בבית (כמו קו התאורה בחדר האחר) לא נפגעו.

מדוע לא האחרות:

- 1 – בחיבור במקביל המתח על כל מכשיר נשאר $220\,\text{V}$; המתח אינו "מתחלק".

- 2 – ממסר הפחת מנתק את הזרם בכל הבית, ואז גם האור בחדר האחר היה כבה; ואין סיבה לזליגת זרם, כי המכשירים תקינים.

- 4 – חוט ההארקה אינו חלק מהמסלול הרגיל של הזרם; מכשיר תקין פועל גם בלי הארקה (אם כי בלי הגנה מפני התחשמלות).

המחזור הוא: יניקה ← דחיסה ← שרפה ← פליטה ← (ושוב) יניקה. מתחילים מהדחיסה וממשיכים במחזור:

- שרפה – מיד בסוף הדחיסה המצת מצית את התערובת הדחוסה.

- פליטה – הגזים השרופים נדחפים החוצה.

- יניקה – אחרי הפליטה נכנסת תערובת חדשה, ואחריה שוב דחיסה.

טעות נפוצה: לכתוב את הסדר "הרגיל" שמתחיל ביניקה (יניקה, שרפה, פליטה) ולשכוח שהמחזור מתחיל כאן מהדחיסה.

מזהים כל שלב לפי שלושה סימנים: איזה שסתום פתוח, האם יש ניצוץ, ולאן נעה הבוכנה.

- איור 1 – פליטה: שסתום הפליטה (הימני) פתוח והגזים יוצאים דרכו, הבוכנה עולה ודוחפת אותם החוצה.

- איור 2 – שרפה: שני השסתומים סגורים, יש ניצוץ במצת, והבוכנה נדחפת כלפי מטה.

- איור 3 – יניקה: שסתום היניקה (השמאלי) פתוח ותערובת נכנסת, הבוכנה יורדת.

- איור 4 – דחיסה: שני השסתומים סגורים, אין ניצוץ, והבוכנה עולה ודוחסת את התערובת.

היניקה והדחיסה. ביניקה הבוכנה יורדת ותערובת טרייה של דלק ואוויר נכנסת לצילינדר; בדחיסה הבוכנה עולה ודוחסת את אותה תערובת, שעדיין לא נשרפה. בשלב השרפה המצת מצית את התערובת והיא הופכת לגזים חמים, ובשלב הפליטה יוצאים מהצילינדר הגזים השרופים – כבר אין בו תערובת שלא נשרפה.

טעות נפוצה: לסמן גם את השרפה, כי "הדלק נמצא בצילינדר" – אבל בשלב זה הדלק נשרף, וגזי השרפה הם שדוחפים את הבוכנה.

היניקה והפליטה. ביניקה פתוח שסתום היניקה כדי שהתערובת תיכנס, ובפליטה פתוח שסתום הפליטה כדי שהגזים השרופים ייצאו. בדחיסה ובשרפה שניהם סגורים, כדי שהגז לא יברח והלחץ שלו יעלה.

בשלב הדחיסה הבוכנה מקטינה מאוד את נפח התערובת (השסתומים סגורים), ולכן הלחץ והטמפרטורה שלה עולים. כשמציתים תערובת דחוסה, היא נשרפת במהירות ונוצרים גזים חמים בנפח קטן – הלחץ שלהם גבוה מאוד.

הגזים מפעילים על הבוכנה כוח השווה ללחץ כפול שטח הבוכנה: $F=P\cdot A$. לחץ גבוה ← כוח גדול ← הבוכנה נדחפת בחוזקה ומבצעת עבודה גדולה.

אילו היו מציתים בלי דחיסה, הגזים היו נוצרים בנפח גדול, הלחץ שלהם היה נמוך בהרבה, והכוח על הבוכנה (והעבודה שהמנוע מפיק) היה קטן בהרבה.

נכון. חלקיקי הגז נעים בחופשיות ובמהירות לכל הכיוונים, ולכן הגז מתפשט וממלא את כל הכלי (בניגוד לנוזל, שתופס נפח קבוע בתחתית הכלי).

לא נכון. הכלי סגור, ולכן מספר החלקיקים אינו משתנה – הם רק מתקרבים זה לזה. מה שגדל בדחיסה הוא הלחץ (החלקיקים פוגעים בדפנות לעתים קרובות יותר).

נכון. התאדות מתרחשת בפני השטח של הנוזל. פירוק הדלק לטיפות זעירות מגדיל מאוד את שטח הפנים הכולל, ולכן הדלק מתאדה מהר יותר – זו הסיבה שבקרבורטור (או במזרק) מרססים את הדלק.

לא נכון. בחימום החלקיקים נעים מהר יותר ופוגעים בדפנות בתדירות גבוהה יותר ובעוצמה רבה יותר, ולכן הלחץ גדל. על כך מבוסס שלב ההתפשטות במנוע: השרפה מחממת את הגז והלחץ עולה מאוד.

בספינת הקיטור (שרפה חיצונית) הדלק – פחם או עצים – נשרף מחוץ לצילינדר, בתא אש מתחת לדוד מים. החום הופך את המים לקיטור, והקיטור בלחץ גבוה מוזרם אל הצילינדר ודוחף את הבוכנה, שמסובבת את גלגל המשוטים. כלומר, יש "חומר עבודה" נפרד (מים/קיטור) שמעביר את האנרגייה מהשרפה אל הבוכנה.

במנוע הבנזין של הסירה (שרפה פנימית) תערובת הדלק והאוויר נשרפת בתוך הצילינדר עצמו, והגזים החמים שנוצרים בשרפה הם שדוחפים ישירות את הבוכנה.

לפי הנוסחה:

כוח הדחף פועל בכיוון התנועה לאורך כל הדרך, ולכן כל המרחק נכנס לחישוב.

גבוה. לפי עקרון ברנולי, ככל שמהירות הזרימה של גז גדולה יותר, הלחץ בו קטן יותר – ולהפך: במקום שבו הזרימה איטית, הלחץ גבוה יותר. לכן בחלק הרחב של צינור ונטורי, שבו האוויר זורם לאט, הלחץ גבוה, ובחלק הצר, שבו האוויר זורם מהר, הלחץ נמוך – ושם נשאב הדלק אל זרם האוויר.

לפי הקווים המחברים כל מלבן לחלק בטיל:

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

2. המלבן השני – מחובר לסוגר שמקיף את שני המכלים הגדולים שבגוף הטיל: מכלי הדלק והמחמצן (באחד דלק נוזלי ובשני חמצן נוזלי).

3. המלבן השלישי – מחובר לקופסה הקטנה שממנה יוצא ניצוץ אל התא שמתחתיה: מערכת הצתה, שמציתה את תערובת הדלק והמחמצן.

4. המלבן הרביעי – מחובר לתא שאליו נכנסים שני הצינורות מהמכלים: תא שרפה, שבו הדלק והמחמצן מתערבבים ונשרפים.

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

המילה "מוטות דלק" נשארת בלי שימוש: מוטות דלק יש רק בטיל המונע בדלק מוצק.

נכון. בטיל דלק נוזלי הדלק והמחמצן מוזרמים אל תא השרפה בצנרת. סגירת הזרימה מפסיקה את הבעירה, ופתיחתה (עם הצתה) מחדשת אותה – כך אפשר לשלוט בכוח הדחף.

לא נכון. בטיל דלק מוצק הדלק והמחמצן יצוקים יחד בתוך גוף הטיל. אחרי ההצתה הבעירה נמשכת עד שכל הדלק נשרף, ואי אפשר לעצור אותה.

נכון. כשהדלק נגמר, כוח הדחף מתאפס. הטיל ממשיך לנוע כלפי מעלה בגלל ההתמדה, אך כוח הכובד (ובאטמוספרה גם התנגדות האוויר) פועל נגד כיוון התנועה – הכוח השקול מכוון מטה, ולכן מהירות הטיל קטנה עד שהוא מפסיק לעלות.

נימוק: הדלק בוער על פני השטח החשוף לאש, שהוא חתך המוט בחזית הבעירה. המוט בתרשים הוא גליל שהחתך שלו שווה לכל אורכו, ולכן בכל שלב שטח הבעירה זהה. בכל שנייה נשרפת אותה כמות דלק, ונוצרת אותה כמות של חומר הודף (גזים חמים) – ולכן גם כוח הדחף נשאר בערך קבוע.

טעות נפוצה: לבחור "גדלה" מתוך הרגל ממוטות שהולכים ומתרחבים – כמות החומר ההודף נקבעת לפי שטח הבעירה, ובמוט אחיד הוא אינו משתנה.

נכון. כוח המשיכה (המשקל) יחסי למסה: $\text{משקל}=\text{מסה}\times 10$ ליד פני כדור הארץ. גוף כבד פי 2 נמשך בכוח גדול פי 2.

לא נכון. מסה היא כמות החומר בגוף, נמדדת בק"ג, ואינה משתנה ממקום למקום. משקל הוא כוח המשיכה הפועל על הגוף, נמדד בניוטון, ותלוי במקום (בכדור הארץ, בירח, בגובה).

נכון. כוח המשיכה על פני הירח חלש בערך פי 6 מעל פני כדור הארץ, ולכן משקל האסטרונאוט שם קטן בערך פי 6 (מסתו אותה מסה).

לא נכון. כוח המשיכה פועל גם למרחקים גדולים; הוא נחלש ככל שמתרחקים, אבל אינו נעלם. כוח המשיכה של כדור הארץ הוא שמחזיק את הירח במסלולו סביב כדור הארץ.

(3). זמן הנפילה נקבע רק על ידי התנועה האנכית. שני המטבעות עוזבים את השולחן מאותו גובה, ובכיוון האנכי מהירותם ההתחלתית אפס אצל שניהם, וכוח המשיכה מאיץ את שניהם באותו אופן. המהירות האופקית משפיעה רק על המרחק שבו כל מטבע ינחת (המהיר ינחת רחוק יותר), לא על זמן הנפילה.

(4) שגוי – גובה השולחן משפיע על זמן הנפילה של שניהם באותה מידה, אבל אינו קובע מי מגיע ראשון.

המטאור חודר לאטמוספרה במהירות עצומה. החיכוך עם האוויר (וההתנגשות באוויר הנדחס לפניו) מאט אותו והופך את אנרגיית התנועה שלו לחום רב. הסלע מתחמם עד שהוא זוהר (זהו פס האור שרואים), נשרף, נמס ומתאדה, ולכן רוב המטאורים הקטנים נעלמים כליל עוד בגובה רב.

- (1) חרטום – החלק העליון המחודד, שבו נמצא המטען (למשל לוויין), ושצורתו מקטינה את התנגדות האוויר.

- (2) מערכת הצתה – המצת שבראש תעלת הבעירה; הוא מדליק את הדלק בתחילת הפעולה.

- (3) דלק מוצק – גוש הדלק (תערובת של חומר בעירה וחומר מחמצן) הממלא את גוף הטיל.

- (4) תא שרפה (תעלת הבעירה) – התעלה שבמרכז הדלק; הדלק בוער על דפנותיה, והגזים החמים זורמים בה כלפי מטה.

- (5) נחיר – הפתח שבתחתית, שדרכו נפלטים הגזים במהירות רבה.

"מכל חמצן נוזלי" אינו בשימוש: בטיל בדלק מוצק החומר המחמצן מעורב בתוך הדלק עצמו, ואין מכלים של נוזלים.

לא נכון. גוף שחור נראה שחור משום שהוא בולע כמעט את כל האור הנראה שפוגע בו ומחזיר מעט מאוד. דווקא גוף בהיר (לבן) מחזיר את רוב האור.

נכון. הקרינה שהגוף פולט נושאת אנרגיה. אם הגוף אינו מקבל אנרגיה בחזרה, האנרגיה הפנימית שלו קטנה והטמפרטורה שלו יורדת – הוא מתקרר.

נכון. אור השמש הלבן מורכב מכל הצבעים. במעבר דרך טיפות המים כל צבע נשבר בזווית מעט שונה, והאור מתפרק לצבעים – נפיצה. כך נוצרת הקשת.

לא נכון. אנו רואים את האור שהגוף מחזיר אל עינינו. חולצה לבנה מחזירה את כל הצבעים שפוגעים בה – אבל כשפוגע בה רק אור אדום, היא יכולה להחזיר רק אור אדום, ולכן היא נראית אדומה.

זכוכית שקופה מעבירה את רוב האור הנראה – לכן אנו רואים דרכה, ולכן אור השמש נכנס אל תוך המכונית.

מושבים כהים בולעים את רוב האור הנראה, והאנרגיה שלו הופכת לחום – המושבים מתחממים.

גוף בטמפרטורה של עשרות מעלות פולט בעיקר קרינה אינפרה-אדומה (קרינת חום), שאורך הגל שלה ארוך מזה של האור הנראה. כדי לפלוט אור נראה הגוף צריך להיות לוהט.

הזכוכית מעבירה אור נראה, אבל אינה מעבירה את רוב הקרינה האינפרה-אדומה. לכן הקרינה שהמושבים פולטים נשארת ברובה בתוך המכונית – האנרגיה נכנסת כאור נראה ואינה יכולה לצאת כקרינת חום. זו "מלכודת החום" (אפקט החממה) – אותו עיקרון שבזכותו קולט של דוד שמש מכוסה בזכוכית.

אוויר חם מתפשט ונעשה קל יותר (צפיפותו קטנה) מהאוויר הקר שסביבו, ולכן הוא עולה. מעבר חום על ידי תנועה של הזורם עצמו נקרא הסעה. (לכן ליד תקרת מכונית חונה האוויר החם ביותר.)

צלופן כחול הוא מסנן כחול: הוא מעביר רק את המרכיב הכחול של האור ובולע את שאר הצבעים – ובהם האדום.

לדף מגיע רק אור כחול. דף לבן מחזיר כל צבע שפוגע בו, ולכן הוא מחזיר אור כחול – והוא נראה כחול.

בגד בהיר מחזיר את רוב הקרינה שפוגעת בו ובולע רק חלק קטן ממנה. הקרינה הנבלעת היא שהופכת לחום, ולכן בגד בהיר מתחמם הרבה פחות מבגד כהה (שבולע את רוב הקרינה). כך פחות חום עובר מהבגד אל הגוף.

זה העיקרון ההפוך מזה של צינורות הקולט בדוד השמש, שצבועים בשחור דווקא כדי לבלוע כמה שיותר קרינה ולהתחמם.

לא נכון. חומר בידוד (כמו קלקר או פוליאוריתן מוקצף) הוא מוליך חום גרוע. תפקידו להקטין את מעבר החום מהמים החמים אל הסביבה.

נכון. מים חמים מתפשטים וצפיפותם קטנה מזו של מים קרים, ולכן הם עולים ומצטברים בחלק העליון של הדוד. משם לוקחים את המים אל הברז.

נכון. במוצק החומר אינו זורם; האנרגיה עוברת מחלקיק לחלקיק – הולכה. מתכות הן מוליכות חום טובות.

לא נכון. אוויר (כמו כל הגזים) הוא מוליך חום גרוע מאוד. לכן חומרי בידוד רבים (קלקר, צמר, קצף) מכילים בועות קטנות של אוויר כלוא שאינו יכול לזרום – כך נמנעת גם הסעה.

- המלבן השמאלי העליון – הקו מגיע אל השכבה המנוקדת שבין הדופן החיצונית לדופן הפנימית: (1) שכבת בידוד.

- המלבן התחתון האמצעי – הקו מגיע אל המוט הארוך שנכנס מתחתית הדוד (ומחובר לתיבת החשמל שמתחת לדוד): (2) גוף חימום חשמלי. הוא מחמם את המים בימים מעוננים.

- המלבן הימני העליון – הקו מגיע אל הצינור החיצוני שעולה מלמטה ונכנס לחלק העליון של הדוד (החצים: למעלה ואז פנימה): (3) הצינור שמביא מים חמים מהקולט. המים החמים נכנסים למעלה, לשכבה החמה.

- המלבן השמאלי התחתון – הקו מגיע אל הצינור שפתחו בראש הדוד ושיוצא מתחתית הדוד כלפי מטה: (4) מים חמים אל הברז. לוקחים את המים מלמעלה – שם הם החמים ביותר.

- המלבן הימני שבשורה התחתונה – הקו מגיע אל הצינור שהחץ בו פונה כלפי מעלה, לתוך הדוד, ומעל פתחו יש בולם (קשת): (5) כניסת מים קרים. הבולם מפזר את המים הקרים לצדדים כדי שלא יתערבבו עם המים החמים שלמעלה.

הצינור שבתחתית הדוד שהחץ בו פונה החוצה, כלפי מטה, הוא (6) – מים קרים מתחתית הדוד אל הקולט; הוא אינו מסומן במלבן.

מתחת ל־. המים מתחממים בקולט ועולים ממנו אל הדוד בהסעה טבעית – ולכן הדוד חייב להיות גבוה מהקולטים.

קרים. במקום המים החמים שיצאו אל הברז נכנסים מים קרים מרשת המים, דרך הצינור התחתון.

כמעט אינם זורמים. הזרימה בדוד שמש נוצרת רק מפני שהמים בקולט (הנמוך) חמים וקלים יותר ולכן עולים. בלילה המים בקולט קרים וכבדים, והם נשארים למטה; המים החמים והקלים נשארים בדוד שלמעלה. אין כוח שידחוף מים חמים מהדוד כלפי מטה אל הקולט – ולכן כמעט אין זרימה, והמים החמים אינם מתקררים דרך הקולט.

טעות נפוצה: לחשוב שהמים ממשיכים "להסתובב" גם בלילה ומאבדים חום בקולט.

קטנה. מים חמים מתפשטים – אותה מסה תופסת נפח גדול יותר, ולכן הצפיפות קטנה.

העליון. המים החמים, הקלים, נכנסים לשכבה החמה שבראש הדוד ואינם מתערבבים עם המים הקרים שבתחתית.

1. המים בקולט מתחממים מקרינת השמש, מתפשטים, וצפיפותם קטנה – הם "קלים" יותר ונוטים לעלות.

2. בדוד שמש רגיל הדוד נמצא מעל הקולט: המים החמים עולים מעצמם מראש הקולט אל ראש הדוד, ובמקומם יורדים מים קרים וכבדים מתחתית הדוד אל תחתית הקולט. נוצר מעגל זרימה של הסעה טבעית (תרמוסיפון) – בלי משאבה.

3. במערכת שבתרשים הדוד נמוך מהקולט: כדי להגיע לדוד, המים החמים צריכים לזרום מראש הקולט כלפי מטה – בניגוד לנטייה הטבעית שלהם לעלות. ההסעה הטבעית לא תיצור זרימה כזו (המים החמים פשוט יישארו בחלק העליון של הקולט), ולכן צריך משאבה שתזרים את המים בכוח.

נכון. הכיריים מחממות את תחתית הסיר, והחום עובר בהולכה אל שכבת המים התחתונה. המים החמים עולים, והקרים יורדים – זרמי הסעה מחממים את שאר המים.

נכון. בזכוכית ובחרסינה אין מים, והגלים עוברים דרכן כמעט בלי להיבלע. הגלים נבלעים בעיקר במולקולות המים שבמזון – ולכן הכלי מתחמם רק מהמזון החם שבתוכו.

לא נכון. מתכת מחזירה את גלי המיקרוגל: הגלים אינם חודרים לכלי ואינם מגיעים למזון שבתוכו, ועלולים להיווצר ניצוצות. לכן משתמשים בכלי זכוכית, חרסינה או פלסטיק מתאים, שהגלים עוברים דרכם.

נכון. המגנטרון הופך אנרגייה חשמלית לגלי מיקרוגל, שמובלים אל תא החימום.

החלב קולט אנרגיית חום מהאוויר שבחדר (החום עובר מהחם – האוויר – אל הקר – החלב).

בעקבות זאת, חלקיקי החלב נעים מהר יותר, והטמפרטורה של החלב עולה.

הסבר: הטמפרטורה היא מדד לאנרגיית התנועה של החלקיקים. כשהחלב קולט אנרגייה, תנועת החלקיקים שלו מתגברת והטמפרטורה עולה – עד שהיא משתווה לטמפרטורת החדר.

לפי הנוסחה:

הצבה:

כלומר תנודה הלוך־ושוב אחת של ראש המברשת נמשכת $4$ אלפיות שנייה.

בגל עומד יש נקודות שבהן הגלים מבטלים זה את זה, והן נקראות צמתים. הגבינה שבנקודות אלה כמעט אינה נמסה. כדי שהגבינה תימס באופן אחיד, כדאי לעצור באמצע החימום ולסובב את הצלחת.

הסבר: הגלים מוחזרים מדפנות התא ויוצרים גל עומד. בצמתים עוצמת הגל אפס, והמזון שם כמעט אינו מתחמם; בבטנים העוצמה מרבית והמזון מתחמם מהר. כשהמזון אינו זז, כל חלק שלו נשאר באותו מקום – ומתקבל חימום לא אחיד. סיבוב הצלחת (ידנית, או בצלחת מסתובבת) מעביר כל חלק של המזון בין צמתים ובטנים. הגברת ההספק אינה עוזרת: הצמתים נשארים באותם מקומות.

גדולה. לפי החץ שבתרשים, התדירות גדלה משמאל לימין, וככל שהתדירות של קרינה גדולה יותר – האנרגייה שלה גדולה יותר. הקרינה העל־סגולה נמצאת הרבה מימין לגלי הרדיו, ולכן האנרגייה שלה גדולה יותר (לכן היא עלולה לגרום לכוויות בעור, וגלי רדיו – לא).

קטן. בתרשים הגל רחב בצד שמאל ונעשה צפוף יותר ויותר לכיוון ימין: ככל שהתדירות גדלה, אורך הגל קטן. קרינת $X$ נמצאת מימין לקרינה התת־אדומה (תדירות גדולה יותר), ולכן אורך הגל שלה קטן יותר.

נכון. בגל, חלקיקי התווך רק נעים הלוך ושוב סביב מקומם, וההפרעה – והאנרגייה – מתקדמת. (מצוף על הגלים עולה ויורד, אבל אינו נסחף עם הגל.)

לא נכון. בגל אורך החלקיקים נעים לאורך כיוון ההתקדמות של הגל (נוצרים אזורי דחיסה ומתיחה). בניצב לכיוון ההתקדמות נעים החלקיקים בגל רוחב.

נכון. התדירות היא מספר המחזורים בשנייה, והיא נמדדת בהרץ: $1\,\text{Hz}=1$ מחזור בשנייה.

לא נכון. גלי קול הם גלים מכניים – תנודות של חלקיקי התווך (אוויר, מים, מוצקים) – ולכן אינם מתפשטים בריק. גלים אלקטרומגנטיים (אור, מיקרוגל, רדיו) מתפשטים גם בריק.

זמן המחזור הוא הזמן בין שני מצבים זהים עוקבים של המצוף – למשל בין שני שיאים עוקבים. לפי הגרף, המצוף בשיא ב־$t=1\,\text{s}$ (נקודה $A$) ושוב ב־$t=5\,\text{s}$ (נקודה $B$):

(בדיקה: גם בין השפלים $C$ ($t=3\,\text{s}$) ו־$D$ ($t=7\,\text{s}$) עוברות $4$ שניות.)

טעות נפוצה: למדוד את הזמן בין שיא לשפל ($2\,\text{s}$) – זה חצי מחזור.

הצבה:

המשרעת היא ההעתק המרבי של המצוף מגובה שיווי המשקל (הקו $0$). לפי הגרף הגובה נע בין $+30\,\text{cm}$ ל־$-30\,\text{cm}$, ולכן המשרעת היא $30\,\text{cm}$.

טעות נפוצה: לענות $60\,\text{cm}$ – זה המרחק בין השיא לשפל, כלומר פעמיים המשרעת.

- נקודות שיא: $A$ ו־$B$ – בהן הגובה מרבי, $+30\,\text{cm}$.

- נקודות שפל: $C$ ו־$D$ – בהן הגובה מזערי, $-30\,\text{cm}$.

אסור. כשאין בתא מזון (או מים) שיבלע את הגלים, הגלים מוחזרים שוב ושוב מהדפנות המתכתיות, והאנרגייה חוזרת אל המגנטרון ועלולה לחמם אותו ולפגוע בו.

מתאים. זכוכית וחרסינה (בלי עיטורי מתכת) כמעט אינן בולעות את גלי המיקרוגל ואינן מחזירות אותם: הגלים עוברים דרכן אל המזון.

מומלץ. הגלים אינם מתפזרים באופן אחיד לגמרי בתא, ולכן נוצרים במזון אזורים חמים יותר ואזורים קרים יותר. הערבוב (וגם המגש המסתובב) מפזר את החום באופן אחיד.

מבחוץ פנימה. גופי החימום הלוהטים במצנם קורנים חום (קרינה אינפרה־אדומה) אל פני הלחם, והחום מתקדם פנימה בהולכה – לכן הלחם נעשה פריך מבחוץ. במיקרוגל, לעומת זאת, הגלים חודרים לתוך המזון.

התחומים שאורך הגל שלהם קצר מזה של האור הנראה: אולטרה־סגול, קרני רנטגן ($X$) וקרינת גמא. כל שניים מהם עם שימוש מתאים מתקבלים. לדוגמה:

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

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

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

טעות נפוצה: לציין מיקרוגל, גלי רדיו או אינפרה־אדום – לתחומים אלה אורך גל ארוך מזה של האור הנראה.

נכון. לכן קל הרבה יותר להזיז עגלה על גלגלים מאשר לגרור ארגז על הרצפה – זו הסיבה לשימוש בגלגלים.

לא נכון. שכבת המים מפרידה בין הצמיג לכביש ומקטינה את החיכוך – לכן דרך הבלימה ארוכה יותר בכביש רטוב, וקל יותר להחליק.

נכון. כשמרכז הכובד נמוך, צריך להטות את הרכב בזווית גדולה יותר עד שהאנך דרך מרכז הכובד יוצא מבסיס התמיכה (הגלגלים), ולכן קשה יותר להפוך אותו.

לא נכון. בצמיג רך שטח המגע עם הכביש גדול והצמיג מתעוות יותר – חיכוך הגלגול גדל, וגדלה גם צריכת הדלק.

המהירות הקריטית היא המהירות הגדולה ביותר שבה המשאית יכולה לעבור את הסיבוב בלי להתהפך. מהירות גדולה ממנה – המשאית תתהפך.

(1) נכון. בטבלה, כשהרדיוס קטן מ־$100$ מ' ל־$20$ מ', המהירות הקריטית קטנה מ־$89$ ל־$40$ קמ"ש.

(2) נכון. $40$ מטר נמצא בין $30$ מ' ל־$50$ מ'. המהירות הקריטית גדלה עם הרדיוס, ולכן ב־$40$ מ' היא קטנה מהמהירות הקריטית ב־$50$ מ', $63$ קמ"ש. המשאית נוסעת ב־$70$ קמ"ש – יותר מהמהירות הקריטית – ולכן תתהפך.

(3) לא נכון. ברדיוס $50$ מ' המהירות הקריטית היא $63$ קמ"ש, והמשאית נוסעת ב־$75$ קמ"ש – יותר מהמהירות הקריטית, ולכן היא תתהפך.

טעות נפוצה: לחשוב שאי־אפשר להכריע במשפט 2 כי $40$ מ' לא מופיע בטבלה – די לדעת שהמהירות הקריטית שם קטנה מ־$63$ קמ"ש.

רכב א. רכב מתהפך כאשר הקו האנכי היורד ממרכז הכובד שלו עובר מחוץ לבסיס התמיכה – מעבר לגלגל התחתון (שבצד המורד). ברכב א מרכז הכובד גבוה והגלגלים קרובים זה לזה, ולכן הקו האנכי ממרכז הכובד עובר כמעט בדיוק מעל הגלגל התחתון – עוד הטיה קטנה והוא יתהפך.

טעות נפוצה: לבחור ברכב ב רק משום שהכביש שלו התלול ביותר. השיפוע לבדו אינו קובע – ברכב ב מרכז הכובד נמוך יותר והגלגלים רחוקים יותר זה מזה, ולכן הקו האנכי ממרכז הכובד עובר עדיין בתוך בסיס התמיכה, רחוק יותר מהגלגל התחתון מאשר ברכב א.

רכב ג. מרכז הכובד שלו נמוך מאוד, בסיס התמיכה (המרחק בין הגלגלים) רחב, והשיפוע שעליו הוא נוסע קטן. לכן הקו האנכי ממרכז הכובד עובר רחוק מהגלגל התחתון – עמוק בתוך בסיס התמיכה.

מהנוסחה: $\text{מהירות}=\frac{\text{מרחק}}{\text{זמן}}$.

•רכבת: $v=\dfrac{900\,\text{m}}{45\,\text{s}}=20\,\text{m/s}$

•מכונית: $v=\dfrac{600\,\text{m}}{30\,\text{s}}=20\,\text{m/s}$

קביעה 3 – המהירויות שוות.

טעות נפוצה: לבחור ברכבת כי היא עברה מרחק גדול יותר – היא גם נסעה זמן ארוך יותר.

נכון. מהירות ממוצעת = דרך / זמן:

לא נכון. המהירות היחסית היא הפרש (וקטורי) המהירויות. המכוניות נעות בכיוונים מנוגדים, ולכן הפרש המהירויות הוא סכום הגדלים: $60-(-60)=120\,\text{km/h}$ – כל מכונית מתקרבת לשנייה ב־$120\,\text{km/h}$. מהירות יחסית אפס הייתה מתקבלת אילו נסעו באותה מהירות באותו כיוון.

נכון. לפי החוק הראשון של ניוטון, גוף ששקול הכוחות עליו אפס נמצא במנוחה או נע במהירות קבועה בקו ישר.

לא נכון. לתנועה במהירות קבועה לא דרוש כוח שקול (תת־סעיף 3). המנוע אכן דוחף את המכונית קדימה, אבל הכוח הזה רק מאזן את החיכוך ואת התנגדות האוויר – השקול אפס. כוח שקול בכיוון התנועה היה מגדיל את המהירות.

- (1) נסיעה במורד – מפריעה. במורד רכיב של כוח הכובד פועל בכיוון התנועה (קדימה), ולכן הוא פועל נגד הבלימה.

- (2) נסיעה במעלה – אינה מפריעה (להפך – עוזרת): רכיב של כוח הכובד פועל אחורה, נגד כיוון התנועה, ומאט את המכונית.

- (3) חול או שמן על הכביש – מפריעים. הכוח שבולם את המכונית הוא כוח החיכוך בין הצמיגים לכביש. חול או שמן מקטינים מאוד את החיכוך – הגלגלים מחליקים והמכונית כמעט אינה מאטה.

- (4) רוח גבית – מפריעה. הרוח דוחפת את המכונית בכיוון הנסיעה, נגד הבלימה.

טעות נפוצה: לחשוב ששמן על הכביש "לא משנה" או אף עוזר כי הוא מקטין חיכוך – בבלימה, החיכוך בין הצמיגים לכביש הוא דווקא הכוח שעוצר את המכונית.

קדמת. כשהאוטובוס בולם, יוסי – שכמעט אין עליו כוח אופקי – ממשיך (בהתמדה) לנוע במהירותו הקודמת, בעוד האוטובוס מאט. ביחס לאוטובוס הוא נע קדימה.

ימני. יוסי ממשיך בהתמדה לנוע ישר קדימה, בעוד האוטובוס משנה את כיוונו שמאלה. האוטובוס "פונה מתחתיו", ולכן ביחס לאוטובוס יוסי נע לכיוון הצד הימני – החיצוני של הפנייה.

הראשון (חוק ההתמדה). כשהמכונית נעצרת, לא פועל על הנוסע כוח שיעצור אותו, ולכן הוא ממשיך לנוע במהירותו הקודמת – עד שהוא פוגע בהגה או בשמשה. החגורה מפעילה עליו את הכוח שמאט אותו יחד עם המכונית.

מרחק. שנייה־אור היא המרחק שהאור עובר בריק בשנייה אחת:

לכן המרחק לירח הוא בערך $1.3\cdot 300{,}000\approx 390{,}000\,\text{km}$. למרות שבשם מופיעה המילה "שנייה", זו יחידת אורך (כמו שנת אור).

טעות נפוצה: לחשוב ששנייה־אור היא יחידת זמן בגלל המילה "שנייה".