מתכונת 5 בפיזיקה - מבוא לפיזיקה 36182

נכון. מהנוסחה $\text{הספק}=\dfrac{\text{עבודה}}{\text{זמן}}$ מקבלים $\text{עבודה (אנרגייה)}=\text{הספק}\times\text{זמן}$. למשל מכשיר של $1$ קילוואט שפועל שעתיים צורך $2$ קוט"ש.

לא נכון. אמפר היא יחידה של עוצמת זרם. יחידת ההספק היא וואט ($1\,\text{W}=1\,\frac{\text{J}}{\text{s}}$).

לא נכון. האנרגייה תלויה גם בזמן הפעולה: $\text{אנרגייה}=\text{הספק}\times\text{זמן}$. למשל מייבש שיער של $2000\,\text{W}$ שפועל $3$ דקות צורך $0.1$ קוט"ש, ואילו מקרר של $150\,\text{W}$ שפועל $10$ שעות ביממה צורך $1.5$ קוט"ש – יותר.

כן. כשהכננת מרימה משא במהירות קבועה, היא מפעילה כוח השווה למשקלו. העבודה:

•כננת א: $W_A=250\,\text{N}\times 6\,\text{m}=1500\,\text{J}$

•כננת ב: $W_B=500\,\text{N}\times 3\,\text{m}=1500\,\text{J}$

כננת ב הרימה משא כבד פי $2$, אבל לגובה קטן פי $2$, ולכן העבודות שוות. הזמן אינו משפיע על כמות העבודה.

טעות נפוצה: לקבוע שכננת ב עשתה יותר עבודה כי הרימה "יותר מלט", או שכננת א עשתה פחות עבודה כי עבדה מהר יותר.

לא. לפי

•כננת א: $P_A=\dfrac{1500\,\text{J}}{30\,\text{s}}=50\,\text{W}$

•כננת ב: $P_B=\dfrac{1500\,\text{J}}{60\,\text{s}}=25\,\text{W}$

העבודות שוות (תת־סעיף (1)), אבל כננת א ביצעה אותה בחצי מהזמן, ולכן לכננת א הספק גדול יותר – פי $2$.

נורות $A$ ו־$C$ ימשיכו לדלוק (ורק נורה $B$ כבתה).

הזרקורים מחוברים במקביל: כל נורה נמצאת בענף נפרד, המחובר ישירות לשני הדקי הרשת. כשחוט הלהט בנורה $B$ נקרע, נפתח רק הענף שלה; הענפים של $A$ ושל $C$ נשארים מחוברים למתח $220\,\text{V}$, והזרם ממשיך לעבור בהם.

טעות נפוצה: לחשוב שכל הנורות יכבו, כמו בשרשרת נורות המחוברות בטור.

שונה. בחיבור במקביל המתח על כל הנורות זהה – $220\,\text{V}$, ולכן לפי

הזרם בכל נורה תלוי בהספק שלה:

- $I_A=\dfrac{150}{220}\approx 0.68\,\text{A}$

- $I_B=\dfrac{50}{220}\approx 0.23\,\text{A}$

- $I_C=\dfrac{100}{220}\approx 0.45\,\text{A}$

בנורה שהספקה הגדול ביותר ($A$) עובר הזרם הגדול ביותר.

טעות נפוצה: להעתיק את הכלל של חיבור בטור ("אותו זרם בכל הנורות") – במקביל המשותף הוא המתח, לא הזרם.

כל הנורות מחוברות למתח $220\,\text{V}$, שהוא המתח שלו הן מיועדות, ולכן כל אחת פועלת בהספק הרשום עליה. נורת להט שהספקה גדול הופכת בכל שנייה יותר אנרגייה חשמלית לאור ולחום, ולכן מאירה חזק יותר:

נכון. קוט"ש היא האנרגיה שמכשיר בהספק $1\,\text{kW}$ צורך בשעה אחת: אנרגיה = הספק × זמן. $1\,\text{kWh}=3.6\cdot 10^6\,\text{J}$.

לא נכון. האנרגיה שמכשיר צורך תלויה גם בזמן הפעולה: אנרגיה = הספק × זמן. מכשיר בהספק גדול שפועל זמן קצר יכול לצרוך פחות אנרגיה ממכשיר בהספק קטן שפועל זמן רב (ראו סעיף ב(3)).

נכון. הספק הוא קצב הפיכת האנרגיה: $P=\frac{E}{t}$, ו־$1\,\text{W}=1\,\frac{\text{J}}{\text{s}}$. לכן מכשיר של $2000\,\text{W}$ הופך $2000\,\text{J}$ בכל שנייה.

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

•מייבש שיער: $\frac{1800}{1000}=1.8\,\text{kW}$

•מחשב נייד: $\frac{50}{1000}=0.05\,\text{kW}$

•תנור חימום: $\frac{2000}{1000}=2\,\text{kW}$

•מקרר: $\frac{150}{1000}=0.15\,\text{kW}$

כמות האנרגיה = הספק × זמן. כשההספק בקילווט והזמן בשעות, האנרגיה מתקבלת בקוט"ש. בשעה אחת ($t=1\,\text{h}$) האנרגיה בקוט"ש שווה מספרית להספק בקילווט, והמחיר = אנרגיה × 0.60 ש"ח:

•מייבש שיער: $1.8\cdot 1=1.8$ קוט"ש $\Rightarrow 1.8\cdot 0.60=1.08$ ש"ח

•מחשב נייד: $0.05\cdot 1=0.05$ קוט"ש $\Rightarrow 0.05\cdot 0.60=0.03$ ש"ח

•תנור חימום: $2\cdot 1=2$ קוט"ש $\Rightarrow 2\cdot 0.60=1.20$ ש"ח

•מקרר: $0.15\cdot 1=0.15$ קוט"ש $\Rightarrow 0.15\cdot 0.60=0.09$ ש"ח

כמות האנרגיה = הספק × זמן:

•מחשב נייד: $E_1=0.05\,\text{kW}\cdot 6\,\text{h}=0.3$ קוט"ש

•מייבש שיער: $E_2=1.8\,\text{kW}\cdot 0.5\,\text{h}=0.9$ קוט"ש

סך האנרגיה: $E=0.3+0.9=1.2$ קוט"ש, והמחיר הכולל:

המחשב עלה $0.3\cdot 0.60=0.18$ ש"ח, ומייבש השיער $0.9\cdot 0.60=0.54$ ש"ח – מייבש השיער עלה יותר, אף שפעל זמן קצר בהרבה, כי ההספק שלו גדול פי 36.

(בדיקה לפי הטבלה: $6\cdot 0.03=0.18$ ש"ח, $0.5\cdot 1.08=0.54$ ש"ח, יחד $0.72$ ש"ח.)

- $220\,\text{V}$ הוא המתח שהתנור מיועד לפעול בו – מתח רשת החשמל הביתית.

- $2000\,\text{W}$ הוא ההספק של התנור כשהוא מחובר למתח זה: בכל שנייה הוא הופך $2000\,\text{J}$ של אנרגיה חשמלית לחום. לפי כמות העבודה = הספק × זמן, בשעה אחת הוא צורך $2\,\text{kW}\cdot 1\,\text{h}=2$ קוט"ש (כמו שחישבנו בסעיף ב).

נכון. באותה כמות גז בנפח קטן יותר, החלקיקים מתנגשים בדפנות לעתים קרובות יותר, ולכן הלחץ גדל. כך קורה בשלב הדחיסה של המנוע.

לא נכון. חלקיקי גז נעים כל הזמן, במהירויות גדולות ובכל הכיוונים, גם כשהכלי עומד. ההתנגשויות שלהם בדפנות הן שיוצרות את הלחץ.

נכון. כדי שהבוכנה העולה תדחוס את תערובת הדלק והאוויר, הצילינדר חייב להיות אטום – שני השסתומים סגורים. כך גם בשלב העבודה (ההתפשטות).

לא נכון. חימום מגביר את מהירות החלקיקים, והם פוגעים בדפנות בתדירות גדולה ובעוצמה רבה יותר – הלחץ גדל. על כך מבוסס שלב העבודה: השרפה מחממת את הגזים, הלחץ שלהם גדל מאוד והם דוחפים את הבוכנה.

- מכסחת הדשא – שרפה פנימית: תערובת הדלק והאוויר נשרפת בתוך הצילינדר, והגזים החמים שנוצרים בשרפה הם עצמם דוחפים את הבוכנה.

- תחנת הכוח הפחמית – שרפה חיצונית: הפחם נשרף בכבשן מחוץ לטורבינה. החום מועבר למים בדוד, והקיטור – חומר אחר מהדלק – הוא שמניע את הטורבינה.

ההבדל העיקרי: היכן נשרף הדלק – במנוע שרפה פנימית הדלק נשרף בתוך המנוע (בצילינדר) וגזי השרפה מבצעים את העבודה; במנוע שרפה חיצונית הדלק נשרף מחוץ למנוע, והחום מועבר לחומר עבודה אחר (קיטור) שמבצע את העבודה.

טעות נפוצה: לקבוע שתחנת הכוח היא "פנימית" כי הכבשן נמצא בתוך המבנה – הקובע הוא אם הדלק נשרף בתוך החלק שמבצע את העבודה (הצילינדר או הטורבינה).

ממירים את המרחק למטרים: $9\,\text{cm}=0.09\,\text{m}$.

לפי הנוסחה:

הצבה:

הבוכנה השקיעה בדחיסת התערובת עבודה של $135$ ג'אול.

טעות נפוצה: להציב $9$ במקום $0.09$ ולקבל $13{,}500\,\text{J}$.

בחלק הצר של צינור ונטורי מהירות זרימת האוויר גדֵלה (אותה כמות אוויר בכל שנייה עוברת דרך שטח קטן יותר), ולכן לפי עקרון ברנולי הלחץ שם קטֵן.

בגלל הלחץ הנמוך, הלחץ בתא הדלק (הגדול יותר) דוחף את הדלק לתוך זרם האוויר.

לא נכון. בכל שנייה עוברת בחלק הצר אותה כמות אוויר שעוברת בחלק הרחב. כדי שאותה כמות תעבור דרך פתח צר יותר, האוויר חייב לנוע מהר יותר.

נכון. בהתאדות מולקולות מהירות משתחררות מפני הנוזל ועוברות למצב גז (אדים).

נכון. ההתאדות מתרחשת בפני הנוזל. בטיפות זעירות שטח הפנים הכולל של הדלק גדול בהרבה, ולכן בכל שנייה מתאדה יותר דלק – וזו אחת המטרות של הקרבורטור.

לא נכון. בהתאדות דווקא המולקולות המהירות (בעלות האנרגייה הגבוהה) עוזבות את הנוזל, ולכן המהירות הממוצעת של המולקולות שנשארות קטנה – הנוזל שנשאר מתקרר (כמו זיעה המקררת את העור).

האות $b$ – הצוואר, החלק הצר ביותר של צינור האוויר.

האוויר נכנס מלמעלה ($a$), עובר בצוואר ($b$) וממשיך אל החלק הרחב ($c$) ואל הצילינדר. בחלק הצר האוויר נע במהירות הגדולה ביותר, ולפי חוק ברנולי – במקום שבו מהירות הזרימה הגדולה ביותר, הלחץ הקטן ביותר.

(לשם השוואה: $d$ – הדלק בתא הדלק, $e$ – צינור הדלק המוביל מתא הדלק אל הצוואר.)

מהר יותר – אותה כמות אוויר עוברת בכל שנייה דרך שטח קטן יותר, ולכן מהירותה גדלה.

קטן – לפי חוק ברנולי, במקום שבו מהירות הזרימה גדולה, הלחץ קטן.

גדול – תא הדלק פתוח לאוויר שבחוץ (דרך הפתח בחלקו העליון), ולכן הלחץ על פני הדלק הוא הלחץ האטמוספרי, הגדול מהלחץ המופחת בצוואר.

מתא הדלק אל הצינור – הפרש הלחצים (לחץ גדול בתא הדלק, לחץ קטן בצוואר) דוחף את הדלק בצינור $e$ אל הצוואר, וזרם האוויר המהיר מפרק אותו לטיפות זעירות.

נכנסת אל הצילינדר – זרם האוויר נושא את תרסיס הדלק כלפי מטה, והתערובת נכנסת לצילינדר בשלב היניקה.

נכון. לפי החוק הראשון של ניוטון, גוף שנע במהירות קבועה בקו ישר – הכוחות עליו מאוזנים: הדחף שווה לסכום הכוחות המתנגדים (כובד והתנגדות האוויר).

נכון. הדלק והמחמצן הנוזליים מוזרמים לתא השרפה במשאבות. כשמזרימים יותר בכל שנייה – נשרף יותר, נפלטים יותר גזים והדחף גדל; כשמזרימים פחות – הדחף קטן. זה יתרון של דלק נוזלי.

לא נכון. הדלק המוצק הוא תערובת של דלק ושל חומר מחמצן, ולכן הוא יכול לבעור גם בגובה רב ובחלל, שבהם כמעט אין אוויר. טיל אינו מסתמך על החמצן שבאוויר.

לא נכון. הדחף נוצר בין הטיל לגזים עצמם: הטיל דוחף את הגזים לאחור, והגזים דוחפים את הטיל קדימה (החוק השלישי של ניוטון). האוויר אינו נחוץ – לכן טילים פועלים גם בחלל הריק.

מוט $\text{I}$. לשני המוטות אותו קוטר חיצוני, כלומר אותו עיגול חיצוני. השטח הכהה של כל מוט הוא העיגול החיצוני פחות החור שבמרכז. החור של מוט $\text{I}$ קטן יותר, ולכן נשאר בו שטח כהה גדול יותר (רואים זאת גם בתרשים: הטבעת של מוט $\text{I}$ רחבה יותר).

טעות נפוצה: לבחור במוט $\text{II}$ כי "החור הגדול חושף יותר דלק לבעירה" – לפי הנתון הבעירה מתרחשת רק על השטח הכהה שבחתך, והחור הגדול מקטין אותו.

מוט $\text{I}$. הבעירה מתקדמת לאורך שני המוטות באותו קצב, ולכן ככל ששטח הבעירה גדול יותר, בכל שנייה נשרפת כמות גדולה יותר של דלק, ונפלטת מהנחיר כמות גדולה יותר של גזים חמים.

לפי החוק השלישי של ניוטון, הטיל דוחף את הגזים לאחור והגזים דוחפים את הטיל קדימה. כשבכל שנייה נפלטת מסה גדולה יותר של גזים, הכוח שהם מפעילים על הטיל – הדחף – גדול יותר.

- המלבן העליון מחובר לחרטום (הקצה המחודד והכהה) – ד: החרטום מקטין את התנגדות האוויר.

- המלבן הימני השני (שני קווים לשני המכלים הגדולים) – ה: אלה מכלי הדלק והמחמצן; בטיל בדלק נוזלי הם מאוחסנים במכלים נפרדים.

- המלבן הימני השלישי (מחובר לעיגולים הקטנים שבצינורות) – ב: אלה המשאבות, המזרימות את הדלק ואת המחמצן לתא השרפה.

- המלבן השמאלי (מחובר לחלק העליון של המנוע, שאליו נכנסים הצינורות) – ג: זה תא השרפה, שבו הדלק והמחמצן מתערבבים ונשרפים.

- המלבן התחתון (מחובר לחלק המתרחב שבתחתית, שממנו יוצאים הגזים) – א: זה הנחיר.

התפקיד ו מיותר – בטיל בדלק נוזלי אין מוט דלק מוצק (הבעירה בו מתחילה כשהדלק והמחמצן מוזרמים לתא השרפה ומוצתים שם).

נכון. כוח המשיכה של כדור הארץ מכוון אל מרכזו, והוא משמש כוח מרכזי שמכופף את מסלול הלוויין למעגל. בלעדיו הלוויין היה ממשיך בקו ישר.

לא נכון. בגובה של תחנת החלל (כ־$400$ ק"מ) כוח המשיכה הוא כ־$90\%$ מכוחו על פני כדור הארץ. האסטרונאוט "מרחף" כי הוא והתחנה נופלים יחד בנפילה חופשית סביב כדור הארץ, ולכן הרצפה אינה דוחפת אותו.

לא נכון. המסה היא כמות החומר בגוף, והיא אינה תלויה במקום. על הירח קטן המשקל של האסטרונאוט (כוח המשיכה עליו), לא המסה שלו.

נכון. גם האוויר הדליל מפעיל על הלוויין כוח התנגדות קטן, שגורע ממנו אנרגייה. בלי תיקוני מסלול (בעזרת מנוע) הלוויין יורד בהדרגה, ולבסוף נכנס לאטמוספרה הצפופה ונשרף.

•כוח המשיכה של כדור הארץ נחלש ככל שהמרחק ממרכזו גדל (לפי חוק הכבידה – ביחס הפוך לריבוע המרחק). לכן כוח המשיכה קטן, כי המרחק ממרכז כדור הארץ גדל.

•בזמן פעולת המנועים נשרף דלק, והגזים נפלטים מהחללית – לכן מסת החללית קטנה (וגם זה מקטין את כוח המשיכה עליה).

•המשקל הוא כוח המשיכה על הרובר. כוח המשיכה על פני מאדים קטן מעל פני כדור הארץ, ולכן המשקל קטן.

•המסה היא כמות החומר, והיא אינה תלויה במקום – מסת הרובר על מאדים שווה למסתו על כדור הארץ.

•כדי לטפס במדרון במהירות קבועה המנועים צריכים להתגבר על רכיב המשקל לאורך המדרון (ועל החיכוך). המשקל קטן, ולכן נדרש כוח קטן יותר.

המטאור נע באטמוספרה במהירות עצומה (עשרות קילומטרים בשנייה). בתנועתו באוויר פועל עליו כוח חיכוך עם האוויר (התנגדות האוויר), והוא גם דוחס בעוצמה את האוויר שלפניו. כוח זה מאט את המטאור, ועבודתו הופכת חלק גדול מהאנרגייה הקינטית שלו לאנרגיית חום. המטאור מתחמם עד ליהוט, נשרף ומתאדה – זה פס האור שאנו רואים בשמיים. מטאורים גדולים בלבד מספיקים להגיע לקרקע לפני שהם נשרפים כולם.

טעות נפוצה: לייחס את השרפה לחום של השמש או לחמצן שבאוויר – הסיבה העיקרית היא החיכוך עם האוויר בגלל המהירות הגדולה.

נימוק: על הירח אין אוויר, ולכן הכוח היחיד על כל אחד מהגופים הוא כוח המשיכה של הירח, $mg_{\text{ירח}}$. לפי החוק השני של ניוטון:

לשני הגופים אותה תאוצה, בלי תלות במסה. הם מתחילים ממנוחה מאותו גובה, ולכן מגיעים לקרקע באותו זמן ובאותה מהירות.

- (1) ו־(2) שגויים – התאוצה שווה, ולכן גם הזמן והמהירות שווים. (על כדור הארץ הנוצה נופלת לאט רק בגלל התנגדות האוויר.)

- (4) שגוי – תאוצת הנפילה על הירח קטנה בערך פי $6$ מזו שעל כדור הארץ, כי כוח המשיכה של הירח חלש יותר.

נכון. גוף נראה לבן משום שהוא מחזיר את כל הצבעים של האור הנראה כמעט במלואם. לכן גוף לבן בולע מעט קרינה ומתחמם בשמש פחות מגוף שחור.

לא נכון. הזכוכית מעבירה היטב אור נראה, אבל אינה מעבירה החוצה את הקרינה האינפרה־אדומה שנפלטת מגופים חמים – היא מחזירה ובולעת אותה. על כך מבוססת "מלכודת החום" בקולט.

לא נכון. בהולכה החום עובר מחלקיק לחלקיק של החומר, ולכן היא דורשת חומר. בריק החום יכול לעבור רק בקרינה (כך מגיעה אלינו האנרגייה מהשמש).

נכון. בין השמש לכדור הארץ יש חלל ריק כמעט לגמרי, ובו אין הולכה ואין הסעה. האנרגייה מגיעה כקרינה אלקטרומגנטית (אור נראה, אינפרה־אדום ואולטרה־סגול).

סדר ההתרחשות:

1. קרינת השמש עוברת דרך לוח הזכוכית ופוגעת בפח השחור.

2. הפח השחור בולע את הקרינה ומתחמם.

3. החום עובר בהולכה מהפח אל הצינורות ואל המים שבתוכם.

4. המים החמים, הקלים יותר, עולים מהקולט אל דוד האגירה.

הסבר: החום עובר בשלוש דרכים: קרינה מהשמש אל הפח, הולכה בתוך החומר מהפח לצינורות ולמים, והסעה – זרימת המים החמים עצמם אל הדוד.

לפי הנוסחה:

הצבה:

לפי הנוסחה, הפרש הטמפרטורות הוא כמות החום חלקי כמות המים. כמות המים זהה, וכמות החום קטנה פי 2, ולכן גם הפרש הטמפרטורות קטן פי 2:

(במקום $40^\circ\text{C}$; המים יגיעו רק ל־$42^\circ\text{C}$.)

המכונית הסגורה פועלת כמו חממה (או כמו קולט של דוד שמש):

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

2. הגופים בפנים בולעים ומתחממים: המושבים, לוח המחוונים וההגה בולעים את הקרינה (במיוחד אם הם כהים), והטמפרטורה שלהם עולה.

3. פליטת קרינה אינפרה־אדומה: הגופים החמים פולטים קרינה אינפרה־אדומה.

4. הקרינה נלכדת: הזכוכית אינה מעבירה את הקרינה האינפרה־אדומה החוצה. בנוסף, החלונות סגורים, ולכן האוויר החם אינו יוצא.

התוצאה: אנרגייה נכנסת בקלות אך יוצאת בקושי, והטמפרטורה בתוך המכונית עולה הרבה מעל זו שבחוץ. (לכן מסוכן להשאיר ילדים או בעלי חיים במכונית סגורה בשמש.)

נכון. המים שמתחממים בקולט נעשים קלים יותר ועולים אל הדוד, שנמצא גבוה מהקולט, ובמקומם יורדים מים קרים מתחתית הדוד אל הקולט. זו זרימה טבעית (הסעה) – אין צורך במשאבה.

לא נכון. משטח שחור בולע את רוב הקרינה הפוגעת בו (ומחזיר מעט). הלוח צבוע בשחור כדי לבלוע כמה שיותר מאנרגיית השמש, להתחמם ולהעביר את החום למים שבצינורות.

לא נכון. שכבת הבידוד עשויה מחומר שמוליך חום גרוע, ותפקידה להקטין את איבוד החום מהמים החמים לסביבה (בעיקר בלילה ובימים קרים). המים מתחממים בקולט, לא מקרינה שמגיעה לדוד.

נכון. התרמוסטט חש את טמפרטורת המים: כשהמים מגיעים לטמפרטורה הרצויה הוא מנתק את הזרם לגוף החימום, וכשהם מתקררים – מחבר אותו שוב.

ביום מעונן בחורף הקרינה שמגיעה לקולט חלשה מאוד, והקולט כמעט אינו מחמם את המים. את המים חימם גוף החימום החשמלי – מערכת הגיבוי של דוד השמש: מפעילים אותו (במפסק או בשעון), והזרם החשמלי שעובר בו הופך אנרגייה חשמלית לחום, שעובר אל המים שבדוד. התרמוסטט מנתק את גוף החימום כשהמים מגיעים לטמפרטורה שנקבעה.

בגלל זרמי ההסעה: מים חמים מתפשטים, צפיפותם קטנה מזו של מים קרים, ולכן הם עולים ונשארים בחלק העליון של הדוד. המים החמים שמגיעים מהקולט נכנסים לחלק העליון של הדוד (צינור 7 בתרשים) ומצטברים שם.

המים הקרים, שצפיפותם גדולה יותר, שוקעים לתחתית הדוד. משם הם יורדים אל הקולט (צינור 4), ולשם נכנסים גם המים הקרים מהרשת (צינור 5). לכן בתחתית הדוד המים קרים יותר.

- מטחנת קפה – אין. היא פועלת כל עוד מפעילים אותה, בלי קשר לטמפרטורה.

- מגהץ – יש. בוחרים טמפרטורה לפי סוג הבד, והתרמוסטט מנתק ומחבר את גוף החימום כדי לשמור עליה.

- מאוורר – אין. הוא פועל כל עוד הוא מופעל, בלי בקרת טמפרטורה.

- מכונת כביסה – יש. בוחרים טמפרטורת כביסה (למשל $40^\circ C$), והתרמוסטט מנתק את גוף החימום כשהמים הגיעו אליה.

הזרימה בין הקולט לדוד היא זרם הסעה: מים חמים עולים מהקצה העליון של הקולט אל ראש הדוד (7), ומים קרים יורדים מתחתית הדוד אל הקצה התחתון של הקולט (4).

לא נכון. קטבים שווים דוחים זה את זה; קטבים שונים (צפון ודרום) מושכים.

נכון. כל מטען חשמלי יוצר סביבו שדה חשמלי, ושדה זה מפעיל כוח על מטענים אחרים.

לא נכון. מגנט מושך בחוזקה רק חומרים פרומגנטיים כמו ברזל, ניקל וקובלט. אלומיניום (וגם נחושת) כמעט אינו נמשך למגנט.

נכון. זרם חשמלי יוצר שדה מגנטי. בסליל השדות של כל הליפופים מצטרפים, ולסליל יש קוטב צפוני וקוטב דרומי – זהו אלקטרומגנט.

אורכי; בכיוון. כל ליפוף נע הלוך ושוב לאורך הקפיץ – באותו כיוון שבו הגל מתקדם – ונוצרים לאורך הקפיץ אזורים דחוסים ואזורים מרווחים. כך מתקדם גם גל קול באוויר.

רוחבי. כל ליפוף נע מצד לצד – בניצב לכיוון שבו הגל מתקדם לאורך הקפיץ (כמו גל בחבל).

אינם זקוקים. גלים אלקטרומגנטיים – ובהם האור, הקרינה האינפרה־אדומה וגלי המיקרו – הם תנודות של שדה חשמלי ושדה מגנטי, והם מתקדמים גם בריק. לכן קרינת השמש מגיעה אלינו דרך החלל הריק (בניגוד לקול, שזקוק לתווך).

קטנה. לפי התרשים, גלי המיקרו נמצאים משמאל לקרינה האולטרה־סגולה, והחץ מראה שהתדירות גדלה ימינה. לכן התדירות של גלי המיקרו קטנה מזו של הקרינה האולטרה־סגולה (ובהתאם – אורך הגל שלהם גדול יותר).

קטן. קרני $\text{X}$ נמצאות קרוב לקצה הימני של התרשים – התדירות שלהן גדולה בהרבה מזו של גלי הרדיו. זמן המחזור הפוך לתדירות, $T=\dfrac{1}{f}$, ולכן זמן המחזור שלהן קטן.

גלי המיקרו מחממים את המים שבתוך תפוח האדמה. חלק מהמים הופכים לאדים, שתופסים נפח גדול בהרבה. הקליפה סוגרת את תפוח האדמה, ולכן הלחץ בפנים עולה – עד שהקליפה נקרעת בבת אחת ותפוח האדמה "מתפוצץ". הניקוב יוצר פתחים קטנים שדרכם האדים יוצאים בהדרגה, והלחץ אינו מצטבר.

נכון. אור הוא גל אלקטרומגנטי, וגלים אלקטרומגנטיים אינם זקוקים לתווך – הם מתקדמים גם בריק.

לא נכון. מספר התנודות בשנייה הוא התדירות. זמן המחזור הוא הזמן הדרוש לתנודה שלמה אחת: $\text{זמן מחזור}=\frac{1}{\text{תדירות}}$.

לא נכון. בגל אורכי (כמו גל קול) החלקיקים נעים הלוך ושוב בכיוון התקדמות הגל. תנועה בניצב לכיוון ההתקדמות מאפיינת גל רוחבי.

נכון. זו ההגדרה של משרעת (אמפליטודה): המרחק מקו שיווי המשקל עד שיא (או שפל).

מוחזרים. מתכת מחזירה גלי מיקרו – לכן דפנות תא המיקרוגל עשויות מתכת, והגלים חוזרים מהן שוב ושוב אל המזון.

אורכיים. בגל קול מולקולות האוויר נעות הלוך ושוב בכיוון התקדמות הגל, ונוצרים אזורי דחיסה ואזורי מיהול.

אינם זקוקים. גל אלקטרומגנטי הוא שדה חשמלי ושדה מגנטי שמשתנים ומייצרים זה את זה – הוא מתקדם גם בריק.

גדולה. כל הגלים האלקטרומגנטיים מתקדמים באותה מהירות, $\text{מהירות}=\text{אורך גל}\times\text{תדירות}$; לכן אורך גל קצר יותר פירושו תדירות גדולה יותר.

במצב רגיל המזון (המים שבו) בולע את גלי המיקרו, והאנרגייה הופכת לחום במזון. כשהתא ריק אין מה שיבלע את הגלים: הם מוחזרים שוב ושוב מדפנות המתכת של התא, האנרגייה מצטברת בתא וחלק גדול ממנה חוזר אל המגנטרון (מחולל הגלים). המגנטרון מתחמם יתר על המידה ועלול להינזק, ובמקרים מסוימים עלולים להיווצר ניצוצות.

לא. בתוך התא הגלים המוחזרים מהדפנות יוצרים גל עומד: יש מקומות קבועים שבהם עוצמת הגלים גדולה (שם המזון מתחמם מאוד) ומקומות קבועים שבהם עוצמת הגלים קטנה מאוד (צמתים – שם המזון כמעט אינו מתחמם). כשהצלחת אינה מסתובבת, כל חלק במזון נשאר באותו מקום, ולכן יהיו בו אזורים חמים ואזורים קרים.

נכון. $72\,\frac{\text{km}}{\text{h}}=\frac{72{,}000\,\text{m}}{3600\,\text{s}}=20\,\frac{\text{m}}{\text{s}}$.

לא נכון. כשהמכוניות נעות זו לקראת זו, המרחק ביניהן מתקצר בקצב של סכום המהירויות: $50+60=110$ קמ"ש. הפרש המהירויות ($10$ קמ"ש) הוא המהירות היחסית רק כשהן נוסעות באותו כיוון.

נכון. לפי החוק הראשון של ניוטון (חוק ההתמדה), גוף שלא פועל עליו כוח (או שהכוח השקול עליו אפס) נשאר במנוחה או ממשיך לנוע במהירות קבועה בקו ישר.

לא נכון. כוח שקול אפס פירושו שאין שינוי במהירות – המכונית יכולה גם לנסוע במהירות קבועה בקו ישר (למשל כשכוח המנוע מאזן בדיוק את החיכוך ואת התנגדות האוויר).

- (2) במעלה הגבעה חלק מכוח המשיכה פועל נגד כיוון התנועה.

- (3) צמיג רך "נמעך" ומגדיל את ההתנגדות לגלגול.

- (4) הגלגלים שוקעים בחול, וההתנגדות לתנועה גדלה מאוד.

- (1) רוח גבית דוחפת את הרוכב בכיוון התנועה ועוזרת לו – אינה מפריעה.

חזית. בגלל ההתמדה מטהר האוויר "שואף" להמשיך לנוע במהירות שהייתה לו. המכונית מאטה, והוא ממשיך קדימה ביחס אליה – לכן הוא נוטה לכיוון חזית המכונית.

אחורי. המכונית מאיצה קדימה, ומטהר האוויר, בגלל התמדתו, "נשאר מאחור" – הוא נוטה לכיוון אחורי המכונית עד שהחוט מושך אותו ומאיץ אותו יחד עם המכונית.

הראשון. במהירות קבועה המכונית ומטהר האוויר נעים יחד באותה מהירות; לפי חוק ההתמדה (החוק הראשון) אין צורך בכוח שקול כדי להמשיך כך, ולכן החוט נשאר אנכי – כמו במכונית עומדת.

תאוצה. תאוצה היא קצב השינוי של המהירות: בכמה $\frac{\text{m}}{\text{s}}$ משתנה המהירות בכל שנייה – ולכן יחידתה $\frac{\text{m/s}}{\text{s}}=\frac{\text{m}}{\text{s}^2}$. מהירות נמדדת ב־$\frac{\text{m}}{\text{s}}$ ומרחק במטרים.

נכון. כוח חיכוך ההחלקה יחסי לכוח הנורמלי: $f=\mu N$. משקולת נוספת מגדילה את הכוח שהארגז לוחץ על הרצפה (ואת הכוח הנורמלי), ולכן החיכוך גדל.

לא נכון. חיכוך ההחלקה תלוי בכוח הנורמלי ובסוג המשטחים ($f=\mu N$), אבל אינו תלוי בגודל שטח המגע. המשקל זהה בשני המצבים, ולכן גם החיכוך.

נכון. צמיג שאין בו די אוויר נמעך יותר, שטח המגע שלו עם הכביש גדל והעיוות שלו בזמן הגלגול גדל – וחיכוך הגלגול גדל. לכן נסיעה בצמיגים לא מנופחים כראוי מגדילה את צריכת הדלק.

לא נכון. שמן יוצר שכבה חלקה בין הצמיג לכביש ומקטין מאוד את מקדם החיכוך, ולכן המכונית עלולה להחליק ומרחק הבלימה גדל.

כשהנהג לוחץ על הדוושה, המוט דוחף את הבוכנה בגליל. הבוכנה לוחצת על שמן הבלמים, והלחץ מועבר דרך הצינור אל הגליל שבראש הבלם, הפותח את שתי הנעליים ולוחץ את הרפידות אל התוף המסתובב עם הגלגל. החיכוך בין הרפידות לתוף מאט את הגלגל.

- המלבן השמאלי התחתון – הקו מגיע אל הכף שבקצה המנוף: דוושה.

- המלבן העליון – הקו מגיע אל הצינור (האפור) שמחבר בין הגליל לבלם: שמן בלמים, הממלא את הצינור ומעביר את הלחץ.

- המלבן הימני העליון – הקו מגיע אל הטבעת החיצונית שמקיפה את כל הבלם: תוף, המסתובב יחד עם הגלגל.

- המלבן הימני התחתון – הקו מגיע אל הסליל המחבר בין שתי הנעליים בתחתית: קפיץ, המושך את הנעליים חזרה ומרחיק את הרפידות מהתוף כשמשחררים את הדוושה.

("ציר הגלגל" ו"רפידה" אינם מסומנים בתרשים.)

נימוק: הלחץ שגוף מפעיל על משטח הוא הכוח המתחלק על שטח המגע:

משקל הטרקטור (הכוח) כמעט אינו תלוי ברוחב הצמיגים, אבל צמיג רחב מגדיל מאוד את שטח המגע $A$. לכן הלחץ על הקרקע הרכה קטן, והגלגלים שוקעים פחות בבוץ. שטח מגע גדול נותן גם אחיזה טובה יותר.

- (1) ו־(4) שגויים: רוחב הצמיג אינו משנה כמעט את משקל הטרקטור.

- (3) שגוי: מטרת הצמיגים הרחבים אינה להקטין את האחיזה – להפך, בשדה צריך אחיזה טובה.

קביעה: במקרה א (דחיפה כלפי מטה) האב מפעיל כוח גדול יותר.

נימוק: המזחלת נעה במהירות קבועה, ולכן (לפי החוק הראשון של ניוטון) בכל מקרה הרכיב האופקי של כוח האב שווה לכוח החיכוך בין המזחלת לשלג.

- במקרה א הכוח מופנה בזווית כלפי מטה. לכוח יש רכיב אנכי שלוחץ את המזחלת אל השלג, ולכן הכוח הנורמלי גדול ממשקל המזחלת והילד, והחיכוך ($f=\mu N$) גדל.

- במקרה ב הכוח מופנה בזווית כלפי מעלה. לכוח יש רכיב אנכי שמרים מעט את המזחלת, ולכן הכוח הנורמלי קטן מהמשקל, והחיכוך קטן.

במקרה א האב צריך להתגבר על חיכוך גדול יותר, ולכן הרכיב האופקי של כוחו – וגם הכוח כולו – גדול יותר. מסיבה זו קל יותר למשוך מזחלת בחבל מאשר לדחוף אותה מאחור.