מתכונת 6 בפיזיקה - מבוא לפיזיקה 36182

לא נכון. האמפרמטר נמצא בענף של נורה 1 בלבד, אחרי נקודת ההתפצלות. הזרם שהסוללה מספקת (הזרם הראשי) מתפצל לשני הענפים:

לכן האמפרמטר מראה רק את הזרם בנורה 1 – כאן מחצית מהזרם הראשי, כי הנורות זהות.

טעות נפוצה: לחשוב שכל אמפרמטר במעגל מראה את "הזרם של המעגל". אמפרמטר מראה את הזרם בענף שבו הוא מחובר.

לא נכון. שתי הנורות מחוברות במקביל בין אותן שתי נקודות במעגל, ולכן המתח על כל אחת מהן שווה למתח הסוללה. הנורות זהות (אותה התנגדות), ולכן לפי $I=\frac{V}{R}$ עובר בהן אותו זרם, ולפי $P=V\cdot I$ יש להן אותו הספק – הן מאירות באותה עוצמה.

טעות נפוצה: לחשוב שהנורה ה"קרובה" לסוללה מקבלת יותר. במעגל מקבילי המיקום על התיל אינו משנה – קובעים המתח וההתנגדות.

נכון. המפסק נמצא בענף של נורה 2 בלבד. פתיחתו מנתקת רק את הענף הזה; הענף של נורה 1 נשאר מעגל סגור עם הסוללה, ולכן נורה 1 ממשיכה לדלוק (זו הסיבה שבבית מחברים את המכשירים במקביל).

לא נכון. גם אחרי פתיחת המפסק נורה 1 מחוברת ישירות להדקי הסוללה, והמתח עליה נשאר מתח הסוללה. התנגדות הנורה לא השתנתה, ולכן לפי $I=\frac{V}{R}$ הזרם בה – והקריאה של האמפרמטר – אינם משתנים. רק הזרם הראשי (שהסוללה מספקת) קטן, כי הענף של נורה 2 נותק.

עוצמת הזרם נמדדת באמפר, וסימן היחידה $\text{A}$. מודדים אותה באמפרמטר (מד־זרם), שמחברים בטור לרכיב – כמו האמפרמטר שבענף של נורה 1 בתרשים.

מתח נמדד בוולט, וסימן היחידה $\text{V}$. מודדים אותו בוולטמטר (מד־מתח), שמחברים במקביל לרכיב, בין שני קצותיו.

התנגדות נמדדת באוהם, וסימן היחידה $\Omega$ (האות היוונית אומגה). התנגדות של $1\,\Omega$ פירושה שבמתח של $1\,\text{V}$ עובר זרם של $1\,\text{A}$: $R=\frac{V}{I}$.

- $6\,\text{V}$ הוא המתח (הנומינלי) שהנורה מיועדת לפעול בו – כך היא מאירה כרגיל.

- $1.2\,\text{W}$ הוא ההספק של הנורה כאשר היא מחוברת למתח של $6\,\text{V}$: בכל שנייה היא הופכת $1.2\,\text{J}$ של אנרגיה חשמלית לאור ולחום.

הטענה אינה נכונה. ההספק הרשום מתאים רק למתח הרשום. אם מחברים את הנורה למתח נמוך יותר, עובר בה זרם קטן יותר, וההספק $P=V\cdot I$ קטן – הנורה מאירה חלש יותר (ובמתח גבוה מדי היא עלולה להישרף).

במעגל שבתרשים כל נורה מחוברת ישירות לסוללה של $6\,\text{V}$, ולכן כאן היא אכן פועלת בהספק $1.2\,\text{W}$.

האמפרמטר מראה את הזרם בנורה 1. הנורה מחוברת ישירות לסוללה, ולכן המתח עליה $V=6\,\text{V}$ וההספק שלה הוא ההספק הרשום, $P=1.2\,\text{W}$.

לפי הנוסחה: עוצמת זרם = הספק / מתח

(הסוללה מספקת $0.2+0.2=0.4\,\text{A}$, אבל האמפרמטר מראה רק את הזרם בענף שלו.)

נורה 2 זהה לנורה 1: המתח עליה $6\,\text{V}$ והזרם בה $0.2\,\text{A}$.

לפי הנוסחה: התנגדות חשמלית = מתח / זרם

לא נכון. הנצילות היא היחס בין האנרגיה המועילה שהמכשיר מפיק לבין כל האנרגיה שהוא צורך:

ההספק מתאר כמה אנרגיה המכשיר צורך בכל שנייה, ולא איזה חלק ממנה מנוצל. מכשיר בעל הספק גדול יכול להיות בזבזני (למשל נורת להט של $100\,\text{W}$), ומכשיר בעל הספק קטן – יעיל מאוד.

נכון. הנצילות היא יחס בין שתי כמויות אנרגיה (או בין שני הספקים) הנמדדות באותן יחידות, ולכן היחידות מצטמצמות – היא מבוטאת כשבר (למשל $0.75$) או באחוזים ($75\%$).

נכון. בנורת להט רוב האנרגיה הופכת לחום ורק חלק קטן לאור, ולכן נצילותה נמוכה. בנורת לד חלק גדול בהרבה מהאנרגיה הופך לאור, ולכן כדי להפיק אותה עוצמת אור היא צורכת הספק קטן בהרבה (למשל $10\,\text{W}$ במקום $60\,\text{W}$).

לא נכון. בחורף הטמפרטורה בחוץ נמוכה, וחום זורם כל הזמן מהחדר החם אל החוץ. ככל שהטמפרטורה בחדר גבוהה יותר, הפרש הטמפרטורות בין החדר לחוץ גדול יותר, החום שבורח בכל שנייה גדול יותר, והמזגן צריך לפעול יותר כדי להחזיר אותו. לכן כיוון ל־$26^\circ\text{C}$ צורך יותר אנרגיה מכיוון ל־$21^\circ\text{C}$.

האנרגיה המועילה של מנוע המאוורר היא אנרגיית התנועה של הכנפיים. נצילות של $75\%$ פירושה ש־$75\%$ מהאנרגיה החשמלית הופכים לאנרגיה זו.

לפי חוק שימור האנרגיה, האנרגיה אינה נעלמת. יתרת האנרגיה, $100\%-75\%=25\%$, הופכת בעיקר לחום – בסלילי המנוע שהזרם מחמם ובחיכוך בצירים – ומעט ממנה לאנרגיית קול (הזמזום של המנוע). זו האנרגיה ש"מתבזבזת".

שלב 1 – המרת ההספק לקילוואט. $1\,\text{kW}=1000\,\text{W}$, ולכן מחלקים את ההספק בוואט ב־$1000$:

•מכונת כביסה: $P=\frac{2000}{1000}=2\,\text{kW}$

•טלוויזיה: $P=\frac{120}{1000}=0.12\,\text{kW}$

•תנור אפייה: $P=\frac{2400}{1000}=2.4\,\text{kW}$

שלב 2 – צריכת האנרגיה. לפי הנוסחה הנתונה:

כשההספק בקילוואט והזמן בשעות, האנרגיה מתקבלת בקוט"ש:

•מכונת כביסה: $E=2\cdot 1.5=3$ קוט"ש

•טלוויזיה: $E=0.12\cdot 5=0.6$ קוט"ש

•תנור אפייה: $E=2.4\cdot 0.75=1.8$ קוט"ש

שימו לב: הטלוויזיה פעלה הכי הרבה זמן, אבל צרכה הכי מעט אנרגיה – בגלל ההספק הקטן שלה.

טעות נפוצה: להכפיל את ההספק בוואט בזמן – מתקבלות ואט-שעות ולא קוט"ש (למשל $3000$ במקום $3$).

מחיר הפעולה הוא צריכת האנרגיה (בקוט"ש) כפול המחיר לקוט"ש:

•מכונת כביסה: $3\cdot 0.6=1.8$ ש"ח

•טלוויזיה: $0.6\cdot 0.6=0.36$ ש"ח ($36$ אגורות)

•תנור אפייה: $1.8\cdot 0.6=1.08$ ש"ח

נעקוב אחרי השלבים לפי הסדר:

1. יניקה – שסתום היניקה נפתח (אירוע 2) והבוכנה יורדת ושואבת תערובת דלק ואוויר.

2. דחיסה – שסתום היניקה נסגר: שני השסתומים סגורים והבוכנה מתחילה לעלות (אירוע 4) ודוחסת את התערובת.

3. שרפה – בסוף הדחיסה המצת מפיק ניצוץ (אירוע 1); התערובת נשרפת והגזים דוחפים את הבוכנה למטה.

4. פליטה – שסתום הפליטה נפתח (אירוע 3) והבוכנה העולה דוחפת את גזי השרפה החוצה.

במשבצות, מהימנית ועד השמאלית: 2 ← 4 ← 1 ← 3.

מזהים כל שלב לפי שלושה סימנים: מצב השסתומים, כיוון תנועת הבוכנה ונוכחות ניצוץ.

- איור 1 – פליטה: שסתום הפליטה (הימני) פתוח, הבוכנה עולה, והגזים יוצאים (החץ בתעלה הימנית).

- איור 2 – דחיסה: שני השסתומים סגורים, אין ניצוץ, והבוכנה עולה ודוחסת את התערובת.

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

- איור 4 – שרפה: שני השסתומים סגורים, המצת מפיק ניצוץ (הכוכב), והבוכנה נדחפת כלפי מטה.

טעות נפוצה: לבלבל בין דחיסה לשרפה – בשתיהן השסתומים סגורים; ההבדל הוא כיוון הבוכנה (בדחיסה עולה, בשרפה יורדת) והניצוץ.

הבוכנה יורדת בשני שלבים: ביניקה (ומגדילה את נפח הצילינדר כדי לשאוב את התערובת) ובשרפה (נדחפת על ידי הגזים החמים). בדחיסה ובפליטה היא עולה.

רק ביניקה: הבוכנה היורדת מגדילה את נפח הצילינדר, הלחץ בו יורד מתחת ללחץ האטמוספרי, ובגלל הפרש הלחצים התערובת נדחפת פנימה דרך שסתום היניקה הפתוח. בדחיסה ובשרפה הלחץ גבוה מאוד, ובפליטה הוא מעט גבוה מהלחץ שבחוץ (הבוכנה דוחפת את הגזים החוצה).

טעות נפוצה: לסמן תמיד שתי אפשרויות – כאן רק שלב אחד מתאים.

בשלב השרפה הניצוץ מצית את התערובת הדחוסה. האנרגיה הכימית של הדלק הופכת לחום, וטמפרטורת הגזים עולה מאוד.

כאשר שני השסתומים סגורים, הגזים החמים כלואים בנפח קטן, ולכן הלחץ שלהם עולה מאוד. הלחץ מפעיל על פני הבוכנה כוח גדול ($F=P\cdot A$) שדוחף אותה כלפי מטה – זהו השלב היחיד שבו המנוע מפיק עבודה.

אילו אחד השסתומים היה פתוח, הגזים החמים היו בורחים דרכו החוצה, הלחץ בצילינדר לא היה עולה, והכוח על הבוכנה היה קטן מאוד – האנרגיה של הדלק הייתה מתבזבזת.

נכון. לחץ הוא כוח ליחידת שטח, $P=\dfrac{F}{A}$, ולכן $1\,\text{Pa}=1\,\text{N/m}^2$.

נכון. רק כרבע עד שליש מהאנרגיה הכימית של הדלק הופכת לאנרגיה של תנועה. רוב האנרגיה הופכת לחום – בגזי הפליטה, במערכת הקירור ובחיכוך.

לא נכון. $P=\dfrac{F}{A}$: כשהשטח קטן הלחץ גדל. לכן עקב דק של נעל שוקע באדמה רכה, ומחט חודרת בקלות.

לא נכון. ברומטר מודד את לחץ האוויר (הלחץ האטמוספרי). טמפרטורה מודדים במדחום (תרמומטר).

ממירים את המרחק למטרים: $0.3\,\text{km}=300\,\text{m}$.

הכוח פועל בכיוון התנועה, ולכן העבודה חיובית.

טעות נפוצה: להציב $0.3$ (בקילומטרים) ולקבל $750\,\text{J}$ – פי אלף פחות.

גדול מה־. בפליטה הבוכנה עולה ודוחסת את הגזים השרופים, ולכן הלחץ שלהם גבוה מעט מהלחץ האטמוספרי. הפרש הלחצים דוחף אותם החוצה דרך שסתום הפליטה הפתוח (גז זורם ממקום של לחץ גבוה למקום של לחץ נמוך).

מטה; גדל. הגזים החמים בלחץ גבוה דוחפים את הבוכנה למטה; הבוכנה מתרחקת מראש הצילינדר, ולכן הנפח שהגזים תופסים גדל (הגזים מתפשטים ומבצעים עבודה על הבוכנה).

- מלבן שמאלי עליון (מחובר למוט האופקי שבראש המשאבה) – ידית: דוחפים אותה כדי להזיז את הבוכנה ולדחוס את האוויר.

- מלבן שמאלי תחתון (מחובר לגוף האנכי) – גליל: בתוכו נמצא האוויר שנדחס.

- מלבן ימני עליון (מחובר לשעון העגול) – מד־לחץ: מראה את לחץ האוויר הנדחס.

- מלבן ימני תחתון (מחובר לצינור הגמיש) – צינור: מוביל את האוויר הדחוס אל הצמיג.

המילה "מצת" מיותרת – זהו חלק של מנוע, לא של משאבה.

לא נכון. כוח המשיכה קטן ככל שהמרחק ממרכז כדור הארץ גדל (הוא פוחת לפי ריבוע המרחק). לוויין רחוק נמשך בכוח קטן יותר מלוויין זהה הקרוב לכדור הארץ.

נכון. המשקל הוא כוח – כוח המשיכה שכדור הארץ (או גוף שמימי אחר) מפעיל על הגוף – ולכן נמדד בניוטון ($\text{N}$). המסה היא כמות החומר בגוף ונמדדת בקילוגרם ($\text{kg}$).

לא נכון. כשאין התנגדות אוויר, כל הגופים נופלים באותה תאוצה (על הירח – כשישית מ־$g$ של כדור הארץ), ללא תלות במשקלם. לכן שני הגופים מגיעים לקרקע יחד.

לא נכון. בגובה של תחנת חלל (כמה מאות קילומטרים) כוח המשיכה של כדור הארץ עדיין גדול – קטן רק במעט מאשר על פני הקרקע. הוא זה שמחזיק את התחנה ואת האסטרונאוט במסלול. האסטרונאוט מרחף משום שהוא והתחנה "נופלים" יחד סביב כדור הארץ, ולכן הרצפה אינה לוחצת עליו.

- המסה לא משתנה: המסה היא כמות החומר באבן, ושום חלק ממנה לא נוסף או אבד. היא אינה תלויה במקום, ולכן טענה (1) שגויה.

- המשקל גדל: המשקל הוא כוח המשיכה שהגוף השמימי מפעיל על האבן. כדור הארץ מושך את האבן בכוח גדול בערך פי 6 מהירח, ולכן משקלה על פני כדור הארץ גדול יותר. טענה (2) נכונה, ולכן (3) שגויה.

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

סדר הנקודות בזמן: הסרט מחובר לעגלה ונמשך איתה שמאלה (בכיוון החץ) דרך קוצב הזמן, שעומד במקומו. לכן הקצה השמאלי של הסרט, הקרוב לעגלה, עבר בקוצב ראשון: הנקודות השמאליות סומנו ראשונות, והנקודות הימניות – אחרונות.

המרווחים: בצד שמאל (תחילת התנועה) המרווחים גדולים, וככל שמתקדמים ימינה (בהמשך הזמן) הם הולכים וקטנים. בכל פרק זמן שווה העגלה עוברת דרך קטנה יותר – כלומר מהירותה הולכת וקטנה.

טעות נפוצה: "לקרוא" את הסרט בכיוון החץ (מימין לשמאל) ולהסיק שהמהירות גדלה. הנקודה הראשונה שסומנה היא זו שבקצה הסרט הקרוב לעגלה – בצד שמאל.

יחד עם המטבע השני.

שני המטבעות מתחילים לנוע מאותו גובה, ולשניהם אין מהירות התחלתית אנכית: האחד משוחרר ממנוחה, והשני עוזב את השולחן במהירות אופקית. בכיוון האנכי פועל על כל אחד מהם רק כוח הכובד, ולכן שניהם נופלים בתאוצה $g$ באותו אופן בדיוק. המהירות האופקית משפיעה רק על המרחק האופקי שהמטבע עובר, ולא על זמן הנפילה.

זמן הנפילה נקבע רק על ידי התנועה האנכית – הגובה והתאוצה $g$ – ואלה לא השתנו. במהירות אופקית כפולה המטבע ינחת רחוק פי 2 מהשולחן, אבל באותו רגע כמו המטבע ששוחרר ממנוחה.

טעות נפוצה: לחשוב שמטבע מהיר יותר "נשאר באוויר" יותר זמן או פחות זמן.

האוויר הדחוס דוחף את המים, והבקבוק פולט אותם כלפי מטה. לפי החוק השלישי של ניוטון, המים מפעילים על הבקבוק כוח שווה והפוך – כלפי מעלה. זהו הדחף שמרים את הטיל.

1. מכוון את הזרם: המים יוצאים בסילון אחד, כלפי מטה בדיוק, ולא מתפזרים.

2. מגדיל את המהירות: המים עוברים מהבקבוק הרחב לפתח צר. בזרימה רצופה, במקום הצר המהירות גדלה, ולכן המים נפלטים מהר.

אזור ב – צוואר הבקבוק, המקום הצר.

כמות המים העוברת בכל שנייה בכל חתך של הבקבוק שווה (המים אינם נדחסים ואינם מצטברים). במקום שבו שטח החתך קטן, המים חייבים לנוע מהר יותר כדי שתעבור דרכו אותה כמות בכל שנייה. באזור א הבקבוק רחב, והמים נעים שם לאט.

טעות נפוצה: לבחור באזור א "כי שם יש הרבה מים" – כמות המים אינה קובעת את המהירות; שטח החתך קובע.

נכון. המים זורמים מגוף הבקבוק הרחב (אזור א) אל הצוואר הצר (אזור ב), ושם מהירותם גדלה.

לא נכון. לפי עקרון ברנולי, במקום הצר מהירות הזורם גדלה והלחץ שלו קטֵן.

לא נכון. בזרימה רצופה כמות המים שעוברת בכל שנייה שווה בכל חתך – אחרת מים היו מצטברים או נעלמים באמצע. בצוואר עוברת אותה כמות, אבל במהירות גדולה יותר.

מהר יותר. הנוזל אינו נדחס, ולכן נפח הנוזל שהבוכנה דוחפת בכל שנייה שווה לנפח שיוצא בכל שנייה דרך המחט:

שטח החתך של המחט קטן מאוד, ולכן מהירות הנוזל בה גדולה בהרבה ממהירות הבוכנה – לכן הנוזל יוצא מהמחט בסילון מהיר, אף שדוחפים את הבוכנה לאט. זה אותו עיקרון שגורם למים להאיץ בצוואר של טיל המים.

לא נכון. הזרימה מתרחשת מעצמה, בזכות הסעה: המים המתחממים בקולט קלים יותר ועולים אל הדוד (הנמצא גבוה מהקולט), ומים קרים מתחתית הדוד יורדים אל הקולט. אין צורך במשאבה.

לא נכון. מים חמים קלים יותר (צפיפותם קטנה יותר) מים קרים, ולכן הם עולים ומצטברים בחלק העליון של הדוד.

נכון. הזכוכית שקופה לאור השמש, ולכן הקרינה נכנסת ומחממת את הלוח השחור. הלוח החם פולט קרינת חום (אינפרה־אדומה) שהזכוכית מעבירה מעט ממנה, והזכוכית גם מונעת מהאוויר החם לברוח – כך החום "נלכד" בקולט.

נכון. ברוב ימות השנה המים מתחממים באנרגיית השמש, בלי חשמל. כך נחסך חשמל (וגם מצטמצם זיהום האוויר מתחנות הכוח).

התרמוסטט הוא מפסק הפועל לפי הטמפרטורה. כאשר המים בדוד מגיעים לטמפרטורה שנקבעה, הוא מנתק את הזרם לגוף החימום; כשהמים מתקררים מתחת לטמפרטורה זו, הוא מחבר את הזרם שוב. כך המים נשמרים בטמפרטורה הרצויה, נמנעים חימום־יתר (רתיחה, לחץ) ובזבוז חשמל.

בגלל הסעה: מים חמים מתפשטים, צפיפותם קטנה יותר והם עולים, ואילו מים קרים יורדים. לכן בדוד נוצרות שכבות – המים החמים ביותר בחלק העליון והקרים בתחתית. כשהצינור יוצא מהחלק העליון, מקבלים בברז את המים החמים ביותר (והמים הקרים שנכנסים מהרשת נכנסים בתחתית ואינם מתערבבים מיד עם החמים).

1 – מקרר ו3 – תנור אפייה. בשני המכשירים יש לשמור על טמפרטורה קבועה: במקרר התרמוסטט מפעיל ומפסיק את המדחס לפי הטמפרטורה בתא, ובתנור הוא מפעיל ומנתק את גופי החימום לפי הטמפרטורה שנבחרה.

במטען ובמאוורר אין צורך לשמור על טמפרטורה מסוימת, ולכן אין בהם תרמוסטט.

ההבחנה בין 3 ל־5 מבוססת על הסעה: המים מתחממים בצינורות, עולים, ויוצאים בחלק העליון של הקולט.

נכון. הקרינה שנבלעת מוסיפה לגוף אנרגייה, וחלקיקיו נעים מהר יותר – הטמפרטורה עולה. כך מתחמם הלוח השחור שבקולט.

נכון. משטח מבריק מחזיר את רוב הקרינה הפוגעת בו, ולכן מעט קרינה נכנסת למכונית והיא מתחממת פחות.

לא נכון. קרינת השמש עוברת דרך זכוכית שקופה – לכן חדר עם חלון סגור הפונה לשמש מתחמם (ואף מכונית סגורה בשמש), ולכן מכסים את הקולט של דוד השמש בזכוכית: הקרינה נכנסת, והחום מתקשה לצאת.

לא נכון. בין השמש לכדור הארץ יש ריק (חלל), ובריק אין הולכה ואין הסעה – אין חומר שיעביר את החום. החום מגיע בקרינה, שמתפשטת גם בריק.

הסעה. האוויר שמתחמם ליד התנור עולה (צפיפותו קטנה), ואוויר קר יורד במקומו ומתחמם בתורו – זרמי הסעה מחממים את כל החדר. בהסעה החום עובר יחד עם החומר הזורם, ולכן היא מתרחשת בגזים ובנוזלים.

הולכה. החום עובר מהתה אל דופן הכוס המוצקה, דרכה מחלקיק לחלקיק, ומשם אל היד הנוגעת בה – בלי שהחומר זז. זו הדרך העיקרית שבה עובר חום בחומרים מוצקים ובמגע ישיר.

הלוחות זהים בגודלם ובעוביים, והם בטמפרטורת החדר – ההבדל היחיד הוא החומר. הקרח נמס בעזרת החום שהלוח מעביר אליו מהחדר ומהשולחן, וקצב העברת החום תלוי בכושר הולכת החום של החומר:

- אלומיניום – מוליך חום טוב מאוד; החום זורם דרכו מהר אל הקרח → זמן קצר.

- פלדה – מתכת, אבל מוליכה חום פחות טוב בהרבה מאלומיניום → זמן בינוני.

- עץ – מבודד, מוליך חום גרוע מאוד → זמן ארוך.

טעות נפוצה: לחשוב שהלוח המתכתי "קר יותר" ולכן הקרח יימס עליו לאט – כל הלוחות באותה טמפרטורה; המתכת רק מרגישה קרה כי היא מוליכה חום מהיד מהר.

כדי שהמזון יופשר מהר, המגש צריך להעביר אליו חום מהר – מהאוויר ומהשולחן שסביבו. לכן הוא צריך להיות עשוי מחומר שמוליך חום טוב. לפי הניסוי (סעיף ג), על לוח האלומיניום הקרח נמס בזמן הקצר ביותר – אלומיניום הוא המוליך הטוב ביותר מבין השלושה. (באותו אופן מייצרים את צינורות הקולט בדוד השמש ממתכת מוליכה – נחושת.)

טעות נפוצה: לבחור בעץ כי הוא "חם" למגע – עץ מבודד, ודווקא יאט את ההפשרה.

נכון. גלי מיקרו הם חלק מהספקטרום האלקטרומגנטי – בין גלי הרדיו לאינפרה־אדום – ומתקדמים במהירות האור.

נכון. המגנטרון במיקרוגל ביתי מפיק גלים בתדירות של כ־$2{,}450$ מגה־הרץ (כ־$2.45$ ג'יגה־הרץ), כלומר כ־$2{,}450$ מיליון תנודות בשנייה.

לא נכון. גלי המיקרו נבלעים בעיקר במולקולות המים; זכוכית כמעט אינה בולעת אותם והגלים עוברים דרכה. לכן המים מתחממים, וכלי הזכוכית מתחמם בעיקר מהמזון או מהמים החמים שבו.

נכון. מולקולת מים היא דו־קוטבית; השדה החשמלי של הגל משנה את כיוונו מיליארדי פעמים בשנייה, והמולקולות מסתובבות הלוך ושוב, מתנגשות זו בזו – והאנרגייה הפנימית (הטמפרטורה) של המזון גדלה.

נקודות השיא הן הנקודות הגבוהות ביותר של הגל: $P$, $T$ ו־$X$.

נקודות השפל הן הנקודות הנמוכות ביותר: $R$ ו־$V$.

המשרעת היא המרחק מקו שיווי המשקל (הקו המקווקו) עד שיא או שפל. $Z$ נמצאת על קו שיווי המשקל בדיוק מתחת לשיא $T$, ולכן המשרעת היא המרחק האנכי בין $T$ ל־$Z$. (באופן דומה: בין השפל $R$ לנקודה $Y$ שמעליו.)

אורך הגל הוא המרחק בין שתי נקודות סמוכות שנמצאות באותו מצב תנודה:

- $V$ היא שפל, והשפל הקודם הוא $R$ – לכן אורך הגל הוא המרחק בין $R$ ל־$V$.

- $Q$ היא נקודה על קו שיווי המשקל שבה הגל יורד. הנקודה הבאה במצב זהה (על הקו, והגל יורד) היא $U$. ($S$ אינה מתאימה – שם הגל עולה, והמרחק $QS$ הוא רק חצי אורך גל.)

טעות נפוצה: לבחור את $S$ – היא על הקו, אבל במרחק חצי אורך גל בלבד מ־$Q$.

גדולים מ־. בתרשים אורך הגל קטן משמאל לימין; המיקרוגל נמצא משמאל לאינפרה־אדום, ולכן אורכי הגל שלו גדולים יותר.

קטנה מ־. כל הגלים האלקטרומגנטיים נעים באותה מהירות, ולכן ככל שאורך הגל גדול יותר – התדירות קטנה יותר. למיקרוגל אורך גל גדול מזה של אור נראה, ולכן תדירות קטנה יותר.

שווה ל־. כל הגלים האלקטרומגנטיים – מגלי רדיו ועד קרינת גמא – מתקדמים בריק באותה מהירות, מהירות האור (כ־$300{,}000$ ק"מ בשנייה).

לפי הנוסחה:

כלומר בכל שנייה הגל מבצע $4$ תנודות שלמות, וכל תנודה נמשכת רבע שנייה.

לא נכון. גלי קול הם גלים חומריים (מכניים) – תנודות של חלקיקי התווך (אוויר, מים). לכן הם אינם עוברים בריק, בניגוד לגלים אלקטרומגנטיים.

נכון. גלי רדיו, גלי מיקרו, אור, קרני X וקרינת גמא נעים כולם בריק במהירות של כ־$3\cdot 10^8\,\text{m/s}$; הם נבדלים בתדירות ובאורך הגל.

לא נכון. בספקטרום האלקטרומגנטי, לפי סדר תדירות עולה: רדיו, מיקרו, תת־אדום, אור נראה, על־סגול, רנטגן, גמא. לגלי מיקרו תדירות נמוכה בהרבה מזו של קרני X.

נכון. מתכת מחזירה גלי מיקרו. לכן דפנות תא החימום עשויות מתכת – הגלים מוחזרים בתוך התא ואינם יוצאים החוצה.

לפי הקווים המחברים כל מלבן לחלק בתרשים:

1. המלבן השמאלי העליון – הקו מגיע אל הדלת שבחזית המכשיר, לאזור המנוקד: רשת מתכת בדלת – מחזירה את גלי המיקרו אל תוך התא, ובכל זאת מאפשרת לראות את המזון.

2. המלבן הימני העליון – הקו מגיע אל הרכיב שמעל התא, המחובר אליו בתעלה קצרה: מגנטרון – הרכיב שמייצר את גלי המיקרו.

3. המלבן השמאלי התחתון – הקו מגיע אל הצלחת העגולה שעליה מונח המזון, המונחת על ציר: 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: "מאוורר" נשאר בלי שימוש (אין בתרשים חלק כזה שקו מצביע עליו).

גלי רדיו. גלי רדיו בעלי אורך גל גדול מתפשטים למרחקים גדולים ועוברים מסביב למכשולים, ולכן הם משמשים לשידורי רדיו.

על־סגול (אולטרה־סגול). לקרינה על־סגולה אנרגייה גבוהה מזו של האור הנראה, והיא פוגעת בחומר התורשתי של חיידקים ונגיפים – לכן משתמשים בה לחיטוי.

קרינת גמא. זו הקרינה בעלת התדירות והאנרגייה הגבוהות ביותר בספקטרום. היא נפלטת מגרעינים של חומרים רדיואקטיביים, חודרת עמוק לחומר, והורגת חיידקים גם בתוך אריזות סגורות.

כלומר הגל משלים מחזור אחד בכל שמינית שנייה.

נכון. $a=\frac{\Delta v}{\Delta t}$ – בכמה משתנה המהירות בכל שנייה.

לא נכון. לפי החוק הראשון של ניוטון, תנועה במהירות קבועה בקו ישר מתרחשת כשהכוח השקול אפס (הכוחות מאזנים זה את זה).

נכון. כוח שקול נגד כיוון התנועה גורם לתאוצה נגד כיוון התנועה – הגוף מאט (נבלם).

לא נכון. יחידת המהירות היא מטר לשנייה ($\text{m/s}$). $\text{m/s}^2$ היא יחידת התאוצה.

$C$. המצלמה מסמנת נקודה בכל פרק זמן קבוע ($0.1\,\text{s}$), ולכן המרחק בין שתי נקודות סמוכות הוא הדרך שעברה המכונית בפרק זמן זה. בתרשים $c$ המרחקים בין נקודות סמוכות הולכים וגדלים מהנקודה הראשונה והלאה – בכל פרק זמן שווה המכונית עברה מרחק גדול יותר, כלומר מהירותה גדלה.

$B$. בתרשים $b$ המרחקים בין כל הנקודות הסמוכות שווים – בפרקי זמן שווים המכונית עברה מרחקים שווים, ולכן מהירותה הייתה קבועה.

$A$. בתרשים $a$ המרחקים בין נקודות סמוכות הולכים וקטנים (המרווח הראשון הגדול ביותר, והאחרונים צפופים מאוד) – בכל פרק זמן שווה המכונית עברה מרחק קטן יותר, כלומר מהירותה קטנה.

$A$. משך הזמן נקבע לפי מספר המרווחים בין הנקודות (כל מרווח הוא $0.1\,\text{s}$), ולא לפי אורך הקטע שהנקודות תופסות. בתרשים $a$ יש $13$ נקודות – $12$ מרווחים ($1.2\,\text{s}$); בתרשים $b$ – $9$ נקודות, $8$ מרווחים ($0.8\,\text{s}$); בתרשים $c$ – $7$ נקודות, $6$ מרווחים ($0.6\,\text{s}$).

טעות נפוצה: לבחור ב־$C$ כי הנקודות שלו פרושות על הקטע הארוך ביותר – אורך הקטע מייצג דרך, לא זמן.

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

קביעה: למכונית.

נימוק: התאוצה היא קצב שינוי המהירות:

שני כלי הרכב מתחילים באותה מהירות ונעצרים, כלומר שינוי המהירות $\Delta v$ זהה. המכונית משנה את מהירותה בזמן קצר יותר ($4\,\text{s}$ לעומת $8\,\text{s}$), ולכן גודל התאוצה שלה גדול יותר.

בחישוב: $\Delta v=72\,\frac{\text{km}}{\text{h}}=\frac{72}{3.6}=20\,\frac{\text{m}}{\text{s}}$

נימוק – חוק ההתמדה: לפני תחילת הנסיעה הארגז במנוחה. הכוח שמאיץ את המשאית פועל על המשאית (מהכביש על הגלגלים), אבל לא על הארגז: הרצפה חלקה, ולכן היא אינה מפעילה עליו כוח אופקי משמעותי. לפי החוק הראשון של ניוטון הארגז נשאר במנוחה ביחס לכביש, בזמן שהמשאית מתחילה לנוע קדימה מתחתיו. לכן ביחס למשאית הארגז נע אחורה, עד שהוא פוגע בדופן האחורית.

טעות נפוצה: לבחור ב־3 – הכוח שהאיץ את המשאית מכוון קדימה, אבל הוא אינו פועל על הארגז כלל.

נכון. החיכוך הסטטי בין הצמיגים לכביש פועל אל מרכז הסיבוב ומשמש ככוח המרכזי.

לא נכון. הכוח הגורם לסיבוב הוא כוח מרכזי – הוא מכוון אל מרכז הסיבוב. התחושה של נוסעים שהם "נזרקים החוצה" נובעת מההתמדה שלהם, ולא מכוח המכוון החוצה.

לא נכון. במהירות שגודלה קבוע, ככל שרדיוס הסיבוב קטן יותר, המכונית משנה את כיוון תנועתה מהר יותר, ולכן דרוש לה כוח מרכזי גדול יותר. לכן בסיבובים חדים צריך להאט.

נכון. הכוח המרכזי הדרוש גדל עם המהירות. כשהחיכוך המרבי קטן, רק במהירות נמוכה יותר הוא מספיק – אחרת המכונית מחליקה החוצה מהסיבוב.

חץ $3$. הכוח הגורם לסיבוב הוא כוח מרכזי, המכוון אל מרכז המסלול – מרכז הלולאה. בנקודה $P$ (בראש הלולאה בתרשים) המרכז נמצא מתחת למכונית, וחץ $3$ מכוון לשם. (חץ $1$ מכוון לאורך המסלול – בכיוון התנועה; חץ $2$ מכוון החוצה מהלולאה.)

טעות נפוצה: לבחור בחץ $1$ – בכיוון התנועה – כאילו הכוח "מושך" את המכונית קדימה; במהירות שגודלה קבוע הכוח המרכזי ניצב לתנועה.

כיוון $III$. כשהחיכוך מתאפס, לא פועל על המכונית כוח מרכזי. לפי חוק ההתמדה היא ממשיכה לנוע בקו ישר בכיוון שבו נעה באותו רגע – בכיוון המשיק למסלול בנקודה $Q$. בתנועה בכיוון השעון, בצד השמאלי של הלולאה המכונית נעה כלפי מעלה (בתרשים) – כיוון $III$.

כיוון $II$ (ממשיך להתעקל אל מרכז הלולאה) היה מחייב כוח מרכזי, וכיוון $I$ (מתעקל החוצה) היה מחייב כוח המכוון החוצה – ואף אחד מהם אינו פועל.

טעות נפוצה: לבחור בכיוון $I$ בגלל "כוח צנטריפוגלי" – אין כוח כזה; המכונית ממשיכה ישר.

היציבות של כלי רכב נגד התהפכות תלויה בשני גורמים:

1. גובה מרכז הכובד – ככל שמרכז הכובד נמוך יותר, הרכב יציב יותר.

2. רוחב הבסיס (המרחק בין הגלגלים הימניים לשמאליים) – ככל שהבסיס רחב יותר, הרכב יציב יותר.

רכב מתהפך כאשר האנך היורד ממרכז הכובד יוצא מחוץ לבסיס (למשל בסיבוב חד או בכביש משופע הצידה). כשמרכז הכובד נמוך והבסיס רחב, צריך להטות את הרכב בזווית גדולה מאוד עד שזה יקרה.

השוואה לפי התרשים:

- ג – מכונית רחבה בלי מטען על הגג: בסיס רחב ומרכז כובד נמוך → היציבה ביותר.

- א – מכונית צרה בלי מטען: מרכז כובד נמוך, אבל בסיס צר.

- ב – מכונית רחבה עם ארגז גג כבד: בסיס רחב, אבל המטען מגביה את מרכז הכובד.

- ד – מכונית צרה עם ארגז גג כבד: בסיס צר ומרכז כובד גבוה → היציבה פחות מכולן.

(מדידה על התרשים של היחס בין חצי המרחק בין הגלגלים לגובה מרכז הכובד: ג כ־$1.5$, א כ־$1.0$, ב כ־$0.9$, ד כ־$0.6$ – יחס גדול יותר פירושו יציבות רבה יותר.)

לכן ממליצים להעמיס את הציוד הכבד בתא המטען ולא על הגג: מרכז הכובד נשאר נמוך, והמכונית יציבה יותר.