מבחן תנופה במדע וטכנולוגיה לכיתה ט' (נוסח 2025) – עם פתרונות מלאים

תשובה לדוגמה (ציון מלא): "אצל אנשים אלה האנזים סוכראז לא פועל, ולכן הסוכרוז שבעוגה לא מתפרק במעי הדק ועובר למעי הגס. במעי הגס חיידקים מפרקים את הסוכרוז, ובפירוק נוצרים גזים כמו מימן ופחמן דו־חמצני. הגזים מצטברים במעי וגורמים לתחושת נפיחות."

הסבר שלב אחר שלב (לפי פסקה 3):

1. האנזים סוכראז אינו פועל (או חסר) ← הסוכרוז אינו מתפרק במעי הדק.

2. הסוכרוז ממשיך אל המעי הגס.

3. חיידקי המעי הגס מפרקים את הסוכרוז, ואחד מתוצרי הפירוק הוא גזים.

4. הגזים תופסים נפח במעי ← נפיחות.

הנקודה החשובה: הגזים אינם נוצרים מהסוכרוז "מעצמו", אלא מפעילות החיידקים.

התשובה:

הסבר: הערך הקלורי של מזון הוא כמות האנרגייה שהגוף יכול להפיק ממנו. הגוף מפיק אנרגייה רק משלושה אבות מזון: פחמימות, שומנים וחלבונים – כולם תרכובות של פחמן.

- סוכרוז (דו־סוכר) ופרוקטוז (חד־סוכר) הם פחמימות, ולכן הם מעלים את הערך הקלורי.

- מים חיוניים לגוף, אבל הגוף אינו מפיק מהם אנרגייה.

- אשלגן הוא מינרל. מינרלים חשובים לפעולה תקינה של הגוף (למשל של שרירים ועצבים), אבל הם אינם מקור אנרגייה.

התשובה הנכונה: כי ויטמינים דרושים, בכמויות קטנות, לתפקוד תקין של תהליכים רבים בגוף, למשל של מערכת החיסון.

ויטמינים הם חומרים שהגוף צריך בכמויות קטנות מאוד, אבל בלעדיהם תהליכים חשובים בגוף אינם מתרחשים כראוי. לדוגמה, ויטמין C (שנמצא בפירות רבים) דרוש לפעילות תקינה של מערכת החיסון ולבניית רקמות חיבור. הגוף אינו מייצר את רוב הוויטמינים בעצמו, ולכן צריך לקבל אותם מהמזון. מחסור בהם גורם למחלות.

למה לא "כי ויטמינים הם מקור האנרגייה העיקרי של הגוף."? מקור האנרגייה העיקרי של הגוף הוא פחמימות (וגם שומנים). מוויטמינים הגוף אינו מפיק אנרגייה.

למה לא "כי ויטמינים הם חומר הבניין העיקרי של תאי הגוף."? חומרי הבניין העיקריים של תאי הגוף הם חלבונים. ויטמינים נחוצים בכמויות קטנות מאוד, ואינם "חומר בניין".

למה לא "כי ויטמינים מונעים תחושת רעב."? תחושת רעב קשורה בעיקר לכמות המזון ולסוגו (למשל לסיבים ולחלבונים), ולא לוויטמינים. וגם אילו היה כך, זו לא הסיבה שמחסור בוויטמינים פוגע בבריאות.

התשובה:

הסבר שלב אחר שלב:

1. גובה – הגוש נמצא בראש המגדל. לגוף שנמצא בגובה יש אנרגיית גובה (אנרגייה פוטנציאלית כובדית).

2. תנועה (קינטית) – כשהגוש יורד, הוא נע, והכבל מסובב את התוף ואת הגנרטור. אנרגיית הגובה הופכת לאנרגיית תנועה.

3. חשמלית – הגנרטור הופך את אנרגיית התנועה של התוף לאנרגייה חשמלית (זרם חשמל).

4. חום (תרמית) – בפסקה 1 כתוב שהגנרטור מתחמם. כלומר, חלק מאנרגיית התנועה הופך לחום ולא לחשמל (בגלל חיכוך וגם בגלל הזרם בסלילים). שתי האנרגיות בצד שמאל יכולות להופיע בכל סדר.

התשובה הנכונה: אלקטרונים.

זרם חשמלי במתכות (כמו בכבלי נחושת) הוא תנועה מסודרת של אלקטרונים. במתכת יש אלקטרונים חופשיים, שאינם קשורים לאטום מסוים. הגנרטור "דוחף" אותם לנוע לאורך הכבלים, וזה הזרם החשמלי.

למה לא "אטומי נחושת שבכבלים."? אטומי הנחושת נשארים במקומם במבנה המתכת – הכבל עצמו אינו זורם. רק האלקטרונים החופשיים שבו נעים.

למה לא "פרוטונים."? הפרוטונים נמצאים בגרעין האטום וקשורים אליו חזק מאוד. הם אינם זזים לאורך הכבל.

למה לא "מולקולות."? בכבל מתכת אין מולקולות שנעות לאורכו. זרם חשמלי בכבלים אינו זרימה של חומר, כמו זרימת מים בצינור.

התשובה הנכונה: בשני המגדלים תופק אותה כמות של אנרגייה.

מחשבים את אנרגיית הגובה של גוש אחד בכל מגדל (פסקה 2):

מגדל 1: $E_h = m \cdot g \cdot h = 30{,}000 \cdot 10 \cdot 120 = 36{,}000{,}000\ J$

מגדל 2: $E_h = 45{,}000 \cdot 10 \cdot 80 = 36{,}000{,}000\ J$

שתי התוצאות שוות. אנרגיית הגובה תלויה גם במסה וגם בגובה: במגדל 2 המסה גדולה פי 1.5, אבל הגובה קטן פי 1.5, ולכן המכפלה זהה. אם שני המגדלים הופכים את האנרגייה לחשמל באותה יעילות, יופק מהם אותו חשמל.

למה לא "ממגדל 1, כי בו הגוש יורד מהגובה הרב ביותר."? הגובה הוא רק אחד משני הגורמים. במגדל 1 הגוש קל יותר, ולכן אנרגיית הגובה שלו אינה גדולה יותר.

למה לא "ממגדל 2, כי בו המסה של הגוש היא הגדולה ביותר."? המסה היא רק אחד משני הגורמים. במגדל 2 הגוש יורד מגובה קטן יותר, ולכן אנרגיית הגובה שלו אינה גדולה יותר.

למה לא "אין מספיק נתונים כדי להשוות בין שני המגדלים."? יש לנו את כל הנתונים הדרושים לנוסחה: המסה של כל גוש, הגובה, והקבוע g. לכן אפשר לחשב ולהשוות.

תשובה לדוגמה (ציון מלא): "מה ההשפעה של סוג חומר הסיכה שמרוחים על הציר על העלייה בטמפרטורה של הציר (על החיכוך)?"

הסבר: שאלת מחקר טובה מנוסחת כשאלה ומקשרת בין שני המשתנים של הניסוי:

- המשתנה הבלתי תלוי – מה ששירה שינתה בכוונה: סוג חומר הסיכה (שלושה סוגים).

- המשתנה התלוי – מה שהיא מדדה: השינוי בטמפרטורה של הציר, שמעיד על גודל החיכוך.

לכן שאלת המחקר צריכה לשאול איך סוג חומר הסיכה משפיע על החיכוך או על ההתחממות של הציר. שאלה שמתחילה ב"האם" (תשובתה כן/לא) פחות טובה, כי היא אינה שואלת על אופי הקשר בין המשתנים.

התשובה: ככל שהטמפרטורה של הציר עולה יותר, החיכוך בציר גדול יותר, וחומר הסיכה פחות יעיל.

הסבר: החיכוך בין חלקים נעים הופך חלק מאנרגיית התנועה לחום. ככל שהחיכוך גדול יותר, נוצר יותר חום, והטמפרטורה של הציר עולה יותר. לכן עלייה גדולה בטמפרטורה מעידה על חיכוך גדול.

תפקידו של חומר סיכה הוא להקטין את החיכוך. אם החיכוך נשאר גדול (והציר התחמם מאוד), סימן שחומר הסיכה לא הצליח להקטין אותו היטב – כלומר הוא פחות יעיל.

תשובה לדוגמה (ציון מלא): "שירה לא השתמשה באותה כמות מכל חומר סיכה: מחומר M היא מרחה 35 גרם, ומהאחרים 25 גרם. לכן אי אפשר לדעת אם הטמפרטורה של הציר עלתה הכי מעט עם M בגלל סוג החומר או רק בגלל שמרחו ממנו יותר."

הסבר: בניסוי תקין משנים רק משתנה אחד – כאן סוג חומר הסיכה – וכל שאר הגורמים נשמרים קבועים (גורמים קבועים). לפי הטבלה, הכמות של חומר M (35 גרם) שונה מהכמות של K ושל L (25 גרם). דווקא עם M התקבלה העלייה הקטנה ביותר בטמפרטורה (6°C), אבל ייתכן שזה קרה כי מרחו ממנו כמות גדולה יותר. כיוון ששני משתנים השתנו יחד, אי אפשר לבודד את ההשפעה של סוג החומר.

תשובה לדוגמה (ציון מלא): "כדי להוביל חומרים צריך משאיות ששורפות דלק. בשריפת הדלק נפלטים לאוויר גזי חממה, כמו פחמן דו־חמצני, וגזים מזהמים. לכן למתקן שצריך להוביל אליו יותר חומרים תהיה טביעת רגל אקולוגית גדולה יותר."

הסבר: טביעת רגל אקולוגית מודדת עד כמה פעילות מסוימת מכבידה על הסביבה – כמה משאבים היא צורכת וכמה פסולת ומזהמים היא יוצרת. ההסבר צריך לכלול שני חלקים שמקושרים זה לזה:

1. הובלה דורשת שריפת דלק (או שימוש בדלק).

2. שריפת הדלק פולטת גזים – גזי חממה (CO₂) וחומרים מזהמים ורעילים.

תחנת כוח בדיזל צריכה הובלה של דלק כל הזמן, ולכן ההבדל בכמות החומרים המובלים יכול להשפיע מאוד על טביעת הרגל האקולוגית.

התשובה הנכונה: מהמים שבהם חיות האצות.

בפוטוסינתזה האצות בונות גלוקוז משני חומרי מוצא בלבד: פחמן דו־חמצני ($CO_2$) ומים ($H_2O$) (פסקה 2).

$6CO_2 + 6H_2O \rightarrow C_6H_{12}O_6 + 6O_2$

במולקולת $CO_2$ יש רק אטומי פחמן וחמצן – אין בה מימן. לכן כל 12 אטומי המימן שבגלוקוז הגיעו מהמים. האצות חיות בתוך המים וקולטות אותם ישירות מהסביבה.

למה לא "מהפחמן הדו־חמצני שבאוויר התא."? במולקולת פחמן דו־חמצני ($CO_2$) אין אטומי מימן בכלל – יש בה רק פחמן וחמצן. ממנה מגיעים אטומי הפחמן (וחלק מאטומי החמצן) של הגלוקוז.

למה לא "ממינרלים שמומסים במים."? מינרלים נחוצים לאצות לתהליכים אחרים (למשל לבניית כלורופיל), אבל הם אינם חומרי המוצא שמהם נבנה הגלוקוז.

למה לא "מאנרגיית האור של המנורות."? אור הוא אנרגייה ולא חומר, ולכן אין בו אטומים. האור מספק את האנרגייה לתהליך, אבל אינו יכול להיות מקור של אטומי מימן.

תשובה לדוגמה (ציון מלא): "מהיום ה־10 אחוז הפחמן הדו־חמצני באוויר התא ירד: ביום ה־10 הוא היה 25%, והוא ירד עד כ־1% בסוף הניסוי (ביום ה־60)."

איך קוראים את הגרף:

1. מאתרים את הקו הרציף (הכחול) של הפחמן הדו־חמצני.

2. ביום ה־10 הקו נמצא בגובה 25%.

3. מאותו יום הקו יורד: ביום ה־20 הוא בערך 19%, ביום ה־30 בערך 10%, ביום ה־40 בערך 4%.

4. ביום ה־60 הוא כמעט צמוד לציר – בערך 1%.

לכן המגמה היא ירידה. אפשר להוסיף שבימים 10–15 הירידה איטית, בין היום ה־15 ליום ה־40 היא מהירה, ובסוף היא שוב מאטה.

תשובה לדוגמה (ציון מלא): "עד היום ה־10 לא היו בתא אצות, והרכב האוויר לא השתנה. ביום ה־10 הכניסו אצות והדליקו מנורות, והאצות התחילו לבצע פוטוסינתזה. בפוטוסינתזה הן קולטות פחמן דו־חמצני מהסביבה ומשחררות חמצן, ולכן מהיום ה־10 אחוז הפחמן הדו־חמצני בתא יורד ואחוז החמצן עולה."

הסבר: כדי להסביר קשר בין שני דברים, צריך לחבר בין המידע בקטע לבין הנתונים בגרף:

1. מהקטע (פסקה 4): האצות נוספו ביום ה־10, יחד עם תאורה – מאותו יום התחילה בתא פוטוסינתזה.

2. מהקטע (פסקה 2): בפוטוסינתזה נקלט פחמן דו־חמצני ומשתחרר חמצן.

3. מהגרף: עד היום ה־10 שני הקווים ישרים (אין שינוי), ובדיוק מהיום ה־10 הפחמן הדו־חמצני מתחיל לרדת והחמצן מתחיל לעלות. כשהאצות מתרבות, יש יותר פוטוסינתזה, והשינוי מהיר יותר.

התשובה הנכונה: ביום ה־12 כמעט לא היה חמצן בתא, ולכן תאי החלזונות לא יכלו להפיק אנרגייה ביעילות.

לפי הגרף, ביום ה־12 אחוז החמצן באוויר התא היה כמעט 0%, וביום ה־55 הוא היה בערך 23%.

חלזונות, כמו בעלי חיים אחרים, מפיקים אנרגייה בתהליך הנשימה התאית, שבו הגלוקוז מגיב עם חמצן ומשחרר אנרגייה. בלי חמצן התאים כמעט אינם יכולים להפיק אנרגייה, ולכן החלזונות כמעט לא זזו. ביום ה־55 כבר היה בתא הרבה חמצן שהאצות שחררו, והחלזונות יכלו לנשום ולהיות פעילים.

למה לא "ביום ה־12 היו בתא מעט אצות, ולכן לא היה לחלזונות מספיק מזון."? החלזונות היו בתא זמן קצר מאוד לפני שהוצאו. מחסור במזון אינו גורם לבעל חיים להפסיק לזוז מיד. בנוסף, הגרף מראה הבדל גדול באחוז החמצן, שהוא ההסבר המתאים לנתונים.

למה לא "ביום ה־12 אחוז הפחמן הדו־חמצני בתא היה נמוך מכדי שהחלזונות יוכלו לנשום."? בעלי חיים אינם צריכים פחמן דו־חמצני כדי לנשום – בנשימה הם קולטים חמצן ופולטים פחמן דו־חמצני. וחוץ מזה, ביום ה־12 אחוז הפחמן הדו־חמצני היה דווקא גבוה מאוד (כמעט 25%), ולא נמוך.

למה לא "ביום ה־12 רק אצות יכלו לחיות בתא, כי הן מבצעות פוטוסינתזה במקום נשימה."? גם אצות (וגם צמחים) מבצעות נשימה תאית כל הזמן, נוסף על הפוטוסינתזה. הפוטוסינתזה אינה "מחליפה" את הנשימה. וחלזונות יכלו לחיות בתא כשהיה בו מספיק חמצן – כמו ביום ה־55.

התשובה הנכונה: כי באדמה כזו, לחיידקים שמפיקים אנרגייה מסטירן יש מקור מזון שאין לחיידקים אחרים, ולכן הם מתרבים.

באדמה שיש בה הרבה פוליסטירן משתחרר סטירן (פסקה 2). חיידקים שמסוגלים להפיק אנרגייה מסטירן נהנים שם ממקור מזון נוסף, שחיידקים אחרים אינם יכולים להשתמש בו. לכן יש להם יתרון: הם מתרבים יותר, וכמותם באדמה גדלה. באדמה בלי פוליסטירן אין להם יתרון כזה, והם נדירים יותר – ולכן קשה יותר למצוא אותם.

למה לא "כי באדמה כזו החיידקים צריכים לפרק את הסטירן לחומרים שאינם מזיקים."? חיידקים אינם "צריכים" או "מתכוונים" לנקות את הסביבה. הם מפרקים סטירן רק כי הם מפיקים ממנו אנרגייה – זו טעות נפוצה לייחס ליצורים חיים מטרה.

למה לא "כי באדמה כזו יכולים לחיות רק חיידקים שמפיקים אנרגייה מסטירן."? באדמה כזו יכולים לחיות גם חיידקים רבים אחרים, שניזונים מחומרים אחרים שבאדמה. ההשערה אינה שרק הם יחיו שם, אלא שיהיו שם יותר מהם.

למה לא "כי באדמה כזו הסיכוי למצוא מינים רבים של חיידקים גבוה מאוד."? ההשערה עוסקת בחיידקים שמשתמשים בסטירן, ולא במספר המינים הכולל באדמה. אין סיבה לחשוב שבאדמה מזוהמת בפלסטיק יש יותר מינים של חיידקים.

התשובה: ביום ה־3 מתחילת הניסוי הגיעה כמות החיידקים ל־16 יחידות יחסיות, וריכוז הסטירן ביום זה היה 0.8 מילימולר.

שלב 1 – בגרף של כמות החיידקים (מימין): מוצאים על הציר האנכי את הערך 16, ממשיכים ימינה עד הקו, ויורדים לציר הזמן ← יום 3.

שלב 2 – בגרף של ריכוז הסטירן (משמאל): מוצאים על ציר הזמן את יום 3, עולים עד הקו, וקוראים את הערך בציר האנכי ← 0.8 מילימולר.

שימו לב: צריך להשתמש בשני הגרפים – היום נמצא בגרף אחד, והריכוז באותו יום נמצא בגרף השני.

תשובה לדוגמה (ציון מלא): "אני משער שכמות החיידקים לא תמשיך לגדול. לפי הגרף, ביום ה־8 ריכוז הסטירן ירד ל־0, כלומר החיידקים פירקו את כל הסטירן. מכיוון שהסטירן הוא מקור האנרגייה שלהם, לא יהיה להם ממה להפיק אנרגייה כדי להתרבות."

הסבר: משלבים את המידע משני הגרפים:

- גרף הריכוז: הסטירן ירד מ־2.0 מילימולר ל־0 ביום ה־8 – מקור המזון נגמר.

- גרף הכמות: כבר מהיום ה־5 הגידול בכמות החיידקים מאט מאוד (22 ← 23 ← 23.5 ← 24), כשנשאר מעט סטירן.

מכאן שהגידול תלוי בסטירן, וכשהוא ייגמר הכמות תפסיק לגדול (ואף עשויה לרדת).

התשובה הנכונה: חיידקי רודוקוקוס מתרבים רק כשיש בתמיסה מקור מזון כמו סטירן.

בניסוי עם בקרה משווים בין שתי מבחנות שההבדל היחיד ביניהן הוא המשתנה הנבדק – כאן נוכחות הסטירן.

•במבחנה עם סטירן: כמות החיידקים גדלה מ־2 ל־24 יחידות.

•במבחנת הבקרה בלי סטירן: הכמות כמעט לא השתנתה.

מכאן שהסטירן הוא שאפשר לחיידקים להתרבות – הם משתמשים בו כמקור מזון. מבחנת הבקרה מחזקת את המסקנה שהחיידקים מתרבים רק כשיש להם מקור מזון כמו סטירן.

למה לא "הסטירן מתפרק גם כשאין במבחנה חיידקי רודוקוקוס."? במבחנת הבקרה לא היה סטירן בכלל, ולכן היא לא יכולה לומר לנו שום דבר על פירוק סטירן בלי חיידקים. כדי לבדוק זאת היה צריך מבחנה עם סטירן ובלי חיידקים.

למה לא "המדידה של כמות החיידקים ושל ריכוז הסטירן הייתה מדויקת."? מבחנת בקרה אינה בודקת את הדיוק של מכשירי המדידה. דיוק המדידה נבדק בדרכים אחרות, למשל בחזרות על המדידה.

למה לא "כמות חיידקי הרודוקוקוס גדלה גם כשאין להם מקור מזון."? זה הפוך מהתוצאה: במבחנת הבקרה, שבה לא היה מקור מזון, כמות החיידקים לא גדלה.

תשובה לדוגמה (ציון מלא): "כדי שהקוראים ידעו שאף חברה שיש לה אינטרס כלכלי לא השפיעה על המחקר. אילו חברה כזו הייתה מממנת את המחקר, היא הייתה עלולה ללחוץ על החוקרים להציג תוצאות שמועילות לה, ואז היה קשה לסמוך על התוצאות."

הסבר: מחקר מדעי צריך להיות אמין ושקוף. אם לחוקרים יש קשר כלכלי לחברה שיכולה להרוויח מתוצאה מסוימת ("ניגוד עניינים"), יש חשש שהם יטו את הניסוי או את הדיווח – גם בלי כוונה. למשל, חברה שמוכרת שיטה לפירוק פלסטיק עשויה להרוויח אם יתפרסם שחיידקים מפרקים סטירן היטב, וחברה שמייצרת קלקר עשויה להרוויח אם יתפרסם שהבעיה "נפתרה". ההצהרה מאפשרת לקוראים לסמוך על כך שהתוצאות משקפות את מה שקרה בניסוי באמת.