ניתוח תיפקודי

ניתוח תפקודי

על מנת שנוכל לייצר גלגש יעיל ושימושי, עלינו למצוא מהן הפעולות שעל חלקיו לבצע. נעשה זאת בעזרת תהליך הנדסי שנקרא: "ניתוח תפקודי" – מה מילים "יפות" כבר בתחילת הלימודים? ובכן, כדי שגלגשנו יהיה יעיל נצטרך לדאוג שהוא יעבוד "כמו שצריך". אז מה צריך?

"ניתוח תפקודי" – משמעו ניתוח הפעולות שהמערכת מבצעת ומציאת התפקידים, שממלא כל מרכיב ומרכיב שלה. לדוגמא: פקק הבקבוק של "קוקה-קולה" (כשהוא מוברג) נדרש לאטום את הבקבוק. כדי למנוע בריחת גזים ממנו (וגם בריחת משקה כאשר הבקבוק נופל).

אולם מהם מרכיבי הגלגש?

אפשר כמובן להצביע על הרכיבים השונים: בסיס, גלגלים וכדומה. אבל כל אחד מרכיבים אלו מורכב למעשה מחלקים נוספים. למעשה כבר אמרנו שמערכת היא מכלול של חלקים המורכבים יחד כדי להשיג מטרה מסוימת. לדוגמא: למערכת הגלגלים – ברגים המחזקים אותם לבסיס, צירים ומיסבים, שתפקידם לאפשר את התנועה החלקה של הגלגלים על הצירים. מערכת הברגים עצמה יכולה להיות מורכבת מחלקים שונים: מוט, דיסקיות, ואום הסוגר את הדיסקיות. בקיצור לפנינו כמות גדולה של חלקים שונים (רכיבים שונים), ומרוב חלקים כמעט ולא רואים את המערכת הבסיסית ובוודאי שנוכל להתבלבל מה התפקיד של כל חלק וחלק וכיצד הו תורם להשגת המטרות של המערכת.

מכאן שספירה של החלקים השונים (או הרכיבים השונים), אינה שיטה טובה דיה כדי למצוא את התשובה לשאלה: מהם מרכיבי הגלגש? מהי איפה השיטה הנכונה (או הטובה יותר לדעתנו)?

במקום לבדוק מאילו חלקים מורכב הגלגש נוכל לנסות לגלות אלו מערכות חלקים קיימות בו. מערכות של חלקים המשתתפות בבניית מערכת אחת גדולה יותר, נקראות "תת-מערכות".

כדי שהגלגש יהיה שימושי, כלומר, ניתן יהיה לעמוד עליו ולנסוע עליו ביציבות ממקום למקום הוא צריך למלא שנית תפקידים עיקריים.

1. להחזיק את הנוסע בצורה יציבה.

2. לאפשר תנועה בצורה חופשית.

עכשיו וודאי הצלחנו לבלבל אותך לגמרי! איך אפשר גם להחזיק אדם בצורה יציבה וגם לאפשר לו לנוע בצורה חופשית? הרי אלו שתי דרישות הסותרות זו את זו!

הגלגש צריך להיות בנוי כך, שניתן יהיה גם לעמוד עליו ביציבות, וגם להתנועע איתו בחופשיות. כאשר על מערכת למלא שני תפקידים סותרים (מנוגדים באופיים ובתכליתם), נוח לתכנן את המערכת באמצעות חלוקה לשתי תת-מערכות: כל תת-מערכת בנויה בצורה מסוימת המאפשרת לה לבצע את התפקוד הנדרש ממנה. כמובן אח"כ צריך לשבור את הראש כדי לראות איך מחברים בין תת-המערכות, אך דייה לצרה בשעתה.

משימה: ניתוח תפקודי של תת-מערכות בגלגש

קראו את תיאור הדרישות העיקריות מהגלגש, והתייעצו עם חבריכם לצוות, והחליטו אלו תפקידים צריכה למלא כל תת-מערכת. בדקו את תשובותיכם עם צוותים אחרים בכיתה.

מבוא לתלמיד

חומרי לימוד אלו נכתבו למענך, התלמיד/ה, בשפה בהירה ופשוטה. טרחנו להדגים ולהסביר כל מושג חדש, ואנחנו מקוים כי יהיה לך נעים ונוח להשתמש בחומרי לימוד אלו.

בספר נלמד עקרונות חשובים בתחומי הנדסת מכונות. את/ה, התלמיד/ה תנתח/י מערכת מכנית מוכרת ושימושית. כך, תוכל להנות ממנה ואף להעזר בה בחיי היום-יום תוך הבנת הגאונות שקיימת ברעיונות שהאדם יצר מתקופת האדם הקדמון ועד עצם היום הזה.

בין ההסברים והדוגמאות להשתמש בהם לטובת הבנה של מושגי ליבה, פזורות משימות. תפקידן לסייע לך להבין את החומר. אם תתעורר אצלך שאלה במהלך הלימוד, נסה להיעזר תחילה בחבריך ("מכל מלמדי השכלתי ממורי יותר מאשר מהורי מחברי יותר ממורי ומתלמידי יותר מכולם"). אם בכל זאת נתקלת בדבר מסובך, פנה לפורטל חומרי הלימוד ונסה לחפש את המושג שאינך מבין. אנחנו משוכנעים שתמיד תוכל לפנות למורים שלך לקבלת סיוע. חומרי הלימוד נכתבו בלשון זכר (ברוב המקרים) מטעמי נוחיות בלבד, אנחנו מאמינים בדיבור ישיר בגובה העיניים לכל התלמידות והתלמידים שלנו. והכתוב מיועד בהחלט גם לתלמידות שידועות בהצטיינות בנושאים של הנדסה.

אנחנו מאחלים לך לימוד מוצלח ומהנה.

מבוא למורה

מטרות הלימוד

1. מהתבוננות במערכת מכנית המוכרת לתלמידינו מחיי היום-יום, יכיר התלמיד מושגים, עקרונות ותהליכים במכניקה הנדסית.

2. התלמיד יתנסה בניסויים שונים המוצעים בספר, רובם ניסויים שניתן לבצע לבד בבית ובוודאי אפשר לבצע בסביבות הלימוד המגוונות שמורים יוצרים עבור תלמידים במגמות הנדסת מכונות. כך יבין התלמיד טוב יותר את המושגים והעקרונות של העולם המרתק של הנדסת מערכות.

3. התלמיד יחקור את השפעותיהם של כוחות ומומנטים על מערכת מכנית ויביא אותם בחשבון לצורך תכן הנדסי ומכני של מערכות.

4. התלמיד יכיר גם מושגים נוספים במכניקה הנדסית כמו: בחירת חומרים, שרטוט, תכן מכני, חוזק ופרקי מכונות.

רציונל

חומרי הלימוד נכתבו בספר המקורי ועודכנו בגירסה הדיגיטלית המפורסמת בפורטל חומרי הלימוד פותחים דלת לתלמיד אל עולם חדש ובלתי-מוכר. כותבי הספר האמינו, ועדיין מאמינים (וביתר שאת) כי תהליך הלימוד יצליח טוב יותר, אם הקניית התכנים תהיה דרך עולם המושגים של הלומד. לכן, ניסינו להדגים כל מושג חדש על-ידי משימות וניסויים הלקוחים מחיי היום-יום ודנים במערכות מחיי האדם. המערכת המכנית שבחרנו לקוחה מחיי התלמידים (מי לא אוהב לרכב על גלגש – Skate-Board). כך, יקל עליהם להכיר וללמוד את תכונותיה, ותוך כדי כך – להפנים את תכני הלימוד ולהטמיע את מושגי הליבה של הנדסת מכונות לתוך עולם המושגים שלהם. המערכת מכילה מרכיבים מכניים הנלמדים בתכנית הלימודים בפרקי מכונות. על הגלגש פועלים חוקים פיסיקליים הנלמדים בתכנית הלימודים של תורת החוזק ופרקי מכונות. ניצלנו מערכת הנדסית פשוטה זו כדי לקשר את המושגים משרטוט מכונות, בחירת חומרים ויישומי מחשב למקצוע המוביל – מכניקה הנדסית.

תכנים

נושאי הלימוד תואמים את תכנית הלימודים של כיתה י'

1. ניתוח תיפקודי של מערכת

2. מושגי יסוד בסטטיקה או מפיתגורס ועד ניוטון (למעשה עד ליאונרדו דה וינצי וג'יימס וואט)

3. חיכוך

4. המומנט או מה קורה כאשר מפצחים אגוז?

5. שיווי משקל או מה קורה כאשר נתנדנד בנדנדה?

6. מרכז כובד של גוף מישורי או מדוע צריך לבנות רפסודה משתי חביות?

7. החוזק או מה קורה כאשר פיל עולה על גלגש? (מתיחה, לחיצה, גזירה ומעיכה).

אנחנו מאחלים לך ולתלמידיך לימוד פורה ומהנה!

תת-מערכת הנדסית

מערכת הנדסית מורכבת מתת-מערכות, מנגנונים (מורכב מחלקים פשוטים) וחלקים פשוטים שלעיתים עומדים בפני עצמם. המערכת ההנדסית מיועדת לאפשר פעולה של כל הרכיבים הללו באופן יעיל תוך שיתוף פעולה בין רכיב לרכיב. במערכת הנדסית מתקיימים יחסי גומלי בין הרכיבים השונים. תכנן טוב מוביל למערכת יעילה שמשיגה את מטרת המתכנן ועונה על הצורך של הלקוח.

בואו נעשה היכרות

ה"סקייט-בורד" (נכנה אותו מעתה בשם: "גלגש") מוכר בוודאי לרבים מכם כאמצעי תחבורה, שעליו אנו נהנים לרכוב. הגלגש מאפשר לנו להגיע מהר למכולת, לים, לחברים ולבית הספר (אם המנהל מרשה להגיע לביה"ס עם גלגש).

כאשר אם נוסעים בגלגש, תרצו בוודאי שהנסיעה תהיה חלקה ובטוחה. השגת מטרה זו תלויה בצירוף המתאים (על התאמת חומרים לתפקידים נלמד בהמשך), של מרכיבים וחומרים למערכת אחת – היא מערכת הגלגש. בואו נתבונן במערכת הגלגש ונכיר את מרכיביה השונים ואת תפקידם:

איזה מרכיב תורם לנסיעה? איזה מרכיב מונע את התהפכותנו בזמן הנסיעה? איזה מרכיב עוזר לנו לעצור?

משימה: הכרת תפקיד המרכיב ותרומתו לנסיעה

העתיקו את הטבלה למחברת. על סמך השאלות שנזכרו לעיל, מתחו קווים בין שם המרכיב ובין התפקיד המתאים לו ביותר, לפי דעתכם.