מה שנראה במבט ראשון כצעצוע עץ פשוט, מתגלה כמעבדה פיזיקלית מתוחכמת לחקר תנודות וגלים. "המקל האינדיאני" הוא דוגמה קלאסית לאופן שבו תנועה קווית מחזורית הופכת לתנועה סיבובית, ומזמין את התלמידים לפצח את המנגנון הנסתר המניע את הפרופלור שבקצהו.
בלב הפעילות עומדת תופעת התהודה (רזוננס). כאשר אנו מעבירים מקל על פני הזיזים, אנו יוצרים סדרה של זעזועים העוברים לאורך המקל. התלמידים יגלו כי לא מדובר רק ב"רעש", אלא באנרגיה שעוברת דרך גוף העץ ומגיעה עד לציר הפרופלור. אך כאן עולה השאלה המרתקת: כיצד רטט מעלה-מטה (או ימינה-שמאלה) מצליח לגרום ללוחית להסתובב במעגל מושלם?
הסוד טמון בשילוב שבין תנודות בשני צירים ובכוח החיכוך. התלמידים יהפכו לחוקרים של התנועה וילמדו כיצד שינוי עדין במיקום האגודל או בלחץ המופעל על המקל משנה את מסלול הציר. הם יחקרו כיצד "אליפסת התנועה" של הציר היא זו שקובעת אם הפרופלור יסתובב עם כיוון השעון או נגדו – ממש כמו מערכת היגוי בלתי נראית.
בניית המקל מאפשרת למידה התנסותית (Hands-on) במיטבה. התלמידים אינם רק צופים בתופעה, אלא נדרשים לדייק את המבנה ההנדסי שלו – עומק החריצים, משקל הפרופלור וחופש התנועה בציר – כדי להבין את התנאים הדרושים להעברת אנרגיה יעילה. זוהי הזדמנות יוצאת דופן לחקור כיצד פקודות פיזיקליות פשוטות של תדירות ולחץ מתרגמות לתוצאה קינמטית מפתיעה, ולחשוף את המורכבות המסתתרת בתוך משחק עתיק יומין.
כל מורה בהתאם לכיתה יבחר ברמת התוכן המתאימה לו, בזמני הביצוע, ובאופי המשימה המסכמת
פתיחה קצרה (5דק׳) - חיבור לחומר הלימוד.
הצגת המקל האינדיאני (5-10 דק’) , הצגת “הקסם” איך אני שולט בכיוון הסיבוב. הפניה של שאלה מה לדעתם קורה פה? מה המנגנון שמסובב את הפרופלור? האם יש משהו דומה שיכול להסביר לנו מה קורה פה?
מתן הוראות בניה(5 דק’) + דף ההנחיות(דף הנחיות או ברקוד לדף אינטרנטי) הצגת הכלים והחומרים המשמשים לבנייה. כללי בטיחות וזהירות!
חלוקה לקבוצות ותחילת עבודה (30 דק׳- 45 דק׳) - במהלך העבודה הקבוצתית ניתן לעבור בין הקבוצות וללוות כל קבוצה בהתאם להתקדמותה. בנוסף, זו הזדמנות לשאול שאלות מעוררות מחשבה על תהליך הבנייה, והגורמים המשפיעים על פעולת המקל האינדיאני . נסו לא לגלות את התשובות מיד, הפנו את התלמידים לחיפוש תשובות בעזרת כלי AI.
על כל קבוצה להכין הצגה של 3 דק’ מול הכיתה בה יסבירו את מנגנון הקסם והעקרונות הפיזיקלים שגילו והבינו
סיכום (10 דק׳) - ניתן לבקש מהם לסכם במשפט דבר אחד שלמדו במהלך הפעילות. זה יכול להיות משהו טכני, פיזיקלי, וגם חברתי, רגשי, אישי וכו׳.
.בטיחות: עבודה עם כלי עבודה דורשת זהירות. יש להיעזר במבוגר בשלבי הניסור, השיוף והדפיקה ⚠️
הציוד הדרוש בכל ערכה קבוצתית:
מקל גוף: מוט עץ מרובע (דיבל) ברוחב של כ-1.5 ס"מ ובאורך של כ-35 ס"מ.
מקל שפשוף: מקל עץ דק וקצר יותר (כמו עיפרון או שיפוד עבה).
פרופלור: חתיכת עץ שטוחה וקטנה (מלבן או מדחף) עם חור במרכז (קוטר החור צריך להיות מעט גדול יותר מהמסמר/בורג).
ציר: מסמר קטן עם ראש שטוח, או בורג קטן.
כלי עבודה: שופין עץ (פצירה), נייר זכוכית, פטיש קטן או מברג.
שלב 1: הכנת הגוף
קחו את המקל הארוך ושייפו אותו היטב בנייר זכוכית למניעת שבבים.
סמנו בעיפרון את אזור החריצים: כ-6 ס"מ מהקצה, סימון כל 1.5 ס"מ (סך הכל 6-8 חריצים).
שלב 2: יצירת "מנוע הרעידות"
השתמשו בשופין (פצירה) כדי ליצור חריצים באזור שסימנתם.
דגש חשוב: החריצים לא צריכים להיות עמוקים מדי, אך עליהם להיות ברורים ובמרווחים שווים. שייפו את הפינות החדות של החריצים לתנועה חלקה.
שלב 3: הרכבת הפרופלור
השחילו את הפרופלור על המסמר או הבורג.
חברו את המסמר/בורג בזהירות רבה בדיוק במרכז הקצה של המקל המחורץ.
בדיקת איכות: ודאו שהפרופלור מסתובב בחופשיות רבה על הציר.
אחזו את המקל המחורץ ביד אחת, קרוב לקצה התחתון.
העבירו את מקל השפשוף במהירות קדימה ואחורה על גבי החריצים.
שנו את המהירות עד שהפרופלור יתחיל להסתובב.
הסוד לשליטה בכיוון:
כדי שהפרופלור יסתובב לכיוון אחד, הצמידו את האגודל לצד המקל בזמן השפשוף. כדי להפוך כיוון, שחררו את האגודל ולחצו עם האצבע המורה בצד השני. הקהל לא יבחין בהבדל!
עכשיו כשהמתקן עובד, נשתמש ב-AI כשותף למחקר כדי להבין את הפיזיקה מאחורי ה"קסם". פתחו צ'אט עם כלי AI (כמו ChatGPT, Claude או Gemini) והיעזרו בו בשלבים הבאים:
1. זיהוי הצעצוע
ניתן להתחיל בצילום או תיאור מילולי של מה שבנינו ולשאול את ה- AI:
“מה מצולם בתמונה?”
שימו לב שה-AI מזהה שבתמונה מצולם Gee-Haw Whammy Diddle (יש גם שמות נוספים נכונים)
2. השערה ופיענוח (תיאוריה)
אנחנו רואים שהשפשוף יוצר רעידות, אבל למה הרעידות גורמות לסיבוב? ולמה הלחץ באצבע משנה כיוון?
שאלה ל-AI:
"בניתי מכשיר Gee-Haw Whammy Diddle. הסבר לי פיזיקלית כיצד תנודה אנכית של המקל הופכת לתנועה סיבובית של הפרופלור, ומה תפקיד האצבע בשינוי כיוון הסיבוב?"
💡 מה נחפש בתשובה? הסבר על כך שהשילוב בין הרעידה האנכית להטיה האופקית (מהאצבע) יוצר תנועה אליפטית בקצה המקל (x(t) ו-y(t) והפרש מופע), הגורמת למומנט סיבוב.
3. תכנון ניסוי הנדסי
אנחנו רוצים למדוד את הקשר בין מהירות השפשוף למהירות הסיבוב. איך נהפוך את הצעצוע למערכת מדידה מדויקת?
שאלה ל-AI:
"אני רוצה לחקור את הגורמים המשפיעים על מהירות הסיבוב של הפרופלור. הצע לי דרך לשדרג את המתקן שבניתי כדי שאוכל למדוד משתנים בצורה מדויקת (למשל, איך לשמור על תדר עירור קבוע במקום המקל ?)."
💡 מה נחפש בתשובה? רעיונות כמו שימוש במנוע רוטט/מסורית חשמלית ליצירת תדר קבוע, או שימוש בסטרובוסקופ למדידת ה-RPM.
4. ניתוח תוצאות
נניח שמדדתם שמהירות הסיבוב משתנה כתלות במיקום האחיזה שלכם על המקל.
שאלה ל-AI:
"בניסוי שערכתי, ראיתי שככל שאני מחזיק את המקל רחוק יותר מהפרופלור, מהירות הסיבוב משתנה. איך זה קשור לגלים עומדים ולנקודות צומת (Nodes) במקל?"
💡 מה נחפש בתשובה? קישור למודל של קורה רוטטת (Cantilever) והבנה שמיקום היד משנה את תנאי השפה ואת המשרעת (Amplitude) בקצה.