מבוא

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.

📩  קישור להורדת מערך הלמידה -מקל אינדיאני

הצעה למבנה הפעילות

דגשים לבנייה וכללי בטיחות וזהירות

.בטיחות: עבודה עם כלי עבודה דורשת זהירות. יש להיעזר במבוגר בשלבי הניסור, השיוף והדפיקה ⚠️

🧰 מה בערכה?

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.

הרכבה

מפעילים את הקסם

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!

חקר וחיזוי בעזרת AI

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.