כוח הכובד, משקל ומסה

The Difference Between Mass and Weight

למחשבה נוספת:

מה שוקל יותר קילו ברזל או קילו נוצות? מאת עדי ארמני, מדע גדול בקטנה

בדף סיבתיות לתנועה התייחסנו לכוחות היסודיים בטבע כגון כוח הכבידה, ולכוחות הנגזרים מתוך הכוחות הייסודים כגון המתיחות.

מי שעדיין לא עבר על הפעיליות הבאות מוזמן לעבור עליהן עכשיו: תרגילית- כוח כבידה ומשקל

כוח הכובד הוא הכוח הבסיסי שפועל בין כל שני גופים בעלי מסה. כוח הכובד הוא הכוח שפועל על גוף שיש לו מסה. ככל שמסת הגוף יותר גדולה כך כוח הכובד שיפעל עליו בגלל מסה אחרת יגדל.

בדף חוקי ניוטון למדנו על החוק השני של ניוטון, שקובע שהתאוצה של גוף פרופורציונלית לכוח השקול הפועל עליו ומכוונת בכיוון הכוח, כאשר מסת הגוף היא קבוע הפרופורציה. מי שעדיין לא היה בדף זה מומלץ לו לעשות את תרגילית- החוק השני של ניוטון - הבנה

מסה היא תכונה פנימית של הגוף, ואינה תלוי במיקום של הגוף.

בחיי היומיום אנו משתמשים לעיתים במונח "משקל", ניתן להתייחס למונח זה בהגדרה האופרטיבית שלו או בהגדרה הפיזיקלית שלו.

עבור גופים קטנים הנמצאים בקרבת כדור הארץ, הביטוי המתמטי המקשר בין גודל כוח הכובד למסת הגוף נתון בביטוי המתמטי :

FG=mg

תרגול:

תרגילית הקשר בין מסה וכוח הכובד

An Introductory Tension Force Problem

מתיחות

בדף סיבתיות לתנועה התייחסנו לכוחות היסודיים בטבע כגון כוח הכבידה, ולכוחות הנגזרים מתוך הכוחות הייסודים כגון המתיחות. מי שעדיין לא עבר על הפעיליות הבאות מוזמן לעבור עליהן עכשיו:תרגילית - מתיחות.

כוח המתיחות הוא הכוח הפועל בתוך חוט, כבל, חבל או כל גוף גמיש אחר כאשר הוא נמתח. כוח זה פועל לאורך הגוף המתוח ובכיוון הפוך לכיוון המשיכה או המתיחה. חשוב להבין שכוח המתיחות אינו כוח יסודי בפיזיקה, אלא הוא תוצאה של כוח חשמלי הפועל בין האטומים והמולקולות המרכיבים את החוט או הכבל. כאשר אנו מותחים חוט, אנו למעשה מגדילים את המרחק בין המולקולות המרכיבות אותו. המולקולות הללו קשורות זו לזו על ידי קשרים כימיים, שהם תוצאה של כוחות חשמליים בין האלקטרונים והגרעינים של האטומים. כאשר אנו מותחים את החוט, אנו מנסים להגדיל את המרחק בין המולקולות, וכתוצאה מכך הכוחות החשמליים בין המולקולות מתנגדים למתיחה ויוצרים כוח שמנסה להחזיר את המולקולות למקומן המקורי. כוח זה, הפועל לאורך החוט ומתנגד למתיחה, הוא מה שאנו מכנים כוח מתיחות. במילים אחרות, כאשר מותחים חבל, האטומים והמולקולות בתוך החבל "נלחמים" אחד בשני כדי לשמור על המבנה שלהם. המאבק הזה, שהוא למעשה כוח חשמלי הפועל בין חלקיקים טעונים, הוא המתיחות שאנו חשים.

בעמוד זה נתמקד בתרגילים בהם פועלים כוחות משקל ומתיחות בלבד. נבחן מצבים של שיווי משקל ומצבים בהם יש תאוצה. נלמד כיצד לנתח מערכות של גוף בודד ומערכות של מספר גופים.

ננתח מצבים שונים:

שיווי משקל: מצב שבו הגוף נמצא במנוחה או נע במהירות קבועה. במצב זה, סכום כל הכוחות הפועלים על הגוף שווה לאפס.

תאוצה: מצב שבו הגוף משנה את מהירותו. במצב זה, סכום כל הכוחות הפועלים על הגוף שונה מאפס.

נסכם:

כדי לענות על שאלה שמתבססת על חוקי ניוטון, עלינו:

לזהות את הגופים: להבין אילו גופים מעורבים בבעיה.

לשרטט תרשים כוחות: לצייר תרשים המראה את כל הכוחות הפועלים על כל גוף.

לבחור מערכת צירים: לבחור מערכת צירים מתאימה לניתוח הבעיה.

לכתוב את חוקי ניוטון: לכתוב את חוקי ניוטון המתאימים לכל גוף.

לפתור את המשוואות: לפתור את המשוואות המתמטיות שנוצרו, כדי למצוא את הנעלמים.

לבדוק את התוצאה: לבדוק האם התוצאה שהתקבלה הגיונית ועקבית עם הנתונים שבשאלה.

לפניכם מספר מצגות המתארות פתרון של תרגילים, נסו להיעזר בהם להבנת אופן פתרון של תרגילים:

קישור למצגת עם פתרון מודרך ומוסבר ל 6 בעיות ברמות שונות( מנמוך ועד גבוה מאוד)

קישור למצגת עם שני תרגילים המתארים גוף התלוי בעזרת שני חבלים (רמת בסיס)

קישור למצגת תרגיל שתי מסות קשורות לחבל המונח על גלגלת נייחת ושילוב קינמטיקה

חידה : מתמטיקאי ופיסקאי שמשקלם זהה, יושבים באותו גובה על שני קצוות חבל שעובר על גלגלת. הם מחליטים לבצע תחרות. ינצח זה שיגיע ראשון לגלגת מעלה (גלו מי ינצח)

תרגילים המשלבים את כוח הכבידה ומתיחות

-תרגילית גוף תלוי במנוחה על חבל חסר מסה

-תרגילית גוף תלוי במנוחה על חבל שמסתו אינה זניחה

-תרגילית גוף תלוי על חבל

-תרגילית גוף תלוי בתוך מכונית מואצת (בגרות קיץ תשס"ו 2006)

-תרגילית גוף תלוי במערכת המשלבת מספר חבלים

-תרגילית שני גופים קשורים ביניהם ע"י חבל המונח על גלגלת נייחת

-תרגילית שני גופים קשורים נעים בתאוצה במעלית (בגרות קיץ תשס"ז)

בחן את עצמך: דף עבודה בנושא משקל ומתיחות ( פתרון)

חייבים להמשיך לתרגל: דף עבודה נוסף בנושא משקל ומתיחות (פתרון)

שאלון אינטראטיבי מודרך בצפיה בסרטון: מעשה בכדור ושני כדורים - פותח ע"י פרופ' שולמית קפון (טכניון)

גלגלת צפה

במערכת המורכבת ממספר גלגלות ,יש לשים לב האם הגלגלת נייחת או יש לה אפשרות לניידות. במקרה זה יש צורך להבין שהתאוצה המתקבלת במערכת קשורה ליחס הגיאומטרי הקיים במערכת , על כך במצגת גלגלת צפה

בחן את עצמך: דף עבודה בנושא גלגלת צפה (פתרון)