פתיחה מלכודת חשיבה
49 שנים בחלל, בלי דלק. מי דוחף את וויאג'ר?
- שוגרה
- 1977
- מהירות
- 17 km/s
- מרחק מכדור הארץ
- ≈ 1 light-day
- הדרך שעברה מאז שפתחתם את השקופית
- 0 km
בחרו תשובה ורשמו אותה. נחזור לשאלה בסוף השיעור.
4 דקות · מיסקונספציה: "כדי לנוע צריך כוח שדוחף כל הזמן"
- הצבעה בהרמת ידיים. רשמו על הלוח כמה בחרו כל תשובה. לא חושפים עכשיו. בשקופית 7 מצביעים שוב ומשווים.
- וויאג'ר 1 מגיעה בימים אלה ממש (נובמבר 2026) למרחק של יום-אור אחד מכדור הארץ: כ-26 מיליארד ק"מ. חיבור ישיר לשיעור הקודם.
- המנועים הקטנים שלה רק מסובבים אותה כדי שהאנטנה תפנה אלינו. הם לא מקדמים אותה.
- 17 ק"מ לשנייה: מתל אביב לירושלים בפחות מ-4 שניות.
סיכום: מרחקים בחלל
מהכיתה עד קצה היקום ב-14 תחנות
מקטינים את מערכת השמש (עד נפטון) לגודל של מטבע שקל. באותו קנה מידה, מה הגודל של שביל החלב?
- במטרים / בק"מ
- ביחידות אסטרונומיות
- בשנות אור
- האור עובר את זה ב…
- פי כמה מהתחנה הקודמת?
8 דקות · סדרי גודל ובחירת יחידה
- קודם מצביעים על שאלת המטבע. חישוב: מערכת השמש עד נפטון רחבה כ-60 AU. שביל החלב רחב כ-100,000 שנות אור, כלומר יותר מ-6 מיליארד AU. היחס הוא כ-100 מיליון. 18 מ"מ כפול 100 מיליון = כ-1,900 ק"מ.
- עוברים תחנה אחרי תחנה. המסגרת המוזהבת מסמנת את היחידה שבה המספר "נוח" לקריאה. שאלו לפני כל מעבר אזור: "באיזו יחידה נמדוד עכשיו?"
- שימו לב לעמודה "פי כמה מהתחנה הקודמת". הקפיצה הגדולה: מוויאג'ר לשנת אור (פי 365), ומהכוכב הקרוב לגלקסיה.
- קצה היקום הנצפה: האור הקדום ביותר נסע 13.8 מיליארד שנה, אבל היקום התפשט בינתיים, ולכן המקום שממנו יצא נמצא היום במרחק של כ-46 מיליארד שנות אור. מספיק לומר "היקום מתפשט" ולהמשיך.
תרגול מהיר
לכל מרחק יש סרגל שמתאים לו
באיזו יחידה הכי נוח למדוד?
גשרים בין היחידות
1 AU = 150,000,000 km
המרחק הממוצע מכדור הארץ לשמש. האור עובר אותו ב-8.3 דקות.
1 ly ≈ 9,500,000,000,000 km
שנת אור: המרחק שהאור עובר בשנה. כ-9.5 טריליון ק"מ.
1 ly ≈ 63,000 AU
בשנת אור אחת נכנסות כ-63,000 יחידות אסטרונומיות.
5 דקות · בחירת יחידה
- משחק כיתתי מהיר: כולם עונים בקול (או באצבעות: 1, 2, 3, 4), ואז לוחצים.
- השאלה על אורך החיים של השמש היא מלכודת מכוונת: "שנה" היא זמן, "שנת אור" היא מרחק.
- הרעיון המרכזי: בוחרים יחידה כך שהמספר יוצא "אנושי", בערך בין 1 ל-1,000. זה מה שעושים גם ביום-יום: לא מודדים את המרחק לאילת בסנטימטרים.
שאלה חדשה: למה? מלכודת חשיבה
עד עכשיו שאלנו כמה רחוק וכמה זמן. עכשיו שואלים למה
כבידת השמש נעלמת ברגע זה. מה יעשה כדור הארץ?
חץ כחול: המהירות של כדור הארץ. כ-30 ק"מ בשנייה.
חץ זהוב: הכוח שהשמש מפעילה על כדור הארץ.
6 דקות · מקינמטיקה לדינמיקה
- קודם מצביעים, ורק אז מכבים. כבו כמה פעמים, בנקודות שונות במסלול: הכיוון של הקו הישר תמיד משיק למעגל, בכיוון החץ הכחול באותו רגע.
- שאלת המפתח: "מה החץ הזהוב עושה למהירות?" הוא לא מגדיל אותה ולא מקטין אותה. הוא מסובב אותה.
- חיבור לשיעור 1 ("למה כוכבי הלכת לא עפים לחלל?") ולשיעור 3: גם ה"חדשות" על היעלמות הכבידה היו מגיעות אלינו רק אחרי 8 דקות.
- מילים חדשות, רק אם מתאים לכיתה: קינמטיקה מתארת איך גוף נע. דינמיקה מסבירה למה.
ניסוי מחשבתי מלכודת חשיבה
הכדור של גלילאו: מה קורה בלי חיכוך?
אריסטו, לפני כ-2,300 שנה"כדי שגוף ינוע, משהו חייב לדחוף אותו כל הזמן. מפסיקים לדחוף, והוא נעצר."
גלילאו, לפני כ-400 שנה"ואולי הוא נעצר רק מפני שמשהו עוצר אותו?"
- גובה ההתחלה
- 1.00 m
- הגובה שאליו הכדור הגיע
- ?
- הדרך שעבר על המדרון הימני
- ?
מיישרים את המדרון הימני לגמרי (שיפוע 0), ואין חיכוך. מה יעשה הכדור?
8 דקות · ההתמדה: הרעיון של גלילאו
- סדר מומלץ, בלי חיכוך: 45°, 30°, 20°, 10°. לפני כל שחרור שאלו: "לאיזה גובה יגיע? איזו דרך יעבור?" הסימנים הכחולים נשארים, ורואים את הדפוס.
- התגלית: הכדור תמיד "מחפש" את גובה ההתחלה (הקו המקווקו). ככל שהמדרון מתון יותר, הוא צריך לעבור דרך ארוכה יותר כדי להגיע לשם.
- עכשיו שאלת ההצבעה, ורק אחריה שיפוע 0. אם המדרון ישר, הכדור אף פעם לא יגיע לגובה ההתחלה, ולכן אף פעם לא ייעצר.
- הדליקו חיכוך וחזרו על שיפוע 0: זה העולם שאריסטו ראה. הוא לא טעה בתצפית. הוא לא ידע שיש כוח נסתר שעוצר.
- שווה לומר במפורש: גלילאו לא יכול היה לבטל את החיכוך. הוא עשה את הניסוי בראש. ניסוי מחשבתי הוא כלי עבודה אמיתי של פיזיקאים.
מה כוח עושה מלכודת חשיבה
כוח לא רואים. רואים רק מה שהוא משנה
דיסקית מחליקה ימינה על קרח חלק לגמרי. נותנים לה דחיפה קצרה אחת כלפי מעלה. לאן היא תנוע?
- מהירות (ביחידות של דחיפה)
- 0.0
- מספר הדחיפות
- 0
- דחפו ימינה, ואז עצרו את הדיסקית. כמה דחיפות צריך, ולאיזה כיוון?
- הדיסקית נעה ימינה. גרמו לה לנוע ישר למעלה.
- אתגר: גרמו לה לנוע במעגל. לאן צריך לדחוף כל הזמן?
6 דקות · כוח משנה מהירות וכיוון
- הזמינו תלמידים ללוח. בין דחיפה לדחיפה החץ הכחול (המהירות) לא משתנה בכלל. החץ הזהוב (הכוח) מופיע רק לרגע.
- משימה 1: דחיפה אחת הפוכה, באותו גודל. כוח יכול גם להאט.
- משימה 2: צריך שתי דחיפות, למעלה ושמאלה. דחיפה למעלה לא "מחליפה" את התנועה הקודמת, היא מתווספת אליה.
- משימה 3: דוחפים כל הזמן לכיוון מרכז המעגל. זה בדיוק מה שהכבידה של השמש עושה לכדור הארץ (שקופית 4).
- לסיכום על הלוח: כוח יכול להאיץ, להאט, לשנות כיוון (וגם לשנות צורה, כמו בפלסטלינה). בלי כוח, שום דבר מאלה לא קורה.
סוגרים מעגל
אז מי דוחף את וויאג'ר?
הצבעה שנייה. האם שיניתם את דעתכם?
חוק ההתמדה (החוק הראשון של ניוטון): גוף שלא פועל עליו כוח ממשיך לנוע בקו ישר ובמהירות קבועה. ואם הוא נח, הוא ממשיך לנוח.
לא צריך כוח כדי לנוע. צריך כוח כדי לשנות את התנועה.
ועכשיו חידה לשיעור הבא: הירח לא נע בקו ישר. משהו מעקם את המסלול שלו כל הזמן, בלי לגעת בו. איך אפשר להפעיל כוח על משהו בלי לגעת?
3 דקות · חוק ההתמדה
- השוו להצבעה הראשונה שעל הלוח. כמה שינו את דעתם? בקשו ממי ששינה להסביר מה שכנע אותו.
- "הדחיפה שמורה בה ונגמרת" היא התשובה הנפוצה ביותר, וגם הרעיון ששלט במדע כמעט 2,000 שנה. אין "מלאי של דחיפה". גוף פשוט ממשיך.
- דיוק למתעניינים: כבידת השמש עדיין מושכת את וויאג'ר מעט לאחור ומאטה אותה במעט מאוד, אבל היא מהירה מספיק כדי לא לחזור לעולם.
- החידה על הירח מובילה לשיעור הבא: כוחות מגע וכוחות מרחק.
בדיקת הבנה
כרטיס יציאה
4 דקות · כרטיס יציאה
- אפשר להקרין ולבקש מהתלמידים לרשום תשובות על פתק, ואז לחשוף יחד.
- שאלות 2 ו-3 בודקות את המיסקונספציה המרכזית. אם יותר מרבע מהכיתה טועים בהן, פתחו את השיעור הבא בשקופית של גלילאו.
שיעור אסינכרוני 4
מבוא לאינטראקציה: כוחות מגע וכוחות מרחק
בשיעור האסינכרוני:
- פותחים את דף העבודה "מבוא לאינטראקציה" (כ-45 דקות)
- משחקים שוב בהוקי בחלל, והפעם לבד
- צופים בסרטון "כוחות" בבריינפופ ומשלימים את התשבץ
- מזהים כוחות, וממיינים: מגע או מרחק?
amat-interaction-async4.pages.dev
הציון נשמר רק בסוף, כשמורידים את קובץ הסיכום. אל תרעננו את הדף באמצע.
תוך כדי צפייה, חפשו תשובות:
- מה ההבדל בין כוח מגע לכוח שפועל ממרחק? דוגמה לכל אחד.
- אילו כוחות פועלים עליכם ברגע זה, כשאתם יושבים על הכיסא?
- איזה כוח מעקם את המסלול של הירח?
1 דקה · סגירה
- לשיעור הפרונטלי הבא נדרשים מגנטים, בלונים, חוט ובד צמר. אפשר לבקש מכל זוג להביא בלון.