A.2 · כוחות ותנע

חומר זה מכסה נושאי SL נבחרים לקורס שנבחן לראשונה ב-2025; אינו מהווה את כל תוכנית הלימודים.

תנאי מקדימים: לקרוא את הכמויות והיחידות המצוינות, ולהשתמש באריתמטיקה ובתנאי המודל למטה.

הדוגמאות הן מקוריות ודמיוניות: הן אינן מדידות אמיתיות או חקירות תלמיד אמיתיות.

מה would explain this observation?

• נוסע ממשיך בתנועה כאשר רכב בלם. חגורת הבטיחות מספקת הכוח הנדרש לשינוי תנע של הנוסע.

בנה את המודל

• כוח תוצא גורם לתאוצה, ולא לתנועה עצמה.
• התנע הוא מכפלת המסה במהירות.
• למערכת בודדת, התנ הכולל נשמר גם כאשר האנרגיה הקינטית אינה נשמרת.
• תנע: מסה כפול מהירות.
• כוח תוצא: הסכום הווקטורי של הכוחות הפועלים על גוף.

בחר עדויות שיכולות לבחון אותו

• דחיפה שווה לשינוי בתנע.
• הגדלת זמן העצירה עבור אותו שינוי בתנע מפחיתה את הכוח הממוצע.
• זהו כוחות חיצוניים לפני יישום שימור התנע.

במעבדה: צייר דיagram כוחות חופשי המכיל רק כוחות הפועלים על הגוף הנבחר. למדידות קפיץ, הוסף משקלים בשלבים בתוך הטווח האלסטי ומדוד הארכה מהמצב ללא עומס.

עבוד מכמויות ידועות

• נתון: נוסע במסה של 60 ק"ג מאט מ10 ל0 מטר לשנייה בתוך 0.50 שניות. Δp = m(v-u) = 60(0-10) = -600 ק"ג מטר לשנייה.
• F ממוצע = Δp/Δt = -600/0.50 = -1,200 ניוטון.
• הסימן מראה שהכוח מתנגד לתנועה ההתחלתית.

תורך: עגלה במסה של 2 ק"ג נעה במהירות של 3 מטר לשנייה. מצא את התנע שלה.

בדוק את המסקנה ואת הגבולות שלה

• כוחות מאוזנים אינם דורשים מהגוף להיות במנוחה.
• מסה ומשקל הם בעלי יחידות ומשמעות שונות.

אינו נכון: לגוף הנע במהירות קבועה חייב להיות כוח תוצא שאינו אפס. לפי החוק הראשון של ניוטון, מהירות קבועה – כולל תנועה אחידה – פירוזה כוח תוצא אפס. כוחות יכולים להיות נוכחים, אך הם מאוזנים; כוח תוצא שאינו אפס ישנה את המהירות.

מפת מושגים:

• כוח תוצא גורם לתאוצה, ולא לתנועה עצמה.
• דחיפה שווה לשינוי בתנע.
• שימו לב: כוחות מאוזנים אינם דורשים מהגוף להיות במנוחה.

חשבון מתנע של 21 קילוגרם-מטר לשנייה

• A 3 kg trolley travels at 7 metres per second and stops in 0.30 s.
• מצא את התנע והכוח הממוצע. מהירות קבועה דורשת אפס כוח נטו.

כתוב שינוי בתנע של 6 קילוגרם-מטר לשנייה

• מהירות כדור בעל מסת 0.50 ק"ג משנה כיוון מ-+6 ל-−6 מטר לשנייה בתוך 0.25 שניות.
• שינוי התנע הוא 0.50 × (−12) = −6 ק"ג מ' ש⁻¹, ולכן הכוח הממוצע הוא −6 ÷ 0.25 = −24 N — הפוך תנע משנה אותו בשתיים מהערך החד-כיווני.

כתוב ממרחק עצירה מחולק של 36 מטרים

• במהירות 20 מ' ש⁻¹ הנהג מגיב למשך 0.60 שניות, ואז מפעיל בלמים למרחק של 24 מטר.
• מרחק תגובה 20 × 0.60 = 12 מ', סה"כ 12 + 24 = 36 מ' — עייפות מגדילה את האיבר הראשון, בלמים שחוקים את השני.

כתוב מסך שמור כללי

• עגלה במסה 2 ק"ג במהירות 3 מ' ש⁻¹ נצמד לעגלה רדומה במסה 1 ק"ג.
• תנע כולל 6 ק"ג מ' ש⁻¹ = 3 ק"ג × v, ולכן v = 2 מ' ש⁻¹ — הזוג חולק את התנע; המהיר אינו שומר אותו.