כוחות, חוקי ניוטון ומומנטים
הוצג| English | משמעות |
|---|---|
| force/fɔːs/ | כוח |
| friction/ˈfrɪkʃn/ | חיכוך |
| extension/ekˈstenʃn/ | התארכות |
| limit of proportionality/ˈlɪmɪt ɒv prəˌpɔːʃəˈnælɪti/ | גבול פרופורציונליות |
| spring constant/sprɪŋ ˈkɒnstənt/ | קבוע קפיץ |
| resultant force/rɪˈzʌltənt fɔːs/ | כוח תוצא |
| drag/dræɡ/ | התנגדות |
| moment/ˈməʊmənt/ | מומנט |
| pivot/ˈpɪvət/ | ציר סיבוב |
| equilibrium/ˌiːkwɪˈlɪbrɪəm/ | איזון |
| centre of gravity/ˈsentə ɒv ˈɡrævɪti/ | מרכז כבידה |
דחיפה ומשיכה
- כוח הוא דחיפה או משיכה.
- כוח יכול לשנות את הצורה, את המהירות או את הכיוון של גוף.
- שיעור זה מכסה מתיחה, חוקי ניוטון, חיכוך, אפקטי סיבוב ואיזון.
מתיחה: חוק הוק
- תלו משקל על קפיץ והוא יתיחה. ההתארכות היא ה-התמתחות.
- בגרף משקל–התמתחות הקו ישר בהתחלה: ההתמתחות פרופורציונלית למשקל.
- הנקודה שבה הקו不再 ישר היא גבול הפרופורציונליות.
- קבוע הקפיץ הוא הכוח ליחידת התמתחות:
- ערך גדול ל-$k$ מעיד על קפיץ קשיח.
כוחות וחוקי ניוטון
F = ma (תוצאתית)
הכוח התוצאתי קובע את התאוצה; כוחות מאוזנים ⇒ אין תאוצה.
כוח של $8.0\ \text{N}$ מתיח קפיץ ב-$0.040\ \text{m}$ (בתוך הגבול הפרופורציונלי). מהו קביעת הקפיץ, ב-N/m?
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
$k = \dfrac{F}{x} = \dfrac{8.0}{0.040} = 200\ \text{N/m}$.
כוח resultant וחוקי ניוטון
- סכמו כוחות לאורך קו כדי לקבל את הכוח ה resultant (דרך אחת חיובית, השנייה שלילית).
- אם הכוח ה resultant הוא אפס: הגוף נשאר במנוחה, או ממשיך לנוע במהירות קבועה (חוק ניוטון הראשון).
- אם הכוח ה resultant הוא לא אפס: הגוף מאיץ בכיוון הכוח:
- כל כוח מגיע בזוג: אם A דוחף את B, אז B דוחף בחזרה את A בכוח שווה ונגדי (חוק ניוטון השלישי).
הכוח השקול על רכב הנע הוא אפס. מה עושה הרכב?
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
חוק ראשון של ניוטון: עם כוח שקול אפס, גוף ממשיך לנוע במהירות קבועה (או נשאר במנוחה).
כוח שקול של $6.0\ \text{N}$ פועל על עגלה משקלה $2.0\ \text{kg}$. מהי התאוצה שלה, ב-m/s²?
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
$F = ma$, ולכן $a = \dfrac{F}{m} = \dfrac{6.0}{2.0} = 3.0\ \text{m/s}^2$.
חיכוך
- חיכוך הוא הכוח בין שתי פני משטח המגע.
- היא תמיד פועלת נגד הכיוון, וגורמת למשטחים להתחמם.
- התנגדות אוויר (חיכוך בנוזל או בגז, כגון התנגדות אוויר) מאטה חפצים באותו אופן.
ארבע הכוחות המופעלים על קופסה הנדחפת לאורך הקרקע
מומנטים — ההשפעה המסובבת
- ה-מומנט של כוח הוא השפעתו המסובבת סביב ציר סיבוב:
- היחידה היא ניוטון-מטר (N m).
- עקרון המומנטים: כאשר גוף מאוזן, הסכום המומנטים בשעון = הסכום המומנטים נגד כיוון השעון.
- לגוף יש איזון כאשר אין כוח נטו וגם אין מומנט נטו.
ברגית דוחפים בכוח של $20\ \text{N}$ במרחק מאונך של $0.50\ \text{m}$ מהבורג. מהו המומנט, ב-N m?
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
מומנט = כוח × מרחק מאונך = $20 \times 0.50 = 10\ \text{N m}$.
מגש מאוזן. בצד שמאל, משקולת של $30\ \text{N}$ יושבת על מרחק של $0.20\ \text{m}$ מהציר. בצד ימין, משקולת יושבת על מרחק של $0.60\ \text{m}$ מהציר. מה המשקולת בצד ימין, בניוטון?
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
מאוזן ⇒ מומנט שעון = מומנט נגד כיוון שעון: $30 \times 0.20 = F \times 0.60$, לכן $F = \dfrac{6.0}{0.60} = 10\ \text{N}$.
התאם כל רעיון לתיאור המתאים לו.
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
כל פריט מקשר את המונח למשמעותו הנכונה.
מרכז כובד ויציבות
- מרכז הכובד הוא נקודה יחידה שבה כל המשקל נראה כאילו פועל עליה.
- לגוף יש יותר יציבות כאשר מרכז הכובד שלו הוא נמוך והבסיס שלו רחב.
- הגוף מתהפך כאשר מרכז הכובד עובר מחוץ לבסיס.
איזה גוף הוא היציב ביותר (הכי קשה להפיל)?
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
מרכז כובד נמוך ובסיס רחב הופכים את הגוף ליציב. צורות גבוהות וצרות מתהפכות בקלות.
הבנתך מושלמת
- קבוע קפיץ $k = \dfrac{F}{x}$, ישר עד לגבול הפרופורציונליות
- נטו אפס → מהירות קבועה; כוח נטו $F = ma$
- מומנט = כוח × מרחק אנכי; מאוזן ⇒ מומנטים שעוןית = מומנטים נגד כיוון השעון
- יציב = מרכז כובד נמוך + בסיס רחב