ישנם 4 כוחות (The Four Forces) פיזיקליים, המסייעים למטוסים ולכלי טיס ואפילו לצלחות מעופפות של פריזבי לטוס אל על.

ארבעה הכוחות הללו פועלים על המטוס, כשהשילוב ביניהם הוא שמאפשר לו לטוס באוויר, על כל משקלו האדיר.

ארבעת הכוחות הללו הם כוח העילוי (lift), המשקל (weight), הדחף (thrust) והגרר (drag).

כשהכוחות הללו מאוזנים, כלי הטיס נע ישר. אם נבין את העקרונות הפיזיקליים שמאחורי הכוחות הללו, נבין היטב את נפלאות הטיס או השיוט באוויר.

אז שכשהמנועים דוחפים את המטוס קדימה ויוצרים דחף, כשצורת הכנפיים של המטוס היא שיוצרת עילוי ומחזיקה אותו למעלה, עומדים מול כל אחד משני הכוחות הללו כוחות המתנגדים להם - הגרר שבולם את הדחף והכבידה שבולמת את העילוי - כך מאוזן וטס המטוס באוויר, בגובה ובמהירות נסבלים, שרק הטייס יכול לשנותם.


#כוח העילוי
הכנפיים הן שיוצרות את מרבית כוח העילוי שבו משתמש המטוס. כוח העילוי הוא שמאפשר למטוס להידחף כלפי מעלה ולא ליפול. מבנה וצורת הכנפיים הם שגורמים לדחיפת האוויר שמתחת לכנף כלפי מעלה, בזכות לחץ האוויר הגבוה יותר שנוצר מתחת לכנף. הלחץ הגדול מלמטה יוצר את כוח העילוי, הגורם לכך שהמטוס נדחף למעלה על ידי האוויר.

#כוח הכבידה
משקלו של המטוס הוא מה שמושך אותו לקרקע. הכבידה היא הכוח המושך כל דבר וגם את המטוס לכיוון האדמה, אחרת המטוס היה עולה למעלה עוד ועוד. משקל הוא תוצאה של הכבידה.

#כוח הדחף
כוח זה מושג בזכות המנועים והוא שדוחף את המטוס קדימה. הדחף נוצר בעזרת מדחף, רקטה או מנוע סילון. מי שמכיר את מייבש השיער הביתי יודע שהוא דוחף אוויר לקדימה, לאחר שמשך אותו מאחור.

#כוח הגרר
כוח הגרר הוא הכוח שמתנגד לדחף ויוצר את ההתנגדות לתנועה קדימה. גרר הוא תוצאה של חיכוך והפרשי לחץ אוויר. מי שרוצה לחוות כוח גרר שייזכר את הדחיפה אחורה של היד, כשמוציאים אותה מחלון המכונית הנוסעת.


הנה סרטון על ארבעת הכוחות היוצרים את השיוט באוויר:

https://youtu.be/zhWDnWaI5TE


כוח העילוי שמעלה למעלה (עברית):

https://youtu.be/dYZg1AgVBUU


כוח הכבידה שמאזן את העילוי ומושך למטה לפי המשקל (מתורגם):

https://youtu.be/uhS8K4gFu4s


כוח הדחף שדוחף כלי טיס קדימה ומעיף אנשים מאחורי המטוס:

https://youtu.be/GqVjD3nBSQg


כוח הגרר שבולם את הדחף:

https://youtu.be/BnmZ94eIdNE


והתעופה של פריזבי באוויר בעזרת ארבעת הכוחות הללו:

https://youtu.be/jJtQjc32aT8

כדור הארץ שלנו מסתובב במהירות עצומה. אנשים שנמצאים על קו המשווה נעים עכשיו במהירות של כ-1675 קילומטרים לשעה!

אז כיצד איננו מרגישים את הסיבוב של כדור הארץ? - ובכן, כשכדור הארץ מסתובב פועלים עלינו כוחות שונים. הכוח שזורק אותנו החוצה נקרא "כוח צנטריפוגלי" (Centrifugal force). אך בניגוד לקרוסלה, שבה אנחנו מרגישים את הכוח הצנטריפוגלי מאד, בשל עוצמת ומהירות הסיבובים שלה, בכדור הארץ הוא מורגש הרבה פחות ואנו חשים יותר את כוח הכבידה של כדור הארץ. כוח הכבידה, או כוח המשיכה של כדור הארץ חזק הרבה יותר מהכוח הצנטריפוגלי שלו ולכן הסיבוב של כדור הארץ לא מורגש.


הנה ההסבר לכך שאיננו מרגישים את הסיבוב המהיר כל כך של כדור הארץ:

http://youtu.be/BXfTyAaIAm8


הסבר יותר מהיר ומבוגר:

http://youtu.be/iKnVNb2yUUU


והכוח הצנטריפוגלי (עברית):

http://youtu.be/Fc1J97DUqRo


שמשפיע אפילו על כיוון הסיבוב של סופות בכדור הארץ, מה שנקרא אפקט קוריוליס:

http://youtu.be/i2mec3vgeaI

מהו עקרון ההתמד?
מהי האינרציה?

חוק ההתמדה (Inertia), או האינרציה הוא חוק פיזיקלי שלפיו גופים נמצאים במנוחה, או ממשיכים לנוע במהירות קבועה, אלא אם כוח כלשהו פועל עליהם, כוח כמו דחיפה למשל, או חיכוך.

עקרון ההתמדה, כוח ההתמדה, ההתמד או האינרציה, הם שמות שונים לעיקרון מדעי שקובע שכל גוף נוטה להישאר במצב שבו הוא נמצא: אם הגוף במנוחה, הוא יתמיד במצבו ויישאר במקומו, כל עוד לא פועלים עליו כוחות אחרים שיזיזו אותו. אם הוא בתנועה, כל עוד לא פועלים עליו כוחות אחרים, מהירות התנועה וכיוון התנועה שלו ישארו קבועים ולא ישתנו, ובכך יתמידו במצבם.

"גוף הנע על משטח אופקי ללא הפרעה חיצונית ימשיך לנוע באותו כיוון ובמהירות קבועה." אמר לראשונה גלילאו גליליי ובכך ניסח את העיקרון הזה. הוא עשה זאת בעת שערך את המחקר שלו על גופים ותנועתם.

חגורת הבטיחות ברכב נועדה למנוע מאיתנו התנגשות בזגוגית הקדמית, במקרה של תאונה. הסיבה להתנגשות הצפויה הזו היא עקרון ההתמדה - כיוון שהיינו בתנועה והמכונית נעצרה בפתאומיות, אנו צפויים להמשיך בתנועה אל עבר הזגוגית, ולהתנגש בה.


הנה סרטון על עקרון ההתמדה במכונית:

http://youtu.be/8zsE3mpZ6Hw


הנה האינרציה שגורמת לכדור הארץ להסתובב:

https://youtu.be/TQxeutcYP6I


וכמה דוגמאות לגופים ששואפים להישאר במקום כשהיו במקום אחד, או להמשיך ולנוע קדימה, כשהיו בתנועה:

http://youtu.be/T1ux9D7-O38

זוכרים את קרוסלת הריחוף? זוכרים שגופנו נדחף החוצה, אל מחוץ לסיבוב? - האחראי לכך הוא כוח פיזיקלי שנקרא "הכוח הצנטריפוגלי".

משמעות המילה הלטינית "צנטריפוגלי" היא "בורח מהמרכז".

מבחינה פיזיקלית, כל מה שמסתובב סביב ציר כלשהו, נמשך החוצה מהמרכז. אם הכוח שיצרנו, או האנרגיה הסיבובית, חזקים מספיק, הוא יכול לגבור על כוחות אחרים, כמו למשל כוח הכבידה (כוח המשיכה), שמושך אותנו אל הקרקע.

ומשום שהכח הצנטריפוגלי הוא כוח שדוחף אל מחוץ לסיבוב, כל מה שנדרש כדי לנצח אפילו את כוח הכבידה שגורם לכל דבר ליפול אל הקרקע הוא אנרגיה סיבובית מספקת.

על פי עיקרון הכוח הצנטריפוגלי פותחה הצֶנְטְרִיפוּגָה - מכשיר המשמש בתעשיה ובמעבדות מחקר להפרדה של חומרים זה מזה.

הכוח הצנטריפוגלי הוא גם זה שמונע נפילה בנסיעה מהירה על "קיר המוות". זה קורה בזכות הכוח הצנטריפוגלי, ש"מדביק" את המכונית או האופנוע אל הקיר וגורם להם להמשיך ולנסוע על הקיר, מבלי ליפול.

אז העובדה הפיזיקלית המעניינת היא שמהירות הרכב הגבוהה מאפילה על כוח הכבידה, הוא כוח המשיכה של כדור הארץ. .


הנה הסבר של הכוח הצנטריפוגלי (עברית):

http://youtu.be/Fc1J97DUqRo?t=20s


הסבר נוסף של הכח הצנטריפוגלי:

http://youtu.be/gRVIWWJwzfY


והכוח הצנטריפוגלי הוא שגם מאפשר לכלי רכב לנסוע במהירות על מתקן "קיר המוות" ולא ליפול:

http://youtu.be/4aZctbTp5gQ

כוח קוריוליס (Coriolis effect) הוא כוח מדומה שבא לידי ביטוי במערכות ובגופים מסתובבים. הכוח מוכר לנו במיוחד בהקשר של סיבוב כדור הארץ סביב צירו ובאופן מסוים מוכיח את הסיבוב הזה. כל גוף שינוע ישירות מהקוטב אל קו המשווה, מסלולו לא ייראה ישר אלא נטוי.

סופות הוריקן מושפעות בבירור מכוח קוריוליס. בעוד שבחצי כדור הצפוני הן מסתובבות ימינה, הכיוון שלהן בחצי כדור הדרומי הוא דווקא לצד שמאל.

מי שחזה פעם בדגם של מטוטלת פוקו, שם לב שמשהו גורם לסיבוב איטי של כיוון או מישור התנועה של המטוטלת. זהו כוח קוריוליס. הוא פועל בניצב לכיוון שבו נעה המטולטלת וגורם לסיבוב איטי של מישור התנועה שלה. הפיזיקאים הוכיחו שמהירות הסיבוב תלויה בקו הרוחב על פני כדור הארץ, שבו נמצאת המטוטלת. ראו את ההוכחה לכוח קוריוליס באאוריקה בתגית "מטוטלת פוקו".

אפקט קוריוליס ( Coriolis effect) נקרא על שם המדען שתאר את התופעה במאה ה-19, הצרפתי גספאר קוריוליס.


הנה הסבר על כוח הסיבוב - כוח קוריוליס (עברית):

https://youtu.be/aA50hNnvn0E


הדמיית אנימציה כיצד נוצר המסלול העגול של כדורי התותח, בגלל התנועה (מתורגם):

http://youtu.be/_PivkHXSHeE

אווירודינמיות (Aerodynamics), או אירודינמיות, היא תכונה שמאפשרת לגוף נייד, כמו מטוס, ציפור, מכונית או אפילו דג, להתגבר על התנגדות האוויר בעת התנועה.

כללית, צורת הכנף היא שמאפשרת למטוסים מטוס ולא ליפול. צורת הכנף יוצרת כוח עילוי בזכות המשטח המקומר שלה. צורת הכנפיים היא שגורמת ללחץ האוויר שמתחת להן לגדול יותר מלחץ האוויר שמעליהן וזה מה שדוחף את הכנפיים וביחד איתן את המטוס כולו, כלפי מעלה.

אווירודינמיות מתאפשרת לרוב גם תודות לצורה מעוגלת בקצה האחד של הגוף ומחודדת בקצה האחר. תורם לה גם שטח הפנים החלק והאחיד שלו, שמזכיר צורה של טיפה.

את תכונת האווירודינמיות ניתן למצוא בטבע בצורתם של ציפורים ודגים. היא אומצה בהנדסה המודרנית לגופים נעים, כמו מטוסים, מכוניות, צוללות וכדומה.

ארבעה כוחות פועלים על המטוס. השילוב ביניהם וההתגברות על כוח הכבידה, הם שמאפשרים לו לטוס ולא ליפול.

ארבעת הכוחות הללו הם עילוי, דחף, גרר ומשקל. המשקל הוא כוח הכבידה כמובן והוא דווקא מושך אותו לאדמה. העילוי מאפשר לו להידחף כלפי מעלה, הדחף שמושג בזכות המנועים דוחף את המטוס קדימה והגרר הוא ההתנגדות המסוימת וההכרחית לתנועה קדימה.

אז ברור שהמנועים דוחפים אותו קדימה, אבל צורת הכנפיים של המטוס היא שמחזיקה אותו למעלה. מבנה הכנפיים גורם לדחיפת האוויר שמתחת לכנף כלפי מעלה, בזכות לחץ האוויר הגבוה יותר מתחת לכנף. זה יוצר את כוח העילוי, כלומר גורם לכך שהמטוס "מורם" למעלה על ידי האוויר. גאוני.


הנה הסבר על האווירודינמיות שמקנה למטוס את יכולת הטיסה (מתורגם):

https://youtu.be/Gg0TXNXgz-w


כך מטוסים טסים בזכותה:

https://youtu.be/YyeX6ArxCYI


ולא רק טסים אלא גם טסים הפוך ולא נופלים (עברית):

https://youtu.be/e-zSVhCCUng


על טייס שהצליח להטיס ולהנחית פנטום פגוע ללא חרטום ובניגוד לחוקי האווירודינאוטיקה (עברית):

https://youtu.be/daEt-KhS3xY


גם מכוניות מרוץ ובכלל מתוכננות עם אווירודינמיות:

https://youtu.be/TKH1DyV9vNU


וסרטון הסבר על הכוחות שפועלים על המטוס ומאפשרים לו לטוס במקום ליפול:

https://youtu.be/5ltjFEei3AI?long=yes

אם תזרקו חפץ כלשהו למעלה, הוא יחזור די מהר לאדמה. הסיבה היא שכדור הארץ מושך אותו אליו, בכוח שנקרא כוח הכְּבידה (Gravity).

כוח הכבידה הזה, או ה"גרוויטציה", הוא אחד הכוחות הבסיסיים שיש בטבע. זהו כוח משיכה, הפועל בין גופים שונים ומושפע מהמסה שלהם (בעיקרון, המשקל שלהם).

היה זה אייזיק ניוטון שניסח במאה ה-17 את "חוק הכבידה העולמי", כלל מדעי שקבע שבין כל שני גופים חומריים, גופים בעלי מסה, פועל כוח משיכה. הוא אף ניסח את כוח המשיכה הזה בנוסחה שביטאה את העובדה שככל שהגופים קרובים זה לזה ומכפלת המסות שלהם תהיה גדולה יותר, הכוח הזה יהיה יותר חזק.

מה שמדהים שניוטון קבע וצדק, שכל היקום מציית לאותם חוקי כבידה, או כוח המשיכה שתואר כאן. הוא הראה כיצד התנועה של ירחים, כוכבי-לכת, כוכבים וגלקסיות שלמות -כולם נעים בכפוף לחוק הזה.

אמנם האסטרופיזיקאים, הקוסמולוגים, או חוקרי היקום, מסיקים לא פעם על סמך התנועה של גלקסיות, שאיפה שהוא קיימת "מסה חסרה" המשפיעה על התנועה הזו ונראה כיוצא דופן. אבל העבר מראה שמתי שהוא מגלים מהו החומר שמסביר את השוני בתנועה הזו, או שמוצאים הסבר פיזיקלי הגיוני אחר, שמסתדר בדיוק עם כוח הכבידה.

המדהים הוא שניוטון גילה שאותו חוק בדיוק משפיע על כל מה שיש ביקום, מנוצה שנופלת על פני הקרקע ועד לגלקסיות שלמות, הנעות ביקום לפי חוקים מסודרים ומוגדרים היטב.

דבר מעניין לא פחות הוא שמאות שנים אחרי ניוטון, עדיין לא התגלה כיצד בדיוק פועל כוח המשיכה, או הכבידה. יש השערות שונות לכך, כמו זו שמציעה שחלקיק זעיר, שזכה לשם "גרביטון", מעביר מידע בין גופים בעלי מסות שונות ובכך הוא יוצר את כוח המשיכה ביניהם. החלקיק הזה לא נמצא עדיין, אם הוא בכלל קיים.

אם המדע לא הצליח למצוא את אותו חלקיק או למצוא הסבר טוב אחר להיווצרות הכוח הפיזיקלי המשפיע ביותר ביקום, זו ודאי ההוכחה הטובה ביותר לדרך הארוכה שהמין האנושי עוד צריך לעשות, על מנת לגלות את סודות היקום והחיים.


הנה כוח הכבידה וכיצד הוא פועל:

https://youtu.be/ltlws_pqogQ


כיצד כל מערכת השמש מוסברת באמצעות כוח המשיכה (מתורגם):

https://youtu.be/uhS8K4gFu4s


וניסויים בבית שמראים איך כוח הכבידה משחק עם ביצים:

https://youtu.be/J75oNGTWwaE

אנרגיה פוטנציאלית היא אנרגיה שאצורה בגוף שכוח הפועל עליו, מיקומו או המצב שלו הקנו לו אנרגיה.

דוגמאות? - אם נחזיק חפץ באוויר הוא יהיה בעל אנרגיה פוטנציאלית, בזכות מיקומו באוויר, מעל לקרקע. אנרגיה פוטנציאלית כזו נובעת מכוח הכבידה של כדור-הארץ.

גם חץ שנורה מקשת הוא דוגמה, שכן הוא מממש את האנרגיה הפוטנציאלית שלו, שנובעת ממתיחת הקשת על ידי האדם שאוחז בה.

עוד דוגמה היא האנרגיה הגרעינית. זוהי אנרגיה פוטנציאלית שאגורה בחלקיקי גרעין האטום ורק שחרור שלה יביא לאפקט של אנרגיה חזקה זו - בהפקת חשמל, פיצוץ גרעיני, הנעת חלליות ועוד. היתוך גרעיני וביקוע גרעיני הן דרכים לשחרור האנרגיה הפוטנציאלית מהאטום.


הנה סרטון שמסביר בפשטות מהי אנרגיה פוטנציאלית:

http://youtu.be/U7qXXDF2cTM


היום אוגרים אנרגיה פוטנציאלית ההופכת לחשמל ירוק ונקי (עברית):

https://youtu.be/GdqXYCUY5_I


ומה שקורה כשהאנרגיה הפוטנציאלית הפכה לאנרגיה קינטית - אנרגיה של תנועה:

http://youtu.be/ASZv3tIK56k

שיווי משקל (Balance) הוא מצב שבו הכוחות שווים בשני הצדדים ולא מושכים צד אחד לנפילה. אם נביט ברוכבי אופניים למשל, קל להבין שאינם נופלים לאחד הצדדים בזכות שיווי המשקל. למעשה, כל היציבה של בעלי חיים מתבססת על שיווי המשקל. בלעדיו היינו נופלים ככל הנראה, ללא הפסקה.

ניצול הכוח באמצעות שיווי משקל יכול לאפשר ביצועים מרשימים. ספורטאים ופעלולנים רבים מתבססים על שיווי משקל, כדי ללכת על חבל, לעשות תרגילים מפחידים על שפת התהום וכדומה. גם מכשירים שונים מתבססים על שיווי משקל. מנופים למשל, הם מכונות פשוטות שכבר אלפי שנים מתבססים על שיווי משקל כדי להרים משאות כבדים. אחד הדברים שמאפשרים למנוף להרים טונות של משקל באוויר ולהניפם אל על, מבלי ליפול בעצמו, הן משקולות-נגד כבדות, שמאזנות את המשא ונותנות למנוף שיווי משקל. כוח הכבידה מושך את המשקולת למטה ובכך מעלה את הזרוע עם המשא, כלפי מעלה. העגורנים, מנופי הענק של ימינו, משתמשים עדיין בשיווי משקל, כדי לייצב אותם ולהרים משקל רב, אם כי בהם נוספו גם מערכות מורכבות של כבלים ומנועים חשמליים, שמגדילות את הכוח.


הנה שיווי המשקל בנסיעה נועזת ומסוכנת ביותר על אופניים:

http://youtu.be/yLrZ4K1DI8U


שיווי משקל של עגורן שמרים עגורן שמרים עגורן וכו':

http://youtu.be/IBj38Hyg6JY?t=1m18s


אמן שיווי משקל יודע לזהות את הנקודות הנכונות ליצירתו:

http://youtu.be/hDMpWFEy2tY


וביוגה:

http://youtu.be/SZCxKjgReQ4


האם תוכלו לייצב פחית משקה על שפתו של ספל:

http://youtu.be/kAInRyWMNlA

ודאי שמתם לב לא פעם שניתן להצמיד מגנטים בקלות זה לזה והם ממש נמשכים אחד לשני ונצמדים, אלא שאם מסובבים את הכיוון שלהם הם דוחים אחד את השני ולא נצמדים כלל!

מהי התופעה המגנטית? - מדובר על תופעה של חומרים המפעילים על חומרים אחרים כוחות של דחייה או משיכה. הסיבה היא שלכל חומר יש מגנטיות, באמצעות השדה המגנטי שלו. בחומרים רבים השפעת השדה המגנטי היא כה חלשה שקשה להבחין בה, אלא אם מצוידים בציוד מיוחד למדידה, אך בחומרים מסוימים, כמו ברזל, מתכות שונות ומינרל המגנטיט, השדה המגנטי הוא כה חזק שההשפעה ניכרת ואף חזקה.

למגנטים יש שימושים רבים בטכנולוגיה. המוכר ואחד הוותיקים שבהם הוא המצפן, המשתמש בשדה המגנטי של כדור הארץ כדי להצביע על הצפון והדרום.


הנה סרטון עם ניסויים במגנטים (עברית):

http://youtu.be/6v6Jxece_m4


על השדה המגנטי ומגנטים הנמשכים ודוחים אחד את השני (מתורגם):

http://youtu.be/RUrEJuCDgBo

כשכדור הארץ מסתובב פועלים עלינו כוחות שונים. הכוח שזורק אותנו החוצה בסיבוב כדור הארץ (Earth's rotation) נקרא "כוח צנטריפוגלי". אבל בניגוד לקרוסלה שבה אנחנו מרגישים את הכוח הזה מאד, בגלל עוצמת ומהירות הסיבובים של הקרוסלה, בכדור הארץ הוא מורגש הרבה פחות ואנו חשים יותר את כוח הכבידה של כדור הארץ.

כוח הכבידה, או כוח המשיכה של כדור הארץ חזק הרבה יותר מהכוח הצנטריפוגלי שלו ולכן איננו מרגישים את סיבוב כדור הארץ מתחת לרגלינו.


כך איננו מרגישים את סיבוב כדור הארץ:

http://youtu.be/BXfTyAaIAm8


הנה הסבר קצר על אי תחושת סיבוב כדור הארץ:

http://youtu.be/iKnVNb2yUUU?t=50s


כללית, אנו נעים ממש עכשיו במהירות של 800 קילומטרים בשניה:

http://youtu.be/r3p3K06dth4


וגם זה יחסי... (מתורגם):

http://youtu.be/wIzvfki5ozU

כוח העילוי (Lift) הוא כוח שמחזיק את המטוס באוויר. ידוע שצורתה של כנף המטוס תורמת לכוח העילוי, אך לגבי שיטת הפעולה של כוח העילוי יש סברות והסברים שונים.

הסבר אחד לכוח העילוי שפועל על כלי טיס הוא שחלקה הקדמי של כנף המטוס מפצל את האוויר לשניים. הבדלי לחץ-האוויר שבין האוויר שמעל לכנף וזה שמתחתיה, הם הגורמים להיווצרותו של כוח העילוי ולהחזקתו של המטוס באוויר, שכן לחץ האוויר מתחת לכנף גבוה מזה שמעליה ולכן הכנף שואפת לעלות ואיתה המטוס.

הסבר אחר נאחז בעיקרון ברנולי. לפי השערה זו המהירות הגבוהה של האוויר שמעל לכנף היא שגורמת לירידת לחץ האוויר מעל הכנף ובכך יוצרת את של כוח העילוי שבזכותו המטוס נשאר באוויר.

הסבר שלישי טוען שמה שמשאיר את המטוס באוויר, מבלי ליפול, הוא "אפקט קואנדה". לפי "אפקט קואנדה" האוויר, כמו המים, נצמד לפני השטח של כל משטח שהוא זורם על פניו. כך דוחף הקימור של כנף המטוס, את האוויר כלפי מטה ובזכות הדחיפה הנגדית של האוויר את הכנף, מחזיקות הכנפיים את המטוס באוויר, מבלי שייפול.

וזה לא רק כוח העילוי שפועל על המטוס. כוח הכבידה מושך אותו למטה וכוח העילוי - למעלה. כוח הגרר שנגרם מהחיכוך באוויר דוחף אותו כנגד כיוון הטיסה ומקטין את מהירותו של המטוס.

אבל יהיה אשר יהיה ההסבר המדויק לאופן שבו הוא פועל, כוח העילוי הוא הגורם החשוב שמאפשר למטוסים לא ליפול ולציפורים לנדוד למרחקים של אלפי קילומטרים.


הנה הסבר על כוח העילוי שמסביר איך המטוס נשאר באוויר (מתורגם):

https://youtu.be/uJKv5yfecHY


כוח העילוי בהדגמה יפה לתלמידים:

http://youtu.be/cQIvbO5MpQY


מבנה הכנף המותאם לכח העילוי מרים את המטוס למעלה ומדהים שבהרבה מטוסים הוא עובד גם הפוך (עברית):

https://youtu.be/e-zSVhCCUng


כך מחזיק כוח העילוי את המטוס באוויר:

https://youtu.be/MvFKUiW8-tY


וכך ציפורים נעזרות בכוח העילוי כדי לנדוד למרחקים:

http://youtu.be/5dk9m2zgngM

ראשית בפשטות, נסביר שכוח הכבידה (Gravity) הוא כוח שמושך תמיד ישר למטה, כלפי מרכז כדור הארץ, או למטה בכל כוכב בעל מסה.

כוח הכבידה, או "גרוויטציה" הוא אחד הכוחות הבסיסיים שיש בטבע. הכבידה הוא כוח משיכה שפועל בין גופים ומושפע מהמסה שלהם.

היסטורית, התגלה כוח המשיכה על ידי המתמטיקאי והפיזיקאי הדגול אייזק ניוטון. הוא פרסם אותו ביצירה פורצת הדרך ובת 3 הכרכים שלו ה"פרינקיפיה" (העקרונות), או בשמה המלא "פילוסופיה נטוראליס פרינקיפיה מתמטיקה". בלטינית משמעות שמה היא "עקרונות מתמטיים של פילוסופיית הטבע".

חוק המשיכה האוניברסלי שניסח אייזיק ניוטון הגדיר את המשיכה בין כל שני גופים בעלי מסה, כמשיכה זה לזה ביחס ישר למסה שלהם וביחס הפוך לריבוע המרחק שיש ביניהם.

במאה ה-20 הורחב חוק המשיכה על ידי אלברט איינשטיין שגרס כי גם חלקיקים כמו פוטונים לדוגמה (חלקיקים חסרי "מסת מנוחה") נמשכים לגופים אחרים.


הנה סרטון על כבידה (מתורגם):

http://youtu.be/px7bevMOOP0


כוח הכבידה מגביל את שהייתנו באוויר בכוח גופנו לשנייה אחת בלבד (מתורגם):

https://youtu.be/sDbmcPnzwy4


תפקידו של איינשטיין בהבנה המעמיקה של הכבידה בחלל:

https://youtu.be/xJ0m_0v6fQk


קדימון הסרט "גראוויטי" העוסק בכוח המשיכה בחלל:

http://youtu.be/OiTiKOy59o4

שמתם לב שבכתבות וסרטונים מתחנת החלל רואים את האסטרונאוטים שנמצאים שם כשהם מרחפים?

האם חשבתם פעם מדוע?

הסיבה היא שבחלל שורר חוסר משקל (Zero gravity) או לפחות מצב בו משקלו של גוף הוא כמעט אפסי (Weightlessness), קרוב מאוד לאפס (Microgravity).

ללא כבידה, או ליתר דיוק ללא כוח הכבידה, כל מה שבחללית מרחף. לכן וכדי שלא ייפגעו כל המכשירים והציוד, או יפגעו באסטרונאוטים, מחברים וקושרים אותם לקירות ולרצפת החללית.

בכדי להכין ולאמן אסטרונאוטים לשהות בחלל, יש לסוכנויות חלל כמו נאס"א מתקנים מיוחדים, דוגמת בריכות ענק, המאפשרות לחקות חוסר משקל על ידי ציפה ניטרלית, כשמסת הגוף, למעשה, משתווה למסה של המים. בכך מאפשרים מתקנים כאלו לאמן את האסטרונאוטים בחיים ובתפקוד במצבים של חוסר משקל או משקל זעיר.

האמת היא שבחלליות האסטרונאוטים בעצם נופלים, ממש נופלים, רק שהמהירות הגבוהה של החללית שומרת אותם באוויר. לכן, יש גם מטוסי אימון כאלו. במהלך טיסה במטוסי האימון הללו מבוטל כוח הכבידה, כשהטייסים מכוונים את המטוס להיות במשך 25 שניות כל פעם בנפילה חופשית בוואקום. זה מסייע לאמן את הנוסעים בחוסר משקל בהכנה לתנאים בחללית.

אגב, החיים בחוסר משקל פוגעים עד מונעים את ההתחדשות של השרירים והעצמות, מה שהופך את השהייה הארוכה בחלל למסוכנת או לפחות מזיקה, לפי אורך השהייה בחוסר משקל.


הנה הסיבה לריחוף של האסטרונאוטים בחלל:

https://youtu.be/iQOHRKKNNLQ


הבעיה בחיים בחלל עם חוסר משקל (מתורגם):

https://youtu.be/upp9-w6GPhU


הסבר נוסף לחוסר המשקל בחלל:

https://youtu.be/d57C2drB_wc


ותרגול חוסר הכבידה שמתרגלים האסטרונאוטים עוד באימונים, בתאי ריחוף ללא כוח כבידה:

https://youtu.be/IMIPTtvAuUU

ישנו תהליך מחזורי שקורה כל הזמן בשמיים. האוויר שקרוב לקרקע מתחמם בגלל קרני השמש שפוגעות ומחממות את הקרקע. כשהאוויר מתחמם הוא עולה ואוויר קר מחליף אותו קרוב לקרקע. האוויר הקר הזה הוא דחוס יותר מהאוויר החם (הרי חום הוא בעצם דחיסות של חלקיקים) וכשהוא יתחמם, הוא יעלה שוב ויוחלף שוב באוויר קר ודחוס. ביחד עם סיבוב כדור הארץ, התנועה של האוויר למעלה ולמטה הופכת לרוח.

הגורם העיקרי ליצירת רוחות, אם כן, הוא הפרשי הלחצים באטמוספירה, שנוצרים בעיקר בשל הפרשי טמפרטורת האוויר. ואכן, הפרשי לחצים הללו הופכים לאנרגיה קינטית, אנרגיה של תנועה - שהיא הרוח. רוחות נוצרות גם בשל הפרשים במשקל הסגולי של גושי אוויר שונים ובגלל הצורה של פני כדור הארץ.


כך נוצרת הרוח:

https://youtu.be/9uvMGB3G6X8


הסבר לילדים:

https://youtu.be/0yXC45dgmSs


רוח בעוצמה של 100 קילומטרים בשעה ואיך היא מזיזה ומרימה מטוס נוסעים על הקרקע:

http://youtu.be/cHhZwvdRR5c


ורוח נושבת בצמרות העצים:

http://youtu.be/3zvZO5SbASM

הסביבון (Spinning top) מסתובב ולא נופל בזכות כוח שאנו מעניקים לו בעצם הסיבוב. זהו תנע זוויתי, תנועה סיבובית סביב ציר שנמצא במרכזו. ההסבר הפשוט הוא שכשנקודה מסוימת הולכת ונופלת, הנקודה הנגדית לה בסביבון מתרוממת. אבל מעט אחרי זה גורם הסיבוב לנקודה הראשונה שהייתה למטה להיות למעלה ולהמשיך למשוך לכיוון מטה ולזו שהייתה למעלה ועתה היא למטה, לנטות כלפי מעלה. כך ממשיכה הכבידה לפעול אבל מורידה את הגבוהה ומרימה את הנמוכה. כך זה ממשיך וגורם לסביבון יותר להתיייצב מאשר ליפול. ככל שסביבון הוא רחב יותר הוא צפוי להסתובב זמן רב יותר מאשר סביבון צר.

אז למה בכל זאת נופל הסביבון לבסוף? - מכיוון שיש אנרגיות אחרות המשפיעות עליו, מפסיד הסביבון אנרגיה ונופל. האנרגיות המשפיעות נובעות מחיכוך. אם הסביבון היה מסתובב במערכת סגורה ומבודדת, שאין בה אנרגיה אחרת הנכנסת ויוצאת ממנה, הוא לא היה מפסיד מהאנרגיה הראשונית שקיבל, שומר על התנע הזוויתי שלו וממשיך להסתובב לנצח. אבל החיכוך גורם לו ליפול לבסוף. ככל שהקצה או החוד של הסביבון יהיה חד יותר הוא יפול מאוחר יותר.


הנה הסבר כיצד הסביבון לא נופל (עברית):

https://youtu.be/YodccHD8hVQ


השוואה בין סביבונים צרים ורחבים:

http://youtu.be/NKrFYh4HV-o


הנה סביבון מגנטי שחג באוויר:

http://youtu.be/ee0DTzsdhmU


וסביבון סובב על סביבון:

http://youtu.be/mvhSMtNl9zc

מצב הצבירה (States of matter) הוא אחד מהמצבים הבסיסיים והעיקריים של החומר, כמו שהוא בטמפרטורות שונות.

מצבי הצבירה המוכרים ביותר הם מוצק, נוזל וגז, כשישנו עוד מצב צבירה הנקרא פלזמה.

בטמפרטורה מסוימת יעבור חומר ממצב צבירה אחד לשני.הטמפרטורה הזו נקראת טמפרטורת מעבר.

להבנה לעומק של הנושא היכנסו לתגית "מצבי צבירה".


הנה מצבי צבירה וטמפרטורת המעבר (עברית):

https://youtu.be/vFZ58338BbM


על החלקיקים של החומר במצבי הצבירה השונים:

https://youtu.be/unmEVTBHAEM


והפלזמה (מתורגם):

https://youtu.be/tJplytSR-ww

העניין של התרוממות המושבים הקשורים אל המרכז קשורה בתנועה הסיבובית.

כי כל מה שמסתובב סביב ציר כלשהו ונמשך החוצה מהמרכז, ככל שהכוח שמסובב אותו חזק מספיק, או האנרגיה הסיבובית שלו חזקה, ולכן היא גוברת על כוחות אחרים, אפילו על כוח המשיכה, זה שמושך כל דבר בעל משקל אל הקרקע.

וכך, כשמסובבים במהירות על האצבע, חוט עם חפץ שקשור אליו, או כשעולים על קרוסלת הלונה פארק, זו שמסתובבת עם המושבים התלויים עליה - ככל שהמהירות של הדברים עולה, נוצרת בשני המקרים הללו אנרגיה סיבובית כה חזקה, עד שהיא מסוגלת להתגבר על כוח הכבידה, כוח שרבים קוראים לו "כוח המשיכה" ושמושך אותנו תמיד למטה, אל הקרקע.

ואם תגבר האנרגיה הסיבובית של הקרוסלה בלונה פארק, מתחילים המושבים הקשורים אליה להתרומם. כי הסיבוב המהיר יחסית שלה, גורם להם להימשך החוצה מהמרכז. ואז, ככל שהמהירות גדלה והאנרגיה הסיבובית הזו ממש חזקה, הם גם מתרוממים, כי הכוח הסיבובי של הקרוסלה הופך חזק מכוח הכבידה.

הגורם לכך נקרא "הכוח הצֶנְטְרִיפוּגָלִי", שמאפשר לנו לסובב דלי מלא במים במהירות, מבלי שהמים יפלו. כלומר כוח המשיכה של כדור הארץ מאבד את השפעתו על המים שבדלי, בשל הכוח הצנטריפוגלי החזק יותר.

אגב, אפשר להסיק מזה שככל שהמושבים במתקן הלונה פארק מתרוממים גבוה יותר, פירושו של דבר הוא ש... נכון, המתקן מסתובב מהר יותר.


ההתרוממות מהמרכז נובעת מהתגברות הכוחות, במקרה הזה של הכוח הצנטריפוגלי (עברית):

http://youtu.be/Fc1J97DUqRo?t=20s


בקיר המוות מאפשר כוח ההתמדה לאופנוע או למטבע להמשיך ולנוע ולא ליפול למרכז (עברית):

http://youtu.be/ZgVjjG182-Q?t=9s


גם תחנת החלל הבינלאומית שחגה סביב כדור הארץ לא נופלת או נעלמת בזכות כוח שמתאזן עם כוח הכבידה (עברית):

https://youtu.be/LyQ-iTHjI-8

אנו מכירים את מצבי הצבירה של מוצק, נוזל וגז. אבל בין מצבי הצבירה ישנו מצב צבירה שכמעט ולא מוכר והוא נקרא פלזמה (Plasma), או פלסמה.

למעשה, פלזמה היא מצב הצבירה הרביעי. פלזמה הוא מצב צבירה של אנרגיה גבוהה מאד. ההבדל בין פלזמה לבין מצבי הצבירה האחרים הוא שבנוסף לאטומים נייטרלים, מצב בו מספר האלקטרונים הקשורים לכל גרעין הוא זהה למספר הפרוטונים בגרעין, חומר במצב פלזמה מכיל חלקיקים טעונים חשמלית (אלקטרונים, פרוטונים ויונים חופשיים), שהם חופשיים. החלקיקים הללו מושפעים בצורה משמעותית משדות אלקטרומגנטיים.

אם מעבר מגז לנוזל נקרא עיבוי ומעבר מנוזל למוצק נקרא התמצקות או הקפאה, המעבר ממצב צבירה של פלזמה לגז נקרא רקומבינציה.


הנה הסבר הפלזמה (מתורגם):

https://youtu.be/tJplytSR-ww


כך מייצרים פלזמה מענבים במיקרוגל (עברית):

https://youtu.be/J4GQsIdU_q0


ואחד המחזות היפים בחשמל - כדור הפלזמה (ללא מילים):

https://youtu.be/S-6eO0faMn8

פצצות עומק (Depth charge), או מטעני עומק, הן פצצות המיועדות לפעול כנגד צוללות.

הן פותחו בתחילת המאה העשרים, במהלך מלחמת העולם הראשונה, כשספינות מערכה בריטיות ניהלו מאבק בצוללות הגרמניות.

פצצות העומק היו אז מעין חבית, שגולגלה על ידי המלחים מהסיפון בעת שהספינה הייתה מעל הצוללת. בהמשך הן השתנו לצורות שונות ובחיילות הים למדו להטיל אותן על צוללות בעזרת מתקנים מיוחדים ואף להטילן ישר ממטוסים והליקופטרים שאיתרו צוללות.

פצצות עומק לא חייבות לפגוע בגוף הצוללת. הן מושלכות מהמשחתות לסביבתה ומתוכננות להתפוצץ בעומק דומה לזה שבו הצוללת הגרמנית שוהה, בין 30 ל-50 מטרים. לצוללות אז היו מגבלות ממשיות לצלול עמוק, גם מסיבות הנדסיות וגם כדי שיוכלו לשמור על קשר רדיו עם בסיס האם שלהם.

מכל מקום, הפיצוץ של פצצת העומק בסמוך לצוללת יוצר גל הדף שיכול לגרום לחורים ולדליפה או לשבש ולפגוע במערכת החשמל של הצוללת ובכל מקרה להביא אותה לטביעה די מהירה.

במלחמת העולם הראשונה הצליחו פצצות העומק הללו, שהושלכו על ידי המשחתות הבריטיות, לחסל צוללות גרמניות רבות ולשנות את מאזן השליטה באוקיינוס לרעת הגרמנים.


הנה פצצת העומק:

https://youtu.be/1CYDhh8XW4c


ניסיון להטביע צוללת בפצצות עומק:

https://youtu.be/Gc7dCJfb2L8


פצצת עומק מתפוצצת:

https://youtu.be/izk3aYS9FIA


הדגמה של פיצוץ פצצת עומק על צוללת ב-1946:

https://youtu.be/D9pRBb5yF-E


והאפקט שיוצרות פצצות עומק על דגם של צוללת:

https://youtu.be/M5lMRDBseac

צֶנְטְרִיפוּגָה (Centrifuge) היא מכשיר שמשמש להפרדה של חומרים זה מזה. בסיבובים מהירים מאד שלה היא גורמת לחומרים כבדים להיצמד לדפנות הסיר ובכך הם מופרדים מהנוזל שבתוכו היו.

על ידי סיבוב הצנטריפוגה במהירות גבוהה, היא מסייעת להפרדת חומרים קטנים אבל כבדים המרחפים בנוזל הקל מהם. החומרים הכבדים יותר, הם חומרים בעלי צפיפות גבוהה יותר, שמצטברים במהלך הסיבובים המהירים קרוב לתחתית המבחנה, בעוד שהחומרים הקלים, או הנוזל הקל, צפים למעלה.

תחילה השתמשו בצנטריפוגות כדי להפריד בחלב מלא לשמנת ולחלב רזה. רק בתחילת המאה ה-20 שוכללה הצנטריפוגה וזכתה למקום מרכזי בתהליכים תעשייתיים ובמעבדות המחקר. כיום היא משמשת בגרסה פשוטה מאד, גם בבית, במכונת הכביסה שלנו ואפילו במטבח. איפה? - בבתים רבים יש מייבשי חסה, שמשתמשים בכוח הצנטריפוגלי כדי להרחיק ממנה את שאריות המים, לאחר השטיפה.

שמה של הצנטריפוגה הוא בעברית: סַרְכֶּזֶת. מקור המילה בלועזית הוא מהשפה הלטינית: "centrum" (מרכז) והמלה "fuga" (ריצה).


הנה הסבר על פעולת הצנטריפוגה (עברית):

https://youtu.be/lK0fpG21npk


עוד על השימוש בצנטרפוגה:

http://youtu.be/9CYaPLIX4VM


עם צנטריפוגה אפשר גם לנקות שמן:

https://youtu.be/Jy32SxgCgHc


ובעזרת אותו עיקרון מייבשים עלי חסה לאחר השטיפה:

https://youtu.be/B5jzwxh0d-M