» «
כוח הכבידה
מהו כוח הכבידה, או כוח המשיכה?



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
כבידה
מי גילה את כוח הכבידה?



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
כוח צנטריפוגלי
איך איננו מרגישים את סיבוב כדור הארץ?



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
אייזק ניוטון
מה גילה המדען אייזק ניוטון במחקריו?



רבים אומרים שהוא גדול המדענים בהיסטוריה. כל כך הרבה מהמדע המודרני והטכנולוגיה שמשרתת אותנו התבססו ושאבו מתגליותיו. הבנת העולם והיקום בלעדיו פשוט אינם אפשריים ולכן נחשב הפיזיקאי והמתמטיקאי האנגלי אייזק ניוטון, בן המאה ה-17, לאחד המדענים הגדולים בכל הזמנים.

סיפורו מתחיל לא טוב. ניוטון היה נער מבית פשוט שאימו הייתה מאוד מתוסכלת כי היא לא קיבלה ממנו עזרה בבית. כשפנתה לקרוב משפחה שידבר עם בנה הסורר, שוחח עימו האיש והודיע לאם שהילד שלה גאון.

זה היה איבחון חשוב כי ניוטון הצעיר נשלח ללימודים בבית ספר בקיימברידג' ושם הפך לתלמיד מצטיין ולסטודנט מבריק.

האגדה מספרת שבגיל 23 הוא צפה בתפוח נופל מעץ בעיירה קיימברידג' והבין שכוח מסוים הוא שמושך אותו אל האדמה. מכאן הדרך קצרה לתיאוריה מסעירה ששינתה את כל מה שחשבו עד אז על הפיזיקה של כדור הארץ ועל חוקי התנועה של הגופים.

וכך, לפני 350 שנה בלבד, ניסח ניוטון את "חוק הכבידה העולמי", חוק מדעי שקבע שבין כל שני גופים חומריים, בעלי מסה, פועל כוח משיכה. התאוריה שלו אף קבעה שככל שהגופים הם קרובים זה לזה ומכפלת המסות שלהם גדולה יותר, כוח המשיכה ביניהם יהיה חזק יותר. קצת מזכיר עניינים שבינו לבינה, לא?

ניוטון היה המדען הראשון שתיאר את כוח הכבידה ואת שלושת חוקי התנועה ובכך יצר את הבסיס להנדסה המודרנית ולהישגים עצומים במכניקה והתעשייה של העולם המודרני. גם מי שלא מסכימים לכנותו המדען הגדול בכל הזמנים יסכימו שהוא לבטח מי שהניח את היסודות החשובים לחשיבה המדעית המודרנית.

אתם חושבים שזה הכל? - ממש לא. ניוטון תרם בשלל תגליות ובמחקר מעמיק בשלל תחומים כמו אופטיקה, אסטרונומיה ומתמטיקה. תרומתו עצומה להתפתחות הגישה המדעית ולהבנת היקום והחלל שמסביבנו.

אייזק ניוטון הוא אולי המדען שמבטא בצורה הטובה ביותר את הגאוניות של השיטה המדעית, המתבססת על תגליות וממצאי העבר, בדרך להתקדמות המדעית של ההווה והעתיד. ספרו הנודע, ה"פרינקיפיה", בו תיאר את הכוח הכבידה ומרכיביו, היה המעצב המרכזי של דרכי החשיבה המדעית והמחקר עד ימינו.

נדרשו אמנם שנים רבות עד שהספר והרעיונות שהציג בו ניוטון הפכו לאבני יסוד בעולם המדע, אבל השיטתיות והאופן בו חקר ניוטון וכתב את מחקריו הפכו למדע עצמו. שלושת הכרכים של הספר היו לתנ"ך של הכתיבה המדעית והשיטה המדעית, בה הטבע מתואר באופן מובנה, על בסיס מחקר מבוסס השערות שנבדקו בניסוי, בהתבסס על ממצאי ניסויים קודמים.

את צניעותו וגדלותו כאדם וכמדען ביטא מי שנחשב בעיני רבים כגדול המדענים בהיסטוריה בענווה גדולה, כשכתב לחבר במכתב את המשפט האלמותי: "אם הרחקתי לראות, הרי זה משום שעמדתי על כתפי נפילים".


ראו סרטון אנימציה קצר שמציג את התגליות של ניוטון בתחום הכבידה:

http://youtu.be/jwPc0kK9VHU


סיפורם של ניוטון וחוקי ניוטון (עברית):

https://youtu.be/G-YlfXtW7Yc


על שלושת חוקי התנועה של ניוטון (מתורגם):

https://youtu.be/JGO_zDWmkvk


הסבר 3 חוקי התנועה של ניוטון (מתורגם):

http://youtu.be/zCNSO002jfI


סרטון באנגלית לילדים על סיפורו של ניוטון:

https://youtu.be/h48BWDeBLno


ותכנית חינוכית על ניוטון ורעיונותיו (עברית):

https://youtu.be/uafbWJ26xNU?long=yes

כוח הכבידה

שפל
מה גורם לשפל?



השפל (Low tide) מתרחש כשפני המים בים יורדים. זה קורה בעיקר בשל כוח המשיכה של הירח, כשהמים גואים במקום אחר בים. למעשה, השפל נוצר מפני שהירח מושך את המים בציר האחד והמים יורדים לשפל בציר השני.

מה שקורה הוא שכוח המשיכה של הירח יוצר מתיחה של המים בכדור הארץ, שקרובים אל הירח. גם המים בצד הנגדי גואים. למעשה גם כדור הארץ עצמו נמתח כך, בשל כוח המשיכה של הירח, אבל זה כמעט ולא מורגש.

אז בשני הצדדים הנגדיים המים גואים. הבה נדמיין שכדור הארץ הוא שעון, אז בשעה 12 ו-6 המים גואים. בשני הצדדים האחרים, בשעות 3 ו-9, הגאות חלשה, כי הירח רחוק מהם. לכן המים נמשכים משם אל אזורי הגאות (12 ו-6) והמים בהם יורדים לשפל.

כמו הגאות ההפוכה ממנו, השפל מתרחש בכל ים, אבל הוא נראה היטב בעיקר בחופים של האוקיינוסים, ובעיקר בחופים הסלעיים. הפרשי הגבהים בין גאות לשפל הם בין מטר לשניים. בחופי האוקיינוסים הם יכולים להגיע במקרים קיצוניים לכדי 8-6 מטרים. יש טענות שבאוקיינוסים ממש גדולים יכולים הפרשי הגובה הללו להגיע אפילו ל-20 מטרים במקומות מסוימים!

כמו הגאות, גם השפל מגיע במחזוריות קבועה. מחזורי הגאות והשפל מתרחשים פעמיים ביום, או ליתר דיוק פעמיים ב-25 שעות. מה שמשפיע על כך הוא השילוב בין סיבוב כדור הארץ סביב עצמו למסלולו של הירח סביב כדור הארץ.

אגב, הגאות והשפל חזקים יותר באביב ובסתיו. הגורם לכך הוא השמש, שבנקודת השוויון שבאביב ובסתיו, נמצאת בדיוק מעל קו המשווה. זה מביא לכך שכוח הכבידה והכוחות הצנטריפוגליים פועלים בכיוון אחד והשפעתם מתחזקת הדדית. לכן הגאות והשפל חזקים יותר באביב ובסתיו.


הנה הסבר מדעי לתופעת השפל והגאות (מתורגם):

https://youtu.be/KlWpFLfLFBI


קטע מסרטון אנימציה שמציג כיצד משפיע הירח, בכוח המשיכה שלו, לתופעת הגאות והשפל בכדור הארץ:

http://youtu.be/-mBvBdGTkR8


מבט ארוך שעות על מפרץ פאנדי שבקנדה, בו הגאות הופכת לשפל:

https://youtu.be/yQnpWyXMyL8


ומה שניתן לראות בים בשעת השפל:

https://youtu.be/L3cc00jX9lk
אנרגיה פוטנציאלית
מהי אנרגיה פוטנציאלית?



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
תנועה סיבובית
למה דברים הקשורים למרכז מתרוממים בתנועה סיבובית?



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
סיבוב כדור הארץ
כיצד סיבוב כדור הארץ לא מורגש?



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


מפל מים
מהו מפל?



מפל (Waterfall) הוא מקום שבו נופלים מי הנהר מגובה רב, אל המשך הנחל הנמוך מאד, בדרך אל הים.

כוח הכבידה הוא שמושך את המים למקום הנמוך ביותר שאליו ניתן לזרום.

מרבית המפלים נוצרים בזכות שינויים באופי המסלע, במקומות שבהם עובר הנהר מסלע קשה למקום עם סלע רך יותר, שובר אותו וצונח למטה אל שכבת הסלע הבאה. לפעמים נוצר מפל המים בשברים טקטוניים על פני האדמה.

יש בעולם מפלים גדולים מאד, כמו מפלי ויקטוריה שבאפריקה, מפלי איגואסו שבמשולש הגבולות ארגנטינה-ברזיל-פרגוואי ונחשבים מהגדולים והרחבים בעולם ואחד מפלאי הטבע. מפורסם גם מפל אנחל בונצואלה, שהוא המפל הגבוה ביותר בעולם.

בזכות היופי וההוד של המפלים, המין האנושי מנצל אותם בכל העולם, כאטרקציות תיירות ונופש. אך מפל ניכר גם בכול המים שנופלים בו. כך מנוצל גם כוח המים במפלים הללו, בכדי להניע טורבינות ולייצר חשמל. אנרגיית הזרימה האדירה של מימי הנהר מייצרת כמויות אדירות של חשמל ירוק וטוב לסביבה.

במדינת ישראל, הדלה במים ובנהרות, המפלים קטנים מאד ומרשימים הרבה פחות מאלו שבסביבות עם משקעים רבים ונהרות שוצפי-מים.


כך נראה מפל שיורד למטה, במקרה הזה מפל סער בישראל:

https://youtu.be/OipsrbGYUek


מפלי הניאגרה המפורסמים שבין ארצות הברית וקנדה:

https://youtu.be/oD9uWNETgzo


מפל עצום במבט מגשר זכוכית שקוף:

https://youtu.be/TRr7USCILx4


וכמה מפלים גדולים באיסלנד:

http://youtu.be/3FstJCdqmIY
איך חלליות עוזבות את האטמוספירה?



כדי להגיע לחלל, חייבות חלליות או ספינות חלל, לייצר דחף והנעה שיאפשרו להן להתמודד עם כוח הכְּבידה של כדור הארץ ולצאת את גבולות האטמוספרה (ראו בתגית "כוח הכבידה").

חללית רגילה תתקשה לעזוב את האטמוספרה, מבלי שתגיע למהירות מילוט מספקת, שתאפשר לה להשתחרר משדה הכבידה של כדור הארץ. אם תיכשל בהגעה למהירות זו, היא תישרף ותושמד בדרך לחלל ובעודה באטמוספרה. קראו על כך בתגית "מהירות מילוט".

לכן צריך להשתמש במַשגרים, כדי להגיע לחלל. זהו השלב הראשון, בו מרימים כלי כבד אל מעבר לאטמוספרה, לשם יציאה מכבידת כדור הארץ.

משגרים כאלו הם בדרך כלל כלי טיִס עוצמתיים, היכולים לפתח מהירות גבוהה מאוד, שתגיע לפחות למהירות מילוט של 11.2 קילוֹמֶטר לשנייה, שתאפשר להתגבר על כוח הכבידה של כדור הארץ.

לשם כך משתמשים בשתי שיטות שיגור לחלל. שיגור קרקעי מתבצע מהיבשה או מספינה. המשימה בו היא להגיע ממהירות אפס למהירות מילוט אדירה, שתאפשר יציאה לחלל ושהייה במסלול הקפה מסביב לכדור הארץ. שיגור ממטוס, לעומתו, מנצל את המהירות ההתחלתית של המטוס, העולה לגובה של עשרות קילומטרים ומשתמש במנועים חזקים מאוד.


#שיטות מילוט
שתי שיטות רווחות בתחום הזה, של מילוט מכבידת כדור הארץ:

מעבורת החלל המהירה והחזקה, למשל, מגיעה למהירות המילוט באמצעות דלק מוצק. הדלק המוצק הזה הוא סוג של פּוֹלימֶר עשוי מחומר הבנוי ממולקוּלוֹת ענקיות המורכבות מיחידות מִבנה, החוזרות על עצמן, כמו שרשרת עשויה חרוזים. החומר הצמיג הזה מעורבּב בגרגירי חומר מחמצֵן ויש לו יתרונות: הוא מייצר יותר אנרגיה ליחידת נפח, הוא פחות דליק ומסוכן מהדלק הנוזלי ומשקלו הנמוך, כי יש בו מעט צינורות ומשאבות, ביחס לדלק נוזלי.


ליציאה אל החלל הרחוק יותר, כמו במקרה של חלליות מחקר שיוצאות לכוכבי לכת רחוקים, או לצורך הוצאת לוויינים לחלל, משתמשים במשגרים ענקיים.

בשיטה זו משתמשים מאז שיגור הסְפּוּטְניק, הלוויין הראשון ששוגר לחלל בשנת 1957.

אבל מהם המשגרים הללו? - מחברים את החלליות או הלוויינים לרקטה עוצמתית ומהירה במיוחד. רקטה כזו, בעברית טיל, היא המשגר, שיווציא אותם מהאטמוספרה ויתגבר על כוח הכבידה.

בשיטה זו משתמשים בדלק נוזלי. השיטה מתבססת על מפגש בין חמצן ומימן הנמצאים במצב נוזלי. באמצעות הצתה ביניהם, יוצרים אנרגיה וכוח דחף אדירים. אלו יוצרים גזים בלחץ עצום, היוצאים מצדו האחורי של הטיל ודוחפים אותו, עם החללית או הלוויין המחוברים אליו, למעלה לשמיים ואל מחוץ לאטמוספרה.

שיגור כזה נערך בשלבים, מהשלב הגדול אל השלבים ההולכים וקטנים בהדרגה. לכל שלב בשיגור יש את המנוע שלו. אחרי שהוא ממלא את תפקידו, נפטרים ממנוע זה ומקילים על המשקל הכללי. שיטה זו הייתה עדיפה על מנוע גדול, כבד מאוד ובּזבּזני. יתרון נוסף של שיטה זו הוא בכך שבמידת הצורך, ניתן להפסיק את הזרמת הגזים לַמנוע בכל רגע ולחדש אותה שוב כשרוצים.

החיסרון המשמעותי של ההנעה בדלק נוזלי הוא בכך שהמימן והחמצן הם גזים דליקים ומסוכנים וכדי למנוע תאונות קטלניות, הכרחי לשלוט בהם היטב.


הנה חללית בלתי מאוישת היוצאת לחלל ושבה בחזרה (עברית):

https://youtu.be/yhkxoIwBkV0


מהירות המילוט הדרושה כדי לעזוב את אטמוספרת כדור הארץ:

https://youtu.be/-cn37Eg-qz0


צילום של מצלמת גו פרו על טיל שמטיס חללית לחלל כדי לשחרר אותה משדה הכבידה של כדור הארץ ואז היא צומחת לאדמה:

https://youtu.be/bDoh8zQDT38


על הקושי לחמוק מכוח המשיכה של כדור הארץ (מתורגם):

https://youtu.be/YlxKh4oCKhw


שיגור לוויין הביון הישראלי "אופק 10":

http://youtu.be/lx7SdH31Gbs


וסרטון מעולה שמסביר למה לא ניתן סתם כך לטוס אל החלל (מתורגם):

https://youtu.be/ne82ld4LaZE?long=yes
למה חורים שחורים מושכים אליהם הכל?



חורים שחורים הם מעין כוכבים אפלים שמושכים אליהם הכל. חור שחור הוא סוג של כוכב אפל, שנובע מכוכב שקרס. לחור שחור כוח כבידה עצום.

ג'ון מיטשל גילה במאה ה-18 שיש כוכבים שסובבים סביב שום דבר. השום דבר הזה הוא כוכב אפל הנקרא "חור שחור". החור השחור הוא כה גדול וחזק ובעל מסה אדירה, שיש לו כוח כבידה עצום. כוח כבידה כזה, של מיליוני ג'י (כוח הכבידה של כדור הארץ הוא בן ג'י אחד בלבד) הוא כה עצום שהוא בולע גם קרני אור. לכן הוא אפל ושחור.

מכיוון שאין גוף חומרי שמהירותו תעלה על מהירות האור, בולע חור שחור לא רק אור, אלא כל דבר שיתקרב אליו וילכד בכוח הכבידה שלו.


הנה החור השחור בולע הכל, כולל אור וכוכבים אחרים:

https://youtu.be/YG3N0T0JKB4


העניין הזה יצר גם פרדוקס מרתק (מתורגם):

https://youtu.be/r5Pcqkhmp_0


תסריט אימה של חור שחור שייכנס למערכת השמש שלנו. אל תתרגשו, זה לא יקרה בדורות הקרובים:

https://youtu.be/9Q9lnNcAX6c


וסרט תיעודי על הדרך שבה נוצרים חורים שחורים:

https://youtu.be/7h_mB0WW0jM?long=yes
איך לוויינים מקיפים את כדור הארץ?



הסיבה שלוויינים מקיפים את הכוכב היא שהם נופלים.

כן, לוויינים (גם הירח הוא לוויין) נוטים להקיף גוף בעל מסה גדולה כמו כוכב בשל כוח הכבידה בגלל שהם למעשה נופלים.

כן, הלווין או הירח "נופלים” כל הזמן אל כדור הארץ. אך אם יש להם גם מהירות אופקית, הרי שבשילוב עם כוח הכבידה שכדור הארץ מפעיל עליהם, הם נוטים "להמשיך וליפול” עוד ועוד, מה שאומר שהם ממשיכים להסתובב סביב כדור הארץ. קוראים לזה "טיסת חלל מסלולית".

אבל מה סוד המהירות האופקית של הלווין?

כדי ליצור את המהירות האופקית של לוויינים מלאכותיים ולהכניסם לטיסה מסלולית כזו, מסביב לגרם שמימי, יש להאיץ את הרקטה, טיל או החללית שמעלים את הלוויין לחלל, למהירות של כ-28,000 קילומטרים לשעה, או כ-7.8 קילומטרים לשנייה.

אז כך בדיוק חגים סביב כדור הארץ לוויינים וגופים אחרים שאמורים להקיף את כדור הארץ, כמו תחנות חלל למשל. הם מועלים לחלל ועוזבים את האטמוספרה במהירות מילוט, באמצעות רקטות האצה. לאחר שעזבו את האטמוספרה, הלוויינים נפרדים מהרקטות או חלליות ההאצה ומוכנסים למסלול מעגלי, בו הם נעים סביב כדור הארץ ללא הפסקה. הם נעים במהירות שממשיכה את מהירות ההאצה שבה הם עזבו את כדור הארץ, במרחק קבוע ממנו.

הם לא נופלים ולא מתרחקים. הכוחות הפיזיקליים עושים את העבודה. כוח הכבידה מונע התרחקות מכדור הארץ והמומנטום, המהירות שצברו בהאצה מונעת נפילה אל כדור הארץ.


הנה ההסבר להקפת כדור הארץ על ידי הלוויינים (מתורגם):

http://youtu.be/tAUXIEr-VzM?t=12s


והלווין "ונוס" כשהוא נפרד מהמשגר שלו ומתחיל לחוג סביב כדור הארץ:

https://youtu.be/RycSOeVun9A
איך רקטות טסות?



הרקטה (Rocket) היא מעין גליל שמשוגר, בעזרת משגר רקטות, למרחקים קצרים של עד 250 מטרים. הרקטה משוגרת ומונעת בעזרת מנוע רקטי שנמצא בחלקה האחורי של הרקטה ודוחף אותה קדימה. בניגוד לטיל, שהוא מיועד גם למרחקים אדירים, פגיעות הרקטה אינן מדויקות והיא אינה מצויידת במערכת הנחיה, שמאפשרת לכוון אותה למטרה נקודתית. לכן נוהגים לשגר רקטות רבות בבת אחת לעבר המטרה ובכך להגדיל את הסיכוי לפגיעה.

המנוע הרקטי הוא שמבדיל את הרקטה מהפגז למשל. שניהם אמנם נורים ונעים בזכות כוח הדחף, אך בעוד שבפגז פועל הכוח רק כשהוא נמצא בקנה המשגר שלו (התותח), והוא נע בזכות המהירות הראשונית שפיתח, ברקטה פועל כוח הדחף גם לאחר השיגור, בשלב הראשון של התעופה שלה.


הנה ההיסטוריה של הרקטות בסקירה על אלה של החמאס (עברית):

https://youtu.be/hWkG1ntGkJw


סרטון שצולם מתוך טיל שממריא אל החלל:

https://youtu.be/zyq5eN9C4Cc


סוללות טילים יורות בצבא הרוסי (הילוך מהיר):

https://youtu.be/St1lbeBkTkc


אם תרצו לעשות ניסוי - כך בונים רקטה קטנה (עברית):

https://youtu.be/crUuk7qF5_U


וכך נשלחות וחוזרות מהחלל רקטות מודרניות לשימוש חוזר שמשגרות לחלל לוויין וחוזרות לכדור הארץ:

http://youtu.be/tfXa-zItqjU
למה צריך טילים כדי להוציא לוויינים לחלל?



ללוויינים אין יכולת לפתח מהירות גבוהה מספיק כדי לצאת מגבולות האטמוספירה. הם זקוקים למהירות מילוט מספקת, כזו שתייצר כוח שמתגבר על כוח הכבידה של כדור הארץ.

בקיצור, הם זקוקים למשגר. אמצעי שישגר אותם אל מחוץ לאטמוספרה.

מהירות המילוט (Escape Velocity) היא המהירות הנדרשת לגוף כלשהו כדי שיוכל להשתחרר משדה הכבידה של גרם שמימי, במקרה שלנו מכוח המשיכה של כדור הארץ.

לכן דרושות רקטות או טילים בעלי מהירות גבוהה מאוד, בכדי שניתן יהיה להוציא את הלוויינים אל מחוץ לאטמוספרה. מהירות המילוט הדרושה לשם כך היא, החזיקו חזק, 40,270 קילומטרים לשעה.

המהירות שמגיעים אליה כיום, בכדי לעזוב את האטמוספרה, היא בסביבות 11 קילומטרים בשנייה.


הנה הסבר של מהירות המילוט הדרושה כדי לעזוב את אטמוספרת כדור הארץ:

https://youtu.be/-cn37Eg-qz0


המחשה ויזואלית לעניין הזה:

https://youtu.be/b9Dj-5LUYlo


טיל שיוצר את מהירות המילוט הדרושה כדי להשתחרר משדה הכבידה של כדור הארץ:

https://youtu.be/th-NhrpSm40


שיגור לוויין הביון הישראלי "אופק 10":

http://youtu.be/lx7SdH31Gbs


והסבר למה לא ניתן סתם כך לטוס אל החלל (מתורגם):

https://youtu.be/ne82ld4LaZE?long=yes
מהו כוח העילוי?



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
למה צריך סכרים בעולם?



ישנן כמה סיבות טובות לבנות סכרים בעולם. מימי קדם בנו סכרים שמנעו זרימה של מים רבים, שמציפים אזורים מיושבים וגורמים לאסונות ולפגיעה בחקלאות.

לעיתים קרובות הסכר דווקא שומר את מי הנהרות ומפנה ומנתב אותם לשדות, כדי שישקו אותם. סכרים אחרים חשובים כדי לאגור את המים בעונה הגשומה ולשחרר אותם בעונות היובש, כדי להשתמש בהם בחקלאות.

סוג אחר של סכרים, הוא של הסכרים ההידרו-אלקטריים, סכרים המייצרים חשמל מכוח המים. אלו סכרים שמשתמשים בכוח הכבידה שגורם למים לזרום וטורבינות מים ענקיות מייצרות מהם חשמל.

הסכרים הגדולים בעולם מייצרים כמות אדירה של חשמל, המספק אנרגיה נקייה ומאיר אזורים עצומים מבלי להזדקק לאנרגיה יקרה ומזהמת, הפוגעת בסביבה.


הנה סכר הובר, מהגדולים בסכרי העולם. זהו סכר שמספק מים וחשמל לאזור כולו:

http://youtu.be/NyklSsIhXkk


מערכות החשמל של סכר הובר:

http://youtu.be/D7_rzojvKdE
כיצד נוסעות חלליות בהאצת כבידה?



האצת כבידה או 'מקלעת כבידתית' היא שיטה שהמציאו מהנדסי החלליות כדי לאפשר להן לנסוע למרחקים עצומים בחלל במינימום שימוש בדלק. היות שהחלליות לא יכולות לשאת את כמויות הדלק הענקיות הנדרשות למסעות ארוכים בחלל, מנצלים מתכנני המסעות את כוח הכבידה של כוכבי הלכת כדי לשנות את כיוונן או להאיץ אותן.

על פי השיטה של האצת הכבידה מפנים את החללית לקרבתו של כוכב לכת ועושים שימוש בכוח הכבידה שלו, מה שקוראים בשפה עממית "כוח המשיכה" שלו, משנה את מסלולה של החללית או מגדילה את מהירותה, מבלי שמשתמשים לשם כך בדלק.


הגשושית ג'ונו משתמשת במקלעת כבידתית במסעה אל כוכב צדק:

http://youtu.be/kZS4UsOHmLE


כך "נורית" חללית באמצעות המקלעת הכבידתית לעבר היעד:

http://youtu.be/ESHn0nl7WlA


המקלעת הכבידתית הביאה את הגשושית רוזטה, במסע של 12 שנה, לשביט שעליו הנחיתה רכב חלל:

http://youtu.be/qa0EjIYnHTE


הנה ב'מסע בין כוכבים':

http://youtu.be/2R9SmRhO-oc


איך נוצר הירח וכיצד קיבל את צורתו?



ישנם ויכוחים בין המדענים לגבי ההיווצרות של הירח והאבולוציה של הירח בהמשך. אחת התיאוריות המקובלות גורסת שהירח נולד במקביל לכדור הארץ, בהתנגשות בין כוכב הארץ הקדמון שנקרא "פלאנטיסימל" ובין אסטרואיד ענקי בגודל של מאדים, בערך לפני 4.5 מיליארד שנה.

התיאוריה גורסת שההתנגשות הזו גרמה לכמות אדירה של סלע נוזלי להינתק מכדור הארץ ולהתאחד לגוש חדש - הוא הירח. אותה פיסת כוכב, הירח שלנו, הייתה אז כדור אש ענקי, אך היא נותרה מאז לכודה בכוח הכבידה של כדור הארץ.

מאז התקרר הירח, ממש כמו כדור הארץ. הוא מסתובב במסלול אליפטי מסביבנו ולא נעלם, אם כי הוא מתרחק מכדור הארץ במספר סנטימטרים בכל שנה.


כך נוצר הירח מלווין של כדור הארץ (מתורגם):

https://youtu.be/10ZUcG099w4


סרטון שמדגים בעזרת מכתש אריזונה הקטן יחסית, איך יכול היה הירח להיווצר מהתנגשות שכזו:

http://youtu.be/c0FCE4H0Dro


וסרט תיעודי על היווצרות הירח:

https://youtu.be/WGTBJHFNywI?long=yes
איך השממית מטיילת על התקרה מבלי ליפול?



השממית (House Gecko) היא לטאה קטנה שאנו רואים לעיתים קרובות בבית. היא אוכלת יתושים ואנשים נוהגים לומר שהיא מביאה מזל טוב לבית שבו היא נמצאת. אבל הדבר המופלא בשממית הוא האופן שבו היא מהלכת על הקירות ואפילו על התקרה, מבלי ליפול.

תודות לכריות הצמדה שיש לה בכפות הרגליים, השממית אינה נופלת מהתקרה ומקירות שעליהם היא מהלכת. כריות ההצמדה הללו עשויות משערות רבות וזעירות שיש להן צורה של וו. כל שערה כזו נתפסת בחריץ או בבליטה זעירה על הקיר או התקרה. כך מאפשרות שערות הוו הללו לשממית להצמד כמעט לכל משטח במבנה וללכת מבלי ליפול.

מנגנון ההיצמדות של רגלי השממית היווה השראה לפיתוח של דבקים מסחריים וחזקים. המחקר של רגל השממית סייע רבות לפיתוח של מנגנון היצמדות מכני, שהוא גם חזק וגם ניתן להסרה.


הנה הסבר על השממיות ויכולות האחיזה המדהימות שלהן:

http://youtu.be/t8cWrUd4Dy0


וסרטון מתורגם על היכולת של השממית ללעוג לכוח הכבידה:

https://youtu.be/YeSuQm7KfaE


תצוגה של יכולת האחיזה של שממית הבית על הקיר ולגמרי הפוכה:

http://youtu.be/rymLoj2ReuE


צילום מקרוב של שממית הבית:

http://youtu.be/XwoD9hoc95M
מהו מחזור חייו של כוכב?



מחזור החיים של כוכב מזכיר מאד את מחזור החיים של בני אדם ובעלי חיים. ממש כמונו, כוכבים נולדים, מתפתחים ולבסוף מתים.

כוכב נולד כשענן של גז (נקרא גם ענן מולקולרי או ערפילית) מתחיל להתכנס לתוך עצמו, בהשפעת כוח הכבידה, במהירות הולכת וגדלה (בשל כוח הכבידה שעולה במרכז הערפילית כל הזמן). הדבר גורם לעלייה בדחיסות ובלחץ הגזים שבו.

ענן המימן מקבל מבנה של כדור, שבמרכזו מתחיל היתוך גרעיני. הלחץ הגבוה שנוצר בכוח הכבידה, לוחץ את החומר של הכוכב כלפי פנים וגורם לחום עצום, חום של מיליוני מעלות. כך מתקיים היתוך גרעיני, נוצר לחץ קרינה שמאזן את לחץ הכבידה הגדול ונולד כוכב יציב.

מעתה יתקיים הכוכב כשבתוכו מתקיים היתוך גרעיני של גז המימן - חומר הדלק של הכוכב. החום הוא עצום בתוך הכוכב. הכוכב ימשיך להתקיים כל עוד גז המימן שבו לא אזל.

כשהמימן שבו ייגמר והפך כולו לגז הליום, מתחיל הכוכב לקרוס פנימה. מות הכוכב מתחיל כשנפסק ההיתוך הגרעיני שבלבו. שכבת הכוכב החיצונית נופלת פנימה ומגבירה את הלחץ, עת מתבצע היתוך של גז ההליום.

"הבזק ההליום" הזה הופך אותו לענק אדום. בכוכבים קטנים ישתחרר חומר מהענק האדום ויהפוך לערפילית והשאר יהפוך לננס לבן (ענק גז שנוצר מענן גז שקרס) וממנו לננס שחור.

בכוכבים גדולים יתפוצץ הענק האדום בסופרנובה אדירה ורובו יהפוך לחור שחור או לכוכב נייטרונים.


הנה סרטון שמסביר על היווצרות הכוכבים ומותם (עברית):

https://youtu.be/8UsoG09mAdE


כיצד נולדים כוכבים, איך הם משתנים ולבסוף נעלמים:

http://youtu.be/H8Jz6FU5D1A


על סוף היקום והכוכבים שיהפכו בסוף לננסים לבנים (מתורגם):

https://youtu.be/qsN1LglrX9s


קבוצת אנשים המייצגת את מה שקורה לחלקיקים שמתגבשים לכוכב:

http://youtu.be/WP5HA7fKDXk


מצגת וידאו על מחזור החיים הכוכבי:

http://youtu.be/u0gEaDqoH58


וסרט ארוך על חורים שחורים ועצומים בחלל, שהם סופם של כוכבים:

http://youtu.be/xp-8HysWkxw?long=yes
מהי אנרגיה קינטית?



אנרגיה קינטית (Kinetic Energy) היא אנרגיה שיש לגוף בזכות התנועה שלו. האנרגיה הקינטית, הקרויה גם אנרגיית תנועה, תלויה במסה של הגוף ובמהירות שלו. משום שהמהירות של הגוף משתנה, גם האנרגיה הקינטית שלו משתנה.

רוצים דוגמה?

מים במפל נמצאים בנפילה חופשית. כשהם למעלה יש להם אנרגיה קינטית אפסית. אך המים מתחילים ליפול וצוברים מהירות בזכות תאוצת הכבידה (כוח הכבידה של כדור הארץ מקנה להם תאוצה).

צבירת המהירות של המים היא בעצם עליה באנרגיה הקינטית של המים הללו. אגב, האנרגיה הפוטנציאלית שהייתה למים לפני שהחלו ליפול, הולכת ויורדת ככל שהם יורדים בגובהם.

כך גם נסיעה ברכבת הרים בלונה פארק - בכל פעם שאנו למעלה יש לקרון שלנו אנרגיה פוטנציאלית גבוהה וכשאנו מתחילים לרדת, הוא הולך וצובר תאוצה ומהירות - זו האנרגיה הקינטית שלו.


הנה סרטון שמסביר מהי אנרגיה קינטית:

http://youtu.be/ASZv3tIK56k


כמה אנרגיה קינטית נוצרת ברכבת הרים בלונה פארק:

http://youtu.be/Ehx1P4adv6I


ובואו להתנסות בה:

https://youtu.be/-xNN-bJQ4vI?qr=yes
מהי מכונת התנועה הנצחית, הפֶּרְפֶּטוּם מוֹבִּילֶה?
איך נוצרים גלים בים? איך הגלים נוצרים?
איך עובד שעון חול?
איזה מטוס תכנן לאונרדו דה וינצ'י וכיצד?
מהו כוכב לכת?


אֵאוּרִיקַה - האנציקלופדיה של הסקרנות!

העולם הוא צבעוני ומופלא, אאוריקה כאן בשביל שתגלו אותו...

אלפי נושאים, תמונות וסרטונים, מפתיעים, מסקרנים וממוקדים.

ניתן לנווט בין הפריטים במגע, בעכבר, בגלגלת, או במקשי המקלדת

בואו לגלות, לחקור, ולקבל השראה!

אֵאוּרִיקַה - האנציקלופדיה של הסקרנות!

שלום,
נראה שכבר הכרתם את אאוריקה. בטח כבר גיליתם כאן דברים מדהימים, אולי כבר שאלתם שאלות וקיבלתם תשובות טובות.
נשמח לראות משהו מכם בספר האורחים שלנו: איזו מילה טובה, חוות דעת, עצה חכמה לשיפור או כל מה שיש לכם לספר לנו על אאוריקה, כפי שאתם חווים אותה.