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

מגדל מים נועד כדי ליצור לחץ מים, שיביא את המים לכל בתי הישוב. פעם, כשהותקנו מערכות צנרת, גילו שהמים יוצאים מהן בזרזיף חלש מהברז.

זה לא היה נוח. המים צריכים לצאת מהברז בכמות מספקת ובלחץ מים סביר.

עד העידן המודרני, בו יש מערכת מים וצינורות שמזרימים אותם, לא היו צריכים לחץ מים. מספיק היה דלי או מיכל ובאר שממנה שאבו והביאו מים הביתה. אבל כשלחץ המים מהברז הפך הכרחי, למקלחת טובה למשל, לא הייתה ברירה אלא להשתמש במשהו שייצר את הלחץ הזה.

אז כדי שהמים יפרצו מהברזים בלחץ מספיק, גייסו המהנדסים את כוח הכבידה של כדור הארץ. הם הציעו לבנות בכל ישוב מגדלי מים. באמצעות מגדל המים, הם הסבירו, יירדו המים בלחץ כוח הכבידה ויווצר לחץ מים טבעי בברזים.

אז החלו לבנות מגדלי מים, או מכלי מים גדולים שנבנו בראש גבעה סמוכה ליישוב, כדי שמשקל המים ייצר לחץ מים בברזים.

זו דוגמה יפה לניצול של כוחות הטבע לצורך אנושי מודרני.

כיום המצב כבר השתנה. בעידן המודרני, בו עומדות לרשותנו משאבות משוכללות, החליטו השלטונות שלא צריכים יותר את מגדלי המים. הותקנו משאבות מודרניות שיוצרות לחץ מים מעולה. אבל חייבים לציין שלחץ המים הזה יש לו מחיר. הוא יקר יותר כי משאבות צורכות חשמל ומכאן שהוא גם הרבה פחות סביבתי או שומר על כדור הארץ.


למה ערים צריכות מגדל מים? (עברית)

https://youtu.be/-XbZQ4LCclk


על מגדל המים של חדרה וכיצד סיפק מים לכל תושבי העיר (עברית):

http://youtu.be/cYupC_obUAA


ומצגת וידאו של מגדלי מים היסטוריים בישראל (עברית):

http://youtu.be/oeWJKhyjGsE

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

שעון חול (Sand clock) הוא מכשיר למדידת זמן מוגבל שמבוסס על כוח המשיכה של כדור הארץ. שעון החול מאפשר למדוד זמן מדויק בצורה פשוטה, על ידי יצירת שתי שפופרות זכוכית שביניהן נחיר עם קוטר מסוים. בכל פעם שנצטרך למדוד פרק זמן מסוים, כמו משך הזמן שבו ביצה מתבשלת, נוכל להשתמש בשעון חול, שיראה לנו מתי הזמן עבר ויש להוריד את הביצה מהאש.

בשעון החול שני חלקי זכוכית רחבים הנקראים "שפופרות" ומעבר צר ביניהן, הנקרא "נחיר". כשמכניסים כמות מדויקת של חול לאחת השפופרות ומציבים את שעון החול כשהשפופרת עם החול למעלה, מושך כוח המשיכה את גרגרי החול למטה, אל השפופרת הריקה שמתחתיה. כיוון שקוטר הנחיר הוא זעיר, יורד החול לאיטו למטה. הזמן העובר עד שהחול יורד כולו לשפופרת התחתונה הוא משך הזמן שמודד שעון החול.


הנה הדרכה להכנת שעון החול (עברית):

http://youtu.be/Mb5laaqNbTU


וכך תכינו שעון חול מבקבוק פלסטיק:

https://youtu.be/uG0ubTx2jMw

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

ככל שהרוח נושבת חזק, היא יוצרת על פני הים גלים (Waves) גבוהים יותר. אלה הם גלי הרוח (Wind driven Waves). אגב, לעתים גלי הרוח מגיעים אלינו ללא רוח. זה קורה משום שהם נוצרו במקום שיש בו רוח חזקה והגיעו עד לכאן כנחשולים.

לעתים גלים יכולים להיווצר גם בגלל עלייה וירידה של פני הים, מה שנקרא "גאות ושפל". אלה הם גלי גאות ושפל (Tidal Waves), שנוצרים כתוצאה מכוח הכבידה והשפעתו על המים.

אחרונים הם הכי אלימים וחזקים - גלי הצונאמי (Tsunamis). אלה נוצרים כתוצאה מרעידות אדמה תת-ימיות, מפולות תת-ימיות או התפרצויות של הרי געש שנמצאים מתחת לפני הים. כל התופעות הללו יכולות לגרום למים לנוע, בגלי ענק גבוהים במיוחד ומסוכנים לנופשים שלא תמיד מודעים להתקרבותם לחוף (קראו על כך בתגית "צונאמי").

יש גם גלים שנוצרים ומושפעים מזרמים גדולים שנוצרים באוקיינוסים, אבל על כך בהזדמנות אחרת.


הנה סרטון שמראה איך נוצרים הגלים:

http://youtu.be/HvklXnAAoHA?t=34s


הסבר לילדים על הגלים שנוצרים גם כתוצאה מהזרמים הגדולים שבים:

https://youtu.be/3qETXLc9mr8


שלושת סוגי הגלים:

https://youtu.be/_LRc6k-clzE


גלי הים הגדולים:

http://youtu.be/rMot7Ey88TE


גולשי גלים על גלים עצומים:

https://youtu.be/WN1ChaLjVY4


גלי צונאמי ממש אימתניים:

https://youtu.be/ip62Dn-CpbY?long=yes


והגלים הגדולים ביותר שתועדו בצילום אי-פעם:

https://youtu.be/0vrk6RGRaZ8?long=yes

הזיקית מהירה מאד, במיוחד כשמדובר בכלי הציד שבו היא מרבה להשתמש - הלשון שלה!

כן, לשונה של הזיקית יוצאת מפיה במהירות מטורפת של 9 מטר בשניה, כדי לצוד חרקים באמצעותה.

הלשון של הזיקית מאוד ארוכה. למעשה היא ארוכה יותר מאורך גופה ומשמשת לה כסוג של רשת ללכידה של חרקים קטנים.


הנה הזיקית צדה באמצעות לשונה:

http://youtu.be/KdMkKjrof2c


וחיי הזיקית, שינוי הצבעים לפי המיקום והציד באמצעות הלשון:

http://youtu.be/Cdhpj4YpPjQ

כּוֹכַב לֶכֶת (Planet) הוא גרם שמים שבדרך כלל נמצא במסלול סביב כוכב. השמש שלנו היא כוכב שסביבו חגים כוכבי לכת שונים, שאחד מהם הוא כדור הארץ. כוח הכבידה של השמש הוא שמחזיק את הכוכבים במסלול מסביבה.

במערכת השמש שלנו קיימים שמונה כוכבי לכת: כוכב חמה, נוגה, כדור הארץ, מאדים, צדק, שבתאי, אורנוס ונפטון.

מקור השם 'כוכב לכת' הוא מכך שנדמה למי שצופה מכדור הארץ על גופים כאלו, שהם נעים על פני כיפת השמיים, ביחס לכוכבים הרחוקים יותר. כמובן שכל הכוכבים זזים, אבל כוכבי הלכת קרובים יותר ולכן זה נראה ברור יותר.


הנה כוכבי הלכת של מערכת השמש (עברית):

https://youtu.be/kdRCRK3QSO0


כוכבי מערכת השמש באנגלית:

http://youtu.be/mtKNH2Y2OJM


ושיר באנגלית על מערכת השמש ועל תכונות כוכבי הלכת:

http://youtu.be/mnTaAoWs-Mo

הרבה לפני תחנת החלל הבינלאומית ושנים לפני הטיסות לחלל, עשרות שנים לפני שברית המועצות שגרה לחלל את התחנה החללית המאוישת הראשונה "סאליוט 1" בשנת 1971, היו מחשבות על הקונספט של תחנת החלל המסתובבת.

דורות של מדענים ומהנדסים בעולם חלמו ושקדו על תכנון של תחנת חלל בצורת גלגל מסתובב (Rotating Wheel Space Station). זה התחיל בשנת 1903, כשמדען רוסי בשם קונסטנטין ציולקובסקי מעלה לראשונה את הרעיון. רבע מאה אחר כך, בשנת 1929, פותח והורחב הרעיון על ידי מדען בשם הרמן פוטוצ'ניק.

אם שאלתם למה תחנת חלל צריכה להסתובב אז יש סיבה, לפחות באותם ימים, לחשוב שזה הכרחי. כי סיבוב של תחנה כזו יאפשר ליצור בה כוח משיכה מסוים. הרי זה מה שמקנה לגופי חלל, כמו הירח למשל, את כוח הכבידה שלהם. סיבוב הגלגל הוא שאחראי לכך שגם אם כוח הכבידה הוא קטן מזה של כדור הארץ, השוהים בתחנה עדיין לא ירחפו לחלוטין, מה שיקשה על השהייה להם בחלל.

אבל "הגלגל" היה צריך להמתין עוד רבע מאה. כי בשלהי שנות ה-50 זכה הקונספט של תחנת החלל המסתובבת לשם "גלגל פון בראון". היה זה על שמו של ורנר פון בראון, גאון הרקטות הנאצי שהפך לאחד המהנדסים החשובים בתכנית החלל האמריקאית של נאס"א. בשנת 1955, עת קיבל את האזרחות האמריקאית שלו, הוא החל לפרסם בעיתונות ובתקשורת את רעיונותיו לגבי חקר החלל ופיתוחים שארצות הברית צריכה לחתור אליהם.

אחד מהם היה, כמה מפתיע, תחנת חלל מאוישת בצורת גלגל. פון בראון הציע אותה אז בתקשורת הרצינית, אבל עיקר ההצלחה של הרעיון היה דווקא במגזיני המדע הבדיוני של שנות ה-60. "הגלגל" שב ועלה בהם שוב שוב. מי שהעלה את הדברים לשם היה דווקא פון בראון עצמו.

כן, יפתיע אולי לגלות, כשמדברים על גאון החלל הזה, שהיה לו גם צד מסחרי עסקי ואפילו שואו ביזנסי. לאותם עיתוני מדע בדיוני הוא כתב לא מעט סיפורים ועלילות של מדע בדיוני. הוא אפילו "חטא" בכתיבת תסריטים לסרטי מדע בדיוני מהז'אנר הזה.

הדהוד של הרעיון נכנס גם לסרט המדע הבדיוני המפורסם מכולם אז - 2001 אודיסיאה בחלל. הצופים המיומנים זוכרים ממנו את הסצנות שהתרחשו בתחנת חלל מסתובבת.

אמנם כרגע אנו מכירים את תחנת החלל הבינלאומית, שהיא הדבר הרחוק ביותר מגלגל ועוד מסתובב, אבל הרעיון של תחנה מסתובבת לא נזנח סופית. הוא ממשיך וחוזר מדי פעם בפעם. בשנים האחרונות אף עלה הרעיון לבנות מלון מסתובב בחלל, גם הוא בצורת גלגל. הסיבוב המתמיד שלו, הבטיחו המתכננים, יקנה בו כוח כבידה של בערך שישית מזה של כדור הארץ, מה שיבטיח לאורחים תחושה יותר נעימה.


הנה סיפורו של גלגל פון בראון המסתובב:

https://youtu.be/atg7pt-eTXQ


פון בראון מציג את התכנית שלו ב-1956:

https://youtu.be/5JJL8CUfF-o


מודל מדומה של תחנת החלל המסתובבת:

https://youtu.be/DH0EE3_PdLk


מודל מתקדם הרבה יותר:

https://youtu.be/IW9A-uWM0JU


והנה תחנת החלל הבינלאומית של ימינו:

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

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

בסרטים רבים התרגלנו לצפות בדמויות מעופפות, כאילו אין כוח כבידה בעולם... אם עניין אתכם לדעת איך הדמויות מתעופפות בסרטים הרי שמדובר בעוד אפקט קולנועי שנעשה עם המסך הירוק, גרין סקרין.

השיטה היא פשוטה: כבלים חזקים שמחוברים לתקרת הסטודיו מחזיקים את השחקנים באוויר. הם מבצעים את התנועות שהבמאי מדריך אותם לבצע ומצלמים את הסצנות כשמאחריהם מסך ירוק ענקי.

בשלב הבא מקבלת מחלקת המחשבים, שאחראית על האפקטים המיוחדים, את החומרים המצולמים, בשפה המקצועית קוראים להם פוטג'. אנשי האפקטים מחברים את הפוטג' לרקעים המתאימים באמצעות גרפיקת מחשב מושקעת. כך הופכים השחקנים לפתע לדמויות בעלות יכולת תעופה בלתי נתפסת... הם מעופפות על רקע הרים, ברום השמיים, או מעל הים, גורדי שחקים או נופים דימיוניים. הכל טריקים - אל תאמינו לכלום...


כך מצלמים אנשים מעופפים באולפן:

http://youtu.be/T1m0ORVdsQc


כך יצרו מסדרון ללא כבידה, באמצעות סט המתגלגל על צירו בשביל הסרט "Inception":

https://youtu.be/8PhiSSnaUKk


שחקני אפולו 13 התאמנו בתנאי אפס גרביטציה במטוס בואינג שיצר באמצעות טיסה פרבולית כ-20 שניות של חוסר משקל:

https://youtu.be/5IAAjk3QdU8


בני נוער באפריקה עושים סרט מדע בדיוני עם סמארטפונים וגרין סקרין:

https://youtu.be/D25NrAQZLng


אוסף של דמויות מעופפות מהסרטים:

http://youtu.be/OHHNkz5QIaI


מכוניות יכולות לעוף כך?

http://youtu.be/24bRtzwK4rY


וסרט עלילתי קצר על האיש המעופף:

http://youtu.be/Gj1MqHgFnmE?long=yes

למים שזורמים בנהרות ובנחלים יש בדרך כלל כוח רב. אם מניחים טורבינות על זרימת המים, הן מסתובבות בכוח המים ומייצרות חשמל.

כך יוצרים תחנות כוח המייצרות אנרגיה מנפילת המים והזרימה החזקה שלהם. הן נקראות תחנות הידרו-אלקטריות.

כשצריך להגדיל את כוחם של המים לייצר חשמל מייצרים סכרים ומוסיפים את כוח הכבידה. המים נופלים מגובה רב וכך מתעצם כוחם לייצר חשמל.


הנה הדרך שבה המים הופכים לאנרגיה (מתורגם):

http://youtu.be/FUCkaXsqRP8

לטאה קטנה מדרום אמריקה שנקראת לטאת הבזיליסק, יכולה לרוץ על פני המים על רגליה האחוריות ולהתעלם מכוח הכבידה של כדור הארץ. יש המכנים אותה בחיוך "לטאת ישו", בשל הדמיון לסיפור על ישו שהלך על המים. פיסות עור ברגליה של לטאת הבזיליסק מאפשרות לה לרוץ על המים. על ידי הגדלת שטח הפנים של כף הרגל של הלטאה הן מייצרות כיסי אוויר קטנים מתחת לרגליה, וכך הן מאפשרות לה "לרחף" על פני המים.

התנאי לריחוף על פני המים הוא שהיא תשמור על תנועה מהירה ובלתי-פוסקת, כי אם לטאת הבזיליסק תאט או תעצור בריצתה על המים, היא תטבע!


הנה הלטאה שרצה על המים:

http://youtu.be/45yabrnryXk

אחת התופעות המרתקות בהנדסה היא של מטוסים במשקל אדיר, שטסים באוויר, במטוסים חזקים זה בזכות הכוח שיוצר זרם הסילון שנפלט מהמנועים הסילוניים החדישים והחזקים כל כך.

במטוסים קטנים או ישנים יותר, בעיקר אלו שלפני מלחמת העולם השנייה, הייתה זו תנועת האוויר שמייצרים המַדְחֵפים שלהם, שהחזיקה אותם באוויר.

אבל מהו המַדְחֵף? איך הוא מצליח לייצר כוח כה גדול עד שמטוסים במשקל חצי טון נשארים בזכותו באוויר ולא נופלים?

המדחף, באנגלית פרופלור (Propeller) או הרוטור במסוקים, הוא מנגנון המחובר למנוע וכולל להבים או מעין כנפיים שצורתם מיוחדת. בסיבוביהם המהירים יכולים הלהבים לייצר זרם אוויר כה חזק עד כדי כך שהם דוחפים את המטוס קדימה.

אפשר לראות במדחף סוג של כנף שמסתובבת ומייצרת את מה שהציפורים מייצרות בנפנוף כנפיהן והוא "עילוי קדימה". כוח העילוי הזה הוא שדוחף את המטוס קדימה.

למעשה, תפקיד המדחף הוא להפוך את התנועה הסיבובית של המנוע לתנועת דחף של המטוס. את המדחף מרכיבים כמה להבים, שניים או יותר, כשכל להב היא כנף מסתובבת שיוצרת זרימה של אוויר בכיוון הטיסה - לפי מהירות סיבוב המדחף.

זרימת האוויר הזו יוצרת שני כוחות: כוח עילוי אופקי, שמחזיק את המטוס באוויר וכוח דחף הדוחף אותו קדימה. שני הכוחות הללו מתגברים על שני כוחות שלכאורה מונעים מהמטוס לטוס. הראשון הוא כוח הכבידה שדווקא מושך אותו לאדמה והשני - כוח הגרר, שמתנגד לתנועה שלו קדימה.

אגב, לכל להב יש פיתול בקצהו. זאת כדי למנוע את שבירתו בקצה הלהב, בשל האופן בו משתנה כוח העילוי בחלקים השונים של הלהב.


מטוסי הפרופלור כיום הם נדירים מאוד, בעיקר כי הם איטיים:

https://youtu.be/gkGEeLr7yEo


הכוחות הפועלים על המטוס, כשהמדחף אחראי לכוח שדוחף אותו קדימה:

https://youtu.be/wFTHh-6jIT8


את המדחף החליף עם השנים מנוע הסילון (עברית):

https://youtu.be/fP8892AsAiM


וכך פועל המדחף גם בצוללות:

https://youtu.be/ON_irzFAU9c

כשהאוויר מתחמם, גדל הנפח שלו. כשהנפח שלו גדל, יורד המשקל של יחידת נפח זהה. מבחינה מדעית ניתן לומר שככל שגז חם יותר, יש לחלקיקים שבו מרווח תנועה גדול יותר.

אבל כאן מגיע הקטע המעניין. כי היות וחלקיקי הגז החם הם צפופים פחות, הגז הזה נעשה יותר קל. הדבר גורם להיווצרות של כוח עילוי, שגורם לאוויר החם לעלות מעל לאוויר הקר.

גם בטבע יש זרמי אוויר חם. זרם אוויר חם או תרמיקה הוא זרם אוויר שעולה במעין "עמוד" אוויר.


הנה חימום האוויר בבלונים הפורחים לפני שהם עולים לשמיים:

http://youtu.be/wrzpaVbfyd8


סרטון אנימציה שמציג כיצד מחממים את האוויר בכדור פורח, כדי שיעלה למעלה:

http://youtu.be/3meVRG5qQEw


וכך מחממים כדור פורח כדי לרדת לטוס לתוך מערה גדולה בקרואטיה:

http://youtu.be/b0RtZL06EbI

האם מפל תמיד נופל?
מה הכוח היחידי שיכול למנוע מהמים במפל מליפול?


כדי שהמים במפל לא יפלו למטה, צריך להיות שם כוח חזק יותר מכוח המשיכה, נכון? - נכון.

במפל ההפוך שבמילפורד סאונד בניו-זילנד תראו שאם יש כוח חזק יותר מכוח המשיכה, המים במפל אכן לא יפלו.

והכוח הזה יכול להיות הרוח.

הפיורד מילפורד סאונד נמצא בדרום מערב האי הדרומי של ניו זילנד אבל הוא לא היחיד שהרוח עושה למפל שלו "הפוך על הפוך".

גם מפל המים בעיירה אולפסוויק שבדרום איסלנד זורם בכיוון ההפוך מפאת הרוח החזקה.


הנה תופעת טבע מרתקת - מי מפל שלא נופלים:

http://youtu.be/XaMtwNif9_E?t=6m20s


ומפל המים שמימיו עולים - בדרום איסלנד:

http://youtu.be/md2Nu89PcTo

לכל כוכב או גרם שמיימי יש כוח משיכה, או ליתר דיוק שדה כבידה. שדה הכבידה הוא כוח שמושך כל עצם אליו. משום כך, כשאנו קופצים לאוויר מיד ניפול בחזרה לקרקע.

לכן גם פירות נופלים מהעץ ולא מתעופפים באוויר.

כדי לעזוב את האטמוספרה של כדור הארץ צריך להתגבר על כוח הכבידה שלו. צריך לייצר כוח רב שיביא אותנו למהירות אדירה, שתתגבר על הכבידה.

הכוח הזה נמדד במהירות, או ליתר דיוק ב"מהירות המילוט" (Escape velocity), מושג שמתייחס למהירות שנדרשת לכל כלי טיס או תעופה, כדי שיוכל להשתחרר משדה הכבידה של כדור הארץ, או של כל גרם שמימי אחר שנהיה בו בעתיד.

אנו יודעים את מהירות המילוט הדרושה כדי להוציא את הלוויינים והחלליות אל מחוץ לאטמוספרה של כדור הארץ. מדובר על מהירות של 40,270 קילומטרים לשעה. כיום מצליחים טילים לעזוב את האטמוספרה במהירות של כ-11 קילומטרים בשנייה.

מהירות המילוט היא חשובה מאוד כדי להוציא חלליות ולוויינים לחלל. היא מחייבת שימוש ברקטות או טילים בעלי מהירויות גבוהות מאד ומאוד אמינים. כל תקלה שתגרום לכך שהמהירות הזו תרד בשלב שבו עוזבים את כדור הארץ, תביא לכישלון ולהשמדת כלי התעופה הזה.


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

https://youtu.be/YlxKh4oCKhw


המאבק בכוח הכבידה של כדור הארץ הוא עצום (מתורגם):

https://youtu.be/RVMZxH1TIIQ


וסרטון שמציג בצורה פשוטה את המושגים של שדה כבידה ומהירות מילוט:

http://youtu.be/0ItjOF987QI?t=21s

בשנות ה-60 וגם קצת אחרי זה היה מופע בידור מפחיד מאוד בגני התערוכה בתל אביב. היו בו אופנוענים שנסעו על קיר במהירות אדירה וכולם נהנו מההתגברות המטורפת שלהם על כוח הכבידה.

כן, קיר המוות הוא אחד מסגנונות הבידור המסוכנים והמפחידים שיש, אבל במדינות העולם השלישי הוא גם היום הצלחה אדירה.

במדינות המערב כבר לא מאפשרים את הבידור המסוכן הזה אבל בתת-היבשת ההודית וחלק משכנותיה הוא עדיין מצליח ומותר.

בהודו מכנים את קיר המוות ההודי "Maut ka Kuaa" ונוהגים בו במעגלים לאורך הקיר האנכי של קונוס העץ המתרחב למעלה. הקהל נאסף סביבו ומביט במופע המוטורי כלפי מטה, כמו אל תוך באר, מה שהוביל גם לשם "Well of death", בעברית "באר המוות".

את הנסיעה הרוכבים מתחילים בתחתית הקונוס, צוברים תאוצה, כשהם נוסעים מסיבה לא ברורה דווקא נגד כיוון השעון, ומגיעים למהירות גבוהה, בה האופנוע לא נופל בזכות מהירותו וחוקי הפיזיקה. אז מתחילים הרוכבים לפצוח בתרגילים מרהיבים, שגורמים ללב לא פעם לפעימה חסרה, לעתים כמעט ונוגעים ביד בידיהם של הצופים.

הרוכבים הם מיחידים, בדרך כלל גברים אך לא תמיד, ועד משפחות שלמות - דמיינו אבא, אימא ונערים ונערות שכולם גדלו למיומנויות המדהימות והמסוכנות הללו.


הנה קיר המוות והתרגילים המטורפים שעושים הלהטוטנים בהודו:

https://youtu.be/_Ky8RyQ7GJU


סוגי התרגילים בקיר או באר המוות:

https://youtu.be/P5ZtnIi7W0g


והרבה כבר נהרגו שם:

https://youtu.be/ttY3AiC7mVQ

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

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

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