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

הבטון (Concrete) הוא חומר הבניה השימושי בעולם וליטרלי ניתן לומר שהוא שבנה את העולם המודרני. עכשיו דומה שיש סבירות יפה שהוא גם יוכל להציל אותנו מהרס כדור הארץ. השיטה: אוגרים חשמל כשיש עודף ממנו ומנצלים אותו כשצריך.

הרעיון הוא של חברה שוויצריות שמציעה מודל חדש של אגירת אנרגיה וקוראת לו "אנרגיית גרביטציה" (Gravity Energy). החברה בונה מגדלי ענק, עם מנופים מטורפים, שמרימים ומורידים קוביות בטון ענקיות. הרעיון שלה הוא לשמר אנרגיה פוטנציאלית מהזמן שיש יותר מדי אנרגיה לזמן שבו נזדקק לאנרגיה והיא איננה.

מתי אין אנרגיה ירוקה? - כשאין שמש למשל. בחורף, בלילה או ביום מעונן. או כשאין רוח וטורבינות הרוח, אלה עם השבשבות הענקיות, לא מייצרות חשמל.


#איך פועלים מגדלי הגרביטציה?
זה עובד ככה: בשעות שבהן יש רוח רבה, למשל, מייצרות הטורבינות האדירות עם שבשבות הענק שלהן המון חשמל. החשמל הזה עובר למגדלי הבטון והם מעלים לגובה המון קוביות בטון כבדות. כך הם שומרים את האנרגיה הפוטנציאלית.

אם בימים חסרי השמש או בשעות שבהן הרוח לא נושבת צריך חשמל ואין אותו, אז מגיעה השעה לממש את הפוטנציאל של האנרגיה שנאגרה במגדלים. אז מורידים המנופים את קוביות הבטון לקרקע. כוח הכבידה שמושך את הקוביות אל הקרקע, מפעיל טורבינות שמייצרות... חשמל.

פשוט, יצירתי להפליא ומעורר השראה. כי מגדלי הבטון של אנרג'י וולט (Energy Vault) הופכים בכך לסוללות גרביטציה (Gravity Batteries) עצומות, המשתמשות בחשמל שיצרו משאבים בלתי מתכלים כמו שמש ורוח, כדי לאגור אנרגיה שתמומש לחשמל באמצעות כוח הכבידה, שכל היקום בנוי עליו ולעולם לא בו יהיה מחסור או פגיעה סביבתית.

במילים פשוטות, המגדלים הללו הם מצברים או סוללות נטענות לכל דבר. רק שהפרשי הגודל עצומים. ממש כמו הטעינה של הטלפון שלנו, טוענים אל המגדל שמספק חשמל לפי הצורך.


#אז האם זה הפתרון לאגירת חשמל?
האם העולם ייהנה מהאצת ייצור החשמל הירוק מרוח ושמש ויזנח את הדלק, הפחם והגז המזהמים כל כך? - יתכן שזה אכן אחד הפתרונות ואולי אפילו הטוב שבהם. אבל יש ויכוחים אדירים על הצד הכלכלי של אנרגיית הגרביטציה שנצברת כך. האם הבנייה האדירה שדרושה כדי לבנות סוללות גרביטציה שכאלה היא כלכלית? ומה באשר לזיהום ולמשאבים שדרושים כדי לייצר את כל המערך הזה, כולל כמויות עצומות ומזהמות לכשעצמן של בטון?

אלה רק חלק קטן מהשאלות שכלכלנים מנסים לברר ומומחי סביבה מתווכחים עליהם. נמתין ונראה.


הנה הדרך בה מציגה אנרג'י וולט את שיטתה:

https://youtu.be/dQSOj-LfaSE


מצגת על מגדלי הגרביטציה (עברית):

https://youtu.be/GdqXYCUY5_I


הביקורת על השיטה היא ממש לא פשוטה:

https://youtu.be/iGGOjD_OtAM


הדגמה של המערכת באנימציה:

https://youtu.be/itbwXMMkBQw


ניתוח כלכלי של סיכויי מערכות גרביטציה כמו מגדלי הבטון והמשאבות אל מול מצברי הענק של אילון מאסק:

https://youtu.be/lGPlrzk5iDE?long=yes


וסרטון תיעודי על סוללות הגרביטציה השוויצריות:

https://youtu.be/WCawtiU4o1o?long=yes

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 כ-3500 מפלים. חלק מהם הם מפלים גדולים מאד, כמו מפלי ויקטוריה שבאפריקה. מפלי איגואסו שבמשולש הגבולות ארגנטינה-ברזיל-פרגוואי נחשבים גם הם מהגדולים והרחבים בעולם ואחד מפלאי הטבע.

בצפון אמריקה ידועים מאוד מפלי הניאגרה המרשימים ומפורסם אולי פחות אבל מדהים במיוחד הוא מפל אנחל שבוונצואלה, דרום אמריקה והוא המפל הגבוה ביותר בעולם.

בזכות היופי וההוד של המפלים, המין האנושי מנצל אותם בכל העולם - כאטרקציות תיירות ונופש. אך מפל ניכר גם בכוח המים שנופלים בו. לפיכך מנוצל גם כוח המים במפלים הללו, שמאפשר להניע טורבינות המייצרות 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, אבל עדיין יש לנו כמה מפלים נחמדים משלנו.

הכירו מפלים מדהימים בעולם בתגית "מפלים".


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

חָלָל (Space) הוא המרחב הענקי שבו נמצאים היקום כולו והגופים השמימיים שבו. מבחינתנו, החלל הוא כל מה שנמצא מחוץ לאטמוספירה של כדור הארץ.

את הגבול שבין תחומי כדור הארץ לחלל נהוג להגדיר כקו בגובה של כ-100 קילומטרים מעל פני הים.


#מה יש בחלל?
החלל הוא שחור לחלוטין. יש בו חושך, כי אור השמש לא מגיע אליו ואין מה שיאיר אותו, ודאי לא במרחבי הענק האינסופיים שלו.

ניתן להגדיר את החלל כרִיק כמעט מוחלט, כלום או ואקום. שימו לב שמדובר ברִיק כמעט מוחלט. הסיבה היא שהערכת האסטרופיסיקאים, המדענים שמתמחים במכניקת הקוונטים, שעדיין קיימים חלקיקים שונים בוואקום הזה שבחלל, באותו "כלום".

זה גם לא לגמרי כלום. כי בשטח כה עצום של החלל יש עצמים מעטים מאוד, שכמעט ולא מורגשים. אסטרואידים ומטאורים, למשל, חולפים בו במהירויות עצומות. גם פסולת חלל שמפוזרת בו, בצורת עצמים שהותיר האדם. נכללים בה בעיקר חלקי חלליות ולוויינים, שיצר האדם ולאחר שיצאו משימוש, ננטשו על ידם בחלל. כל החלקים הללו נמצאים במסלול אינסופי, סביב כדור הארץ ואפילו מסכנים חלליות שטסות אל החלל.

אוויר, או גזים אחרים, לעומת זאת, אין בחלל. זה אומר שלנשום בו לא ניתן. גם צלילים אין בחלל, מפני שאין בו אוויר או משהו דומה, מה שאומר שלא עוברים בו קולות, כי קול מועבר באמצעות גלי קול באוויר או בגז כלשהו.

לכן גם חיכוך לא נוצר בחלל, מה שאומר שעצמים שנעים בחלל, יכולים לנוע בו ללא הפסקה, ללא האטה כלשהי או עצירה ובאותה מהירות כל הזמן. רק כוח שיופעל על עצם שנע בחלל, או פגיעה בדבר מה, הם שיוכלו לעצור אובייקט שכזה.

כוח כבידה, כמו זה שיש בכדור הארץ, גם הוא כמעט אפסי בחלל. לכן מרחפים בו ואין כיוונים כמו למעלה או למטה.

קר בחלל. הטמפרטורה בו נמוכה מכל מה שמוכר לנו בכדור הארץ, אפילו מהאזורים הקרים ביותר בעולמנו. הטמפרטורה הבסיסית בחלל קרובה ל"אפס המוחלט", בסביבות 270 מעלות צלזיוס מתחת לאפס. מאוד קררררר...

החום עולה, אגב, רק כשמתקרבים לגוף הפולט קרינה וחום. הטמפרטורה בקרבת השמש, למשל, יכולה להגיע למיליוני מעלות. החום הזה גם מוקצן בגלל שאין בחלל שום דבר שיכול לסנן את הקרינה, כמו שעושים בכדור הארץ האטמוספירה והשדה המגנטי שלו.


הנה החלל המדהים, אבל גם מסוכן בשבילנו (מתורגם):

https://youtu.be/iX2w3q_O25c


הדגמה של טיסה מכדור הארץ אל קצה היקום (ללא מילים):

https://youtu.be/MkRSmynqonM


כך האור מהווה כלי מחקר ולימוד מרכזי של החלל (מתורגם):

https://youtu.be/HZ7hwUduMoU


ותופעות ודברים מעניינים המתרחשים בחלל (עברית):

https://youtu.be/bIb6l7eOgFI

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

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

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

חוקי ניוטון, או ליתר דיוק שלושת חוקי התנועה של ניוטון (Newton's laws of motion), הם כמו כללים סודיים שמסבירים איך דברים זזים בעולם.

אייזק ניוטון, מדען מאוד חכם, גילה וניסח את החוקים האלה לפני שנים רבות. הנה ההסבר הכי פשוט שהצלחנו לתת להם:

#1 - דברים רוצים להישאר כמו שהם!
החוק הראשון של ניוטון אומר שדברים רוצים להישאר כמו שהם. אם משהו עומד במקום, הוא ימשיך לעמוד במקום. ואם משהו זז, הוא ימשיך לזוז באותו כיוון ובאותה מהירות, אלא אם כן משהו אחר יגרום לו להשתנות.

לדוגמה, אם כדור שוכב על הרצפה, הוא לא יתחיל לזוז לבד, אבל אם תבעטו בו, הוא יזוז. החוק הזה גם אומר לנו מתי אפשר להשתמש בכללים האלה - רק אם אנחנו מסתכלים על המשהו הזה, הכדור, ממקום שלא זז או מסתובב.


#2 - מה קורה עם דברים שזזים?
בחוק השני של התנועה ניוטון מסביר מה קורה כשמשהו גורם לדברים לזוז או להשתנות. הוא גרס שככל שדוחפים חזק יותר, הדברים יזוזו מהר יותר. אבל אם משהו כבד יותר, יהיה קשה יותר לגרום לו לזוז. החוק הזה נותן לנו נוסחה שאומרת שכוח שווה למסה כפול תאוצה.

לדוגמה, אם תדחפו עגלה קטנה, היא תזוז מהר יותר מאשר עגלה גדולה אם תדחפו באותה עוצמה.

והחוק השני גם אומר לנו שאם משהו משנה מהירות, זה בגלל שפועל עליו כוח.


#3 - לכל פעולה - תגובה.
החוק השלישי של ניוטון אומר שכל פעולה גוררת תגובה. אם תדחפו קיר, למשל, הקיר ידחוף אתכם בחזרה באותה עוצמה. הכוחות האלה תמיד פועלים על דברים שונים ולכן הם לא מבטלים אחד את השני.

לדוגמה, אם תזרקו כדור על הקיר, הכדור יפעיל כוח על הקיר, והקיר יפעיל כוח על הכדור בחזרה. הכוחות האלה תמיד נוצרים ביחד ובאותו זמן.


אז שלושת החוקים האלה עוזרים לנו להבין איך דברים זזים ומה גורם להם לזוז, ממש כמו קסם. ועדיין, חשוב לזכור שהחוקים האלה לא תמיד עובדים בדיוק אותו הדבר, במיוחד אם דברים זזים מהר מאוד כמו אור, או אם יש הרבה מגנטים או חשמל. במהירויות "נמוכות" ממהירות האור החוקים של ניוטון מדויקים להפליא.


הנה חוקי ניוטון שניסח המדען הדגול (עברית):

https://youtu.be/G-YlfXtW7Yc


הסבר של 3 חוקי התנועה של ניוטון (מתורגם):

http://youtu.be/zCNSO002jfI


וסרטון אנימציה קצר שמציג את התגליות של ניוטון בתחום הכבידה:

http://youtu.be/jwPc0kK9VHU

כל נהר זורם לים כי המים נמשכים למקומות הנמוכים, בשל כוח הכבידה. למעשה, הנהר כמעט תמיד יוביל אל ים או אגם ותמיד הם יהיו נמוכים ממנו. במקרים שלא - הוא יתחבר לנהר אחר או לעמק או אגם נמוך ממנו.

כך הנהרות זורמים אל הים ובמקרה של הפרשי גובה גדולים הם יוצרים בדרכם מפלים. בנהר יהיו לא פעם גם פיצולים ופיתולים, שנגרמים בשל מחסומים והפרעות למסלול הישיר של המים.

מערכת הנהר כוללת תמיד את האפיק הראשי של הנהר, זה שאליו מתנקזים היובלים שמקורם באזורים ההרריים. ביובלים נאספים ומתרכזים המים שנובעים ממעיינות או ממי הגשמים והשלגים המפשירים, מה שנקרא "מי הנגר העילי".

מי נגר מקורם הוא במשקעים כמו גשם, שלג וברד, כמו גם מקרחונים מתמוססים. כשהקרקע רוויה במים רבים, מי הנגר הם המים שיזרמו על פני האדמה, כיוון שיש כה הרבה מים עד שהם לא נספגים ולא מחלחלים אל הקרקע. במקום זאת, הם זורמים בנחלים, בנהרות וביובלים שמתחברים אליהם.

ההבדל בין נחלים ונהרות הוא בממדים שלהם. הנהר תמיד ארוך מהנחל, כשכמות המים הזורמת בו גדולה משמעותית מזו הזורמת בנחל.


הנה דרכו של הנהר אל הים:

https://youtu.be/XJ_FNS8Z_ek


דרכם של המים בנהר:

https://youtu.be/Sv16XOnNKeU


עוד מדרכי הנהר מההרים ועד הים:

https://youtu.be/wi0fT3TCIGs


מטייל בעקבות מקורות נהר ומשם אל הים:

https://youtu.be/h-gJlWAnThM


ובדרך אל הים נהרות מתעקלים כדי לגבור על מחסומים בדרך:

https://youtu.be/8a3r-cG8Wic

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

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

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