» «
מכניקה קוונטית
מהי מכניקת הקוונטים?



מסתבר שבגדלים מאוד קטנים קורים דברים מאוד מוזרים. מדובר בדברים שאינם אינטואיטיביים כלל, כמו עצמים שעוברים דרך קירות, דברים שנמצאים בכמה מצבים בו זמנית, מצבים שבהם מדידה של תוצאות ניסוי משנות את מהלכו של הניסוי עצמו באופן משמעותי וכדומה.

מכניקה קוונטית, מכניקת הקוונטים או תורת הקוונטים, הם שמותיה השונים של תורה פיזיקלית שמתארת מה קורה בסדרי גודל מאוד קטנים שכאלה. תורת הקוונטים מספקת הסברים לתופעות רבות, הסברים שלא ניתן היה לתת בעזרת הידע של המכניקה הקלאסית למשל, או הידע הקיים בתחום האלקטרומגנטיות.

תורת הקוונטים פותחה ב-100 שנים האחרונות ולכן היא נחשבת חדשה. החוקרים לומדים בכל יום ומעצבים את עקרונותיה וכיווני המחקר בה. מחקרים רבים נעשים בתחום, כשבעיקר מנסים ליישב את הסתירות שיש בנקודות מסויימות בינה לבין תורת היחסות הכללית של איינשטיין.

במקביל נעשה גם מחקר רב בכיוון של מחשבים קוונטיים, שעל הנייר יהיו יכולותיהם החישוביות בלתי נתפסות. כך למשל יכול מחשב קוונטי לבצע בחינות של מיליארדי אפשרויות בשניה. אם מעבד מחשב רגיל מחשב בכל רגע נתון אפשרות חישובית אחת ולפיכך פועל באופן סדרתי לבדיקת כל האפשרויות החישוביות, הרי שמחשב קוונטי שמצויד בסך הכל בכמה מאות קְיוּבִּיטים (המקבילות הזעירות של הביטים במחשב רגיל), יוכל לבחון בכל נקודת זמן יותר אפשרויות ממספר החלקיקים ביקום.


הנה קליפ מדהים שבו שרים מדענים מהי תורת הקוונטים (הפעילו את התרגום):

http://youtu.be/DZGINaRUEkU


סרטון ארוך המסביר את המושג מכניקה קוונטית:

http://youtu.be/jtO5rwRqodE?t=1m30s


הסבר מקיף למחשב קוונטי:

http://youtu.be/g_IaVepNDT4


והנה סרט תיעודי על מכניקת הקוונטים:

https://youtu.be/CBrsWPCp_rs?t=3m15s?long=yes
צורת גל
מהי צורת גל?



האם ידעתם שבכל פעם שאתם מנגנים צליל מוסיקלי אתם מנגנים למעשה אוסף של צלילים ביחד איתו? - למרבית גלי הקול שנוצרים בטבע יש צליל יסוד, או תדר יסוד, וביחד איתו שומעים סדרת של צלילים גבוהים יותר. אלו מכונים אוברטונים (Overtones) או הרמוניות (Harmonics). ברוב כלי הנגינה, האוברטונים מבוססים על כפולות שלמות, מכפלות במספרים שלמים, של תדירות היסוד, כלומר התדר של צליל היסוד. מרבית כלי הנגינה האקוסטיים (שאינם אלקטרוניים) מפיקים רק צליל בתדר יסוד, כמו שקורה בחליל, או כזה שמורכב מתדר יסוד בצירוף האוברטונים, ההרמוניות, כמו בכל הכלים האחרים.

צורת גל (Waveform) היא התיאור של הצליל. היא מתארת את הצליל והיא גם ההבדל באיך שהוא נשמע. בצליל של החליל מתארת צורת הגל רק צליל יסוד ולכן צורתו צורת גל סינוס והצליל הוא פשוט. אבל בכלים אחרים יש צליל מורכב. צליל מורכב הוא צירוף של "הרמוניות", צלילים עיליים הנשמעים ביחד עם צליל היסוד. כשמסתכלים על צורת הגל של צליל מורכב, אנו רואים צורת גל מורכבת הרבה יותר וגם שומעים צליל עם גוון שונה מהצליל של גל סינוס "חלילי".

הרי לכל צליל בנפרד - הן הצליל היסודי וכל אחת מההרמוניות, יש צורת סינוס. אבל לצליל המורכב מכולם יש צורת גל שהיא סכום צורות הגל, השונות זו מזו. כלומר, הגל יקבל צורה מורכבת, תוצאת צירוף כלל התדרים - מתדר היסוד ועד התדרים הגבוהים של הצלילים העיליים.

תדר היסוד הוא ההרמוניה הראשונה. תדירות ההרמוניה השנייה היא מכפלה בשניים של תדר היסוד, ההרמוניה השלישית היא מכפלת תדר היסוד בשלוש וכך הלאה. דוגמא? - לגל בעל תדר יסוד של 1 קילוהרץ, יהיה התדר של ההרמוניה השנייה 2 קילוהרץ, תדירות ההרמוניה השלישית תהיה כפול 3 קילוהרץ וכך הלאה.

כך נוצרת ממספר גלי סינוס, של מספר תדירויות שונות, צורת גל אחת, המורכבת מצירוף התדרים של מספר הגלים המקוריים - כל אחד על פי תדירותו ועוצמתו היחסית. צורת גל מורכבת כזו נקראת גם הגל השקול, או הגל הנוצר מחיבור הגלים. כך יוצא שבנוסף לצורת הגל הפשוטה, שהיא צורת גל סינוס.

צורות הגל השכיחות הנוספות הן:

גל שן מסור
גל מרובע
גל משולש - כולן חיבור מחזורי של מספר גלי סינוס בעלי תדירויות שונות.


הנה הסבר של צורת-גל:

https://youtu.be/YsZKvLnf7wU


גל סינוס שתדירותו הולכת ועולה והגובה המוסיקלי שלו עולה גם הוא:

https://youtu.be/qNf9nzvnd1k


בסינטסייזר ממש קל לשנות את צורת הגל:

https://youtu.be/-ZHw7r2a1K4


והנה סרט תיעודי על האקוסטיקה של הצליל:

https://youtu.be/nlv5bylQDsE?long=yes
שיווי משקל
מהו שיווי משקל?



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
כוח צנטריפוגלי
מהו הכוח הצנטריפוגלי?



זוכרים את הקרוסלה? זוכרים שגופנו נדחף החוצה, אל מחוץ לסיבוב? - האחראי לכך הוא כוח פיזיקלי שנקרא "הכוח הצנטריפוגלי". מבחינה פיזיקלית, כל מה שמסתובב סביב ציר כלשהו, נמשך החוצה מהמרכז. אם הכוח שיצרנו, או האנרגיה הסיבובית, חזק מספיק, הוא יכול לגבור על כוחות אחרים, כמו למשל כוח המשיכה שמושך אותנו אל הקרקע.

הכח הצנטריפוגלי הוא כוח שדוחף אל מחוץ לסיבוב. זהו כוח שמסוגל לנצח אפילו את כוח המשיכה (כוח הכבידה). כל מה שנדרש הוא אנרגיה סיבובית מספקת. על פי עיקרון זה פותחה הצֶנְטְרִיפוּגָה, אותו מכשיר שמשמש בתעשיה ובמעבדות מחקר להפרדה של חומרים זה מזה.

משמעות המילה "צנטריפוגלי" בלטינית היא "בורח מהמרכז" (עברית).


הנה הסבר של הכוח הצנטריפוגלי:

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


הסבר נוסף של הכח הצנטריפוגלי:

http://youtu.be/gRVIWWJwzfY


והכוח הצנטריפוגלי הוא שמאפשר לכלי רכב לנסוע במהירות על קיר המוות ולא ליפול:

http://youtu.be/4aZctbTp5gQ

מושגים בפיזיקה

מעטפת
מהי מעטפת הצליל?



ביחד עם ההרמוניות שלו, האוברטונים, צליליו העיליים של כל כלי נגינה, מעטפת הצליל (Sound Envelope) היא גורם נוסף שמאפשר לנו להבדיל בין כלי הנגינה השונים.

מעטפת הצליל היא תיאור של שינויי העוצמה של הצליל, מרגע שהוא נוצר בכלי הנגינה ועד שהוא דועך. היא ניתנת לתיאור גרפי, בארבעה שלבים. מעטפת הצליל מתוארת בדרך כלל בראשי תיבות: ADSR. נמדדים בהם המשך, העוצמה וההשתנות של העוצמה לאורך הזמן, מה שנקרא מודולציה.

אלו 4 השלבים של היווצרות הצליל:

התקפה (Attack) - הרגע בו מופק הצליל ומגיע לעוצמתו המרבית. בכלי פריטה או נקישה הוא חזק מאד.
דעיכה (Decay) - השלב בו הצליל נוחת מעוצמתו המרבית.
דינמיקה פנימית (Sustain) - כיצד הצליל נשאר כשהתו נמשך (אצבע נשארת על הקליד, מיתר ממשיך להשמיע צליל).
שחרור (Release) - הזמן בו הצליל נמוג, כשמשחררים אותו (מרימים אצבע מהקליד, עוזבים מיתר בגיטרה וכו').


הנה הסבר של המעטפת של הצליל:

https://youtu.be/Q-ot9AaJx-Y


בסינטסייזר אפשר להשתעשע ביצירת מעטפות צליל כאלה:

https://youtu.be/A6pp6OMU5r8


תחום תדירות השמע האנושי הוא בין 20Hz ל-20kHz. בדקו מה תחום השמע שלכם:

https://youtu.be/qNf9nzvnd1k
כוח עילוי
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.

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 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:

https://youtu.be/uJKv5yfecHY


כוח העילוי בהדגמה יפה לתלמידים:

http://youtu.be/cQIvbO5MpQY


מבנה הכנף המותאם לכח העילוי מרים את המטוס למעלה:



כך הוא מחזיק את המטוס באוויר:

https://youtu.be/MvFKUiW8-tY


וכך ציפורים נעזרות בכוח העילוי כדי לנדוד למרחקים:

http://youtu.be/5dk9m2zgngM
אטום
מה זה אטום וכיצד הוא התגלה?



האטום הוא החלקיק הקטן ביותר של יסוד כימי שבו נשמרות תכונות היסוד. האטום מורכב מחלקיקים קטנים יותר שאינם באים לידי ביטוי בתורה הכימית. בעבר חשבו המדענים שהאטום הוא חלקיק יסודי שלא ניתן לחלק אותו לחלקיקים קטנים יותר, אך מאוחר יותר התגלה שהאטום מורכב מחלקיקים קטנים יותר: גרעין שבו פרוטונים ונייטרונים (שגם הם מורכבים מחלקיקים נוספים), ומסביבו ענן של אלקטרונים.

למעשה, עידן הטכנולוגיה הגרעינית נולד בשנת 1939, כשזוג החוקרים האן ושטרסמן גילו שבליעת נויטרונים על ידי גרעיני אורניום, עשויה לפרק אותם ליסודות קלים יותר תוך פליטה של אנרגיה. שחרור האנרגיה מהפירוק הזה הוא שקידם את הטכנולוגיה הגרעינית, הן לצורך ייצור של חשמל מכורים גרעיניים והן ליצירת פצצות אטום הרסניות, שמאיימות על שלום העולם.

המדע כיום יודע שרוב החומרים לא מורכבים מסוג אחד של אטומים, אלא ממולקולות, שהן מספר אטומים דומים או שונים, שקשורים זה לזה.

המילה אטום פירושה ביוונית "לא ניתן לחלוקה". טבע אותה דמוקריטוס, הפילוסוף היווני בן המאה ה-5 לפני הספירה, חוקר יווני שהגה אז את רעיון קיומם של האטומים - מרכיבי היסוד של כל מה שמקיף אותנו בעולם. הוא חשב שאטומים הם המרכיבים הקטנים ביותר בטבע. הוא צדק כמעט בכל אבל היום אנו יודעים שגם האטום מורכב מחלקים שונים...


הנה התפתחות תיאוריית האטום (עברית):

http://youtu.be/bbQeJ8aPcjk


על ההיסטוריה של גילוי האטום (מתורגם):

http://youtu.be/xazQRcSCRaY?t=6s


כך נקשרים ביניהם אטומים לחלקיקים (מתורגם):

http://youtu.be/NgD9yHSJ29I?t=6s


וכך התפתח הרעיון של האטום עד לחומר האפל, שאת קיומו משערים כיום הרחק בחלל (מתורגם):

https://youtu.be/HneiEA1B8ks
מגנטיות
מהי המגנטיות ואיך היא קשורה לכוח חשמלי?



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


טמפרטורה
מהי טמפרטורה?



טמפרטורה (Temperature) היא מושג שיש להסביר בתנועות החלקיקים של החומר. כל גוף וכל חומר מורכבים ממולקולות, שהם החלקיקים הקטנים ביותר של החומר.

הטמפרטורה היא המהירות של המולקולות בגוף זה. ככל שהמולקולות נעות וזזות מהר יותר, הן מתנגשות יותר זו בזו. האנרגיה העצורה בחומר רבה יותר והטמפרטורה שלו גבוהה יותר.


בדיקת הבנה
==========
האם חומר שהמולקולות שלו זזות לאט הוא חם או קר?


את הטמפרטורה ניתן להסביר לפי ההבדלים בין תה קר לתה חם:

https://youtu.be/SUnEyFbqyZQ


מדחום, או תרמומטר, הוא מכשיר שבעזרתו ניתן למדוד את הטמפרטורה:

https://youtu.be/dw1PcsA6MSU


האם הטמפרטורה היא עניין מורכב?

https://youtu.be/W5teyd8srp8


וכאן בגרסת אנימציה ארוכה:

https://youtu.be/EPAct_QsGKg
מהי אלקטרומגנטיות?


אֱלֶקְטְרוֹמַגְנֵטִיּוּת (Electromagnetism) היא הקשר המיוחד שבין חשמל למגנטיות. זהו תחום בפיזיקה שעוסק בתופעות הקשורות למטען חשמלי.

אֱלֶקְטְרוֹמַגְנֵט הוא מגנט שנוצר מזרם חשמלי. אלקטרומגנט ניתן ליצור באמצעות כל תיל (חוט) שבו עובר זרם חשמלי, המייצר מסביבו שדה מגנטי.

איך יוצרים אלקטרומגנט? - ניקח את הסילונית, שהיא פיסת תיל מבודד, כלומר שיש בידוד מסביבו. אם זרם חשמלי עובר דרך הסילונית וכל עוד עובר בה זרם, תתנהג הסילונית כמגנט. כלומר, יהיה לה שדה חשמלי חזק, שיש בו קוטב דרומי וקוטב צפוני.

אגב, אם מפזרים אבקת ברזל סביב תיל, ניתן לראות שכשהזרם החשמלי מופעל ועובר בו, חלקיקי אבקת הברזל יסתדרו במעגלים, לפי השדה המגנטי שהתיל יוצר.

השדה האלקטרומגנטי או שדה כוח אלקטרומגנטי מורכב משדה חשמלי ושדה מגנטי שנעים ביחד כשהם מצומדים. במילים אחרות, אובייקטים בעלי מטען חשמלי שנמצאים בתאוצה, מתפשטים יחד ומשפיעים זה על זה, מה שיוצר את השדה האלקטרומגנטי.

אלקטרומגנטיות היא תופעה מדהימה. כבר ב-1820 גילה הנס כריסטיאן ארסטד (Ørsted) פרופסור לפיזיקה וכימיה מדנמרק, שזרם חשמלי שזורם דרך תיל, גורם למחט של מצפן סמוך להסתובב ולסטות מהצפון. הוא היה הראשון שזיהה קשר כלשהו בין חשמל למגנטיות.

מייקל פאראדיי, מגלה האלקטרומגנטיות, היה הראשון שהבין שישנו שדה חשמלי שמקיף כל מטען חשמלי בעולם. השדה החשמלי הזה זז עם המטען החשמלי לכל מקום שבו נמצא המטען החשמלי הזה. פאראדיי שיער גם שטלטול של המטען החשמלי מייצר "קרינה אלקטרומגנטית". ב-1931 הוא מצא ששדה מגנטי משתנה, שיצר מגנט מתנועע, יכול להביא לזרימת חשמל בסליל מוליך. מכאן יווצרו הגנרטורים, מחוללים של חשמל, שמייצרים כיום חשמל בכמויות חשמל, על ידי כוח מגנטי משתנה, המניע אלקטרונים בתיל, בכיוון מסוים ובכך יוצרים זרם.

גם זרם חילופין יוצר שדה אלקטרומגנטי. זו אחת התרומות של ניקולה טסלה, ממציא זרם החילופין והאיש שלו אנו חייבים את מערכת החשמל המודרנית.

באמצעות הקרינה האלקטרומגנטית עובדים כיום מכשירים כמו הרדיו, הטלוויזיה, הטלפון הנייד, הרנטגן, המיקרוגל ועוד. הדבר המדהים שרובנו לא יודעים הוא שגם אור הוא קרינה אלקטרומגנטית.


הנה האלקטרומגנטיות והאופן בו אנו חווים אותה ביום יום - באור, בגלי הרדיו ועוד (מתורגם):

https://youtu.be/O0PawPSdk28


הדגמה מומחשת של האלקטרומגנטיות:

https://youtu.be/Elv3WpL32UE


והאם הקרינה האלקטרומגנטית הולכת ופוגעת בנו? (מתורגם):

https://youtu.be/FfgT6zx4k3Q?long=yes
מהי אנרגיה קינטית?



אנרגיה קינטית 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
מהם גלי קול?



גלי קול (sound waves) נוצרים כתוצאה מרטט של משהו. כשמשהו רוטט, הוא מייצר גלי קול באוויר ואז יש צליל. אנשים אוהבים לדמות את גלי הקול לאדוות, גלים זעירים, שנוצרים בבריכה כשמשליכים לתוכה אבן.

לכל דבר שזז יש צליל כלשהו. לפעמים הוא חלש וקשה לשמוע אותו אבל הוא תמיד קיים. הצליל נוצר כשהרטיטות של מחולל הקול, אותו דבר שזז, הרטיטות הללו דוחפות את המולקולות של האוויר ואלו זזות הלוך וחזור, ממצב של יציבות ובחזרה, שוב ושוב ושוב. כך נוצר הצליל. המולקולות מתפשטות באוויר ויוצרות גלים - גלי קול.

מבחינה מדעית, גלי הקול הם תנודות מחזוריות בלחץ האוויר. ככל שהתנודות הללו יהיו מהירות יותר, יהיה הצליל גבוה יותר - ה-Pitch שלו יעלה. ככל שהתנודות יהיו חזקות יותר - תגדל העוצמה של הצליל שנוצר מגלי הקול הללו.

דוגמה? - נניח שאנו רואים מישהו שפורט על מיתר בגיטרה שלו. כתוצאה מהפריטה, רוטט המיתר, הלוך וחזור, בתדר קבוע שיכול להגיע לכמה עשרות אלפי פעמים בשנייה. כשהמיתר זז לכיוון שלנו, הוא דוחף את מולקולות האוויר לכיווננו ולחלקיק שנייה עולה לחץ האוויר לכיוון שלנו. כשהמיתר זז בכיוון המנוגד לנו, נדחפות מולקולות האוויר בכיוון ההפוך. לחלקיק שנייה קטן לחץ האוויר לכיוון שלנו. כך האוויר רוטט עשרות עד אלפי פעמים בשנייה. אלו הם גלי קול.

אגב, גלי הקול מתפשטים בדרך כלל דרך האוויר, אבל הם יכולים להתפשט במרחב גם דרך גזים, נוזלים או מוצקים אחרים. בריק, ואקום, גלי קול לא יכולים להתפשט.


הנה הסבר של גל הקול:

https://youtu.be/XLfQpv2ZRPU


קליפ שמתחיל בגלי קול ולך תדע איך הוא יסתיים (רמז: מדהים)

https://youtu.be/bpOSxM0rNPM


הסבר מקיף מאד:

https://youtu.be/GkNJvZINSEY


צלילים יכולים להיווצר כשיש רטט קבוע באוויר שבתוך צינור:

https://youtu.be/7VGlBZOywIg


שיר גלי הקול:

https://youtu.be/4mJBZkjitnY


וסרט תיעודי על גלים בטבע ואיך הם משמשים בקול ובאור:

https://youtu.be/Io-HXZTepH4?long=yes
מהי תדירות צליל?



גלי הקול עושים תנועה מחזורית פעמים רבות בשנייה. התדירות (Frequency) היא מספר המחזורים השלמים שעושה גל קול במשך שנייה אחת.

במוסיקה, מבחינה תדירות הצליל בין גבהי הצלילים (pitch). היחסים בין הצלילים הם מתמטיים, כפי שגילה פיתגורס, עוד בימי יוון העתיקה. לפיכך התדירות של הצליל רה, למשל, תהיה גבוהה משל דו שמתחתיו. התדירות של צליל שגבוה באוקטבה מצליל אחר, תהיה בדיוק פי 2 ממנו.

בתצוגה גרפית ניתן לראות תדירויות שונות של גלי קול. ככל שהגלים יהיו צפופים יותר פירוש הדבר שהתדר הוא גבוה יותר בעוד שהגלים המרווחים יותר הם בעלי תדירות יותר נמוכה.

התדירות נמדדת ביחידות הרץ (Hertz). בגל שתדירותו היא 100 הרץ, מתרחשים מאה מחזורים בשנייה. לעיתים התדירות היא באלפי הרץ ואז מציינים את התדירות בקילו-הרץ (KHz). כך יהיו למשל 50KHz שווים ל-50 אלף מחזורי גל בשנייה. כך תוכלו להבין שהשמיעה האנושית יכולה להבחין בגלי קול שתדירותם היא בין 20 הרץ ל-20 קילו הרץ, כלומר עשרים אלף הרץ, בגבול העליון. כשמזדקנים, קטן הטווח הזה משמעותית.

בעלי חיים יכולים להבחין בתדרים גבוהים יותר מאיתנו בני האדם. כלבים שומעים תדרים שמגיעים עד 60 קילו הרץ, בעוד עטלפים שומעים תדרים של עד 150 קילו הרץ.


הנה הסבר של תדירות הצליל שמשפיעה על גובהו:

https://youtu.be/8i6hTU0jw-g


אם נבין מהם גל ואורך גל נבין גם מהי תדירות צליל (מתורגם):

https://youtu.be/UZ5UGnU7oOI?t=12s


הדגמה של התדירות באופן ויזואלי:

https://youtu.be/jveKIYyafaQ


הסבר מקיף על תדירות הצליל וגובהו:

https://youtu.be/ZjvuiOSo3ow


וסרט תיעודי על התדירות של הצליל:

https://youtu.be/nlv5bylQDsE?long=yes
מהם חום וקור?



חום הוא תנועה מהירה של חלקיקי החומר וקור הוא תנועה איטית שלהם. גם הדחיסות שלהם משתנה כי אוויר חם הוא פחות דחוס מאוויר קר. החלקיקים באוויר מתחממים והם זזים במהירות, מה שמגדיל את המרווחים ביניהם, כלומר את הוואקום שבין חלקיקי האוויר. באוויר הקר, לעומת זאת, החלקיקים נעים לאט יחסית לאוויר החם והמרווח ביניהם מצטמצם.

לכן אוויר חם הוא קל והוא עולה למעלה, בעוד שאוויר קר הוא כבד ויורד למטה.


הנה ההבדלים בתנועת החלקיקים במים הקרים (תנועה איטית) ובחמים (תנועה מהירה):

https://youtu.be/G_TCFgEdEGc


הנה הסבר לחום והקור:

https://youtu.be/f1eAOygDP5s
מהו רעש לבן?



ידוע שצלילים אקראיים, צלילים של רגע, כמו נביחות, ילדים צועקים, מכוניות וכדומה, מפריעים את השינה מאד ומפחיתים את האיכות שלה. אנשים שישנים בסביבה רעשנית אינם ישנים שינה רצופה וממלאת באנרגיה מספקת.

הסתבר במחקרים רבים שרעש לבן, רעש רציף ומלא, מסייע לאנשים בסביבה רועשת. הוא תורם לשינה טובה, לריכוז טוב יותר בלימודים או בעבודה ולמיסוך אקוסטי כללי, כשהרעש שמסביב מפריע. זו גם הסיבה שתינוקות ישנים מצוין כשהמאוורר פועל לידם ומייצר מעין רעש לבן.

בעבר היה צורך לקנות מכשיר להשמעת רעש לבן. עם הזמן יצאו דיסקים עם רעש לבן. כיום יש תוכנות, סרטוני וידאו ואתרי אינטרנט שמאפשרים להשמיע רעש לבן ללא תשלום.


הנה סרטון שממחיש כיצד רעש לבן משפיע על רעשים:

http://youtu.be/FZR4F9oIPts


מכשיר להשמעת רעש לבן:

http://youtu.be/0YAL5l0enMc


הסבר הרעש הלבן ויכולת מיסוך הצלילים שלו:

http://youtu.be/EY5OQ2iVA50


והנה רעש לבן שנמשך 10 שעות. נסו אותו בפעם הבאה שתרצו לישון או להתרכז כשרועש בבית:

https://youtu.be/bNqERBWaJeM
כמה אטומים יש בגופנו?



כמו כל חומר בטבע, גם גופנו מורכב מהמוני מרכיבים זעירים ביותר שנקראים אטומים. האטום, המרכיב הקטן ביותר של החומר, מצטרף למספרים בלתי נתפסים של אטומים, כדי להרכיב את הגוף שלנו.

אבל מה המספר של האטומים בגופנו? - אז זהו, שאחרי שישבנו וספרנו אותם (סתם, נראה לכם?) הגענו למספר אוקטליון אטומים, פחות או יותר. כלומר בגופנו יש מספר של 27 אפסים של אטומים. זה המון - במיליון יש 6 אפסים, במיליארד 9 אפסים וכך הלאה...

כמובן שחוקרים שונים יש אומדנים שונים של מספר האטומים בגוף האנושי, אבל כולם מדברים על היקפים מדהימים שכאלה. אם נאמר זאת בפשטות - בכל תא מגופנו יש הרבה יותר אטומים ממספר האנשים שבעולם. ויש לנו בגוף מעל 100 טריליון תאים...

בנוסף, בכל שנה מתחלפים מעל 98 אחוזים מהאטומים שבגופנו. מה שאומר שאם מישהו שואל אותנו מה השתנה בנו, תמיד נוכל לומר ש"כמעט הכל..."


הנה האטומים שבגופנו:

https://youtu.be/3XTlPDxWeOs


בואו למסע קצר בתא אחד:

https://youtu.be/B_zD3NxSsD8


ועוד כמה עובדות מרנינות על הגוף שלנו:

https://youtu.be/BgdBtPdHSYM
מהו חור תולעת?



"חור תולעת” (Wormhole) הוא מנהרה בחלל שיוצרת "קפיצת דרך” בחלל ולהעביר חומר אל כוכבי לכת אחרים. אבל מסע במנהרת הזמן הזו יהיה לא רק מסע במרחב אלא גם בזמן. תיאוריית "חורי תולעת” היא המשך לתורת היחסות הכללית של איינשטיין, כשחור התולעת הוא מעין חור שחור שמקשר באופן עקיף בין שתי נקודות בחלל וחוסך את הצורך במסע רגיל וארוך מאד. בעצם "חור התולעת” הוא סוג של תעלה שבה יישברו חוקי הפיזיקה ותתרחש תנועה בזמן, במהירות גבוהה ממהירות האור. לפי התיאוריה הוא מהווה קיצור דרך או מנהרה דרך החלל והזמן ומעבר מהיר בין גלקסיות מרוחקות. חלק מהחוקרים גורסים שיש חורי תולעת שמחברים אפילו בין יקומים.

הפיסיקאי סטיבן הוקינג מסביר שחוץ ממסעות אל כוכבי לכת רחוקים דרך חור תולעת, ניתן לקשר את שני הצדדים לאותו המקום בזמנים אחרים. כך תוכל חללית שתעבור דרכו להגיע לעבר הרחוק ויתכן בהחלט שנוסעיה יפגשו דינוזאורים או יחוו עידן אחר בתולדות כדור הארץ.

כנראה שלא נראה בקרוב מכונות זמן כמו אלה שבספרות המדע הבדיוני וספריה של גלילה רון פדר, בסדרות כמו "מסע בין כוכבים -חלל עמוק 9” ו”סטארגייט" ובסרטים כמו “בחזרה לעתיד”. גם קיומם של חורי תולעת לא הוכח ואם יימצאו פעם, סביר שהם יהיו קטנים מאד ובני אדם וספינות חלל לא יוכלו כנראה להיכנס לתוכם. אבל הפיזיקאים מדברים על "חורי תולעת” כתקווה הגדולה למסעות בזמן. דרך השערים המכונים חורי תולעת, הם גורסים, אולי נוכל בעתיד לצאת למסעות של ממש בזמן.


הנה סרטון תיעודי קצר המסביר מהם חורי תולעת (מתורגם):

https://youtu.be/9P6rdqiybaw?long=yes


על האפשרות לקיים מסעות בזמן באמצעות חור תולעת:

http://youtu.be/SLUzJeto0Wo


הסבר נחמד וקצרצר לחור התולעת (עברית):

http://youtu.be/SKXVDkF2svc


והסבר נוסף:

http://youtu.be/egTLqBqQkOM


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
מהם פרקטלים?



הפרקטל הוא צורה שככל שנביט בה קרוב יותר, נראה את אותה הצורה חוזרת על עצמה בכל קנה מידה. זוהי צורה גאומטרית שמורכבת פנימה, שוב ושוב, מעותקים של עצמה, מוקטנים יותר ויותר. ככל שנתבונן לתוך חלקי הפרקטל, נראה שם תמיד חלקים הדומים לו, כך שכל פרט זעיר בצורה, דומה לצורה המקורית והגדולה ביותר.

בגרפיקה ממוחשבת עושים המון שימוש בפרקטלים. הסיבה היא שנוסחאות מתמטיות קלות יחסית מאפשרות ליצור הרים ומרקמים מורכבים ליצירה בצורה אחרת. גם בפיזיקה משתמשים בפרקטלים למחקרים על תורת הכאוס וכדומה.

בטבע אפשר לראות מבנים שונים שדומים לפרקטלים. מבנים בטבע כמו צורת הכרובית, מבנה העורקים של העלה, התפצלות כלי הדם בגוף, פתית שלג או צורת קו חוף (במיוחד של הפיורדים בנורווגיה) - כל אלה מזכירים מאד את הפרקטלים ומראים שבטבע יש שיטה גם בדברים שאינם מובנים בצורה מתמטית.


הנה סרטון הסבר למושג הפרקטל (מתורגם):

http://youtu.be/Tm0U2VxFd8Q


הסבר מילולי על הפרקטלים - מהתבניות היותר מעניינות שבטבע (עברית):

http://youtu.be/ofA2tBvcbhw?t=3m38s


המתמטיקה של הפרקטלים בסרטון מקסים לפי ז'אנר הסרט האפל (מתורגם):

https://youtu.be/0C75vRVL5lE


הפרקטלים שבטבע:

https://youtu.be/XwWyTts06tU


עוד פרקטלים בטבע:

https://youtu.be/dZM45mfJQ40


ולהדגמת הרקורסיה הפשוטה, הנה משולש סרפינסקי שלא נגמר:

http://youtu.be/QsMvoui5WlQ?t=10s
מהי רדיואקטיביות ומהי קרינה רדיואקטיבית?



רדיואקטיביות (Radioactivity) היא התפרקות של גרעינים אטומיים מעצמם. ההתפרקות הזו גורמת לפליטת קרני אלפא (של גרעיני הליום), קרני ביתא (זרם של אלקטרונים) וקרני גמה (קרינה אלקטרומגנטית בעלת אורך גל קצר מאוד).

זו תופעה מרתקת שהכימאים לא מפסיקים להתעניין בה. היא נגרמת בשל מה שקרוי "כוח גרעיני חלש". הוא נגרם מאטומים בעלי איזוטופים עם גרעין לא יציב, מה שגורם לו לפלוט קרינה. איזוטופים שפולטים אנרגיה נקראים "איזוטופים רדיואקטיביים".


#הסכנה
יש אטומים המכילים איזוטופים עם גרעין שאינו יציב, מה שגורם לו לפלוט קרינה. והקרינה הזו, מאורכי גל קצרים כמו זה שמאפיין קרני רנטגן, קרני גמא ואור אולטרה סגול, יכולה להיות מסוכנת מאוד.

כל סוגי הקרינה עלולים לפגוע בתאים חיים, מה שמסכן בעלי חיים, כולל בני אדם, ממחלות ובעיות בריאות ותורשה ועד לפגיעה קטלנית וישירה.

הסיבה? - הקרינה הגרעינית לסוגיה מספיק חזקה בכדי לייצר פגיעה, בקריעת אלקטרונים מתוך האטומים שלהם. זה גורם לנזקים, החל מכוויות ולנזק גנטי בלתי הפיך ועד למוות כתוצאה מפגיעה חמורה אף יותר.


#סוגי הקרינה הרדיואקטיבית
קרני אלפא - זוהי קרינה חלשה מאוד, עם כושר חדירות מוגבל שאפילו דף נייר יאפשר לחסום אותה.

קרני ביתא - היא קרינה חזקה יותר, עם כושר חדירות גבוה משל קרני אלפא והוא יכולה לחדור, לעופרת למשל, לעומק של מילימטר אחד.

קרני גמא - מייצרות את הקרינה החזקה מאוד, שיכולה לחדור גם לעומק של 18 סנטימטרים של עופרת. קרני הגמא הן הקרניים החדירות ביותר והמסוכנות ביותר.


#היתרון הבריאותי
מצד שני, יש גם קרינה של קרני X, הנקראים גם קרני רנטגן. זהו סוג נוסף של קרינה, המסוגלת לחדור למוצקים, ליינן גזים ולחדור דרך רקמות הגוף - מה שהופך אותה לכלי איבחון רפואי והקרנות בחולי סרטן.

הקרנות שנעשות באמצעות קרינה כזו מאפשרות לרפא את הגוף. עושים זאת על ידי הקרנה על גידולים סרטניים, שאותם רוצים להשמיד בגוף. הקרנה מדויקת כזו פוגעת בגידול הסרטני ומחבלת בו עד לחיסולו, מבלי לפגוע ברקמות הגוף החיוניות.


הנה סיפורה של הרדיואקטיביות (מתורגם):

https://youtu.be/TJgc28csgV0


הקרנות או חשיפה לקרינה יכולה להשפיע על הגוף מאד - בנסיבות מסוימות להזיק ובזהירות המתבקשת לרפא (מתורגם):

https://youtu.be/zI2vRwFKnHQ


הסבר על הקרינה הרדיו אקטיבית (עברית):

https://youtu.be/3AsMo7sBHec?long=yes


הרצאת וידאו קצרה על קרינה רדיואקטיבית שמקיפה אותנו (מתורגם):

https://youtu.be/TRL7o2kPqw0?long=yes


והסבר מקיף על מה שעומד מאחרי החשש מפני הקרינה של השדה האלקטרומגנטי של מכשירי החשמל, שאנו חוששים שיגרמו לנו לסרטן (מתורגם):

https://youtu.be/FfgT6zx4k3Q?long=yes
מהי תופעת דופלר?



תופעת דופלר או אפקט דוֹפְּלֶר היא תופעה של שינוי התדירות הנצפית או הנשמעת של גל, בשל תנועה יחסית בין מקורו לצופה או לשומע. מדובר בגובה הצליל ולא בעוצמה שלו. גובהו של צליל משתנה בהתאם למרחק, בלי קשר לעוצמתו.

הדוגמה המוכרת של אפקט דופלר היא כשמכונית מתקרבת הצליל שנשמע לאוזנינו גבוה מהצליל האמיתי שהיא מפיקה בנסיעתה וכאשר המכונית מתרחקת - הוא נשמע נמוך מהצליל האמיתי שלה. רק כשהיא ממש לידנו, אנו שומעים את גובה הצליל האמיתי שלה.

אגב, אפקט דופלר נכון גם לאור. האור של כוכבים שמתרחקים מאיתנו הופך להיות אינפרה אדום. קראו על כך באאוריקה בתגית "פרדוקס אולברס".


הנה הסבר על אפקט דופלר (עברית):

https://youtu.be/1zybyButfjY


תופעת דופלר כפי שהיא נשמעת בכלי רכב שעוברים לידנו:

http://youtu.be/yWIMWqkcRDU


דוגמאות לאפקט דופלר כפי שהוא מודגם לחיילים לגבי מטוסים:

http://youtu.be/eo_owZ2UK7E


וכך סייע אפקט דופלר לחזק את תיאוריית המפץ הגדול (מתורגם):

http://youtu.be/rIVkvrEiVm0
מהם הקול והצליל?
מהי מהירות מילוט?
מהו גוון צליל ומהם הצלילים העיליים?
מה זה היתוך גרעיני?
מה זו אווירודינמיות?


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.