מהירות היא המידה שבה מתארים את קצב התנועה של גוף במרחב, או המרחק שהוא עובר בפרק זמן מסוים. מהירויות גבוהות ונמוכות הן יחסיות. כך למשל אם מכונית תסע במהירות של 200 קילומטרים לשעה (מרחק של 200 קילומטרים בפרק זמן של שעה אחת), מהירותה תיחשב גבוהה. על מטוס שטס במהירות כזו סביר שיאמרו שהוא טס לאיטו..

בעברית יש מילה אחת לשני מושגים. מהירות היא גם מהירות (Speed) שהוסברה למעלה ויש לה גודל בלבד, וגם מהירות (Velocity), שמשמעותה היא מהירות וכיוון. כך תהיה המהירות למשל 100 קילומטרים לשעה (קמ"ש), בעוד שמהירות במובן של Velocity תהיה 100 קילומטרים לשעה בכיוון מערב.


הנה הסבר על המהירות והדרך לחשב אותה:

https://youtu.be/_nAKwhZyXnw


עברית שפה דחה? - ההבדל בין מהירות (Speed) למהירות (Velocity):

https://youtu.be/X4Wxd4m-QVc


חובבי הקולנוע לא ישכחו את "ספיד", אחד מסרטי הפעולה הידועים:

https://youtu.be/Fk4A1AY10U0?t=12s


והאיש שמדבר, לפי ספר השיאים של גינס הכי מהר בעולם:

https://youtu.be/4X4Fy8YqysY

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

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

האם שמעתם פעם את הביטוי "הסקרנות הרגה את החתול?" - הסקרנות הזו מרמזת על אחד הרעיונות המעניינים בפיזיקה ובמדע בכלל.

הניסוי המחשבתי פילוסופי הזה נקרא “חתולו של שרדינגר“ (Schrodinger's cat). הציג אותו לעולם הפיזיקאי האוסטרי ארווין שרדינגר, ממפתחי מכניקת הקוונטים ומי שאף זכה על כך בפרס נובל. הוא ניסה להסביר בעזרתו את הבעיה לתאר מצבים קוונטיים שלא ניתנים למדידה.

דמיינו שהכנסנו חתול לתוך תיבה אטומה. בתוכה נמצא מתקן שבתוכו אטום אחד של חומר רדיואקטיבי, שיש לו סיכוי של בדיוק 50% להתפרק במהלך הניסוי. במידה שהחומר יתפרק, יזהה זאת חיישן שיפלוט רעל שיביא מיד למותו של החתול.

כמובן שאם החומר הרדיואקטיבי לא יתפרק, החתול יישאר בחיים. אם בתום הזמן שהוקצב לניסוי נפתח את התיבה, נדע אם החתול בחיים או שמת, אבל מה מצבו של החתול כל עוד התיבה סגורה?

התשובה היא שהחתול לא חי ולא מת, או שהוא גם חי וגם מת. במילים אחרות, החתול של שרדינגר נמצא במצב של סופר-פוזיציה. הוא חי ומת באותו זמן. חומר קלאסי לתורת הקוונטים החמקמקה... דומה ששאלת החיים והמוות של החתול תלויה רק במה שנראה כשנפתח את הקופסה, ועד שזה יקרה החתול שרוי במצב של סופרפוזיציה, מעין לימבו, מצב שבין החיים למוות.


הנה הסבר פשוט לחתול ולמצב הייחודי שהוא מתאר (עברית):

https://youtu.be/9gQys9UiQh0


סיפורם של שרדינגר והחתול (מתורגם):

http://youtu.be/UjaAxUO6-Uw


ושוב סיפור החתול של שרדינגר:

https://youtu.be/IOYyCHGWJq4


כך הוא מלמד אותנו על מכניקת הקוונטים (מתורגם):

http://youtu.be/z1GCnycbMeA


דיון והסבר עמוק על הנושא:

https://youtu.be/uWMTOrux0LM


אז האם החתול של שרודינגר הוא חי או מת?

https://youtu.be/phDMUxumSHg


גברת שמסבירה כמה שהדימוי של החתול להצגת תיאוריית הקוונטים גרוע:

https://youtu.be/itQVDA6_TME


וסיטקום שמשתמש בסיפור החתול של שרדינגר כדי לנתח יחסים זוגיים:

https://youtu.be/HCOE__N6v4o

דמיינו את האיש החכם ביותר בעולם וסובל מהנכות והמחלה הקשות ביותר שיש. אם מישהו היה כותב על זה ספר או עושה על זה סרט, זה היה נשמע כמו בדיה מוחלטת, אבל במקרה של פרופסור סטיבן הוקינג (Stephen Hawking) זו הייתה מציאות חייו.

הוקינג היה הפיזיקאי המפורסם ביותר בעולם ומי שרבים החשיבו כ"אדם החכם בעולם". גם אם יש בכך הגזמה מסוימת, עדיין הוא היה בעל המוגבלויות המפורסם ביותר בהיסטוריה ומהמבריקים שבהם.

רבים ראו וממשיכים לראות בו דוגמה ומופת לרצון האנושי ומה שניתן להשיג בכוח רצון ומחשבה בהירה. על אף שהוא סובל משיתוק מוחלט, הגיע הוקינג להישגים מרשימים בתחום המדעי. יש שיאמרו שהם היו גבוהים משל מרבית חבריו הבריאים. בנוסף לכיסא הגלגלים הממונע שלו, הוא נעזר במחשב ובסינטסייזר קולי להעברת הרצאותיו ולמחקרים שהוא עורך. הוא היה "כותב" באמצעות תוכנה שפענחה את מבטו המופנה אל אותיות, אפשרה כך את יצירת הטקסט, שלאחר מכן הוקרא על ידי רכיב הקול הממוחשב שבה וכך הוא "דיבר".

ודווקא משום הנכות והשונות הבולטות כל כך שלו, המדהים ביותר הוא שבצד פעילותו המחקרית והמדעית המדהימה, המדען והאדם המיוחד הזה היה לגיבור תרבות של ממש. כי על אף שתחום העיסוק העיקרי של הוקינג הוא בתחום הפיזיקה התאורטית ובסוף חייו הוא היה לסמכות העליונה בתחום זה, הוא הפך לאייקון תרבות של ממש, שהופיע בין השאר בסדרות וסרטים, הבולטים שבהם היו "משפחת סימפסון" ו"מסע בין כוכבים: הדור הבא".

עם התמודדות של למעלה מ-50 שנות המחלה, הוקינג, שמת בגיל 76 בשנת 2018, נחשב לפלא רפואי לכל דבר. במצב הרגיל מתים מרבית החולים במחלה שלו, תוך שנים בודדות. הוא לעומתם היה מוגבל, דיבר רק באמצעות מחשב עם סינתייזר קולי והיה כמעט חסר תנועה לחלוטין. ועדיין - "בתוך מוחי", הוא אמר פעם בהתרסה, "אני חופשי".

הוקינג התפרסם בעולם כולו בזכות ספר המדע הפופולרי "קיצור תולדות הזמן" שכתב בשנת 1988 ושהפך לרב-מכר שנמכר, החזיקו חזק, במיליארד עותקים. הספר הצליח, על אף שלא היה כתוב בצורה פשוטה מדי. בעצת המוציאים לאור שלו, הוקינג לא פרסם בו נוסחאות והוא אכן נמכר כלחמניות טריות, גם אם רבים מהקונים לא הבינו הרבה ממנו. הספר תיאר בצורה מובנת לכל את התפתחות היקום, החל מרגע המפץ הגדול. נוסחה אחת בכל זאת פורסמה בו: נוסחת E=mc2 המפורסמת של אלברט איינשטיין.

הוקינג תרם רבות למדע הפיזיקה. העיסוק והדיון שהוא עורר בחורים השחורים הובילו את החוקרים להבנה בצורך לאחד את התורות הבסיסיות במדע ובמיוחד בפיזיקה. יותר מכל פיזיקאי תיאורטי אחר, מחקריו של הוקינג על חורים שחורים ועל מקורו של היקום, קידמו את הפיזיקאים לעבר מה שמכונה "תיאוריה אחת של הכול", כשם הסרט שעשו עליו - התיאוריה שתצליח ליישב בין חוקי הפיזיקה, בדגש על תורת הכבידה של איינשטיין ותורת הפיזיקה הקוונטית.

סטיבן הוקינג גרס ש"כשאנו צופים ביקום, אנו רואים אותו כפי שהיה בעבר". הוא גם אמר ששום דבר אינו מושלם ושאנו, המין האנושי, קיימים בזכות אי-השלמות. הוא התכוון ודאי לאבולוציה ואנחנו חושבים שהוא עצמו ההוכחה לתרומת אי-השלמות לרוח האדם.

לשאלת מראיין הוא אמר פעם, בשנינות ובסרקזם המפורסמים שלו, ש"לא ארגיש שאני אייקון תרבות עד שאופיע ב'משפחת קרדשיאן' ".


הנה תקציר עולמו של המדען המופלא, בסרטון אנימציה מקסים שהוקדש ליום הולדתו ה-80 (מתורגם):

https://youtu.be/Isim0ysZ6X4


נקודות מסיפור חייו של הוקינג בכתבה אחרי מותו (עברית):

https://youtu.be/EhTFWCIJHUI


מילד עצלן לאחד מגדולי המדע - סיפורו של הוקינג (עברית):

https://youtu.be/aeBgykg9nn0


סרטון קצר עם ראיון של סטיבן הוקינג:

http://youtu.be/2MkPhChp1Sc


ותודתו של הוקינג לטכנולוגיה שמסייעת לו ולנו, עם פנים אחרות של אנשים:

http://youtu.be/2Tel9UvJfws

בשנים האחרונות נמצאו ראיות ברורות שהיו לאישוש חשוב, הוכחה לקיומם של גלי כבידה (Gravitational wave) בחלל. את גלי הכבידה הללו חזה הפיסיקאי הדגול אלברט איינשטיין בתורת היחסות הכללית שלו.

זה היה ב-21.02.16 כשהכריזה קבוצת מדענים מארצות הברית שהצליחו לקלוט ולהקליט, באמצעות מכשירים סופר-מדויקים, את ההדים של אירוע קוסמי אדיר-ממדים שהתרחש לפני מיליארד שנות אור.

האירוע הוא התנגשות של שני "חורים שחורים" עצומים, שמסתם המשותפת גדולה פי 62 ממסת השמש שלנו. השניים התמזגו ויצרו באותה התנגשות אימתנית גלי כבידה, שאותם הצליחו החוקרים לזהות.

גלי הכבידה הללו הם מעין התעקמויות זעירות במרחב-זמן, שנעות במרחב הזה כמו שגלים נעים במים. אלה מעין אדוות קטנות הנעות במארג החלל-זמן ונוצרות בהתמזגויות של חורים שחורים.

עד כה נחשב קיומם של גלי הכבידה הללו בגדר השערה בלבד וחוקרים רבים חיפשו הוכחה ישירה לקיומם.

זו למעשה ההוכחה הראשונה לתיאוריה של איינשטיין ולפיה היקום שלנו הוא דינמי ובו שזורים זה בזה החלל והזמן והיקום עצמו אכן מתרחב ומתכווץ ומתנועע.

הכל זוהה ובדיוק מדהים לתיאוריה שניסח איינשטיין, על פי חישובים תיאורטיים וללא אפשרות בחייו לצפות ולאתר להן הוכחות ביקום.

גם הממצא עצמו מדהים, כי בו המדענים הצליחו להוכיח את התחזית האחרונה של אלברט איינשטיין, היחידה שלא הוכחה עד היום מתורת היחסות הכללית, בת 100 השנים.

התגלית המדעית המסעירה הזו היא האות לסיומו של חיפוש מדעי שהתנהל במשך עשרות שנים, על ידי מדענים רבים. נראה שסוף סוף הוא הסתיים ומתחיל שלב חדש ומרתק בחקר היקום בכלל והתופעות הקשורות בגלי הכבידה בפרט.


הנה הסבר בעברית של גלי הכבידה שחזה הפיסיקאי הדגול אלברט איינשטיין (מתורגם):

https://youtu.be/YHS9g72npqA


גילוי גלי הכבידה וההוכחה לקיומם, בדיוק 100 שנה אחרי שאיינשטיין חזה את קיומם:

https://youtu.be/s06_jRK939I


הסבר על גלי הכבידה ומשמעותם (עברית):

https://youtu.be/ovQ9DqJQlKM


הנה הסבר מפורט להוכחה לתיאוריה של איינשטיין (עברית):

https://youtu.be/dx4rs2E6etU

פעמון צלילה הוא מתקן קדום שאיפשר צלילה של בני אדם אל עומק המים. מאז ועד היום משתמשים בפעמון הצלילה, בעיקר לצורך ביצוע של משימות שונות על קרקעית הים. פעמוני צלילה מורדים באמצעות מנוף ולרוב מספיק החלל שבהם לאדם אחד לפחות. האוויר הדרוש לנשימה לאדם מספיק לרוב למשך הזמן הדרוש לביצוע המשימה וחישובי הזמן הללו מאפשרים תכנון של פעמוני צלילה בגודל הדרוש. פעמוני הצלילה בנויים ממתכת כדי שישקלו הרבה וכך יורד הפעמון, שמשקלו הסגולי גבוה משל המים, למטה בכוח המשיכה.

העיקרון המדעי שעליו מתבססים פעמוני הצלילה הוא שכלי קיבול שמוכנס למים לוכד את האוויר שבו אם הוא אטום מכל צדדיו, גם כשיש בו פתח בצידו התחתון. בכתבי אריסטו הוא מציין שאלכסנדר הגדול פיתח פעמון צלילה פשוט לצרכי הצבא שלו. ידוע גם פיתוח של פעמוני צלילה בסין הקדומה בשנות ה-200 לפני הספירה. במאה ה-17 פותחו שוב פעמוני צלילה ובהמשך נוסף גם צינור, שמחובר לחביות עם אוויר דחוס, ושימש לאספקת אוויר לפעמון. 


הנה קטע קצר מסרט מצויר שמציג את פעמון הצלילה הפשוט ביותר:

http://youtu.be/BO4LryuobIs?t=1m3s


מבט על תא צלילה מתחת למים - מבחוץ ומבפנים:

http://youtu.be/znWIyqJBeMM


על החיים בתוך פעמון צלילה גדול:

http://youtu.be/cilbzXtuOPc?t=7s


ופעמון צלילה אישי שבו יכול לרדת צוללן אחד:

http://youtu.be/Inqh9BhqJMU?t=6s

גנרטור (Generator), בעברית: מְחוֹלֵל, הוא מכשיר שמשתמש באנרגיה כדי לסובב מנוע ולייצר חשמל. בעזרת הגנרטור אנו מייצרים חשמל.

הגנרטור ממיר אנרגיה מכנית לאנרגיה חשמלית. הפעולה נעשית על ידי שימוש במקורות אנרגיה כמו בנזין או דיזל, שמאפשרים לסובב מנוע.

יש גם גנרטורים שמופעלים מכוח הרוח, כמו תחנות רוח, או מלחץ מים, כמו הטורבינות שמייצרות חשמל בסכרים ובמפלים רבים. שם כוחות הטבע הם מקור האנרגיה, שמסובבים מגנט במהירות גדולה ומייצר חשמל.


#שימושים בגנרטור
בגנרטור משתמשים במקרים בהם אין גישה לרשת החשמל או שהנגישות מוגבלת ופגומה. כמו במקרים של צורך בחשמל קבוע, שאינו נפסק ושרשת החשמל לא מסוגלת לספק, בשל תקלות והפסקות חשמל רבות. כאלו המקרים, למשל, במתקנים ביטחוניים, בבתי חולים וכדומה.

שימוש שכיח נוסף בגנרטור הוא לצורך עבודה במקומות בהם אין חיבור לרשת החשמל. כך למשל מקיימים אירועים בטבע או בשטחים פתוחים. באירועים כמו מסיבות או הופעות, מפעילים בעזרת הגנרטור מערכות הגברה, תאורה, מזנונים ומערכות קירור וחימום של מזון.

שימוש נוסף בגנרטור הוא בטיולי שטח, שבהם הלינה והשהות בלילה מתאפשרת על ידי הפעלת גנרטור. תאורה, הכנת אוכל, השמעת מוסיקה וכדומה - כל אלו מקבלים חשמל ממנו.


#איך הגנרטור מייצר חשמל?
שיטת הפעולה של הגנרטור היא מעניינת - בשנת 1831 גילה המדען הבריטי מייקל פאראדיי שהזזה של מגנט ליד מוליך חשמלי כלשהו, כמו כבל חשמלי מלופף למשל, מייצרת מתח חשמלי. השיטה הזו מייצרת שדה מגנטי.

שיטתו של פאראדיי משמשת עד היום לייצור מרבית החשמל בעולם, באמצעות גנרטורים ומנועים חשמליים, המייצרים את השדות המגנטיים, הנחוצים לייצור חשמל.

הגנרטור משתמש בעיקרון הזה כדי לסובב מגנט בתוך מוליך חשמלי שמסביבו.

כשהמגנט, בעל שני הקטבים, מסתובב בגנרטור בתוך סליל חשמלי, שהוא בעצם מוליך חשמלי מלופף. תוך כדי הסיבוב נוצר בין שני הקצוות של הסליל מתח חשמלי.

בכל פעם שאחד הקטבים של המגנט, קוטב הפלוס או קוטב המינוס, מתקרב לקצה אחד של המוליך, נדחפים כל האלקטרונים שלו לאותו קוטב, בעוד הקצה השני נשאר ללא אלקטרונים. כך הופך הסליל למקור מתח חשמלי. את התנועה הסיבובית של המגנט בתוך הסליל החשמלי, מייצר המנוע של הגנרטור. כך מייצרים הגנרטור והטורבינה הגדולה ממנו, את החשמל.


הנה הדגמה של יצירת חשמל בהזזת מגנט אל מול כבל חשמלי (עברית):

https://youtu.be/6m5wu1itNQA


חידה על גנרטור (עברית):

https://youtu.be/dgD-qLY0XIw


כך משתמשים בעיקרון הפעולה של הגנרטור בשיטות שונות לייצור חשמל (עברית):

https://youtu.be/mPMyyAwrDJ8


למשל בתחנת רוח, שבה הרוח היא הכוח שמסובב את הגנרטור ומאפשרת לו לייצר חשמל:

https://youtu.be/qSWm_nprfqE


או בתחנות כוח שכדי לייצר חשמל עם גנרטור מתבססות על זרימת המים:

https://youtu.be/q8HmRLCgDAI

אנחנו חושבים שכרגע אנו יושבים במקום ולא זזים לשום מקום, אבל למעשה ממש כרגע אנו עושים את דרכנו במהירות מטורפת של עד 800 קילומטרים בשניה!

איך זה קורה? - ובכן העניין הוא שבהתאם למיקומנו על כדור הארץ, סיבובו של הכוכב שלנו כבר מניע אותנו למהירות של עד חצי קילומטר בשניה. מהירות זו נמדדת למי שנמצא באזור קו המשווה. מי שנמצא בינו לבין קוטב כלשהו נע במהירות קטנה יותר.

מהירות "זעירה" זו מתווספת למהירותו של כדור הארץ, העושה את דרכו סביב השמש. אבל זה לא נגמר כאן, כי הגלקסיה שלנו, גלקסיית שביל החלב, נעה גם היא במהירות עצומה בחלל. כך שאם נחבר את כל המהירויות הללו נקבל מהירות שיכולה להגיע ל-800 קילומטרים בכל שנייה!

די הרבה, הא?


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

http://youtu.be/r3p3K06dth4


וגם זה יחסי... (מתורגם)

http://youtu.be/wIzvfki5ozU

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

אין עוד נוסחה בעולם שהפכה לכל כך ידועה ולכל כך מצוטטת כמוהה. היא קובעת שככל שאתם נעים מהר, אתם הופכים כבדים. אנרגיית התנועה הופכת למסה (חומר), על אף שהמון אנרגיה נדרשת כדי לייצר מסה זעירה ביותר. דומה לעתים שכל יופיו והכוח של העולם והיקום הוכנס לנוסחה אחת פשוטה.

E=mc² היא נוסחה שהגה אלברט איינשטיין במסגרת תורת היחסות, או תאוריית היחסיות שלו. פירוש הנוסחה הוא גם שניתן להמיר מסה (m) לאנרגיה (E) ושכמות האנרגיה שתיווצר תהיה שווה למסה כפול מהירות האור (c) בריבוע. היות שמהירות האור היא כ-300,000 קילומטרים בשנייה, מדובר בהמון אנרגיה שאצורה בחומר (מה שיוכח הלכה למעשה בפצצת האטום שתומצא על סמך תגליותיו של איינשטיין).

מעבר לרעיונותיו הגדולים לגבי חלל וזמן, עסק איינשטיין לא מעט באנרגיה ובקשר בינה לבין החומר. הנוסחה מחברת בפשטות בין מסה ואנרגיה. מסה היא כמות החומר בגוף כלשהו.

הנוסחה הזו והעובדה שמסה קטנה ניתנת להמרה לאנרגיה, אפשרו למדענים גם להבין סוף סוף את מקור האנרגיה שיש לשמש ולכוכבים שביקום.

על אף שרבים לא מבינים אותה, E=mc² היא כנראה הנוסחה המפורסמת בעולם והמוכרת ביותר.


הנה הסבר הנוסחה של E=mc²:

http://youtu.be/ComZbnpHsuE


מדענים שרים את הנוסחה המפורסמת:

http://youtu.be/BuxFXHircaI


וסרטון מעט ארוך שמסביר את הנוסחה בהקשר של תורת היחסות:

http://youtu.be/7h7tyQlpda4?t=6s

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 המגנטיות כתכונה (עברית):

https://youtu.be/Q30n8SsTJ7Y


ניסויים במגנטים (עברית):

http://youtu.be/6v6Jxece_m4


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

http://youtu.be/RUrEJuCDgBo

מטוטלת פוקו היא מכשיר בצורת מטוטלת ארוכה שתלויה מלמעלה למטה. בעזרתה הראה המדען הצרפתי לאון פוקו שכדור הארץ מסתובב סביב צירו. בתקופתו של פוקו אומנם כבר היה ידוע למדע שכדור הארץ מסתובב סביב צירו, אך החשיבות של המטוטלת שיצר פוקו הייתה האופן בן היא הדגימה והוכיחה את סיבוב כדור הארץ בניסוי מדעי אמפירי פשוט וברור להבנה. ניסוי שבהמשך שוחזר והוצג באוניברסיטאות ומוזיאונים רבים ברחבי העולם כולו.

המטוטלת, כדרכן של מטוטלות, נעה מצד לצד. אך מסתבר שהיא נעה עם סטייה מסוימת. מסתבר שהמטוטלת מנסה לשמור על כיוון קבוע במרחב, אך הארץ מסתובבת מתחתיו ונוצרת הסטייה הזו.

פוקו הדגים באמצעות המטוטלת, כיצד כדור הארץ מסתובב סביב צירו, בניסוי פומבי שהוצג בפנתיאון של פריז בשנת 1851. לצורך בניית המטוטלת הוא חיבר כבל באורך 67 מטר לכיפת הפנתיאון וחיבר לקצה שלו משקולת במשקל 28 ק"ג. מכיוון שכדור הארץ נע סביב צירו, המישור מתחת למטוטלת נע גם הוא.

מכיוון שסיבוב כדור הארץ הוא שגורם למטוטלת לשנות את כיוון התנודות שלה (מה שקרוי מישור התנודה שלה) כל הזמן. שינוי הכיוון הזה תלוי במקום שבו הוצבה המטוטלת על פני כדור הארץ. בכל קו רוחב שבו המטוטלת תמוקם, תהיה הסטייה שונה. ויש מקום אחד שבו לא תהייה סטייה כלל - אם נניח את המטוטלת על קו המשווה, זהו המקום היחיד שבו לא יתרחש שינוי במישור התנודה של המטוטלת.

בניסוי של פוקו שנערך בפריז, המישור מתחת למטוטלת נע במהירות זוויתית של 11 מעלות בשעה וסיים סיבוב מלא של 360 מעלות כך שהמטוטלת שבה לנקודת המוצא שלה לאחר כ-32 שעות.

פוקו מצא כי משך הזמן שיקח למישור התנודה של המטוטלת לבצע סיבוב מלא כך שהמטוטלת תחזור לנקודת המוצא שלה, הוא פונקציה של מהירות סיבוב כדור הארץ ושל סינוס קו הרוחב הגיאוגרפי של המקום בו מתבצע הניסוי. פוקו הראה כי מתקיימת המשוואה: (T = 24 / sin (φ, כאשר φ הוא קו הרוחב של המיקום בו נעשה הניסוי, T הוא משך הזמן שיקח למישור תחת המטוטלת לבצע סיבוב שלם כך שהמטוטלת תחזור לנקודת המוצא שלה, 24 הוא מספר השעות שלוקח לכדור הארץ להשלים סיבוב סביב עצמו ו-sin היא פונקציית הסינוס הטריגונומטרית. כך שבעוד שבפריז שנמצאת בקו רוחב 48° המטוטלת תחזור לנקודת המוצא שלה לאחר 32 שעות, בתל אביב שנמצאת בקו רוחב 32° המטוטלת תחזור לנקודת המוצא שלה לאחר כ-45 שעות. ואילו בקוטב הצפוני שנמצא בקו רוחב 90° המטוטלת תחזור לנקודת המוצא שלה לאחר 24 שעות.


הנה סרטון של מטוטלת פוקו בגן במדע במכון ויצמן (עברית):

http://youtu.be/6EpRP_1ZCIs


העתק של מטוטלת פוקו המקורית, המוצג בפנתיאון של פריז:

https://www.youtube.com/watch?v=59phxpjaefA


אנימציה המציגה את התנועה של מטוטלת פוקו ביחס למישור שתחתיה:

https://www.youtube.com/watch?v=wlhHWYKswik


וכך הציגו האמנים של גוגל את המטוטלת של פוקו:

http://youtu.be/HeI7K5lmLGU

הסביבון (Spinning top) מסתובב ולא נופל בזכות כוח שאנו מעניקים לו בעצם הסיבוב. זהו תנע זוויתי, תנועה סיבובית סביב ציר שנמצא במרכזו.

ההסבר הפשוט הוא שכשנקודה מסוימת הולכת ונופלת, הנקודה הנגדית לה בסביבון מתרוממת. אבל מעט אחרי זה גורם הסיבוב לנקודה הראשונה שהייתה למטה להיות למעלה ולהמשיך למשוך לכיוון מטה ולזו שהייתה למעלה ועתה היא למטה, לנטות כלפי מעלה.

כך ממשיכה הכבידה לפעול אבל מורידה את הגבוהה ומרימה את הנמוכה. כך זה ממשיך וגורם לסביבון יותר להתיייצב מאשר ליפול.

וככל שסביבון הוא רחב יותר, הוא צפוי להסתובב זמן רב יותר מאשר סביבון צר.

אז למה בכל זאת נופל הסביבון לבסוף? - מכיוון שיש אנרגיות אחרות שמשפיעות עליו, מפסיד הסביבון בשלב מסוים אנרגיה ונופל. האנרגיות המשפיעות נובעות מחיכוך. אם הסביבון היה מסתובב במערכת סגורה ומבודדת, שאין בה אנרגיה אחרת הנכנסת ויוצאת ממנה, הוא לא היה מפסיד מהאנרגיה הראשונית שקיבל, שומר על התנע הזוויתי שלו וממשיך להסתובב לנצח.

אך החיכוך גורם לו ליפול לבסוף וככל שהקצה או החוד של הסביבון יהיה חד יותר - הוא יפול מאוחר יותר.


הנה הסבר כיצד הסביבון לא נופל (עברית):

https://youtu.be/YodccHD8hVQ


השוואה בין סביבונים צרים ורחבים:

http://youtu.be/NKrFYh4HV-o


הנה סביבון מגנטי שחג באוויר:

http://youtu.be/ee0DTzsdhmU


וסביבון סובב על סביבון:

http://youtu.be/mvhSMtNl9zc

החלקיק "בוזון היגס" הוא זה שנתן את המסה לכל האטומים הקיימים בעולם. זהו חלקיק שנחשב עד לפני זמן קצר השערה מדעית תאורטית שצריכה להיבחן. לאחרונה הוא אכן נמצא כקיים וזוהי תגלית חשובה מאד, החוליה שהייתה חסרה במודל המקובל שמסביר את היווצרות היקום. עובדת קיומו הודאי של החלקיק התגלתה במכון למחקר צרן, שעלות הקמתו הייתה 5 מיליארד יורו.

פיטר היגס, החוקר הבריטי שהגדיר את החלקיק ב-1964, גרס שהחלקיק הינו כוח בלתי נראה שאמור להעניק לחלקיקים האחרים את המסה שלהם ולמנוע מהם לשוטט במרחבי היקום במהירות האור.



הנה סרטון על הבוזון היגס (מתורגם):

http://youtu.be/eksz3eobV8A



אחד המדענים בצרן שמסביר את התגלית (עברית):

http://youtu.be/O4iedVlLPgI


והכרזת התגלית של החלקיק האלוהי (עברית):

http://youtu.be/r9MoEAejuGE?t=3s

"פרדוקס הסבא” הוא דוגמה מצוינת לחוסר התאימות או הבעייתיות שבתאוריית המסע בזמן. לפי רעיון זה, שבו אנשים יוכלו לחזור לעבר, יש בעיות מובנות בעצם החזרה לעבר. מה למשל יקרה אם נוסע בזמן ישוב לעבר ויהרוג במצב כלשהו את סבו? - הרי מבחינה לוגית אם יהרוג את הסב שלו לפני שנולד ההורה שלו, בן או בת הסבא, הוא יהפוך את עצם קיומו לבלתי אפשרי (כי מי יהיה ההורה של ההורה שלו, אם הסבא ימות?)

ההריגה של הסבא מביאה ללולאה בעייתית ואינסופית של דילוגים בין המציאויות החלופיות, זו שבה הסבא מת וזו שבה נולד הנוסע בזמן ולכן הסב המשיך לחיות. כל אחת מהמציאויות הללו סותרת את עצם קיומה שלה ולכן נותרת הבעיה הלוגית הקשה. הבעיה היא שאנו מניחים שקיימת רק מציאות אחת. אם היינו מקבלים את קיומן של כמה מציאויות, מעין עולמות מקבילים שחיים זה בצד זה, הפרדוקס היה נפתר.

עצם השינויים הכרוכים בשיבה לעבר הוא הגורם לפרדוקס הזה. סטיבן הוקינג, בכיר הפיזיקאים בעולם, הסיק שהטבע מספק הגנה לסדר הדברים שקורים בזמן. בו בזמן הוא משוכנע כמובן שהנסיעה בזמן אפשרית מבחינה תאורטית.


הנה פרדוקס הסבא:

http://youtu.be/Y6RjjaEy59I


“פרדוקס הרצח” הוא פרדוקס דומה שבו המדען הורג את עצמו ולכן לא יהיה מי שיהרוג אותו:

http://youtu.be/UJNhLDwj6kI


ומה היה קורה אם הייתם נוסעים בזמן כדי להרוג את היטלר התינוק?

https://youtu.be/hJn8iUe6rwY

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

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

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

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

דינמיקה (Dynamics) במוסיקה היא מכלול הסימנים המוסיקליים שנועדו לקבוע את עוצמת הצלילים המנוגנים. הדינמיקה מהווה, למעשה, אוסף של הוראות לגבי חוזקו של הצליל ואופן הנגינה שלו.

הנגן, מבצע המוסיקה, מקבל מסימני הדינמיקה את ההנחיות לגבי הדרך לנגן את המוסיקה.

הנה סימני הדינמיקה במוסיקה:
פיאניסימו (Pianissimo) - יש לנגן בשקט המרבי.

פיאנו (Piano) - יש לנגן חזק מעט יותר מפיאניסימו, מורה לנגן בשקט.

מצו-פיאנו (Mezzo Piano) - יש לנגן חזק יותר מפיאנו, בצורה בינונית שקטה.

מצו-פורטה (Mezzo Forte) - יש לנגן חזק יותר ממצו-פיאנו, בצורה בינונית חזקה.

פורטה (Forte) - יש לנגן חזק יותר ממצו-פורטה, בצורה חזקה.

פורטיסימו (Fortissimo) - יש לנגן חזק יותר מפורטה, בצורה חזקה ביותר.

קרשנדו (Crescendo) - מסמן הגברת הדרגתית של עוצמת הנגינה. הסימן הוא של מעין מזלג הנפתח משמאל לימין. היפוכו של מזלג הדימינואנדו, הנסגר משמאל לימין. דרך נוספת לסמן קרשנדו היא על ידי כתיבת cresc.

דימינואנדו (Diminuendo) או דקרשנדו (Decrescendo) - יש לנגן תוך החלשה הדרגתית של עוצמת הנגינה. מסומן גם באותיות:.dim או.decresc.

ספורצנדו (Sforzando) - יש לנגן את התו בהדגשה ובעוצמה רבה, באופן פתאומי.

בנוסף, יש מספר הוראות חוזק פחות נפוצות אך בשימוש:
פיאנו פיאניסימו (Piano Pianissimo) או

פיאניסיסימו (Pianississimo): חלש עוד יותר מהפיאניסימו.

פורטה פורטיסימו (Forte Fortissino) או פורטסיסימו (Fortessissimo): חזק יותר מפורטיסימו.

פורטה פיאנו (Forte Piano) - יש לנגן את התו המסומן בעוצמה, ולעבור מייד לנגינה שקטה.


הנה הסבר של הדינמיקה במוסיקה:

https://youtu.be/YQ7zA2_um8s


בתיאוריה המוסיקלית אפשר ללמד את זה כך:

https://youtu.be/N2_ocC2A-Ko


וסרט לימודי על הדינמיקה של הצליל:

https://youtu.be/Faq7pvzTnmk?long=yes