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“. 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

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

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

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

שחור ולבן הם לא ממש צבעים. שחור הוא היעדר של אור לגמרי ומשום כך הלילה שחור. הלבן לעומתו הוא תערובת של כל הצבעים הקיימים גם יחד. משום כך כשקרן אור פוגעת בזכוכית או בטיפות גשם, היא נשברת לצבעים שונים, מה שנקרא מנסרה או קשת בענן.


הנה הסבר על האור שבתוכו מוסברים גם השחור והלבן:

http://youtu.be/eCVPhjHh57E


הניסוי של ניוטון ופירוק האור הלבן לצבעים:

http://youtu.be/uucYGK_Ymp0


אשליית הצבעים שבשחור-לבן:

http://youtu.be/pMaYlVv5E58


וריקוד מטעה בשחור לבן:

http://youtu.be/GvZAdW7IJCg

איך האוניות מחזיקות מעל פני המים ולא טובעות?
איך אוניה לא שוקעת?


ארכימדס הוא שגילה את עקרון הציפה. כשגוף כמו אוניה נמצא בתוך הים, צפוי כוח המשיכה למשוך אותו למטה ולגרום לטביעתו. אבל הנוזל מפעיל עליו כוח שמנוגד לכוח המשיכה - זהו כוח ציפה. חשוב גם ההבדל בצפיפויות החומר, שבין הגוף לנוזל - אם צפיפות הגוף נמוכה מצפיפות הנוזל, מספיק יהיה לדחות מים בנפח קטן מנפח הגוף כדי שהוא יצוף. אם הצפיפות של הגוף תהיה גדולה משל הנוזל - הוא ישקע.

כשכוח הציפה וכוח המשיכה משתווים זה לזה, צף הגוף, במקרה הזה האוניה, על פני הנוזל - הוא הים. ככל שהאוניה רחבה יותר - כוח הציפה יגבר. כשהים לא מצליח להפעיל על הגוף כוח ציפה מספיק, גובר כוח המשיכה על כוח הציפה של הים והגוף שוקע, או במקרה של האוניה - טובע.

אגב, יורדי הים יודעים את הכלל השימושי הזה ולכן כשאוניות היו מתחילות לטבוע, הם היו ממהרים להשליך את כל החפצים שאינם נחוצים, כדי להקל את משקל האוניה ולהגיע לאיזון בין כוח הציפה לכוח המשיכה.

גם מהנדסי ספינות יודעים זאת ולכן ספינות משא כבדות יהיו תמיד רחבות יותר מספינות שאינן נושאות משא כבד.


הנה הסבר לאופן בו אוניות בים צפות:

http://youtu.be/xniW3_afO-0

חוק ברנולי או עקרון ברנולי גורס שכשחומר מסוים נע במהירות, הלחץ שלו נמוך יותר ביחס לחומר שזורם אך נע לאט, או לא זז בכלל.

החוק הזה מיושם בהמון הקשרים, החל מהפליט (הספריי של פעם) שמתיז חומר בלחץ ועד למטוסים שמבנה הכנפיים שלהם עושה שימוש בעיקרון ברנולי ליצירה של "כוח עילוי" - כוח שדוחף את המטוס כלפי מעלה בעת שהוא נע קדימה – וכך מאפשר למטוסים, ציפורים ודאונים לעוף באוויר.

בסרטון הראשון תראו שכשנושפים אוויר ליד נייר למשל, הנייר ינוע לעבר מקור הנשיפה של האוויר, במקום להתרחק ממנו כמו שאולי היינו מצפים ממנו. הסיבה לתופעה המוזרה היא שהאוויר שננשף ונע במהירות הוא בלחץ נמוך יותר מאשר האוויר הנמצא בצידו השני של הנייר והפרש הלחצים הזה ממש דוחף את הנייר אל האוויר שנע בנשיפה, שהוא אזור עם לחץ הנמוך. וזה עובד בדיוק על פי חוק ברנולי.

את ההוכחה המתמטית לעקרון ברנולי נתן המתמטיקאי השווייצרי דניאל ברנולי במשוואה שנקראת גם היא על שמו "משוואת ברנולי".


הנה סרטון של חוק ברנולי עם ניסוי של מאוורר שגורם לבלון להישאר כל הזמן מעליו, בזכות הלחץ הנמוך שהוא יוצר ושמושך את הבלון (עברית):

http://youtu.be/p-sJMzSHNPk


ילדים מציגים את עקרון ברנולי בפעולה על טיסני נייר:

https://youtu.be/1yIPEm7hh_8


כך מאפשר עקרון ברנולי למטוסים לטוס:

https://youtu.be/5ltjFEei3AI

אם תזרקו חפץ כלשהו למעלה, הוא יחזור די מהר לאדמה. הסיבה היא שכדור הארץ מושך אותו אליו, בכוח שנקרא כוח הכְּבידה (Gravity).

כוח הכבידה הזה, או ה"גרוויטציה", הוא אחד הכוחות הבסיסיים שיש בטבע. זהו כוח משיכה, הפועל בין גופים שונים ומושפע מהמסה שלהם (בעיקרון, המשקל שלהם).

היה זה אייזיק ניוטון שניסח במאה ה-17 את "חוק הכבידה העולמי", כלל מדעי שקבע שבין כל שני גופים חומריים, גופים בעלי מסה, פועל כוח משיכה. הוא אף ניסח את כוח המשיכה הזה בנוסחה שביטאה את העובדה שככל שהגופים קרובים זה לזה ומכפלת המסות שלהם תהיה גדולה יותר, הכוח הזה יהיה יותר חזק.

מה שמדהים שניוטון קבע וצדק, שכל היקום מציית לאותם חוקי כבידה, או כוח המשיכה שתואר כאן. הוא הראה כיצד התנועה של ירחים, כוכבי-לכת, כוכבים וגלקסיות שלמות -כולם נעים בכפוף לחוק הזה.

אמנם האסטרופיזיקאים, הקוסמולוגים, או חוקרי היקום, מסיקים לא פעם על סמך התנועה של גלקסיות, שאיפה שהוא קיימת "מסה חסרה" המשפיעה על התנועה הזו ונראה כיוצא דופן. אבל העבר מראה שמתי שהוא מגלים מהו החומר שמסביר את השוני בתנועה הזו, או שמוצאים הסבר פיזיקלי הגיוני אחר, שמסתדר בדיוק עם כוח הכבידה.

המדהים הוא שניוטון גילה שאותו חוק בדיוק משפיע על כל מה שיש ביקום, מנוצה שנופלת על פני הקרקע ועד לגלקסיות שלמות, הנעות ביקום לפי חוקים מסודרים ומוגדרים היטב.

דבר מעניין לא פחות הוא שמאות שנים אחרי ניוטון, עדיין לא התגלה כיצד בדיוק פועל כוח המשיכה, או הכבידה. יש השערות שונות לכך, כמו זו שמציעה שחלקיק זעיר, שזכה לשם "גרביטון", מעביר מידע בין גופים בעלי מסות שונות ובכך הוא יוצר את כוח המשיכה ביניהם. החלקיק הזה לא נמצא עדיין, אם הוא בכלל קיים.

אם המדע לא הצליח למצוא את אותו חלקיק או למצוא הסבר טוב אחר להיווצרות הכוח הפיזיקלי המשפיע ביותר ביקום, זו ודאי ההוכחה הטובה ביותר לדרך הארוכה שהמין האנושי עוד צריך לעשות, על מנת לגלות את סודות היקום והחיים.


הנה כוח הכבידה וכיצד הוא פועל:

https://youtu.be/ltlws_pqogQ


כיצד כל מערכת השמש מוסברת באמצעות כוח המשיכה (מתורגם):

https://youtu.be/uhS8K4gFu4s


וניסויים בבית שמראים איך כוח הכבידה משחק עם ביצים:

https://youtu.be/J75oNGTWwaE

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

אז למה בכל זאת נופל הסביבון לבסוף? - מכיוון שיש אנרגיות אחרות המשפיעות עליו, מפסיד הסביבון 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. אבל החיכוך גורם לו ליפול לבסוף. ככל 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

צֶנְטְרִיפוּגָה (Centrifuge) היא מכשיר שמשמש להפרדה של חומרים זה מזה. בסיבובים מהירים מאד שלה היא גורמת לחומרים כבדים להיצמד לדפנות הסיר ובכך הם מופרדים מהנוזל שבתוכו היו.

על ידי סיבוב הצנטריפוגה במהירות גבוהה, היא מסייעת להפרדת חומרים קטנים אבל כבדים המרחפים בנוזל הקל מהם. החומרים הכבדים יותר, הם חומרים בעלי צפיפות גבוהה יותר, שמצטברים במהלך הסיבובים המהירים קרוב לתחתית המבחנה, בעוד שהחומרים הקלים, או הנוזל הקל, צפים למעלה.

תחילה השתמשו בצנטריפוגות כדי להפריד בחלב מלא לשמנת ולחלב רזה. רק בתחילת המאה ה-20 שוכללה הצנטריפוגה וזכתה למקום מרכזי בתהליכים תעשייתיים ובמעבדות המחקר. כיום היא משמשת בגרסה פשוטה מאד, גם בבית, במכונת הכביסה שלנו ואפילו במטבח. איפה? - בבתים רבים יש מייבשי חסה, שמשתמשים בכוח הצנטריפוגלי כדי להרחיק ממנה את שאריות המים, לאחר השטיפה.

שמה של הצנטריפוגה הוא בעברית: סַרְכֶּזֶת. מקור המילה בלועזית הוא מהשפה הלטינית: "centrum" (מרכז) והמלה "fuga" (ריצה).


הנה הסבר על פעולת הצנטריפוגה (עברית):

https://youtu.be/lK0fpG21npk


עוד על השימוש בצנטרפוגה:

http://youtu.be/9CYaPLIX4VM


עם צנטריפוגה אפשר גם לנקות שמן:

https://youtu.be/Jy32SxgCgHc


ובעזרת אותו עיקרון מייבשים עלי חסה לאחר השטיפה:

https://youtu.be/B5jzwxh0d-M

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

מאיץ החלקיקים נמצא במרכז המחקר "צרן" בשווייץ. זהו מכון למחקר גרעיני, שיש בו מנהרה בעומק של 100 מטר מתחת לאדמה ובאורך של כ־27 קילומטר. במאיץ החלקיקים שנמצא בצרן עוסקים בהאצה של חלקיקים, במהירות הקרובה למהירות האור. המטרה היא לגרום להם להתנגש זה בזה וכך לנסות ליצור חלקיק חדש, או מה שמכנים לעתים "החלקיק האלוהי". שמו של החלקיק "בוזון היגס" וקיומו נחזה במחקר התיאורטי.

את החלקיק הזה לא ניתן לראות, אבל אפשר לראות את ההשפעה שלו על הסביבה. ההשפעה הזו נראית כצילום רנטגן שעל גבי הרקע הכהה שלו נראים קווים לבנים, שתנועתם מזכירה צורה של ספירלה. קווים אלה מתארים את האפקט של תנועת החלקיק.


הנה סרטון על מאיץ החלקיקים בצרן (מתורגם):

http://youtu.be/U8zimacGobE


וכתבה על המדענים שמעורבים בפרויקט של מאיץ החלקיקים בצרן (עברית):

http://youtu.be/ihroneugjAg?t=28s