ע ר כ ה למורה לתכנון הוראה-למידה-ה ע ר כ ה )ה.ל.ה( בנושא: כוחות ותנועה

Transcription

1 ע ר כ ה למורה לתכנון הוראה-למידה-ה ע ר כ ה )ה.ל.ה( בנושא: כוחות ותנועה ד"ר רוני מועלם מהדורת ניסוי- משוכתב יולי 2011, התשע"א

2 פיתוח: ד"ר רוני מועלם יעוץ אקדמי: פרופ' בת שבע אלון קראו והעירו : מירי אורן, ד"ר רוחמה ארנברג, יורם אורעד, ד"ר אסתר בגנו, אירינה ויסמן, ד"ר איילת ויצמן, ד"ר רחל טסה, ד"ר תמי יחיאלי, ד"ר אתי כוכבי, ד"ר נטע עורבי, נירה קושינסקי, עדי רוזן עיצוב, עימוד ועריכה ממוחשבת: מרינה ארמיאץ' ערכה זו היא אחת מסדרת ערכות לתכנון הוראה/למידה/הערכה )ה.ל.ה(. הערכה פותחה במרכז הארצי למורי מו"ט בחט"ב, המחלקה להוראת המדעים, מכון ויצמן למדע. ראש מרכז המורים הארצי למו"ט בחט"ב: ד"ר זהבה שרץ רכזת מרכז המורים הארצי למו"ט בחט"ב: ד"ר אילנה הופפלד שימוש מסחרי מכל סוג שהוא בחומר הכלול בספר זה אסור בהחלט אלא ברשות מפורשת בכתב מהמו"ל. כל הזכויות שמורות מכון ויצמן למדע ומשרד החינוך תשס"א,

3 תוכן העניינים מבוא...4 רקע מדעי א. תכנים...10 ב. מיומנויות...23 הצעות דידקטיות להוראת הנושא מבוא...24 עקרונות, מושגי יסוד ואסטרטגיה לפתרון בעיות...25 טבלת תכנון ה.ל.ה...29 מפרט תכנים - המלצות לרצף ההוראה הפנייה לספרי הלימוד המאושרים על ידי משרד החינוך מאגר משימות הערכה...44 נספחים א. מיפוי פריטי הערכה...44 ב. פריטי הערכה ג. תשובון לפריטי הערכה...87 נספח א. יריד תופעות נספח ב. תיאור מהלך הוראה המשלב הקניית מושגים יחד עם הקניית האסטרטגיה נספח ג: "המורה, למה כתוב בספר שבמאזניים מודדים מסה הרי במאזנים שוקלים!" )מצורף( נספח ד. שאלון דיאגנוסטי בנושא ניתוח תנועה נספח ה: דף עבודה- פעילות מפתח - תיאור תנועה )ריצה(

4 מבוא ערכת ה.ל.ה )הוראה-למידה-הערכה( זו מיועדת למורי מדע וטכנולוגיה בחטיבת הביניים לצורך תכנון ביצוע והערכה של הוראה ולמידה של הנושא "תיאור תופעות בשפת הכוחות". ערכת ה.ל.ה מיועדת להפעלה על פי תכנית הלימודים במסגרת הוראת מדע וטכנולוגיה בחט"ב ומתבססת על חומרי למידה קיימים המאושרים על ידי משרד החינוך תוך הפניות מתאימות לחומרים אלה. לפיכך הע ר כ ה אינה מהווה תחליף לחומרי הלמידה הקיימים. הע ר כ ה כוללת חומר רקע מדעי ומיומנויות, דגשים דידקטיים לתכנון הוראה ולמידה, המלצות על פעילויות מפתח, ומאגר ממוין של פריטי הערכה לשימוש לצרכי הוראה ומשוב. נושא הע ר כ ה: תיאור תופעות בשפת הכוחות אוכלוסיית היעד: מורים המלמדים מדע וטכנולוגיה בכיתות ח' היקף: שעות רציונל ומטרות הוראת הנושא אחת מהמטרות המרכזיות של למידת הפיזיקה בחטיבת הביניים היא הבנה איכותית של מושגים ועקרונות בסיסיים ומתן הסברים ותחזיות לאירועים יום-יומיים פשוטים באמצעותם. חוקרים ממליצים ללמד את נושא הפיזיקה בחטיבת הביניים תחילה באופן איכותי ורק לאחר מכן באופן כמותי )2006 First,,)Physics ולהקנות את הידע בהקשרים הלקוחים מסיטואציות יום יומיות המוכרות ורלבנטיות לתלמידים. למידה בהקשרים כאלה מגבירה את העניין בנושא אצל מורים ותלמידים (2007 Eylon,.(Mualem & היבטים כמותיים כגון חישובים שונים של כוחות המשתתפים באינטראקציות, אינם מוגדרים כמטרות מרכזיות בהוראת נושא זה, הם נמצאים בערכה רק במידה מצומצמת ומודגמים ברמה המתאימה לתלמידי חט"ב )בעיקר בנושא מכונות פשוטות(. בהתאם לעקרונות ההוראה הספיראלית, טיפול כמותי מלא בנושאים המובאים בערכה יובא במסגרת החט"ע. בערכה שלושה חלקים. החלק הראשון עוסק בהקניית מושגים בסיסיים במכניקה, מציג אסטרטגיה לשימוש במושגים אלה לפתרון בעיות בהקשרים מחיי יום-יום, ומציג קשר בין כוחות לתנועה. החלק השני מיישם את הידע שנרכש בחלק הראשון במכונות פשוטות כמו מנופים. החלק השלישי חוזר לנושא התנועה ועוסק בייצוגים שונים של תנועה קצובה. החלק הראשון מתאר גישה לבנייה של מסגרת תפיסתית framework) (conceptual להבנת סיטואציות פיזיקאליות בתחום המכניקה באמצעות מושגים בסיסיים כמו "אינטראקציה", "כוח", ו"מהירות", ועקרונות פיזיקליים כמו חוקי ניוטון. הגישה המוצעת כאן מבוססת על הניסיון בארץ בהוראת נושא זה בחט"ב ועל תוצאות מחקרים העוסקים בתחום זה )מועלם ואלון, 2006(. הגישה 4

5 ע ר כ ת ה.ל.ה בנושא: כוחות ותנועה מושתתת על הנחת היסוד שהבנת רעיון האינטראקציה, במגע ושלא במגע, חיונית להבנה בסיסית של מושג ה"כוח", של שינויים בתנועה ושל מושג ה"מערכת". מושג ה"אינטראקציה" חשוב ביותר להבנת החוק השלישי של ניוטון וגם להבנת החוק השני ודיאגרמות כוחות. ניתוח של תשובות תלמידים לבעיות איכותיות נפוצות )כגון: האם לגוף בשיא תנועתו יש תאוצה?( מצביע על כך שבעיות הנראות לכאורה פשוטות ומיידיות )כלומר תשובה בסגנון כן/לא באופן מיידי(, כרוכות בהפעלה של מספר שלבי פתרון התלויים באופי הבעיה. לכן, אין להסתפק רק במסגרת התפיסתית )מושגים ועקרונות( ויש להקנות לתלמיד כלים לפתרון בעיות איכותיות. לשם כך מוצעת בערכה אסטרטגיה לפתרון בעיות איכותיות המנחה את התלמידים בהפעלת השלבים בפתרון בעיות כאלה ומאפשרת לתלמידים ליישם את המסגרת התפיסתית באירועים מחיי היום יום. החלק השני של הערכה עושה שימוש במושגים שנלמדו בחלק הראשון ומדגים כיצד ניתן לנצל כוחות בשרות האדם )מכונות(. תחילה מוגדר המושג "עבודה", ובהמשך נעשה בו שימוש להסביר את שלושת סוגי המנוף המוכרים )חוק המנוף(. הסעיף האחרון בחלק זה מיישם את חוק המנוף על גופים בעלי ציר סיבוב תוך פרוט ייצוגים המשמשים לתיאור גופים כאלה. החלק השלישי מרחיב את נושא התנועה שמוזכר באופן בסיסי בחלק הראשון. בעוד שבחלק הראשון תיאור התנועה היה איכותי ומילולי )"הגוף לא זז", "הגוף משנה את מהירותו"(, הרי שבחלק השלישי מתוארת התנועה באופן מדויק יותר )כמותי( תוך שימוש בייצוג גראפי, ובנוסף מבוצעים חישובים בסיסיים של מהירות קצובה. רצפי הוראה המתאימים לפרק הזמן המוקצב לנושא זה מוצעים בהמשך. תת הפרקים בערכה אינטראקציה, כוחות ותנועה כוחות בשרות האדם: מכונות פשוטות תנועה ומהירות רעיונות ועקרונות מרכזיים בהוראת הנושא )כל המושגים והעקרונות המוזכרים בחלק זה של הערכה יפורטו ויוסברו בהמשך( אינטראקציה וכוחות אינטראקציה וכוחות.1 כוחות מתארים פעולה הדדית )אינטראקציה( בין גופים. קיימות אינטראקציות 1 הפועלות בין גופים במגע )כגון חיכוך( וכאלה הפועלות ללא מגע )כוח הכבידה, הכוח האלקטרוסטטי, הכוח המגנטי(. מאפייני הכוח הם: גודל, כיוון ונקודת אחיזה גוף יכול להשתתף )בו זמנית( ביותר מאינטראקציה אחת. 1 בהסתכלות מקרוסקופית 5

6 ע ר כ ת ה.ל.ה בנושא: כוחות ותנועה משקל הוא כוח. 2 נמצא. המשקל של גוף תלוי בעוצמת המשיכה של גרם השמים עליו הוא כאשר מספר כוחות פועלים בעת ובעונה אחת על גוף, תוצאת הפעולה ניתנת לתיאור באמצעות פעולתו של כוח אחד השקול כנגד כולם. כוחות הפועלים על גוף יכולים לגרום לשינוי בגודל מהירותו ו/או בכיוון תנועתו ו/או בצורתו. חוקי ניוטון באינטראקציה בין שני גופים מפעיל כל אחד מהגופים כוח על הגוף השני. בגודלם ומנוגדים בכיוונם )החוק שלישי של ניוטון( הכוחות שווים כוחות הפועלים על גוף יכולים לשנות את כיוון תנועתו ו/או את גודל השני של ניוטון(. מהירותו )החוק גוף יכול לנוע גם כאשר לא פועלים עליו כוחות. גוף הנע במהירות קבועה יתמיד בתנועתו כל עוד שקול הכוחות הפועלים עליו הוא אפס )החוק הראשון של ניוטון(. לחץ הלחץ הוא כוח הפועל על יחידת שטח 2. כוחות בשרות האדם: מכונות פשוטות. ישנן מכונות המאפשרות הגברת כוח מנוף, מישור משופע( מכונות )מכשירים( שבהן יש ציר סיבוב )כגון מנוף, מאזני כפות( מאפשרות להפעיל כוחות שונים על גופים. הכוח המופעל על גוף תלוי במרחקו מציר הסיבוב )חוק המנוף(. גודלו של הכוח הפועל על גוף ומרחקו מציר סיבוב של הגוף משפיעים על סיבוב הגוף. כוח הפועל על גוף נע מבצע עליו "עבודה". עבודה זו שווה למכפלת גודל הכוח הפועל 4 על הגוף בכיוון התנועה )רכיב הכוח בכיוון התנועה ) 3 בדרך שלאורכה הוא מופעל. 3. תנועה ומהירות בקו ישר הגדלים המשמשים לתיאור תנועתו של גוף: דרך, מהירות, קצב שינוי מהירות )תאוצה( מאופיינים על ידי גודל וכיוון. המרחק של גוף הנע במהירות קבועה על קו ישר ניתן על ידי x ( הנוסחה x=vt נמדד יחסית לנקודה בה הגוף החל לנוע ו- t הזמן מראשית התנועה(. 2 ראו בהמשך ברקע המדעי הבחנה בין משקל ומשקל נמדד 3 המונח "רכיב כוח" אינו מוצג לתלמידים 4 מושג העבודה מוצע כרשות, ראו הצעות דידקטיות. 6

7 מטרות הלמידה של הנושא: מטרות על: 5 1. הבנת המושגים הבסיסיים: אינטראקציה, כוחות, מהירות, שינוי מהירות. 2. הכרת הרעיונות שבבסיס חוקי ניוטון )קשר בין כוח לתנועה, וקשר בין כוחות בפעולה הדדית( ושימוש בהם להסבר וניבוי תופעות )איכותי(. 3.הכרת מושג הלחץ והשימוש בו בתיאור תופעות. 4. הכרת דרכים להגברת כוח )מנוף ומישור משופע(, שימוש בחוק המנוף ליישומים בסיסיים. 5. תאור השינוי במקום של גוף נע כפונקציה של הזמן בייצוגים שונים, ומעבר בין ייצוגים. מטרות אופרטיביות: א. אינטראקציה, כוחות ותנועה התלמידים יתארו,יסבירו וינבאו תופעות ותהליכים מחיי היום-יום בשפת הכוחות.1 יזהו את ההסבר הנכון מבין כמה הסברים, שחלקם מבוססים על תפיסות שגויות נפוצות. ב. ג. ד. יתקנו הסבר שגוי. התלמידים יוכלו לחזות את מגמת השינוי בתנועה של גוף תוך התבססות על תרשים הכוחות שלו התלמידים יבנו תרשים כוחות על סמך מאפייני התנועה של גוף. התלמידים יכירו את מושג הלחץ ואת התלות שלו בכוח ובשטח. התלמידים ישתמשו במושג להסבר תופעות. א. ב. כוחות בשרות האדם: מכונות פשוטות התלמידים ישתמשו בחוק המנוף לחישובים של כוח ומרחק מציר סיבוב במכונות פשוטות. התלמידים יוכלו לחזות סיבוב של גוף היכול לנוע סביב ציר תוך התבוססות על הכוחות הפועלים עליו תוך התייחסות לנקודת אחיזת הכוח וכיוונו תנועה ומהירות התלמידים יתארו מקום של גוף כפונקציה של הזמן באופן מילולי, בטבלה ובגרף. הקשיים הצפויים בהוראה ותפיסות שגויות נפוצות מחקרים רבים מצביעים על כך שתפיסותיהם של תלמידים בנוגע לחוקי הפיזיקה גובשו במהלך ניסיונם בחיי היום-יום, והם אינם "טבולה ראסה" )"לוח חלק"(, המקבלים את דברי המורה כלשונם. תפיסות אלה, שרובן אינו עולה בקנה אחד עם תפיסות המדענים, מכונות בספרות בשמות 5 בערכה זו יש התייחסות רק לעובדה האם בהתרחשות נתונה יש שינוי במהירות, ולא לקצב בו משתנה המהירות )גודל התאוצה( 7

8 רבים: תפיסות "נאיביות" conceptions),(naïve "תפיסות קדם" (preconceptions) תפיסות "אלטרנטיביות" conceptions) (alternative או תפיסות "שגויות".(misconceptions) הניסיון מראה כי קשה מאוד לשרש את התפיסות השגויות האלה, וכי שיטות הוראה השמות דגש על היבטים כמותיים, אינן משנות בצורה משמעותית את מרבית התפיסות השגויות הקיימות בנושאים כמו כוחות ותנועה. כיצד תלמידים מבינים מושגים מרכזיים הקשורים לנושאים בהן עוסקת הערכה "כוחות ותנועה"? הטבלה הבאה מרכזת כמה תפיסות יום-יומיות שגויות נפוצות מול העקרונות המדעיים המקובלים: אירוע מזמן מכונית נוסעת ילד דוחף קיר ונהדף אחורנית התנגשות חזיתית בין משאית לאופנוע ילד ואביו הנועלים גלגליות )סקטים( דוחפים זה את זה ממצב עמידה ומתרחקים במהירות ראשונית שונה תפיסה שגויה המנוע דוחף את המכונית קדימה הילד דחף את עצמו הכוח שהפעילה המשאית על האופנוע גדול מהכוח שהפעיל האופנוע על המשאית )אם בכלל הוא הפעיל כוח( ולכן האופנוע נפגע באופן חמור יותר העובדה שהילד נע בהתחלה במהירות תחילית גדולה יותר מזו של האב נובעת מכך שהכוח שהפעיל עליו האב גדול יותר התפיסה המדעית גוף לא יכול להיות באינטראקציה עם עצמו! ולכן, גוף )המכונית במקרה זה( לא יכול להניע את עצמו. )הכביש הוא זה שדוחף את המכונית( תנועתו של גוף נגרמת אך ורק כתוצאה מהכוחות הפועלים עליו ולא בגלל הכוחות שהוא מפעיל על גופים אחרים! )במקרה זה הקיר הוא זה שדחף את הילד( שני הגופים הפעילו כוחות שווים זה על זה אך תוצאות האינטראקציה תלויות במאפייני הגופים )כגון, המסה שלו משפיעה על השינוי במהירותו, החומר ממנו עשוי הגוף משפיע על מידת העיוות שלו(. אותו כוח יכול לגרום לתוצאות שונות לגבי גופים שונים )האופנוע "חלש" באופן משמעותי מהמשאית ולכן נפגע באופן חמור יותר( הכוחות באינטראקציה תמיד שווים בגודלם )ומנוגדים בכיוונם( אך השפעתם יכולה להיות שונה. הסיבה שהילד נע במהירות רבה יותר בהתחלה )כלומר השינוי במהירות גדול יותר( היא משום שהוא בעל מסה קטנה יותר מזו של האב. 8

9 באתר מוטנט נמצאת סקירה רחבה של ממצאי מחקרים המתארים את האופן בו תלמידים מבינים מושגים מרכזיים הקשורים לערכה זו. אין ספק שבמסגרת הזמן המצומצמת המיועדת לערכה זו לא ניתן לטפל באופן יסודי בדרכי ההבנה של התלמידים. יחד עם זאת חשוב שהמורים יהיו מודעים להמשגות השונות ויבינו את מקורותיהם. 9

10 רקע מדעי א. תכנים מערכות מושגיות במדע: כוחות ואנרגיה את התופעות הפיזיקליות המתרחשות בעולם ניתן להמשיג, להבין ולנתח באמצעות שתי מערכות מושגיות שונות: מערכת מושגי כוחות ומערכת מושגי אנרגיה. חשוב להדגיש שמדובר בשתי מערכות מושגיות שונות )עם קשר מסוים ביניהן( המאפשרות לחקור אותה בעיה באופן שונה תוך הבאה בחשבון של שיקולים אחרים. לעיתים, ניתן לפתור את אותה השאלה ולמצוא את אותו גודל מבוקש )למשל המהירות( בעזרת שתי המערכות המושגיות באופן נפרד. שתי מערכות מושגיות אלה, משמשות את הפיזיקאים להמשיג, להבין ולנתח תופעות בהן יש אינטראקציות בין גופים. הן תלוינה את התלמידים גם בלימודי הפיזיקה בחטיבה העליונה ולכן יש חשיבות רבה למפגש ראשון עם שתי המערכות כבר בחטיבת הביניים. איננו ממליצים להתייחס לכך באופן מפורש בכיתות ז' ח' אך אנו רואים חשיבות שתלמידים בסוף כיתה ט' כבר יכירו )באופן מפורש( את שתי מערכות המושגים. השימוש במערכות מושגיות חלופיות לתאור אותן תופעות דומה לשימוש בשפות שונות שגם הן מתאפיינות באוסף של מונחים וקשרים ביניהם. מנסיוננו, יש מורים שמוצאים ענין להשתמש במונחים "שפת הכוחות" ו"שפת האנרגיה" לדון במערכות המושגיות הנ"ל. השימוש במונחים אלה הוא למורים בלבד ואיננו ממליצים להשתמש בו עם תלמידים. ערכה זו עוסקת בהיכרות ראשונית עם המערכת המושגית של הכוחות. ערכה אחרת מתמקדת במערכת המושגית של האנרגיה )ערכת האנרגיה מופיעה באתר מוט נט- ראו כתובת בנספח(. תופעות בהן יש אינטראקציות בין גופים ניתן להסביר בעזרת כוחות אנרגיה א. להלן דיון קצר במושגים המרכזיים בכל אחד מתת הפרקים 1. אינטראקציה, כוחות ותנועה מושג האינטראקציה ומושג הכוח הכוחות הם דרך לתאר תופעות טבע שונות בעזרת המושגים כוח, שקול כוחות, חוקי ניוטון ומהירות. על בסיס ממצאי מחקרים מומלץ ללמד את המושג "אינטראקציה" תחילה, וממנו לגזור את המושג כוח, תנועה ושינוי מהירות. זאת להבדיל מהגישה המסורתית ללימוד המושג "כוח" בה התלמיד עוסק בתחילה בגוף בודד ובתוצאות של הפעלת כוח עליו. הרעיונות המדעיים הבאים לידי ביטוי בנושא זה הם: אינטראקציה מוגדרת כפעולה הדדית בין שני גופים. אפשר לזהות אינטראקציה בין גופים כאשר מבחינים שגוף משנה את תנועתו ו/או צורתו. 01

11 יש אינטראקציות במגע ויש אינטראקציות ללא מגע )ממרחק(. האינטראקציות ממרחק הן רק אינטראקציות בהן מעורבים גרמי שמים, קטבים מגנטיים ומטענים חשמליים. כל שאר האינטראקציות הן רק במגע )במבט מקרוסקופי(. גוף אינו יכול להיות באינטראקציה עם עצמו! ולכן, גוף אינו יכול להניע את עצמו. אם אנחנו יודעים שגוף מתחיל לנוע - הגורם לכך חייב להיות גוף אחר! בין שני גופים יכולה להתקיים )בו-זמנית( יותר מאינטראקציה אחת. לדוגמא, שני מגנטים המונחים זה על גבו של זה )אינטראקציה במגע ואינטראקציה מגנטית(. גודלו של כוח מוגדר כעוצמת האינטראקציה. באינטראקציה פועלים שני כוחות השווים בגודלם, מנוגדים בכיוונם, ופועלים על גופים שונים )החוק השלישי של ניוטון(. הכוח הנורמלי )שמפעילה הרצפה לדוגמה, כלפי מעלה( וכוח החיכוך הם כוחות שחייבים להניח את קיומם כדי להסביר מדוע גוף שנמשך על רצפה לא משנה את מהירותו בכיוון הכוח שפועל עליו. שינוי מהירותו של גוף נגרם אך ורק כתוצאה מהכוחות הפועלים עליו )החוק השני של ניוטון( ולא בגלל הכוחות שהוא מפעיל על גופים אחרים! תוצאות האינטראקציה תלויות במאפייני הגופים. אותו כוח יכול לגרום לתוצאות שונות כאשר הוא פועל על גופים שונים הבנויים מחומרים שונים ו/או בעלי ממדים שונים )לדוגמא קטר רכבת ומכונית עשויים מאותו חומר )ברזל( אך הם בעלי ממדים שונים(. ב. מסה ומשקל את הגדרת המסה למדו התלמידים בעבר )"כמות החומר" על פי הגדרה אינטואיטיבית, ראו מאמר של ד"ר תמי יחאלי על נושא זה ברשימת המקורות(. המשקל של גוף מוגדר ככוח הכבידה שמפעיל גרם שמיים על הגוף הנמצא עליו או בקרבתו. כוח הכבידה המופעל על גוף הנמצא על גרם שמיים מסוים הוא תמיד קבוע, וכיוונו כלפי מרכז גרם השמים, ולכן משקלו של גוף על פני גרם שמיים מסוים קבוע. 6 את המשקל מודדים בעזרת מד-כוח הנקרא גם "מד-משקל". קיים קשר הדוק בין מסה (m) למשקל (W) בגרמי השמים השונים )כולל כמובן כדור הארץ(. בכל גרם שמימי קיים פקטור- מקדם.W=mg באופן הבא: )W) למשקל (m) הקושר בין המסה (g) למרבית הגופים הנמצאים על כדור הארץ המשקל שווה למשקל הנמדד על ידי מד הכוח, וזאת בתנאי שהכוחות היחידים הפועלים על הגוף בכיוון האנכי הם כוח המשיכה כלפי מטה והכוח שמפעילים המאזניים / רצפה כלפי מעלה. הפקטור g קשור במימדי הגרם השמימי ובצפיפותו. פקטור זה נקרא גם "תאוצת הכובד", ובכדור הארץ ערכו של g הוא כ- 10 ניוטון לק"ג.)N/kg( לעומת זאת בירח 1.6=g N/kg ובכוכב הלכת צדק ערכו מגיע ל- 25 ניוטון לק"ג. לכן משקלו של גוף על פני כדור הארץ שמסתו 1 ק"ג הוא 10 ניוטון, 1.6 ניוטון על פני הירח ו- 25 ניוטון על "פני" צדק )צדק הוא כוכב גזי וחסר "פנים" במובן הקלאסי(. 6 מד-המשקל, המודד כוחות, מתרגם על פי רוב את משקל הגוף למסה ומציג אותה ביחידת המסה ק"ג. 00

12 בשוני מהמשקל, המסה אינה משתנה בגרמי השמים השונים. ראו הדגמה באתר* " on your weight.*)/ "different planets ג. משקל ומשקל נמדד במקרים מסוימים )כמו במעלית מאיצה או מאיטה( קיים הבדל בין משקל הגוף למשקלו הנמדד כיון שהמשקל הנמדד תלוי בסך כל הכוחות הפועלים על הגוף כלפי מעלה )למשל הכוח שמפעילה הרצפה על גוף(. המשקל הנמדד של הגוף נקרא גם משקל אפקטיבי והוא קשור ל"תחושת" המשקל של הגוף. רצפה )משקל נמדד( גוף כדה"א )משקל( כאשר הגוף נמצא במנוחה על הרצפה, שווה גודל הכוח שמפעילה הרצפה כלפי מעלה )המשקל הנמדד( לגודלו של כוח הכבידה )המשקל(, ראו באיור למעלה. קיימים מקרים בהם המשקל )כוח הכבידה ) שונה מהמשקל הנמדד. הדבר מתרחש כאשר מתקיימים שינויי מהירות בציר האנכי. לדוגמה, כאשר מעלית מתחילה לנוע כלפי מעלה גדול המשקל הנמדד מהמשקל )כוח הכבידה( וכאשר היא מתחילה לנוע כלפי מטה, קטן המשקל הנמדד מהמשקל ( כוח הכבידה(. דוגמא נוספת מתייחסת לגופים הנמצאים במסלול סביב כדור הארץ והם באינטראקציה רק עם כדור הארץ, במצב זה אנו אומרים כי הגוף ב"נפילה חופשית". גופים אלה הם בעלי משקל )פועל עליהם כוח כבידה( אך הם חסרי משקל נמדד, ולכן נראים האסטרונאוטים "מרחפים" בחללית כשהם "חסרי משקל" )נמדד(. ד. לחץ לעיתים מושג הכוח שהכרנו אינו מאפשר לספק תשובה מלאה ומשביעת רצון להסבר אירועים ותופעות שונות המוכרות בעיקר בחיי היום-יום. למשל, שאלות מהסוג: מדוע מחט תפירה היא בעלת חוד דק? מדוע מסמרים חדים בקצה? מדוע קל יותר לחתוך בסכין חדה וקשה לעשות זאת בסכין כהה? מדוע טרקטורים כבדים וטנקים נעים על שרשראות? מדוע כאשר אדם הולך בשלג רגליו שוקעות בשלג, לעומת זאת כאשר הוא משתמש במגלשיים הוא אינו שוקע. מושג הלחץ המתייחס גם לכוח וגם לשטח עליו הוא פועל מאפשר לתת מענה לשאלות הנ"ל. הגדרת הלחץ לחץ שווה ליחס בין גודל הכוח )בניוטון( לבין גודל השטח עליו הוא פועל )במטר רבוע- מ"ר(.היחידות המתארות אותו נקראות "פסקל". הנוסחה לחישוב הלחץ ניתנת על ידי (P=F/a) כאשר הוא הלחץ P 02

13 לדוגמא: הלחץ שמפעיל על קרקע אדם שמשקלו 600 ניוטון ושטח רגליו הוא 0.02 מ"ר י= 30,000 פסקל. קיימות יחידות לחץ נוספות: בר ואטמוספירה המאוד דומות. 1 בר שווה ל- 100,000 פסקל. ועל פי הדוגמא למעלה, הלחץ שמפעיל האדם שמשקלו הוא 600 ניוטון על הקרקע יהיה 0.3 בר. לדוגמא, אם נרצה להסביר מדוע כפות רגליו של גמל, החי בסביבה מדברית הכוללת דיונות של חול רך, רחבות מאוד ובעלות שטח גדול יחסית, נתקשה להסביר זאת רק בעזרת תרשים כוחות: קרקע חולית גמל כדור הארץ תרשים הכוחות מלמד אותנו שהכוח השקול על הגמל הוא אפס ולכן הגמל עומד על החול, ואינו נע בציור האנכי )במקרה זה(. אנו לא למדים מתרשים הכוחות מדוע כפות רגליו הרחבות של הגמל מעניקות לו יתרון מסוים בעומדו על חול רך. ובנוסף, תרשים הכוחות אינו רומז לנו על הבעיה האפשרית של הליכה בחול רך. כלומר, הכוח השקול בציר האנכי הוא אפס אך יתכן מאוד שהגמל שוקע קצת בחול בכל צעד ולכן הליכתו אינה נוחה. אם נרצה להבין מדוע כפות רגליו הרחבות של הגמל מעניקות לו יתרון בסביבת חול רך נהיה חייבים להשתמש במושג הלחץ. השקיעה בחול הרך תלויה בלחץ שמפעיל הגמל על החול ולא תלויה רק במשקלו )כוח( של הגמל. ככל שהכוח שהוא מפעיל על החול כתוצאה ממשקלו, יתחלק על שטח גדול יותר, הלחץ שהוא יפעיל על החול יהיה קטן יותר ויהיה לו נוח יותר ללכת. לעומת זאת, בעלי חיים הגרים על מצוקים סלעיים "פטורים" מבעיות הליכה בחול רך ולכן כפות רגליהם מחודדות ובנויות טוב יותר לאחיזה בנקיקים הצרים. סיכום: אנו רואים כי יש חשיבות לא רק לגודל הכוח הפועל על משטח, אלא גם לשטח שעליו הוא פעל. מושג הלחץ לוקח בחשבון גם את הכוח וגם את שטח הפעולה שלו ולכן הוא מתאים לתיאור תופעות מסוימות. 2. כוחות בשרות האדם א. עבודה ומנופים 03

14 עבודה כאשר מפעילים כוח על גוף הנע לאורך דרך, והכוח )או רכיב של הכוח( פועל בכיוון הדרך אנו אומרים שהכוח מבצע עבודה על הגוף )ראו איורים להלן(. יש שוני בין המונח "עבודה" בשפה היומיומית לבין המונח הפיזיקלי הנושא את אותו שם. עבודה נמדדת ביחידות של ג'אול )מטרxניוטון( שהן גם יחידות האנרגיה, ואומנם, מושג העבודה מקשר בין שפת הכוחות לשפת האנרגיה. את הקשר המפורט )העבודה של שקול הכוחות הפועל על גוף שווה לשינוי באנרגיה הקינטית שלו( לומדים התלמידים באופן כמותי בכיתה ט'. לצורך הבהרת מושג העבודה נבחן את הדוגמאות הבאות: F הכוח פועל בכיוון הדרך: יוסי דוחף ארגז על הרצפה בכוח העושה עבודה על הארגז. כוח פועל אך אין תנועה: יוסי דוחף קיר בטון בכוח. F אין עבודה. כוח פועל בניצב לכיוון התנועה: דסקת הוקי מחליקה על משטח מצופה קרח )אין חיכוך(. הכוח שמפעילה הרצפה על הדסקה כלפי מעלה לא מבצע עבודה על הדסקה. כוח הפועל בכיוון היוצר זווית עם כיוון התנועה של גוף נע: יוסי מושך קופסא קטנה עם חבל בכיוון אלכסוני: רכיב הכוח F x בכיוון הדרך מבצע עבודה על הגוף. כיוון התנועה 04

15 מנופים מנופים הם מכונות המאפשרות לנו להרים משאות כבדים לגובה היכול להיות גדול מאוד )לדוגמא עגורן(. האדם החל להשתמש במנופים לפני זמן רב. המנוף הפשוט ביותר הוא נדנדה: כאשר מפעילים כוח כלפי מטה ( 1 F) על הנדנדה בצידה האחד, מופעל כוח כלפי מעלה ) 2 F) בצידה השני של הנדנדה. האיור הבא מדגים זאת עם פירוט חלקי הנדנדה. F 1 F 2 זרוע ימין זרוע שמאל d 1 d 2 נקודת משען )ציר( באיור ניתן להבחין כי הנדנדה כוללת שתי זרועות ונקודת משען אחת ביניהן. כאשר זרוע שמאל שווה לזרוע ימין ) 2,(d 1 =d שווים גם הכוחות ) 2.(F 1 =F ניתן לנצל את השיוויון הזה בכוחות ולבנות מאזניים שבעזרתם ניתן להשוות בין שתי מסות. מסה ידועה מסה נמדדת כאשר הזרועות אינן שוות ) 2 d), 1 d גם הכוחות אינם שווים ) 2 F) 1 F אך קיים יחס הפוך בין אורכי הזרועות משני צידי נקודת המשען לגודל הכוחות המתקבלים. עיקרון זה נקרא "חוק המנוף": כאשר מפעילים כוחות על המוט משני עברי נקודת המשען )למשל, תולים שני גופים(, במצב של שיווי משקל מכני, מתקיים שוויון בין מכפלת הכוחות במרחקיהם מנקודת המשען )או המרחק מציר הסיבוב(.F 1 d 1 =F 2 d 2 באופן מעשי, תפקידו העיקרי של המנוף הוא "רווח כוח", כלומר, ניתן לקבל כוח גדול ) 2 F) ע"י הפעלת כוח קטן ) 1 F) תוך שימוש באורכי זרועות שונים, כפי שיתואר בהמשך. למנופים יכולות להיות צורות מגוונות ולעיתים קשה לזהות באופן מיידי את כל חלקי המנוף שתוארו לעיל )שתי הזרועות ונקודת המשען ניתן להבין את העיקרון הפיזיקאלי עליו מבוססת פעולת המנוף )"חוק המנוף"( בעזרת המושג "עבודה", אך עניין זה חורג ממסגרת ערכה זו. 05

16 סוגי מנופים קיימים שלושה סוגים עיקריים של מנופים )אורך החיצים המלאים באיורים הבאים מציינים את גדלי הכוחות היחסיים(: 1. מנוף מסוג ראשון: מנוף שנקודת המשען שלו נמצאת בין קצוות המוט. לדוגמא: פלייר, מספריים. הכוח הפועל )החץ הימני הכוח המופעל על המשא, F 1 F 2 ) יכול להיות מופעל ע"י האדם באופן ישיר או ע"י מנוע. גדול יותר, כלומר יש "רווח כוח" ) 1 d). 2 d> F 2 F 1 משא דוגמא: מספריים - שני מנופים המחוברים בציר. d 2 d 1 נקודת משען )ציר( שני הכוחות שמופעלים שני הכוחות שמפעיל האדם F0 F0 F2 F2 נקודת משען )ציר( 06

17 דוגמאות: נדנדה בגן השעשועים ו"לום" לחילוץ מסמרים זרוע הכוח זרוע המשא הכוח הפועל נק' משען הכוח המופעל הכוח המופעל זרוע הכוח הכוח הפועל זרוע המשא נק' משען )ש. זגורי( 2. מנוף מסוג שני: מנוף שנקודת המשען שלו נמצאת באחד הקצוות של המוט והכוח מופעל בקצה האחר. המשא אותו מרימים נמצא בין נקודת המשען לכוח המופעל )ראו איור(. לדוגמא: מפצח אגוזים, מפתח צינורות, מריצה, ברז עם ידית. כוח פועל משא דוגמא: מפצח אגוזים 07

18 זרוע המשא הכוח הפועל זרוע הכוח )ש. זגורי( 3. מנוף מסוג שלישי: מנוף שנקודת המשען שלו סמוכה לנקודת הפעלת הכוח והמשא נמצא רחוק יותר )ראו איור(. לדוגמא: מלקטת )פינצטה( כוח פועל משא 08

19 א. ב. ג. ב. ייצוגים של מנופים וגלגלים השפה המדעית כוללת ייצוגים שונים של גופים או אירועים אמיתיים. הייצוג הגרפי הוא אחד מהייצוגים האלה. לעיתים קרובות גדולה חשיבות הבנת ייצוגים אלה להבנת האירוע. כדי לייצג אירוע באופן זה ניתן להשתמש בשלוש דרכים: תמונה של האירוע. החיסרון בתמונה הוא שהיא כוללת פרטים רבים נוספים שאינם רלוונטיים וכן חלקים מסוימים מהמערכת לא נראים. בנוסף קשה להוסיף עליה כתוביות הבהרה. תמונה )שרטוט טכני( - שרטוט האירוע/הגוף באופן ש"מחקה" )מעתיק( את התמונה. השרטוט הטכני נפוץ מאוד בתיאורים המראים תת-מערכות משולבות האחת בשנייה אשר אינן יכולות להראות בתמונה )למשל שרטוטים של חלקי מנועים(. שרטוט סכמטי של האירוע תוך שימוש בסימנים מוסכמים המייצגים גופים אמיתיים )נפוץ מאוד בתחום המעגלים החשמליים(. אנו נביא להלן את הייצוגים הגראפיים החשובים בהם נשתמש בערכה זו )תמונה- ייצוג טכני- ייצוג סכמטי(. גלגל: 1. תמונה ייצוג טכני ייצוג סכמטי 2. מוט על ציר בקצהו: ציר ייצוג טכני ייצוג סכמטי 3. מוט על ציר במרכזו: 09

20 = תמונה ייצוג טכני ייצוג סכמטי ג. סיבוב גופים כאשר מפעילים כוחות על גופים בעלי ציר סיבוב, הם יכולים לנוע סביב ציר הסיבוב. ניתן קבוע אם הגוף יסתובב לפי גודל הכוח, מיקום פעולת הכוח )נקודת האחיזה( וכיוונו יחסית לזרוע. שימו לב שהאיורים הבאים הם במבט-על, כיוון הציר הוא במאונך לדף והסיבוב הוא במישור הדף. דוגמאות: כאשר כיוון הכוח מקביל לזרוע, הגוף לא יסתובב: ציר F כאשר כיוון הכוח ניצב לזרוע, הגוף יסתובב: כיוון הסיבוב ציר F 21

21 כאשר ציר הסיבוב נמצא באמצע הגוף יש להתחשב בכוחות הפועלים משני צידי הציר: שימו לב שבאיורים הבאים העיגול במרכז המוט מציין את ציר הסיבוב במישור הדף. יש תנועה: הגוף מסתובב בכיוון השעון 01 N ציר הסיבוב 01 N 01 N 01 N אין תנועה 01 N אין תנועה: הכוחות פועלים בכיוונים מנוגדים על אותה נקודה ולכן שקול הכוחות בנקודה הוא אפס. 01 N אין תנועה: אין רכיב כוח בכיוון התנועה האפשרי של המוט 01 N 01 N 20

22 א. ב. ג. 3. תנועה ומהירות השפה המדעית כוללת כמה גדלים הנמדדים ישירות מהאירועים השונים כגון, מסה, מרחק וזמן, את כל הגדלים האחרים ניתן לתאר בעזרת המסה, הזמן והמרחק וגדלים אחרים הנגזרים מהגדלים הנמדדים ישירות כגון מהירות, תאוצה ומשקל. יחידות תקניות במדע )המכונות )System International, S.I בהן מבטאים את הגדלים השונים הן: מרחק- מטרים זמן- שניות מסה- ק"ג א. ב. ג. הגדלים הנגזרים מהגדלים הנ"ל מבוטאים בעזרת היחידות של גדלים אלה: מהירות- מטר לשנייה )או ק"מ לשעה- קמ"ש( תאוצה- מטר לשנייה בריבוע משקל )או כוח(- ק"ג כפול מטר לחלק לשנייה בריבוע )נקרא גם "ניוטון"(. הנוסחה המקשרת בין הדרך( x ) שעובר גוף בתנועתו ולאורך קו ישר לבין מהירותו (v), אם היא קבועה, במשך זמן t היא x=vt 22

23 ב. מיומנויות במסגרת לימודי מו"ט בחט"ב אנו עוסקים בהקניית מיומנויות, תרגולן ויישומן. ערכה זו מזמנת הזדמנויות להקניה ותרגול של מספר מיומנויות במהלך פתרון הבעיות השונות בערכה. להלן רשימה של המיומנויות המרכזיות. ליד כל מיומנות מצוינות מספר דוגמאות 7 של פריטי הערכה ממאגר המשימות בהן נעשה שימוש במיומנות המצוינת. אפיון המיומנויות מתבסס על מסמך אסטרטגיות החשיבה של האגף לת"ל. ashiva.pdf 1. מיומנויות חקר העלאת השערות )ניבוי( )לדוגמא פריטים,78( 69 מתוצאות ניסוי )לדוגמא פריטים 38-40(,66,,64,80 39 ממידע המיוצג בייצוגים שונים )לדוגמא פריטים , ) טיעון )ניתן להשתמש בדגם ההוראה אינטראקציה וכוחות- ראו במקורות( שימוש בייצוג להסבר תופעות בשפת הכוחות )לדוגמא פריטים 20, 17, 15, )26,22-24 שימוש באסטרטגיה לפתרון בעיות )אפשרית ברוב הפריטים( השוואה לצורך פתרון בעיות )לדוגמא פריטים 92-97( 32,36, 1,4,7,18-19,.2 3. ייצוג ידע )ייצוגים בטקסט, איור סכמטי, תרשים מלבנים, טבלה, גרף( ייצוג ידע בגרף, טבלה ותרשים ייצוג מידע לסיטואציה נתונה )לדוגמא פריטים, 110( 108, קישור ומיזוג מידע המוסק מייצוגים שונים )לדוגמא פריטים ( 45,. 7 בפרק של מאגר המשימות נכללת טבלה המציינת לגבי כל פריט במאגר את המיומנויות הנדרשות וכן את הערכתנו לגבי הרמה הקוגניטיבית ורמת הקושי של הפריט. 23

24 הצעות דידקטיות להוראת הנושא 1. מבוא א. ב. ג. ערכה זו עוסקת בתיאור, הסבר וניבוי תופעות בעזרת מידע המתבסס על חוקי ניוטון. לגישה הדידקטית המוצעת בערכה שלושה מאפיינים מרכזיים: אינטראקציה תחילה: המושג אינטראקציה נלמד תחילה. התלמידים לומדים על רעיון האינטראקציה, מכירים אינטראקציות במגע, ובהמשך אינטראקציות הפועלות מרחוק. גודלו של הכוח משמש כמדד לעוצמת האינטראקציה, וכל אינטראקציה מתוארת באמצעות זוג כוחות. החוק השלישי מובנה ישירות בתוך הגישה, שכן כל אינטראקציה מקושרת לזוג כוחות השווים בגודל והפוכים בכיוון. גישה מערכתית: ניתוח אירוע מתבצע בהקשר של המערכת בה הוא מתרחש. כלומר הניתוח מתחיל בתיאור המערכת הרב-גופית ואיתור כל האינטראקציות של הגופים במערכת, ורק בהמשך יש תרגום של האינטראקציות לזוגות של כוחות והתמקדות בגופים הבודדים בהתייחס לשאלה הנשאלת. גישה זו נגזרת מהעובדה שהתנהגותו של גוף נקבעת על ידי כל האינטראקציות )הכוחות( בהן הוא משתתף ולכן יש להתייחס למערכת בה הוא פועל. כוח לעולם אינו מופיע "לבד" אלא בזוגות. האיתור השיטתי של כל האינטראקציות )והכוחות( בין הגופים במגע והאינטראקציות הפועלות מרחוק מאפשר לתלמיד לא לשכוח חלק מהאינטראקציות וכך גם מונע את הנטייה של תלמידים לשכוח חלק מהכוחות הפועלים על גוף. גם המעבר מתיאור האינטראקציות במערכת לתיאור באמצעות כוחות מושג בקלות יחסית לאחר שהתלמיד מתורגל בזיהוי כל האינטראקציות הרלוונטיות שבהן מעורב הגוף, ובתרגומם לזוגות כוחות הפועלים על הגוף )המתוארים בתרשימי כוחות(. תלמידים המתרגלים לחשוב במונחים של אינטראקציה ומערכת, פותרים ביתר קלות לא רק בעיות "בית ספר", אלא גם יכולים להסביר בהצלחה התרחשויות מחיי היום- יום בהן אף פעם איננו פוגשים "גוף חופשי". אסטרטגיה לפתרון בעיות: הקניית המערכת המושגית משולבת עם הקניית האסטרטגיה לפתרון בעיות המאפשרת לתלמיד לארגן באופן שיטתי את סדרת הפעולות הנחוצות לניתוח התרחשויות מורכבות. האסטרטגיה מתוארת במפורט בסעיף הבא. מהלך ההוראה בהוראה שלושה חלקים מרכזיים המתאימים לתת הפרקים של הערכה. החלק הראשון מתחיל עם המושג "אינטראקציה" ובעקבותיו הגדרה של המושג "כוח" כמדד לעוצמת האינטראקציה. בהמשך לומדים התלמידים לבנות תרשימי כוחות ולהשתמש בהם להסבר אירועים מחיי יום-יום בעזרת חוקי ניוטון. עד שלב זה, הכוחות מיוצגים בתרשימי הכוחות רק באופן יחסי )בכל מימד( ויש התייחסות רק לעובדה האם שקול הכוחות הוא אפס או לא, ומה כיוונו. בהמשך יש טיפול כמותי מצומצם הכולל תוספת של ערכים לגודל הכוח וחישוב הכוח השקול. תת-פרק זה מסתיים בהצגה בסיסית של מושג העבודה. בחלק השני יש של הידע שנרכש בנושא מכונות פשוטות ומנופים. בנוסף, מובאות דוגמאות אחדות על השפעת כוחות על סיבוב של גוף סביב ציר. 24

25 את ההוראה חותם חלק שלישי העוסק בניתוח תנועה. הדגש בתת פרק זה הוא על הקניית ההבנה של נוסחת דרך- מהירות- זמן (x=vt) ותיאור גרפי של התרחשויות הקשורות בשינויי מיקום, תוך התמקדות ביכולת לתאר באופן מילולי תיאור גרפי של תנועה. בערכה זו מוצעים ניסויי מפתח המדגימים סוגי אינטראקציות שונים )אינטראקציות במגע ואינטראקציות ללא מגע(, הלקוחים מחיי היום יום )לדוגמה:דחיפה ומשיכה, כוח אלסטי, כוחות אלקטרוסטטיים ומגנטיים, כוחות כבידה(. בערכה מושם דגש על ניסויים ועבודה בקבוצות, ותהליכי חקר המונחים על ידי המורה. 2. עקרונות, מושגי יסוד ואסטרטגיה לפתרון בעיות נבחן את הבעיה הבאה: בטקס סיום של בוגרי אוניברסיטה, משליכים הבוגרים הטריים את כובעיהם לכיוון השמים. הכובעים עולים לגובה מסוים, נעצרים ואח"כ חוזרים לקרקע. השאלה הנשאלת היא האם פועל כוח על הכובע כאשר הוא בשיא גובהו במנוחה רגעית? תלמידים רבים, לאחר לימודי הפיזיקה )גם בתיכון(, יענו שמכיוון שבשיא גובהו הכובע במנוחה רגעית, לא פועלים עליו כוחות ברגע מסוים זה. תשובה זו שגוייה כמובן, כי כוח המשיכה של כדור הארץ פועל לכל אורך דרכו של הכובע ללא קשר למהירותו. דוגמא זו ממחישה את הקושי העומד בפני התלמידים שלמרות שרכשו ידע אודות המושגים המרכזיים במהלך לימודיהם בבית הספר, עדיין מתקשים ב המושגים לפתרון בעיות שונות ולבניית הסברים. שאלות מסוג זה מהוות דוגמה לכך שאין די במסגרת המושגית כדי לבנות תשובות הדורשות ניתוח במספר שלבים, וכי יש להקנות בנוסף למסגרת המושגית גם כלים לניתוח תופעות. ניתוח כזה מחייב שימוש בתהליכים שונים הבאים לידי ביטוי בפתרון בעיות. לדוגמא, כדי להסביר תופעה הכרוכה בהפעלת כוחות ושינויים בתנועה, יש צורך להתייחס ל"דיאגרמת כוחות". במילים אחרות, יש להקנות לתלמידים בנוסף למסגרת המושגית גם אסטרטגיה והליכים )פרוצדורות( לפתרון בעיות. בנוסף, הקניית המסגרת המושגית והאסטרטגיה הרלוונטית לתחום מסוים חייבת לקחת בחשבון את הידע האינטואיטיבי הקודם של התלמידים ואליו חייבים להתייחס במהלך ההוראה )ראו תרשים(. ידע קודם אינטואיטיבי אסטרטגיה לפתרון בעיות מסגרת מושגית הסבר וחיזוי של תופעות יומיומיות האסטרטגיה לפיתרון בעיות המוצגת בערכה זו כוללת שלושה שלבים: איפיון מערכת, ממערכות לגוף יחיד, יחסי הכוחות והשפעתם על הגוף. השלבים מלווים בהוראות ביצוע ושאלות מנחות באמצעותם מתורגם אירוע )התרחשות- סיטואציה( לסדרת ייצוגים חזותיים. התהליך מסתיים בבניית תרשים )דיאגרמת( כוחות הפועלים על גוף אחד שנבחר מתוך המערכת )ראו דוגמאות בהמשך(. 25

26 אסטרטגיה זו מובילה את התלמיד להתייחס למערכת כולה ולזהות אינטראקציות וכוחות הפועלים בין הגופים, ורק אח"כ להתמקד בגופים בעלי עניין בשאלה. בשלב זה יכול התלמיד ל"שלוף" את הגוף הספציפי בו עוסקת הבעיה ולבנות בקלות את דיאגראמת הכוחות המלאה המתאימה לו. ברצוננו לחזור ולהדגיש כי מדובר באסטרטגיה לניתוח איכותי של סיטואציות, ולכן מושם דגש על איתור כל האינטראקציות והכוחות והתייחסות לגודלם היחסי )גדול יותר, קטן יותר( בקביעת התנהגות הגוף ולא לגודלם המספרי. להלן תיאור קצר של השלבים השונים באסטרטגיה ודוגמא להפעלתם. הדוגמא עוסקת בארוע הבא: דני מנסה לצאת עם כלבו לטיול בוקר, הוא מושך ברצועה אך הכלב אינו זז. הסבר מדוע. שלב א: אפיון מערכת מטרתו של שלב זה היא לזהות את הגופים הרלוונטיים בסיטואציה ואת האינטראקציות ביניהם. איפיון מערכות כולל שני תת-שלבים: 1. תרגום הסיטואציה לתרשים מלבנים של המערכת אדם רצפה רצועה כלב כדור הארץ 26

27 2. עריכת טבלת אינטראקציות של כל הגופים במערכת. אדם רצועה כלב רצפה כד"א אדם רצועה כלב רצפה כד"א + כאשר "+" מציין "קיימת אינטראקציה", "- " מציין "לא קיימת אינטראקציה" ו- ריבוע מושחר מציין "לא רלוונטי" )גוף לא יכול להיות באינטראקציה עם עצמו(. לשלב זה נלוות השאלות המנחות הבאות לוודא כי התלמידים לא התעלמו מאף אינטראקציה: האם יש אינטראקציות במגע בין גופי המערכת? האם התייחסתם לכל מגע בין שני גופים? האם יש אינטראקציות ללא מגע )מרחוק( בין גופי המערכת? 1. אינטראקציית כבידה?.2 אינטראקציות חשמליות או מגנטיות )משיכה, דחייה(? תרשים המלבנים וטבלת האינטראקציות מאפשרת לתלמידים לערוך היכרות ראשונית עם מושג המערכת, מפני שבבואם לאפיין את המערכת )תחילה תרשים מלבנים ואח"כ על ידי טבלת אינטראקציות( עליהם להתמודד עם זיהוי )או פרוק ל..( רכיבי המערכת הרלוונטיים. שלב ב: ממערכות לגוף יחיד מטרתו של שלב זה להביא את התלמיד לבניית דיאגרמה של כל הכוחות הפועלים על גוף נבחר. התהליך מתבצע בשני תת- שלבים: 1. סימון כל זוגות הכוחות על פני תרשים המלבנים בעזרת טבלת אינטראקציות. אדם רצועה רצפה כדור הארץ כלב כל זוג חיצים מבטא אינטראקציה בין שני גופים. החיצים האדומים מייצגים את החיכוך. בחירת גוף ו"איסוף" כל הכוחות הפועלים עליו מתוך תרשים המלבנים. רצפה.2 רצועה כלב חיכוך עם הרצפה 27 כדור הארץ

28 השאלה בדוגמא היא על הכלב, ולכן הוא משמש כגוף הנבחר. החיצים מציינים את הכוחות הפועלים על הגוף )ללא התייחסות לגודל הכוחות( וכיוון החיצים מציין את כיוון הכוח. יש לציין את שמות הגופים המפעילים את הכוחות על הכלב. השאלות המנחות הבאות מדגישות את החוק השלישי ומוודאות כי בדיאגרמה של הגוף הנבחר מופיעים כל הכוחות שפועלים על הגוף וכיוניהם, תוך ציון הגופים המפעילים כל אחד מהכוחות. האם הקפדתם לשרטט לכל אינטראקציה שני חיצים המתארים שני כוחות שווים בגודלם והפוכים בכיוונם? האם כשהתמקדתם בגוף מסוים, שרטטתם רק את הכוחות הפועלים על הגוף? בדקו שלא כללתם כוחות שהגוף מפעיל על גופים אחרים. בשלב זה אין התייחסות לגודל היחסי של הכוחות המופעלים על הגוף. שלב ג: יחסי הכוחות והשפעתם על הגוף מטרתו של שלב זה היא לאפשר לתלמידים להתייחס לסיטואציה ולנתח אותה באמצעות דיאגרמת הכוחות. בשלב זה התלמידים מונחים לבנות דיאגרמה מלאה המתייחסת לגוף בודד עם יחסי כוחות הנכונים )בהיבט איכותי בלבד: גדול/קטן/שווה(. אורכם היחסי של החיצים המייצגים כוחות אלה בדיאגרמה, יכול להיקבע על סמך מידע הנתון בבעיה )הכוח המופעל על גוף ימינה על ידי X גדול מזה המופעל שמאלה על ידי Y( או על פי מאפייני התנועה של הגוף. בדוגמא הנוכחית, התלמיד מעדכן את אורכי החיצים בשני הצירים האופקי והאנכי, על פי מאפייני התנועה של הכלב, לקבלת דיאגרמת כוחות מלאה. במקרה זה הכלב אינו זז )נתון( ולכן הכוחות שקולים, כלומר החיצים בכל ציר שווים באורכם ומנוגדים בכיוונם. השאלות המנחות הבאות "מוודאות" כי הסיטואציה הובנה היטב ומאפשרות לתלמידים לקשור בין כוחות לבין תנועה )החוק השני של ניוטון(. האם התחשבתם בעובדות הבאות? כאשר הכוחות הפועלים על גוף באותה נקודה הם שקולים - התוצאה זהה למצב שבו כלל לא פועל כוח על הגוף: הגוף אינו זז ממקומו. כאשר הכוחות הפועלים על גוף אינם שקולים הגוף ינוע לכיוון פעולת הכוח הגדול יותר. תוך כדי כך מהירותו כמובן תגדל. ככל שמסתו של גוף )היכול לנוע( קטנה יותר, קצב השינוי במהירותו )בהשפעת כוח קבוע( גדול יותר. כהכנה לשלב זה, לומד התלמיד להפעיל את חוקי ניוטון על תרשימי כוחות מוכנים ולנתח את תנועת הגופים המוצגים בתרשימי הכוחות האלה. 28

29 3. טבלת תכנון ה.ל.ה הטבלה הבאה מציגה הצעה לרצף ההוראה/למידה/הערכה היא כוללת התייחסות לנושאים מרכזיים מלווים בפעילויות מפתח )ניסויים מומלצים, סימולציות, בעיות, סיורים, סרטים(, הפנייה לספרי הלימוד במו"ט לחט"ב והפנייה למשימות הערכה. 18 שעות הוראה התייחסות יותר ספציפית לגבי הייתכנות והתאמה בין נושאי ההוראה, המושגים, המטרות והמיומנויות ראו בטבלאות המפורטות בהמשך. נושא ההוראה אינטראקציה כוחות ותנועה שיעור מספר 1-14 מושגים ומטרות מיומנויות פעילויות מפתח הפנייה לחומרי למידה הפנייה לפריטי הערכה פתיחה מושג האינטראקציה 3.מאינטראקציה לכוחות החוק השלישי הכרת מושג האינטראקציה והשפעותיה על גופים הגדרת מושג הכוח שכנוע באמיתות החוק השלישי חקר: תצפית, השערה, תכנון ניסוי, ביצוע ניסוי ותיעוד ממצאים, הסקת מסקנות. ייצוג ידע גרף, בטבלה ותרשים ניסויים באינטראקציות שונות: תותח אדים, ילד דוחף קיר שימוש בשני מדי כוח להדגמת החוק השלישי )ראו פרוט בספר אינטראקציה, כוחות ותנועה, פרק ב( אינטראקציה כוחות ותנועה )חלק א(- פרק א עד עמוד 15 אינטראקציה כוחות ותנועה )חלק א(- פרק ב עמודים כל השאלות עולם של אנרגיה, עמ' אינטראקציה עם כדור הארץ: כוח, משקל ומסה כוח המשיכה ומשקל הבדל בין מסה ומשקל פתרון בעיות ניתוח סיטואציות, כמו: ילד מושך כלב או תחרות משיכת חבל אינטראקציה כוחות ותנועה )חלק א(- פרק א עמודים כוחות ושינוי* הסבר וניבוי תופעות באמצעות חוקי ניוטון שקול כוחות חוקי ניוטון ייצוג ידע בטבגרף, לה ותרשים פתרון בעיות ניתוח סיטואציות באופן מלא. בניית תרשימי כוחות והסברתם. אינטראקציה כוחות ותנועה )חלק א(- פרק ג ופרק ד כוח החיכוך *הרחבה: ניתוח בעיות כמותיות 29

30 נושא ההוראה 6. לחץ שיעור מספר מושגים ומטרות הכרת מושג הלחץ השימוש בו ו להסבר תופעות מיומנויות פתרון בעיות פעילויות מפתח ניסוי הפקיר הפנייה לחומרי למידה אינטראקציה כוחות ותנועה )חלק א(- פרק ג עמודים ובנספח הפנייה לפריטי הערכה כוח בשרות האדם: מכונות פשוטות ומנופים עקרון פעולת המנוף שמות חלקי המנוף הכרת שלושת סוגי המנופים מנופים בגוף האדם פתרון בעיות ייצוג ידע השוואה לצורך פתרון בעיות איזון מאזני כפות בעזרת משקולות )לתיאור הניסוי ראו אנרגיה ושימורה, פרק א' או עולם של אנרגיה( עולם של אנרגיה, עמ' אנרגיה ושימורה, פרק א.7 מנופים מישור משופע השפעת נקודת אחיזה של כוח על סיבוב מוט או גלגל מושגים: דרך, זמן, מהירות פתרון בעיות ייצוג ידע ייצוג מידע בגרף סיבוב גלגל סיבוב תנועה ומהירות 9. תנועה: מושגי יסוד 10. תיאור תנועה פתרון בעיות דרך מהירות זמן.(x=vt) תיאור דרך, תנועה ומהירות באמצעים שונים )גראף, טבלה ובאופן מילולי( ייצוג מידע באופן מילולי ייצוג מידע בטבלה יכולת מעבר בין הייצוגים השונים )ממילולי לגרף, מגרף למילולי, ומטבלה לגרף( ניתוח גרף תנועה )ראו מבחן דיאגנוסטי( אינטראקציה וכוחות: חלק א, עמ' חלק ב, פרק א. מכניקה ניוטונית )א(, פרק א ** לצורך כניסה לאתר "אינטראקציה כוחות ותנועה" באתר מוטנט, יש להקיש: 31

31 4. מפרט תכנים - המלצות לרצף ההוראה הטבלה הבאה מציגה המלצה לרצף הוראה ומתארת מושגים ועקרונות היסוד מול יעדי הוראה בהתאם למהלך ההוראה )מהלך ההוראה מתואר באופן מפורט יותר בהמשך. יש התאמה מלאה בנושאים בטבלה והתיאור המפורט( מושגים ועקרונות יסוד יעדי הוראה ומהלך הוראה חלק 1: אינטראקציה, כוחות ותנועה )שיעורים 1-12( 1. פתיחה )שיעור 1 ( אינטראקציה: באינטראקציה משתתפים תמיד רק שני גופים. אינטראקציה בין גופים תיתכן במגע וללא מגע. גוף יכול להשתתף בו זמנית ביותר מאינטראקציה אחת עם גופים אחרים. חשיפה לנושא ולחשיבה היומיומית בהקשר למושג האינטראקציה. 2. מושג האינטראקציה )פעולה הדדית( )שיעור 2( א. היכרות עם דוגמאות לאינטראקציות במגע ב. היכרות עם אינטראקציות שלא במגע ג. השפעת אינטראקציות הגורמות לשינוי בצורה, ו/או בכיוון התנועה ו/או מהירות. דוגמאות: חיכוך - אינטראקציה במגע, כבידה אינטראקציה מרחוק 3. מאינטראקציה לכוחות, החוק השלישי )שיעור 3( כוחות: עוצמת האינטראקציה נמדדת על ידי גודל הכוח. הכוחות הפועלים על גופים הנמצאים באינטראקציה זה עם זה שווים בגודלם ומנוגדים בכיוונם )החוק השלישי של ניוטון(. כוחות כמגדירים משקל: משקל גוף הוא הכוח שמפעיל כדור הארץ על הגוף. המשקל מחושב ע"י מכפלת מסת הגוף בפקטור הקשור לגרם השמים עליו מתבצעת המדידה (g) א. ב. ג. ד. ה. ו. ז. התייחסות לעוצמת האינטראקציה. הגדרת עוצמת האינטראקציה ככוח. אפיון כוח כבעל גודל וכיוון. הכרת יחידות הכוח. לימוד החוק השלישי של ניוטון. התנסות במדידה כמותית של כוחות )מדי כוח(, גם כאמצעי להטמעת החוק השלישי של ניוטון. בנייה ופענוח של תרשימי כוחות 4. אינטראקציה עם כדור הארץ: כוח, משקל ומסה )שיעורים 4-5( הערה למורה: אם ניתן, רצוי להרחיב את הטיפול לשיעור נוסף כוח ותנועה: שינוי במהירותו של גוף נקבע על ידי 5. כוחות ושינוי )שיעורים 6-10( 30

32 מושגים ועקרונות יסוד סך כל הכוחות הפועלים עליו. )ניתן לזהות את הכוחות באמצעות זיהוי כל האינטראקציות שבהן משתתף הגוף(. חיכוך הוא כוח המשנה את גודלו עד למקסימום התלוי בתכונות שני הגופים באינטראקציה. תלוי אוויר של גוף עם חיכוך של וצפיפות צורתו הגוף, במהירות האוויר. א. ב. ג. ד. יעדי הוראה ומהלך הוראה ניסוח החוק הראשון והשני של ניוטון הסבר וניבוי תופעות באמצעות כוחות ומאפייני תנועה - כאשר יש מידע על תנועתם של גופים להסביר את התופעה באמצעות כוחות )תוך שימוש בחוקי ניוטון(. כאשר ידועים הכוחות הפועלים על גופים לנבא את התנועה )תוך שימוש בחוקי ניוטון(. זיהוי והמשגה: כוח החיכוך, חיכוך עם האוויר )ברמה עקרונית-בסיסית בלבד(. * טיפול כמותי בתרשימי כוחות )הרחבה- שיעור אחד( 6. לחץ )שיעורים 11-12( מושג הלחץ מתחשב גם בכוח וגם בשטח הפעולה שלו ולכן הוא מתאים לתיאור תופעות מסוימות. הכרת מושג הלחץ וחשיבותו להסבר תופעות. חלק 2: כוחות בשרות האדם: מכונות פשוטות ומנופים )שיעורים 13-15( 7.עבודה ומנופים )שיעורים 13-14( עבודה ומשמעותה בחירה )שיעור אחד( המנוף חוק המנוף ויישומו במכונות פשוטות סיבוב גוף בעל ציר סיבוב יכול להסתובב בעקבות הפעלת כוחות עליו *. הכרה בסיסית של המושג "עבודה" והקשר שלו לאנרגיה. מנופים )שיעורים 13-14( היכרות עם סוגי מנופים המתקבלים במכונות פשוטות )מנופים ומישורים משופעים(. 8. סיבוב )שיעור 15( הכרת הגורמים המשפיעים על סיבוב גופים סביב ציר חלק 3: תנועה ומהירות )שיעורים 16-18( 9. תנועה: מושגי יסוד )שיעור 16( תנועה )רמה בסיסית(: מהירות: למהירות יש גודל וכיוון תנועה קצובה תאור תנועה בייצוגים שונים: מילולי, גראפי ונוסחה. א. ב. ג. היכרות עם מושגי היסוד: שינוי במהירות )כולל כיוון( דרך, זמן, מהירות. זיהוי מאפייני התנועה: כיוון וגודל, שינוי במהירות גוף. 10. תיאור תנועה )שיעורים 17-18( תיאור דרך כפונקציה של זמן ) (t) x) באופנים הבאים: 32

33 מושגים ועקרונות יסוד א. יעדי הוראה ומהלך הוראה (t) x תיאור מילולי של גראף (t) x מתיאור מילולי של הדרך שעבר בניית גראף גוף ותיאור מילולי, מתיאור של דרך (t) x בניית גראף שעבר גוף, בטבלה. ב. ג. שימוש בנוסחה x=vt לפתרון בעיות כמותיות פשוטות. להלן הצעה למהלכי שיעור אפשריים:.1.2 חלק 1: אינטראקציה, כוחות ותנועה )שיעורים 1-10( פתיחה )שיעור 1( כשיעור פתיחה, מומלץ לקיים "יריד תופעות" שבו מתבקשים התלמידים לענות על שאלה הקשורה להסבר של תופעה מסויימת המוצגת בפניהם. בפינות הכיתה יוצגו 4-5 תופעות כאלה והתלמידים יעברו ביניהן בקבוצות קטנות. המורה ידגיש בפני התלמידים שעליהם לענות על השאלות בעזרת מושגים שהם מכירים או שנלמדו בעבר )ראו רשימת תופעות ודפים לתלמיד בנספח א(. לאחר מכן כדאי לסכם את הפעילות על הלוח: לגבי כל תופעה )ושאלה( יש לרשום את עקרי ההסבר שניתן ע"י קבוצות התלמידים השונות כך שניתן יהיה להשוות בין ההסברים השונים לאותה תופעה. יתכן והתלמידים לא ירגישו שהתקשו במתן ההסברים אך השוני בין ההסברים השונים לאותה תופעה יעלה את הצורך שיש חשיבות לרכוש "שפה" מדעית מוסכמת הכוללת מושגים וחוקים שיאפשרו להסביר את התופעות באופן אחיד ומדויק יותר. מושג ה"אינטראקציה" )פעולה הדדית(. )שיעור 2( א. הצגה של נושא האינטראקציה במגע: דוגמאות. הרעיון המרכזי: בשעה שאנו נוגעים נוגעים בנו )ראו פרק א בספר "אינטראקציה, כוחות ותנועה", חלק א, הוצאת מטמו"ן(. למורים המעוניינים לשלב את האסטרטגיה לפיתרון בעיות המופיעה בערכה בהקשר זה את השלב הראשון באסטרטגיה לפתרון בעיות: "אפיון מערכת", מומלץ להציג אפשרות לשימוש ב"פעילות מפתח": ילד מושך כלב המופיעה ברקע המדעי בערכה זו ו/או בפעילות "משיכת חבל" המופיעה בנספח ב. רצוי להביא דוגמאות נוספות. ב. אינטראקציה מרחוק: ניסויים בביצוע התלמידים המערבים אינטראקציה מרחוק של מגנטים ושל גופים הטעונים חשמלית. למורים המעוניינים לשלב את האסטרטגיה לפיתרון בעיות המופיעה באתר מוטנט: מומלץ ליישם בהקשר זה את השלב הראשון באסטרטגיה )"אפיון מערכת"(, הפעם,יש לכלול את האינטראקציה עם כדור הארץ. ראו 33

34 בחירת גופים לניתוח מערכת: בשלב זה עולה הצורך לזהות במדויק את הגופים הנוטלים חלק בתופעה והאינטראקציות הרלוונטיות. הניסיון מראה שתלמידים שונים "מפרקים" את המערכת בהם עוסקים באופן שונה ולכן מתייחסים למספר שונה של גופים לתאור האירוע. לדוגמא, בניתוח אירוע בו שתי קבוצות ילדים המסודרים בשורה מתחרות על משיכת כסא, יהיו תלמידים שיתייחסו לכל ילד כגוף נפרד, וכאלה שיתייחסו לקבוצת ילדים בצידו האחד של הכסא כגוף אחד. מומלץ לקיים דיון על הרכב מערכת ופרוקה לגופים. יש להדגיש שרצוי לפרק את מערכת הגופים הרלבנטית לאירוע למספר הגופים המינימלי שעדיין מאפשר לענות על השאלה המוצגת..3 מאינטראקציה לכוחות, החוק השלישי של ניוטון )שיעור 3( א. עוצמת האינטראקציה- המושג כוח כמאפיין עוצמת אינטראקציה; החוק השלישי: הדגמות ודיון עליהן. למורים המעוניינים לשלב את האסטרטגיה לפיתרון בעיות המופיעה באתר מוטנט: הצגת השלב השני באסטרטגיה לפתרון בעיות - "מאינטראקציה לכוחות" באמצעות אחדות )ראו בחומרי הלמידה המומלצים ובאתר מוטנט*(. ראו דוגמאות כוח כבעל גודל וכיוון: כדאי להדגיש שכדי למדוד את עוצמת האינטראקציה משתמשים במושג "כוח". בכל אינטראקציה פועלים שני כוחות שמפעילים הגופים באינטראקציה זה על זה. יש להדגיש שלכוח יש גודל וגם כיוון )וקטור(. בהמשך לומדים התלמידים לבנות תרשימי כוחות הפועלים על גוף מסוים תוך דיון ראשוני בחוק השלישי של ניוטון )ראו מאמר של ד"ר תמי יחיאלי על פוזנר והחוק השלישי ברשימת המקורות(. יש להדגיש את העובדה שרק כוח אחד מזוג הכוחות באינטראקציה מופיע בתרשים הכוחות של הגוף הנבחר- הכוח שפועל על הגוף. הידע שנרכש עד שלב זה מאפשר להציג באופן איכותי את שלושת חוקי ניוטון ויישומם בפירוש תרשימי כוחות )ראו דגם הוראה בנושא ברשימת המקורות)..4 אינטראקציה עם כדור הארץ: כוח, משקל ומסה )שיעורים 4-5( דיון בכוח הכבידה בדגש על טווח האינטראקציה עם כדור הארץ מרבית טיסות החלל המאוישות מתבצעות ע"י מעבורת החלל בגבהים של ק"מ מעל הקרקע )תחנת החלל הבינלאומית נמצאת בגובה של כ- 550 ק"מ(. בגבהים אלה יורדת עוצמת כוח המשיכה באחוזים בודדים בלבד. רק בגובה של כ ק"מ מעל הקרקע, יורדת עוצמת כוח המשיכה של כדור הארץ לכדי מחצית. 34

35 נקודות שחשוב לציין / להדגיש : עוצמת האינטראקציה יורדת עם המרחק מכדור הארץ, אך טווח האינטראקציה הוא גדול מאוד )לדוגמא, הירח שנמצא במרחק ממוצע של כ- 380,000 ק"מ מכדור הארץ עדיין נמצא באינטראקציה עם כדור הארץ(. כיוון הכוח שמפעיל גרם שמים הוא תמיד למרכזו. א. ב. ג. המושג "משקל" נחשב לנושא לא קל להבנה בגלל המשמעות של המילה משקל בחיי יומיום השונה ממשמעות המילה משקל במובן המדעי. סיבה נוספת היא ההבדל בין "תחושת המשקל" או המשקל הנמדד, לבין משקל ככוח כבידה.)mg( תלמידים מכירים את חווית "חוסר המשקל" שהם חווים כאשר הם מרחפים במים, או כאשר הם מצויים במעלית המתחילה לרדת, את הרגשתם ה"כבדה" כאשר הם נמצאים במעלית מהירה המתחילה לעלות כלפי מעלה או כאשר הם קופצים משולחן ונבלמים ברצפה. ראו מבוא מדעי לגישה המומלצת בערכה זו. ניסויים מומלצים: מדידת מסה במד כוח ובמאזניי כפות תוך הסבר על אופן פעולת המכשירים והשוני ביניהם, ההדגשה שהם מודדים כוחות )אינטראקציות עם כדור הארץ( ומביעים אותם לאחר המרה במסות )ראו ברקע המדעי(. מדידת משקל במעלית: מעקב אחרי השינויים במשקל )המובע לאחר המרה ביחידות מסה( בזמן שינויי מהירות של המעלית )התחלה וסיום תנועה( כראיה שמה שמודדים מדי משקל מבוססי קפיץ באופן ישיר הם כוחות ולא מסות. קפיצה על מד-משקל: קפיצה מגובה של כ- 10 ס"מ על מד המשקל ומעקב אחר השינוי הרגעי של המשקל הנמדד ברגע האינטראקציה עם מד-המשקל..5 כוחות ושינוי )שיעורים 6-10( דיון בנושא תרשים כוחות: הוראת המושג שקול כוחות )לפי צירים: אנכי ואופקי(; השפעת כוחות על גוף. למורים המעוניינים לשלב את האסטרטגיה לפיתרון בעיות המופיעה באתר מוטנט: הצגת השלב השלישי בטכניקה לפתרון בעיות - מכוחות לתנועה ותרגול בכרטיסיית התרגול המופיעה באתר מוטנט* )התרחשויות 21-15(. ראו ניתן להציג את כוח החיכוך ככוח נוסף הנדרש על מנת ליצור את ההתאמה בין תרשים הכוחות למאפייני התנועה של הגוף. זוהי דרך ל"גלות" את כוח החיכוך. כדאי לערוך דיון בכוח החיכוך תוך מתן הסברים והדגשות על הנקודות הבאות: כוח החיכוך יכול לשנות גודלו עד לגודל מרבי )חיכוך מקסימלי). 35

36 גופים "נדחפים" )ללא יכולת הנעה: כסא, שולחן, ארגז( כיוון כוח החיכוך יהיה תמיד בניגוד לכיוון הכוח הדוחף את הגוף )או מנוגד לכיוון המהירות היחסית שבין הגוף לבין המשטח עליו הוא נמצא(. גופים "דוחפים" )עם יכולת הנעה: מכוניות, בעלי חיים( - כוח החיכוך יכול ליצור תנועה וכיוונו אז בכיוון תנועת הגוף. לא מומלץ לעסוק בהבדל בין חיכוך דינמי לחיכוך סטטי. תלמידים שיתמחו בפיזיקה בתיכון יעסקו בנושא באופן מפורש בעתיד. הכרה עם תרשימי כוחות כמותיים: לאחר שהתלמיד מצליח לבנות תרשימי כוחות לגופים ניתן להציג לתלמיד מספר אירועים שבהם מובא תרשים כוחות כמותי-מספרי והתלמיד מתבקש ולנתח אותו. שימו לב שיש להמשיך ולצייר אורכי חיצים שונה עבור הכוחות השונים, אך הפעם יש להוסיף גם ציון מספרי של גודל הכוח. לדוגמא, נתון התרשים הבא: 05 N 02 N 21 N כסא 05 N התלמידים מתבקשים לתאר מה יקרה לכסא )האם ישנה את מהירותו ולאיזה כיוון(. תשובה: ניתוח תרשים הכוחות מצביע על כך שהכסא יגדיל את מהירותו לכיוון ימין. למתקדמים, ניתן גם להציג את השאלה הבאה ולבקש מהתלמידים לבנות בעצמם את התרשים למעלה ולנתח אותו: ילד דוחף כיסא שמסתו 1.5 ק"ג על הרצפה. הכוח שמפעיל הילד על הכסא הוא 20 ניוטון ואילו כוח החיכוך המקסימלי שמפעילה הרצפה על הכיסא הוא 12 ניוטון. בנו תרשים כוחות לכסא ותארו את אופן תנועתו.כאשר מנתחים תרשימי כוחות ניתן להוסיף ערכים מספרים )שרירותיים( ולתאר את שקול הכוחות בצורה מספרית )ראו דוגמאות לשאלות בפרטי הערכה 53-60(. לפעולה זו אין כרגע משמעות נוספת בניתוח תרשים הכוחות )החוק השני של ניוטון אינו מיושם בצורה כמותית(, ועדין ניתוח התרשים יעשה על פי כיוון השקול )אם הוא אינו אפס( ולא על פי גודלו. אנו נוקטים בפעולה זו כדי להרגיל את התלמידים לתיאור כמותי של כוחות ותרשימי כוחות, וכן להכינם לנושא כוחות בשרות האדם )ראו בהמשך(. 36

37 6. לחץ )שיעורים 11-12( כדאי ל את השיעור בשאלות מוכרות מחיי היום יום: מדוע מחט תפירה היא בעלת חוד דק? מדוע מסמרים חדים בקצה? מדוע קל יותר לחתוך בסכין חדה וקשה לעשות זאת בסכין כהה? מדוע טרקטורים כבדים וטנקים נעים על שרשראות? התלמידים יראו שמושג הכוח שהכירו אינו יכול לספק תשובה מלאה ומשביעת רצון. בהמשך כדאי לבצע את הניסויים הבאים: ספר וארגז חול א. הניחו את הספר על משטח חול )איור א(. שימו לב באיזה מידה שוקע הספר בחול. ב. הניחו את הספר כשהוא נשען על הדופן הצרה יותר )איור ב( הסבירו את ההבדל במידת שקיעתו של ספר בשני המקרים. ג. השלימו את המשפט )בחרו את המילה הנכונה בסוגריים(: כאשר שטח המגע של הספר והחול )גדול/קטן( מידת השקיעה בחול )קטנה/גדולה(..1 משחקים בחול א. הניחו את כך ידכם על משטח החול תוך הפעלת כוח )לא גדול( על החול. שימו לב באיזו מידה שוקעת היד בחול. ב. הניחו אצבע על משטח החול תוך הפעלת כוח )לא גדול( על החול. שימו לב באיזה מידה חדרה האצבע לתוך החול. הסבירו את ההבדל במידת החדירה של האצבע לתוך החול ושל כף היד..2 סיפורו של פקיר בודאי שמעתם על פקירים הודים היכולים לשכב על משטח של מסמרים. מה יקרה אם ינסו לעמוד על משטח המסמרים? א. לפניכם שני משטחי עץ בגודל זהה שבהם נעוצים מסמרים. במשטח אחד יש מס' קטן של מסמרים ואילו במשטח השני נעוצים מסמרים בצפיפות גדולה יותר )יותר מסמרים לאותו שטח(. ב. אתם מתבקשים לשבת על משטח המסמרים ועליכם לבחור את אחד משני המשטחים שתוארו בסעיף הקודם. על איזה משטח תעדיפו לשבת? נסו לסביר מדוע בחרתם במשטח זה..3 37

38 יושבים בנוח לפניכם מזרון/כרית קטנה המתאימה למושב הכיסא. א. מתי יתעוות יותר המזרן, אם נעמוד עליו או אם נשב עליו? הסבירו. ב. 4 לאחר הניסויים יש לסכם: אנו רואים שניתן להסביר תופעות מסוימות מחיי היום-יום על ידי מתייחס לא רק לכוח הפועל על גוף אלא גם לשטח עליו פועל הכוח. חלק 2: כוחות בשרות האדם: מכונות פשוטות שימוש במושג הלחץ אשר.7 עבודה ומשמעותה )שיעור אחד( - בחירה עבודה- העבודה חשובה מאוד בקישור בין שפת הכוחות לשפת האנרגיה. עיקר חשיבות קישור זה באה לידי ביטוי בצורה כמותית ומטופלת באופן כזה בכיתה ט'. עם זאת, אין לוותר על הטיפול האיכותי בנושא כבר בכיתה ח'. לצורך כך יש לתרגל מצבים שונים ולשאול האם מתבצעת בהם עבודה על גוף מסוים. ראו פריט בעמוד 40. כדאי להתחיל את הדיון במושג הזה בדילמה: אם רוצים להעביר ארגז גדול המלא ספרים מחדר אחד לחדר אחר, ניתן להעביר את כל הארגז בפעם אחת )כוח גדול אך הדרך קצרה( או להעביר את הארגז במספר פעמים- בכל פעם כמות קטנה של ספרים אך עם כמה חזרות על הדרך )כוח קטן אך דרך ארוכה(. האם אחת משתי הדרכים עדיפה )מבחינה "פיזיקלית"(? בשלב זה כדאי להציג את המושג "עבודה" )הפיזיקלי( כמכפלת רכיבו של כוח באורך הדרך שלאורכו הוא פועל. זהו למעשה תיאור מילולי של נוסחת העבודה.W=Fx בהמשך לדילמה שהוצגה, הרי שבכל אחת מהדרכים שבהן נבחר להעביר את הספרים, סה"כ העבודה בשני המקרים המתוארים תהיה שווה. צורת ההוראה יכולה להיות הצגת דוגמאות שונות של מצבים )ראו דוגמאות ברקע המדעי( בהם הכוח פועל )או לא פועל( בכיוון הדרך )או שאין דרך- הגוף לא זז(, וניתוח מצבים אלה. לא מומלץ להעמיק בנושא מעבר לתרגול זה ולדוגמא הבאה המדגימה את העובדה שניתן להשיג את אותה עבודה בעזרת גדלים שונים של כוח ודרך: דוחפים עגלה במעלה ההר: עגלה ב עוברת דרך ארוכה יותר )מסלול ירוק( מעגלה א אך הכוח שבו דוחפים אותה קטן יותר. לתלמידים מתקדמים ניתן להראות כיצד באמצעות מושג העבודה ניתן לקבל את חוק המנוף )ראו בספר "אנרגיה ושימורה" פרק א עמ' 14-16, ו בספר "עולם של אנרגיה" עמ' (. 38

39 מנופים )שיעורים -13( 14 לצורך הצגת הנושא כדאי להעלות את השאלה הבאה: איך ילד קטן יכול להרים ילד גדול הכבד ממנו בהרבה? כדאי לקיים על זה דיון קצר וניתן אף לספק לתלמידים קורת עץ גדולה ועבה )באורך של לפחות 3 מטרים( שתשמש כ"נדנדה" ונקודת משען יציבה. יש לאפשר לתלמידים לנסות ולבצע את הרעיונות שיעלו. במקרה הצורך ניתן לתת דוגמאות אחרות/ נוספות שלצורך המחשתם מספיק שימוש במוט קצר יותר. לביסוס והעמקה של הנושא יש לבצע את ניסוי המפתח הבא: ניסוי מפתח: חוק המנוף: הניסוי מתואר בספר "אנרגיה ושימורה" פרק א עמ' 7-10, ובספר "עולם של אנרגיה" ניסוי 9, עמ'

40 8. סיבוב גופים )שיעור 15 ( ניתוח פיזיקאלי מלא של סיבוב גופים הוא מורכב למדי, אך עם זאת, לתלמידים יש אינטואיציות נכונות לגבי מרבית המקרים בהם פועלים כוחות על גופים היכולים להסתובב. אפשר להתבסס על אינטואיציות אלה המבוססות על ידע עולם, ולהפעיל את התלמידים בכיתה במספר פעילויות המדגימות את הנושא הזה. לדוגמא, אפשר להשתמש בגלגל אופניים שניתן לאחוז בצירו ולבקש משני תלמידים לנסות לסובבו באופנים שונים )כיונים המנוגדים לסיבוב או בכיוון הסיבוב(, ראו איור. בנוסף, אפשר להשתמש במוט עם ציר קבוע )לדוגמא- נדנדה( ולבחון את תנועתה כאשר מפעילים עליה כוחות בכיוונים שונים )במקביל לזרוע, במאונך לזרוע וכד'(. חלק 3: תנועה ומהירות מבחן דיאגנוסטי כדאי ל נושא זה במבדק דיאגנוסטי )ראו בנספח ד(. התלמידים לומדים במקצוע המתימטיקה בכתה ז את נוסחת דרך-מהירות קבועה )קצובה(-זמן x=vt וגם את התיאור הגרפי שלה. לכן כדאי להעריך את מצבה של הכיתה בנושא זה ולתכנן את מהלך ההוראה )זמן ותכנים( בהתאם לצורך. המבדק הדיאגנוסטי יכול לשמש כפעילות מפתח המאפשרת להכיר את הנושא ולהבין את משמעותו. 9. תנועה )מושגי יסוד( )שיעור 16( היכרות עם מושגי היסוד: דרך, מהירות ושינוי במהירות )כולל כיוון( זיהוי מאפייני התנועה: כיוון וגודל, שינוי במהירות גוף חשוב להציג את המהירות כמושג המוגדר על ידי גודל המהירות וכיוונה )וקטור(. מכיוון שבשפה היומיומית משתמשים במושג "מהירות" לציון גודל המהירות בלבד, יש להדגיש את כיוון התקדמות הגוף הנע באופן מודגש, תוך הזכרת כיוון המהירות באופן מפורש. כלומר, אם גוף שינה את כיוון תנועתו למרות שגודל המהירות לא השתנה, הרי שהיה מעורב באינטראקציה עם גוף אחר. 10. תיאור תנועה )שיעורים 17-18( גוף נע הוא גוף המשנה את מיקומו בזמן. ניסוי מפתח: מדידת מהלך ריצה במספר שעוני עצר. הציוד הנדרש: 4 שעוני עצר בדיוק של עשירית השנייה, סרט מדידה ארוך )20 מטרים לפחות(. ביצוע הניסוי: צאו למסדרון ביה"ס או חצר. בחרו בתלמיד מתנדב שירוץ בשיא מהירותו בין שתי נקודות שהמרחק ביניהן הוא 20 מטרים. בחרו בארבעה מתנדבים אחרים שיפעילו את שעוני העצר מתחילת הריצה ועד שהרץ עבר בסמוך אליהם. כל מתנדב יעמוד במרחק של 5 מטרים ממתנדב אחר כמודגם באיור הבא: 41

41 אורך המסלול 21 מטרים תחילת המסלול 5 מטרים מודד מס' 4 מודד מס' 3 מודד מס' 2 5 מטרים 5 מטרים 5 מטרים מודד מס' 0 את תוצאות הניסוי ימלאו התלמידים בטבלה, ינתחו אותם וישרטטו גרף מתאים )ראו דף עבודה בנספח ה(. כדאי לחזור על הניסוי מספר פעמים עם רצים שונים ולהשוות את התוצאות. את חומר הלימוד הרלוונטי לנושא זה ניתן למצוא בספרים שונים )לדוגמא "אינטראקציה, כוחות ותנועה" חלק א פרק ה, "אינטראקציה, כוחות ותנועה" חלק ב, פרק א, "רואים תנועה" ועוד- ראו רשימת מקורות(. 40

42 5. הפנייה לספרי הלימוד המאושרים על ידי משרד החינוך: חומרי למידה העוסקים בתכני ערכת ה.ל.ה בנושא "תנועה וכוחות" חומרי לימוד לתלמידים: בן- צוק, מ. )2002(, אינטראקציה, כוחות ותנועה, חלקים א' ו-ב', המחלקה להוראת מדעים, מכון ויצמן. בן- צוק, מ. )2003(, אנרגיה ושימורה, המחלקה להוראת מדעים, מכון ויצמן. אורעד י., )2001(. עולם של אנרגיה, מדע וטכנולוגיה בחט"ב, האגף לתכניות לימודים והאוניברסיטה העברית בירושלים, הוצאת מעלות. חומרי לימוד למורים: אתר מורי הפיזיקה בישראל / מאמרים במכניקה מוטנט / הפורטל למדע וטכנולוגיה אתר מוט-נט חלון לפיזיקה, אתר של מורה מחמד"ע רשימת ספרים ויחידות לימוד רלוונטיות: זינגר )1999(, מכניקה, הוצאת ריכגולד אשל, י. )1999(, מכניקה לתיכון ואוניברסיטה, ת"א: אשל בן- צוק, מ. )2003(, אנרגיה ושימורה - מדריך למורה, המחלקה להוראת מדעים, מכון ויצמן. גלילי ועובדיה )1995(, יסודות פיזיקה, ת"א: הוצאת מאור להבי, שור ורוזנפלד )2002(, ניתוח תנועות, המחלקה להוראת מדעים, מכון ויצמן. סירס וזימנסקי )1994(, פיזיקה תיכונית: מכניקה, ת"א: הוצאת יבנה דגם הוראה בנושא "מייצגים מידע" )2008(. מדע וטכנולוגיה בחטיבת הביניים, מטמו"ן, המחלקה להוראת המדעים, מכון ויצמן למדע, רחובות. רוזן וקרקובר )1994(, פרקים במכניקה ניוטונית, חלק א, המחלקה להוראת מדעים, מכון ויצמן. רוזן, ע. )2006(, מכניקה ניוטונית חלק א, המחלקה להוראת מדעים, מכון ויצמן. 42

43 מאמרים: 1. המשמעות הפיזיקלית והיום יומית של המונח "עבודה" תרגום חופשי, מאת הניה ווילף, של המאמר מאת: Kenneth S. Mendelson, American Journal of physics (2003), 71(3); p פיזיקה עם חיוך- רוני מועלם ובת שבע אלון: 3. תרומתו האפשרית של "המודל לשינוי תפיסתי" של פוזנר וחובריו להוראה משמעותית של החוק השלישי של ניוטון - תמי יחיאלי: effda4c7e27b/5dd54bfd-f1b8-4c5d-834a-1ddecb1c789b/b3e22e9c-b23d-4e59-8e1b- 1bc3439ea93d/1569da7f-79f aa92-c9a7c9de4c16.doc effda4c7e27b/5dd54bfd-f1b8-4c5d-834a-1ddecb1c789b/b3e22e9c-b23d-4e59-8e1b- 1bc3439ea93d/682ffa da9-a1ee-eb1d96ba917f.doc דגמי הוראה: 1. אינטראקציה וכוחות- רוני מועלם 2. מסבירים מדע- תמי יחיאלי 3. מיומנויות רלוונטיות: 1. בידוד משתנים 2. שלבי החקר המדעי 3. תכנון חקירה מדעית מקורות למאמרים בערכה: )1 מועלם ואלון )2002(. פיזיקה עם חיוך בחטיבת הביניים. תהודה, )22(, 1. 2) Mualem, R. & Eylon, B. (2007). "Physics with a Smile" Explaining Phenomena with a Qualitative Problem-Solving Strategy. The Physics Teacher, 45, ) Physics first (2006). In: 43

44 מאגר משימות הערכה להלן משימות הערכה מגוונות הרלוונטיות לנושאי הע ר כ ה. המשימות עשויות להכיל פריט אחד או יותר כך שבסך הכל יהיו כ- 100 פריטים הממוינים על פי נושא, תת-נושא, מושגים, רעיונות, ורמה קוגניטיבית )ידיעה,, הנמקה/הקשה(. המשימה תלווה בתשובה נכונה או תשובות אפשריות ובהערות דידקטיות המתייחסות להיבטים מרכזיים בהם עוסקת המשימה, קשיים צפויים והפניות מתאימות לחלק.II פריטי המשימות עשויים לשמש למטרות של אבחון, למידה, תרגול ובחינה והם מאורגנים במקבצים המתאימים לממדים הקוגניטיבייםשהוגדרו במבוא לערכת ה.ל.ה זו. בהמשך מפורטות התשובות הנכונות או תשובות אפשריות והערות דידקטיות לכל פריט. הערה: חלק מהפריטים במאגר מתבססים על משימות,TIMSS פריטי מיצ"ב ומבחני מורים, וחלקם פריטים חדשים. גם הפריטים המופיעים במקורות אחרים עברו עיבוד, שכתוב ותיקון לשוניים, מדעיים ותכניים. לפיכך, יש לשים לב לתשובות הנכונות כפי שהן מופיעות בערכת ה.ל.ה זו ולא להסתמך על תשובונים המופיעים במסמכים אחרים. א. מיפוי פריטי הערכה תת-נושא 1- אינטראקציה וכוחות מס' פריט מס' שאלה חוק שלישי מושגים חיכוך )הליכה( חיכוך )נסיעה( חוק שלישי חוק שלישי ותרשים כוחות חוק ראשון חוק שלישי חיכוך )הליכה( חיכוך מיומנויות הסקה: עקרונות השוואה השוואה: זיהוי מאפיינים ואופן השוואתם זיהוי הגורם המשפיע ואופן השפעתו הסקה: עקרונות השוואה זיהוי הגורם המשפיע ואופן השפעתו זיהוי הגורם המשפיע ואופן השפעתו הסקה: עקרונות השוואה זיהוי הגורם המשפיע ואופן השפעתו בהתבסס על עקרון ידוע רמה קוגניטיבית ידיעה ידיעה ידיעה ידיעה דרגת קושי קל קל קשה קל קל קל סוג הפריט

45 מס' פריט מס' שאלה מושגים מיומנויות רמה קוגניטיבית דרגת קושי סוג הפריט חיכוך חיכוך חיכוך חיכוך בהתבסס על עקרון ידוע בהתבסס על עקרון ידוע בהתבסס על עקרון ידוע ל בהתבסס ע עקרון ידוע ידיעה ידיעה ידיעה ידיעה קל קל קל חיכוך תרשים כוחות כוחות בהתבסס על עקרון ידוע שימוש ביצוג להסבר בהתבסס על עקרון ידוע ידיעה ידיעה קל קל תרשים כוחות חוק שלישי חוק שלישי חיכוך ותרשים כוחות שימוש ביצוג להסבר הסקה: עקרונות השוואה הסקה: עקרונות השוואה שימוש ביצוג להסבר ידיעה ידיעה קל קל

46 מושגים כיוון כוחות תרשים כוחות תרשים כוחות תרשים כוחות כוח המשיכה מיומנויות שימוש בקריטריון לסיווג והסבר שימוש ביצוג להסבר שימוש ביצוג להסבר שימוש ביצוג להסבר בהתבסס על עקרון ידוע רמה קוגניטיבית ידיעה הבנה הבנה הבנה ידיעה דרגת קושי קל קשה קל סוג הפריט מס' שאלה מס' פריט תרשים כוחות תרשים כוחות, חיכוך חיכוך חוק שלישי, תרשים כוחות חוק שלישי, תרשים כוחות חוק שלישי, תרשים כוחות חוק שלישי חוק שלישי שימוש ביצוג להסבר בהתבסס על עקרון ידוע, שימוש ביצוג להסבר בהתבסס על עקרון ידוע בהתבסס על עקרון ידוע בהתבסס על עקרון ידוע בהתבסס על עקרון ידוע, שימוש ביצוג להסבר הסקה: עקרונות השוואה זיהוי הגורמים המשפיעים ידיעה ידיעה קשה קשה מאוד קל כוח המשיכה, קפיצים כוח המשיכה בהתבסס על עקרון ידוע בה ידועתבסס על עקרון הבנה הבנה חוק שלישי, משקל חיכוך, תרשים כוחות התארכות קפיץ הסקה: עקרונות השוואה בהתבסס על עקרון ידוע, שימוש ביצוג להסבר מתוצאות ניסוי, שימוש בקריטריונים להשוואה, שימוש ביצוג )גרף( קל התארכות קפיץ מתוצאות ניסוי, שימוש בקריטריונים להשוואה קל

47 מס' פריט מס' שאלה מושגים התארכות קפיץ אינטראקציה, כוח המשיכה מיומנויות מתוצאות ניסוי, שימוש בקריטריונים להשוואה זיהוי הגורמים המשפיעים ואופן השפעתם רמה קוגניטיבית ידיעה דרגת קושי קל קל סוג הפריט חוק שלישי הסקה: עקרונות השוואה הבנה חוק שלישי תרשים כוחות הסקה: עקרונות השוואה בהתבסס על עקרון ידוע, שימוש ביצוג להסבר חיכוך חוקי ניוטון כוח בהתבסס על עקרון ידוע מנתוני ניסוי בידוד משתנים ידיעה ידיעה קל חיכוך כוח הכבידה תרשים כוחות תרשים כוחות בהתבסס על עקרון ידוע, שימוש ביצוג להסבר זיהוי הגורמים המשפיעים ואופן השפעתם בהתבסס על עקרון ידוע בהתבסס על עקרון ידוע ידיעה קל קל קל + הסבר

48 מס' פריט.52 מס' שאלה 25.1 חיכוך מושגים מיומנויות בהתבסס על עקרון ידוע רמה קוגניטיבית ידיעה דרגת קושי סוג הפריט זיהוי כוחות זיהוי כוחות זיהוי הגורמים המשפיעים ואופן השפעתם זיהוי הגורמים המשפיעים ואופן השפעתם ידיעה ידיעה קל אינטראקציה מרחוק, חוק שלישי הסקה: עקרונות השוואה הבנה אינטראקציה מרחוק זיהוי כוחות תרשים כוחות זיהוי אינטראקרציות תרשים כוחות זיהוי כוחות זיהוי כוחות תרשים כוחות זיהוי כוחות תרשים כוחות זיהוי הגורמים המשפיעים ואופן השפעתם זיהוי הגורמים המשפיעים ואופן השפעתם בהתבסס על עקרון ידוע, שימוש ביצוג להסבר זיהוי הגורמים המשפיעים ואופן השפעתם בהתבסס על עקרון ידוע, שימוש ביצוג להסבר זיהוי הגורמים המשפיעים ואופן השפעתם זיהוי הגורמים המשפיעים ואופן השפעתם בהתבסס על עקרון ידוע, שימוש ביצוג להסבר מתוצאות ניסוי, זיהוי הגורמים המשפיעים ואופן השפעתם בהתבסס על עקרון ידוע, ידיעה ידיעה ידיעה ידיעה ידיעה ידיעה קל קל קל קל קל קל

49 מס' פריט מס' שאלה מושגים זיהוי כוחות מיומנויות שימוש ביצוג להסבר מתוצאות ניסוי, זיהוי הגורמים המשפיעים ואופן השפעתם רמה קוגניטיבית ידיעה דרגת קושי קל סוג הפריט תרשים כוחות חיכוך בהתבסס על עקרון ידוע, שימוש ביצוג להסבר בהתבסס על עקרון ידוע ידיעה אינטראקציה מרחוק זיהוי כוחות חיכוך חוקי ניוטון, תרשים כוחות חוקי ניוטון, תרשים כוחות חוקי ניוטון, תרשים כוחות חוקי ניוטון, תרשים כוחות חוק שלישי חוקי ניוטון, תרשים כוחות התארכות קפיץ זיהוי הגורמים המשפיעים ואופן השפעתם זיהוי הגורמים המשפיעים ואופן השפעתם בהתבסס על עקרון ידוע בהתבסס על עקרון ידוע, שימוש ביצוג להסבר בהתבסס על עקרון ידוע, שימוש ביצוג להסבר בהתבסס על עקרון ידוע, שימוש ביצוג להסבר בהתבסס על עקרון ידוע, שימוש ביצוג להסבר הסקה: עקרונות השוואה בהתבסס על עקרון ידוע, שימוש ביצוג להסבר העלאת השערות, בהתבסס על ידיעה ידיעה הבנה ידיעה קל קל קשה קל קשה קשה קל קשה

50 מס' פריט מס' שאלה מושגים כוח הכבידה התארכות קפיץ חוק ראשון חוק ראשון כוח הכבידה חוקי ניוטון, תרשים כוחות חוקי ניוטון, תרשים כוחות חוקי ניוטון, תרשים כוחות חוקי ניוטון, תרשים כוחות כוח מגנטי כוח מגנטי התארכות קפיץ התארכות קפיץ מיומנויות עקרון ידוע, שימוש ביצוג להסבר זיהוי הגורמים המשפיעים ואופן השפעתם מתוצאות ניסוי, בהתבסס על עקרון ידוע, שימוש ביצוג מילולי להסבר זיהוי הגורמים המשפיעים ואופן השפעתם זיהוי הגורמים המשפיעים ואופן השפעתם זיהוי הגורמים המשפיעים ואופן השפעתם בהתבסס על עקרון ידוע, שימוש ביצוג להסבר בהתבסס על עקרון ידוע, שימוש ביצוג להסבר בהתבסס על עקרון ידוע, שימוש ביצוג להסבר בהתבסס על עקרון ידוע, שימוש ביצוג להסבר בהתבסס על עקרון ידוע בהתבסס על עקרון ידוע בהתבסס על עקרון ידוע, שימוש ביצוג להסבר בהתבסס על רמה קוגניטיבית ידיעה ידיעה דרגת קושי קל קשה קשה קל קל קל קל סוג הפריט

51 מס' פריט מס' שאלה מושגים התארכות קפיץ תרשים כוחות כמותי תרשים כוחות כמותי תרשים כוחות כמותי תרשים כוחות כמותי תרשים כוחות כמותי, חיכוך תרשים כוחות כמותי תרשים כוחות כמותי תרשים כוחות כמותי לחץ לחץ לחץ מיומנויות עקרון ידוע, שימוש ביצוג להסבר בהתבסס על עקרון ידוע בהתבסס על עקרון ידוע, שימוש ביצוג להסבר בהתבסס על עקרון ידוע, שימוש ביצוג להסבר בהתבסס על עקרון ידוע, שימוש ביצוג להסבר בהתבסס על עקרון ידוע, שימוש ביצוג להסבר בהתבסס על עקרון ידוע, שימוש ביצוג להסבר בהתבסס על עקרון ידוע, שימוש ביצוג להסבר בהתבסס על עקרון ידוע, שימוש ביצוג להסבר בהתבסס על עקרון ידוע, שימוש ביצוג להסבר בהתבסס על עקרון ידוע בהתבסס על עקרון ידוע בהתבסס על עקרון ידוע רמה קוגניטיבית דרגת קושי קל קל קל קל קל קל קל קל סוג הפריט

52 תת-נושא 2- כוחות בשרות האדם )מכונות פשוטות( מס' מס' מושגים מיומנויות רמה דרגת סוג פריט שאלה קוגניטיבית קושי הפריט מנוף הסקה: קל עקרונות השוואה מאזני כפות הסקה: עקרונות השוואה מאזני כפות הסקה: קל עקרונות השוואה מנוף הסקה: קל עקרונות השוואה מנוף הסקה: קל עקרונות השוואה מאזני כפות הסקה: קל עקרונות השוואה עבודה קל בהתבסס על עקרון ידוע עבודה קל בהתבסס על עקרון ידוע מנוף הסקה: קל עקרונות השוואה מנוף הסקה: קל עקרונות השוואה 52

53 תת-נושא 3- תנועה ומהירות מס' פריט מס' שאלה מושגים מרחק, זמן, מהירות מרחק, זמן, מהירות מהירות מרחק, זמן, מהירות מרחק, זמן, מהירות מרחק, זמן, מהירות מרחק, זמן, מהירות מרחק, זמן, מהירות מרחק, זמן, מהירות מרחק, זמן, מהירות מרחק, זמן, מהירות מרחק, זמן, מהירות מרחק, זמן, מהירות מרחק, זמן, מהירות מרחק, זמן, מהירות מיומנויות הפקת מידע מתיאור גרפי של תהליך הפקת מידע מתיאור גרפי של תהליך הפקת מידע מתיאור גרפי של תהליך הפקת מידע מתיאור גרפי של תהליך הפקת מידע מתיאור גרפי של תהליך הפקת מידע מתיאור גרפי של תהליך הפקת מידע מתיאור גרפי של תהליך בנייה עצמאית של ייצוג מידע לסיטואציה נתונה, הפקת מידע מתיאור מילולי של תהליך וייצוגו בתיאור גרפי הסקה: עקרונות השוואה בנייה עצמאית של ייצוג מידע לסיטואציה נתונה, הפקת מידע מתיאור מילולי של תהליך וייצוגו בתיאור גרפי הסקה: עקרונות השוואה הסקה: עקרונות השוואה הפקת מידע מתיאור גרפי של תהליך הפקת מידע מתיאור גרפי של תהליך הפקת מידע רמה קוגניטיבית דרגת קושי קל סוג הפריט 53

54 מס' פריט מס' שאלה מושגים מרחק, זמן, מהירות מרחק, זמן, מהירות מרחק, זמן, מהירות מרחק, זמן, מהירות מרחק, זמן, מהירות מיומנויות מתיאור גרפי של תהליך פתרון בעיות הפקת מידע מטבלה הפקת מידע של תהליך מטבלה וייצוגו בתיאור גרפי פתרון בעיות הפקת מידע מגרף פתרון בעיות הפקת מידע מגרף פתרון בעיות הפקת מידע מגרף רמה קוגניטיבית דרגת קושי סוג הפריט

55 ב. פריטי הערכה תת-נושא א: אינטראקציה וכוחות ע ר כ ת ה.ל.ה בנושא: כוחות ותנועה 1. לפניכם שמונה קטעים העוסקים בכוחות. קראו כל קטע וסמנו אם אתם מסכימים או לא מסכימים לתוכנו, והסבירו בקיצור את בחירתכם זבוב מתנגש בקיר גדול. בזמן ההתנגשות בין הזבוב לקיר, הכוח שמפעיל הקיר על הזבוב גדול בהרבה מהכוח שהזבוב מפעיל על הקיר. מסכימים / לא מסכימים הסבר: 1.2. יצרני נעלי ספורט שואפים לעצב את סוליות נעליהם כך שתהיינה חזקות ועמידות לשחיקה, אך בעיקר מתרכזים בהקטנת כוח החיכוך בין הסוליה לרצפה. הקטנת כוח החיכוך בין הסוליה לרצפה תגרום לאדם הנועל אותה להתאמץ פחות כשהוא צועד, כי הוא לא יצטרך להתגבר על כוח החיכוך עם הרצפה המפריע לתנועתו. מסכימים / לא מסכימים הסבר: 1.3. חברת "אליאנס" המייצרת צמיגים מנסה לעצב את סוליית הצמיג )החלק בצמיג שבא במגע עם בכביש( כך שתהיה חזקה ועמידה לשחיקה, אך בעיקר מתרכזים מהנדסי החברה בהקטנת כוח החיכוך בין סוליית הצמיג לכביש. הקטנת כוח החיכוך המתוארת תגרום למנוע המכונית לדחוף את המכונית ביותר קלות, לצרוך פחות דלק ולהקטין את זיהום האוויר, כי המנוע לא יבזבז אנרגיה על מנת להתגבר על כוח החיכוך עם הכביש המפריע לתנועת המכונית. מסכימים / לא מסכימים הסבר: 1.4. רכבת דוהרת מתנגשת באבן קטנה. באינטראקציה בין הרכבת לאבן, הכוח שמפעילה הרכבת על האבן גדול בהרבה מהכוח שהאבן מפעילה על הרכבת. מסכימים / לא מסכימים הסבר: 1.5. יוסי טוען שכאשר מתחילים ללכת יש אינטראקציה בין ההולך לרצפה )כוחות חיכוך(. מכיוון שעל פי חוק האינטראקציה )החוק השלישי של ניוטון(, הכוחות בין הרצפה לאדם שווים בגודלם ומנוגדים בכיוונם, הם מבטלים זה את זה והכוח השקול שווה לאפס. לכן, האדם לא אמור לנוע. האדם בכל זאת נע מכיוון שהכוח שמפעילים שרירי האדם גדולים מהכוח שמפעילה הרצפה עליו מסכימים / לא מסכימים הסבר: 1.6. מנוע חשמלי מניע מעלית משא כלפי מעלה )בכיוון אנכי( במהירות קבועה. במהלך דרכה המעלית נמצאת באינטראקציה )פעולה הדדית( עם המסילה האנכית עליה היא נעה )כוחות 55

56 חיכוך(. דני טוען שהכוח שמופעל על ידי המנוע חייב להיות גדול יותר מהכוח שמפעילים יחד כדור הארץ והמסילה. מסכימים / לא מסכימים הסבר: 1.7. שחף אומרת שכאשר נועצים נעץ במשטח קרטון רך, הכוח שבו אנו דוחפים את הנעץ גדול בהרבה מהכוח בו הנעץ דוחף אותנו בחזרה. מסכימים / לא מסכימים הסבר: 1.8. רוני סיפר שכאשר צעד בנעלי התעמלות פשוטות על גבי אגם קפוא הצליח ללכת בקלות רבה יותר מאשר על גבי רצפה רגילה. זאת משום שהחיכוך בין הנעליים לקרח קטן בהרבה מהחיכוך בין הנעליים לרצפה. מסכימים / לא מסכימים הסבר: 2. לפניכם מספר משפטים העוסקים בכוח החיכוך. קראו אותם. הקיפו בעיגול את המשפטים שאתם מסכימים לתוכנם תקנו את אלה שאתם סבורים כי הם שגויים. 2.1 כאשר מפעילים כוח על גוף בעוצמה חזקה והגוף מתחיל לנוע- כוח החיכוך בין הגוף לרצפה הגיע לעוצמתו המקסימאלית. 2.2 אם דוחפים גוף והוא לא נע, סימן שכוח החיכוך גדול יותר מהכוח הדוחף אם דוחפים גוף המונח על רצפה והוא נע, כוח החיכוך שהיה קודם בין הגוף לבין הרצפה התבטל והוא לא קיים יותר. אם דוחפים כסא בכוח הגדול יותר מכוח החיכוך המקסימאלי בין הכסא לרצפה- מהירות הכסא תשתנה 3. שרטטו דיאגראמת כוחות למסוק שמסתו 1000 ק"ג המרחף באוויר )מהירותו האופקית והאנכית היא אפס(. 56

57 4. אדם מניף משקולת כבדה בהצלחה ומחזיק אותה באופן יציב באוויר )ראו איור( הקיפו בעיגול כל אחד מהגופים ברשימה שלפניכם, המפעילים כוח על האדם, ורשמו לצידם את כיוון הכוח )למעלה/ למטה/ הצידה(. שם הגוף רצפה 1. האדם עצמו הדוחף את המשקולת 2. משקולת 3. כדור הארץ 4. צופים באירוע 5. כיוון הכוח 4.2. שרטטו תרשים כוחות למשקולת והסבירו מדוע היא אינה נופלת? 5. משאית גדולה התקלקלה באמצע הדרך ונעזרת במכונית קטנה הדוחפת אותה מאחור כדי לנוע קדימה. איזה משפט מתאר נכונה את הכוחות הפועלים על כלי הרכב? א. גודל הכוח בו המכונית דוחפת את המשאית קטן מגודל הכוח בו המשאית דוחפת את המכונית בחזרה. ב. גודל הכוח בו המכונית דוחפת את המשאית שווה בדיוק לגודל הכוח בו המשאית דוחפת את המכונית הקטנה. ג. מנוע המכונית הוא היחיד שפועל ולכן רק המכונית מפעילה כוח על המשאית. לכן, המשאית אינה מפעילה כוח על המכונית )אינה "דוחפת" אותה חזרה(. ד. גודל הכוח בו המכונית דוחפת את המשאית גדול מגודל הכוח בו המשאית דוחפת את המכונית בחזרה. 6. שני תלמידים יושבים על כיסאות זהים המצוידים בגלגלים, ופונים זה מול זה. תלמיד א' מצמיד את רגליו אל ברכי תלמיד ב' )ראו איור( ולפתע מיישר אותן קדימה וגורם לתנועה. במשך הדחיפה וכאשר התלמידים עדיין נוגעים זה בזה ניתן להגיד ש: א. ב. ג. ד. תלמיד א' מפעיל כוח על תלמיד ב', אבל תלמיד ב' אינו מפעיל כוח על תלמיד א'. אף אחד מהתלמידים אינו מפעיל כוח על התלמיד האחר. כל תלמיד מפעיל כוח על התלמיד האחר, והכוחות שווים בגודלם. הכוח שמפעיל תלמיד א' על תלמיד ב' גדול יותר מהכוח שמפעיל תלמיד ב' על תלמיד א'. 7. נתונה הסיטואציה הבאה: דוד מניח את ידיו על שולחן בכיתה ומתחיל לדחוף אותו לכיוון שמאל. לפניכם תאור של 4 שלבי הפעולה. שרטטו את הכוחות הפועלים על השולחן בכל שלב והסבירו בכל שלב כיצד קבעתם את גדלי החיצים. 57

58 לעזרתכם, נתונים הכוחות בשלב 3. הוסיפו לכל חץ כוח שהוספתם את שם הגוף/הכוח וציירו את אורך חיצי הכוחות שהוספתם תוך התייחסות לכוחות בשלב 3. הסבירו בכל שלב כיצד קבעתם את גודל החיצים. שלב 1: דוד מתחיל לדחוף את השולחן בכוח חלש. השולחן אינו נע. שולחן שלב 2: דוד מגדיל את הכוח בו הוא דוחף את השולחן. השולחן עדיין אינו נע. שולחן שלב 3: דוד מגדיל שוב את הכוח בו הוא דוחף את השולחן. השולחן מתחיל לנוע שמאלה. שולחן שלב 4: דוד מגדיל עוד את הכוח בו הוא דוחף את השולחן. השולחן מגדיל את מהירותו שמאלה בקצב מהיר. שולחן 58

59 8. מוקדם בבוקר, משוגר טיל לחלל. ברגע מסוים הטיל נמצא בגובה של 2000 מטר מעל הקרקע. הטיל פולט גזי פליטה מזנבו )ראו איור( סמנו את התשובה הנכונה: א. כיוון הכוח שמפעילים גזי הפליטה על הטיל הוא כלפי מעלה/ מטה/ לא פועל כוח ב. כיוון הכוח שמפעיל כדור הארץ על הטיל הוא כלפי מעלה/ מטה/ לא פועל כוח 8.2 אם ידוע כי מהירותו של הטיל כשהוא עובר דרך הנקודה שנמצאת בגובה של 2000 מ' הולכת וקטנה, איזה מהדיאגראמות הבאות מתארת נכון את הגודל היחסי של כוח הכובד שמפעיל כדור הארץ והכוח שמפעילים גזי הפליטה. 8.3 אם ידוע כי מהירותו של הטיל כשהוא עובר דרך הנקודה שנמצאת בגובה של 2000 מ' אינה משתנה )קבועה(, איזה מהדיאגראמות הבאות מתארת נכון את הגודל היחסי של כוח הכובד שמפעיל כדור הארץ והכוח שמפעילים גזי הפליטה. 8.4 אם ידוע כי מהירותו של הטיל כשהוא עובר דרך הנקודה שנמצאת בגובה של 2000 מ' הולכת וגדלה, איזה מהדיאגראמות הבאות מתארת נכון את הגודל היחסי של כוח הכובד שמפעיל כדור הארץ והכוח שמפעילים גזי הפליטה. 59

60 9. אדם ניצב במרפסת ביתו הממוקמת בקומה השלישית, מפיל בטעות עציץ המתנפץ על הכביש. הסעיפים להלן מתיחסים לעציץ בשלושה גבהים )1,2,3( בדרכו לכביש: 1( מיד עם תחילת נפילתו 2( כשהוא חולף על פני הקומה השנייה 3( חלקיק שנייה לפני שהוא פוגע בכביש לפעולת כוח הכבידה על 9.1 סמנו את המשפט הנכון המתייחס העציץ. כוח הכבידה פועל חזק יותר בגובה 1 מאשר בשאר הגבהים. א. כוח הכבידה פועל חזק יותר בגובה 2 מאשר בשאר הגבהים. ב. כוח הכבידה פועל חזק יותר בגובה 3 מאשר בשאר הגבהים. ג. כוח הכבידה פועל בעוצמה דומה מאוד על העציץ בכל ד. מהלך נפילתו. 9.2 שרטטו תרשים כוחות שפועלים על העציץ מייד עם תחילת נפילתו )בגובה 1( והסבירו אותו. 10. נער עומד על גבי משטח קטן ממדים הצף בבריכה שקטה. המשטח יכול לנוע על פני המים. הנער מתחיל לרוץ על המשטח וקופץ קפיצת ראש מקצהו מה יקרה למשטח כשהנער רץ על פניו? הסבירו את תשובתכם תוך שימוש בדיאגראמת כוחות למשטח. * 10.2 האם קיים חיכוך בין הנער למשטח? איך אפשר להראות זאת? 11. על עגלה היכולה לנוע מורכב תותח הפועל על קפיץ, היורה בולי עץ תארו )תוך שימוש בדיאגראמת כוחות לתותח( מה מתרחש כאשר התותח יורה בול עץ בכיוון אופקי שמאלה תארו )תוך שימוש בדיאגראמת כוחות( מה מתרחש כאשר התותח יורה בול עץ בניצב )אנכית( כלפי מעלה. * 11.3 מחברים בול עץ אל הקפיץ התותח באופן קבוע )כלומר בול העץ אינו ניתק מקפיץ התותח( ויורים אותו בכיוון אופקי. תארו מה יתרחש במקרה זה והסבירו את תשובתכם. 12. רכבת מתנגשת במכונית שעומדת על הפסים. כתוצאה מכך נמעכת המכונית באופן משמעותי ואילו הרכבת כלל לא נפגעת )למעט כמה שריטות( האם הכוח שהפעילה הרכבת על המכונית היה שווה בגודלו לכוח שהפעילה המכונית על הרכבת? הסבירו הסבירו מדוע נפגעה המכונית באופן קשה יותר מאשר הרכבת? 61

61 13. תולים גוף על קפיץ, ומעתיקים את המערכת מכדור הארץ לירח האם התארכות הקפיץ על הירח תהיה שווה להתארכותו על פני כדור הארץ? נמקו מניחים גוף על מאזני כפות, מאזנים אותם באמצעות גופים אחרים, ומעתיקים את המערכת מכדור הארץ לירח. האם המאזניים יישארו מאוזנים? נמקו. )עוצמת האינטראקציה )פעולה הדדית( עם כדור הארץ גדולה פי שישה מעוצמת האינטראקציה עם הירח( 14. אדם עומד על מאזני קפיץ מתחת למשקוף הדלת. המאזניים מראים שמסתו של האדם היא 70 ק"ג. עתה, כשהוא עדיין עומד על המאזניים, נוטל האדם מאזני קפיץ נוספים )הזהים לאלה שעליהם הוא ניצב(, ולוחץ אותם עם ידיו כלפי מעלה אל משקוף הדלת שמעליו. כתוצאה מהלחיצה של המאזניים הנוספים למשקוף, הם מראים על מסה של 15 ק"ג. מה יראו מאזני הקפיץ עליהם ניצב האדם? נמקו את תשובתכם. 15*. מלצר הנושא מגש ועליו בקבוק וכוס, מתחיל ללכת )משנה את מהירותו(. ערכו דיאגראמת כוחות לכוס בזמן זה והסבירו מה דוחף את הכוס קדימה? 16. עומר בנה "מד-משקל" )מד כוח( לגופים קטנים באופן הבא: הוא חיבר קפיץ למתקן אנכי שאליו מחובר סרגל, ולקצהו התחתון של הקפיץ חיבר מגש קטן )עליו מניחים את הגופים שאותם רוצים לשקול(, וקיסם עץ המשמש מחוג המצביע על הסרגל. כאשר מניחים גוף הנועד לשקילה על המגש הקטן, מתארך הקפיץ והמחוג מצביע על מידת התארכות הקפיץ. עומר כיוון את הסרגל כך שאם לא מניחים גוף לשקילה, מצביע המחוג על "אפס" בסרגל. בשלב הבא כייל עומר את המכשיר שבנה ע"י הנחת משקולות על המגש הקטן ומדידת התארכות הקפיץ בהתאם. לאחר כיול המכשיר עם משקולות שונות שרטט דוד את הגרף הבא: התבוננו בגרף וענו על השאלות הבאות: איזה משקל יש להניח על המגש כדי שהקפיץ יתארך ב- 10 ס"מ? 16.1 בכמה יתארך הקפיץ אם מניחים על המגש גוף במשקל של 10 ניוטון? 16.2 איזה משקל )בקרוב( יש להניח על המגש כדי שהקפיץ יתארך ב- 2.5 ס"מ?

62 17. שלומית אוחזת בידה מכשיר טלפון נייד ושקועה בשיחה עם חברה. לפתע נשמט המכשיר מידה ונופל ארצה. האם הטלפון הנייד נמצא באינטראקציה )פעולה הדדית( עם גוף כלשהו לאחר שנשמט מידה של שלומית )בזמן נפילתו(? )התעלמו מהאינטראקציה )פעולה הדדית( בין הטלפון הנייד והאוויר(. אם כן, עם איזה גוף/גופים? 18. תיבה תלויה על חוט המחובר לתקרה. יוסי טוען כי הכוחות F1 ו- F2 הם זוג כוחות של אינטראקציה )פעולה הדדית( אחת. האם אתם מסכימים לדעתו של יוסי? כן / לא הסבירו את תשובתכם F2- הכוח שמפעיל החוט על התיבה תיבה 19. אופנוע נוסע על כביש ישר ואופקי )לא משופע( במהירות קבועה. F0- הכוח שמפעיל כדור הארץ על התיבה 19.1 השלימו את הקטע הבא )היעזרו בבנק המילים בתחתית הקטע(: כאשר האופנוע נוסע במהירות קבועה ואינו משנה את מהירותו, הכוח הדוחף שמופעל על האופנוע קדימה יהיה )ה(כוח המנסה לבלום את האופנוע. כאשר בולמים בפתאומיות, יש לדאוג שהכוח הדוחף שפועל על האופנוע קדימה יהיה כוח הבלימה. קטן יותר מ, גדול בהרבה מ, גדול במעט מ, שווה ל, קטן בהרבה מ 19.2 איזה גוף דוחף את האופנוע קדימה? הסבירו את תשובתכם. 20. לפניכם שתי עמודות: האחת מכילה רשימה של התרחשויות שונות והשנייה מכילה רשימה של עקרונות וחוקים פיזיקאליים. חברו בקו כל התרחשות עם כל ההסברים והעקרונות המסבירים אותה. זכרו, יתכנו כמה עקרונות וחוקים להתרחשות אחת. היעזרו בדוגמה המובאת. רשימת התרחשויות מגנט מושך ממרחק מגנט אחר סרגל מתעוות כשמעקמים אותו גוף נופל מגדיל את מהירותו כלפי מטה מכונית קטנה מתנגשת בקיר בטון ונמעכת חללית נעה במהירות קבועה בחלל הריק רשימת עקרונות וחוקים הפעלת כוחות תיתכן גם ממרחק תוצאות פעולת כוח על גוף תלויה גם בתכונות הגוף כאשר לא פועלים כוחות על גוף אין שינוי במהירותו הפעלת כוח על גוף גורמת לעיוות ו/או שינוי מהירות 62

63 21. הקיפו בעיגול את כל המושגים המתארים את "עוצמת" האינטראקציה. א. מסה ב. מהירות ג. כוח ד. משקל 22. נתונה מכונית המגדילה את מהירותה לכיוון שמאל, ודיאגראמת הכוחות שלה. מרכיבי המערכת כוללים: מכונית )כוללת את המנוע, הגלגלים והנהג(; כביש; כדור הארץ; אוויר. דני טוען שהכוחות הפועלים על המכונית הם כדלקמן: - F1 הכוח שהמנוע מפעיל על המכונית בכיוון שמאל - F2 כוח החיכוך שהכביש מפעיל על המכונית בכיוון ימין )כוח בולם( - F3 הכוח שהכביש מפעיל על המכונית בכיוון למעלה - F4 הכוח שכדור הארץ מפעיל על המכונית בכיוון למטה האם אתם מסכימים למה שטוען דני? אם אינכם מסכימים, כתבו מה לדעתכם אינו נכון והציעו תיקון אפשרי. 23. בעת משחק כדורסל זרקה שרית את הכדור לעבר הסל.לפניכם איור המתאר את הכדור בשלושה מצבים שונים. באיזה מבין המצבים פועל על הכדור כוח הכבידה? א. במצב א' ב. בלבד במצבים א' ו ב' בלבד ג. במצבים ב' ו ג' בלבד ד. במצבים א',ב' ו ג' 63

64 24.1.על פי האיור,השולחן נמצא באינטראקציה (פעולה הדדית ( עם )בחרו באפשרות הנכונה(: א. כדור הארץ והבננה. ב. הבננה והרצפה. ג. כדור הארץ,הצלחת והבננה. ד. הצלחת,כדור הארץ והרצפה על פי האיור, הגוף המפעיל כוח כלפי מעלה על הצלחת הוא: א. כדור הארץ ב. השולחן ג. הבננה ד. הרצפה 25. מתחת למיטתה של תמר מונח על הרצפה ארגז ובתוכו הנעליים שלה. תמר מושכת את הארגז החוצה (ראו איור( כדי להוציא מתוכו את הנעליים אם מהירות הארגז גדלה בזמן שתמר מושכת אותו החוצה, הסיבה לכך היא: א. כוח החיכוך שבין הארגז לרצפה קטן מן הכוח שמפעילה תמר על הארגז. ב. כוח החיכוך שבין הארגז לרצפה גדול מן הכוח שמפעילה תמר על הארגז. ג. כוח החיכוך שבין הארגז לרצפה שווה לכוח שמפעילה תמר על הארגז רשמו שתי אינטראקציות שבהן משתתף הארגז, המתקיימות בזמן שתמר מושכת את הארגז החוצה 26. באיור שלפניכם מתוארים שני מגנטים זהים הנמצאים במצב מנוחה )ללא תנועה(.מגנט א' מונח על השולחן ומגנט ב' מרחף מעל מגנט א' (אין מגע בין המגנטים(. הגופים הנמצאים באינטראקציה (פעולה הדדית( עם מגנט ב' הם: א. הרצפה בלבד. ב. מגנט א' והרצפה. ג. מגנט א' וכדור הארץ. ד. כדור הארץ בלבד. 64

65 27. באיור שלפניכם מתוארים שני מגנטים זהים הנמצאים במצב מנוחה )ללא תנועה(. מגנט א' מונח על מד-משקל העשוי מחומר פלסטי ומגנט ב' נמצא מעל מגנט א' )אין מגע בין המגנטים(. יוסי טוען שמד המשקל יראה את משקל מגנט א' בלבד האם טענתו של יוסי נכונה? נמקו את תשובתכם האם קיימת אינטראקציה )פעולה הדדית( בין מגנט ב' למד-המשקל? הסבירו. 28. עציץ מונח על שולחן. הגופים הנמצאים באינטראקציה ) פעולה הדדית) עם העציץ הם: א. כדור הארץ והרצפה. ב. כדור הארץ והשולחן. ג. כדור הארץ בלבד. ד. השולחן בלבד. 29. יניב דוחף בסופרמרקט עגלה עמוסה במצרכים ומתחיל לנוע לכיוון הקופה. משקלה של העגלה העמוסה הוא כמחצית ממשקלו של יניב. לפניכם שלושה תרשימי כוחות )א-ג( המתארים את הכוחות הפועלים על העגלה על יד כל כוח רשום מי מפעיל אותו..איזה מבין התרשימים האלה מתאר נכון את כל הכוחות )וגודלם היחסי( הפועלים על העגלה בתחילת תנועתה? 30. באיור מצויר שולחן העומד על רצפה.על השולחן מונח ספר,ועל הספר מונח קלמר. 65

66 30.1. הגופים הנמצאים באינטראקציה )פעולה הדדית( עם הספר הם )סמנו את התשובה הנכונה ביותר(: א. רק כדור הארץ והקלמר. ב. רק השולחן והקלמר. ג. כדור הארץ,הקלמר והשולחן. ד. כדור הארץ,הרצפה והשולחן לפניכם ארבעה איורים ) א-ד( המתארים את כיוון הכוח שמפעיל כל אחד מהגופים הנמצאים באינטראקציה )פעולה הדדית( עם הקלמר. איזה מהאיורים מתאר נכון את כיוונם וגודלם היחסי של הכוחות האלה? 66

67 31. באיור מתואר ספורטאי המרים משקולת. השלימו בטבלה את כיוון הכוח )למטה או למעלה( שמפעיל כל אחד מהגופים על הספורטאי: שם הגוף כיוון הכוח )למטה/למעלה( א. רצפה ב. משקולת ג. כדור-הארץ 32. פעמון תלוי על חוט הקשור לתקרה )ראו באיור( הגופים הנמצאים באינטראקציה )פעולה הדדית( עם הפעמון הם: א. כדור-הארץ והתקרה ב. החוט וכדור-הארץ ג. רק כדור הארץ ד. רק החוט 32.2 מדוע הפעמון אינו נופל? התייחסו בתשובתכם לכוחות הפועלים על הפעמון. 67

68 שחף ערכה ניסויים עם שני מגנטים זהים. 33. בניסוי הראשון היא הכניסה למבחנה שני מגנטים עגולים הקטנים מקוטר המבחנה. מגנט א' ריחף מעל למגנט ב' )ראו איור( האם קיימת אינטראקציה )פעולה הדדית( בין מגנט א למגנט ב? הסבירו הקיפו בעיגול את תרשים הכוחות המתאר את הכוחות הפועלים על מגנט א. 34. בניסוי השני שחף הוציאה את מגנט א, הפכה אותו, והחזירה אותו לתוך המבחנה. כתוצאה מכך נצמדו שני המגנטים האם קיימת אינטראקציה )פעולה הדדית( בין מגנט א למגנט ב במקרה זה? כיצד ניתן להוכיח זאת? הקיפו בעיגול את תרשים הכוחות המתאר את הכוחות הפועלים על מגנט א. 68

69 35. קערת פירות מונחת על שולחן. דני טוען כי קיים כוח חיכוך בין הקערה לבין השולחן. האם אתם מסכימים לדעתו של דני? הסבירו. 36 ליאור משפשף סרגל פלסטי בבד צמר. לאחר מכן הוא מקרב את הסרגל לפיסות נייר קטנות המונחות על השולחן. כתוצאה מכך "מזנקות" פיסות הנייר אל הסרגל ונדבקות אליו ליאור טוען שלסרגל הייתה אינטראקציה )פעולה הדדית( מרחוק עם פיסות הנייר. האם אתם מסכימים לדעתו של ליאור? הסבירו את תשובתכם אם אכן הייתה אינטראקציה )פעולה הדדית( בין הסרגל לבין פיסות הנייר, מהי? א. אינטראקציה חשמלית ב. אינטראקציה עם כדור הארץ ג. אינטראקציה מגנטית ד. אינטראקציה במגע ה. לא הייתה אינטראקציה, רק משיכה רגעית. 37. מכונית דוחפת קדימה בזמן נסיעתה במהירות קבועה, ארגז גדול הנמצא לפניה. קיים חיכוך בין הארגז לבין הכביש. ערכו דיאגראמת כוחות למכונית. האם פועלים כוחות חיכוך בין צמיגי המכונית לבין הכביש? הסבירו הסבירו מדוע נע הארגז במהירות קבועה: שרטטו דיאגראמת כוחות לארגז הנדחף )ע"י המכונית(, והסבירו כיצד השתמשתם בחוקי ניוטון לשרטטה חתול יושב על שולחן גודל הכוח שמפעיל השולחן על החתול גדול/קטן/שווה )הקיפו את התשובה הנכונה( לגודל הכוח שהחתול מפעיל על השולחן ציירו תרשימי כוחות לחתול ולשולחן. 69

70 38.3 לפתע, מנתר החתול כלפי מעלה. ציירו תרשימי כוחות לחתול ולשולחן ברגע הניתור )יש אינטראקציה )פעולה הדדית( בין השולחן לחתול( בשלב הבא, החתול נמצא באוויר )לאחר שניתר(. שרטטו תרשימי כוחות לחתול ולשולחן בשלב זה )הזניחו את האינטראקציה )פעולה הדדית( של החתול עם האוויר(. 39. נגר דופק עם פטיש על מסמר ונועץ אותו בלוח עץ הכוח שהפטיש מפעיל על המסמר )סמנו את האפשרות הנכונה( גדול/קטן/שווה לכוח שהמסמר מפעיל על הפטיש. הסבירו את תשובתכם ערכו תרשים כוחות למסמר והסבירו מדוע ננעץ המסמר בלוח העץ )הניחו שלוח העץ ניצב לקרקע(. 40. הטבלה שלהלן מראה תוצאות ניסוי שבו נחקר כיצד משתנה אורך קפיץ כאשר מפעילים עליו כוחות שונים. כוח )ניוטון( אורך הקפיץ )בס"מ( שרטטו על גבי הצירים שלפניכם גרף המתאר את התארכות הקפיץ בהתאם למשקל המועמס עליו והוסיפו ערכים כנדרש על הצירים. 71

71 41. האיור הבא מראה תפוח נופל לקרקע. באיזה משלושת המצבים פועל כוח המשיכה על התפוח? א. רק במצב 2 ב. רק במצב 3 ג. רק במצבים 1 ו- 2 ד. רק במצבים 1 ו- 3 ה. במצבים 2 1, ו הטבלה שלהלן מראה תוצאות ניסוי שבו נחקר כיצד משתנה אורך קפיץ כאשר תולים עליו מסות שונות. מסה בגרמים אורך הקפיץ )בס"מ( תארו במילים כיצד השתנה אורך הקפיץ כאשר תלו עליו מסות שונות. 43*. כדור מתכת קשור לחבל. נער אוחז בחבל ומסובב את הכדור במסלול מעגלי אופקי מעל ראשו כפי שמתואר באיור )במבט אלכסוני מלמעלה(. כשהכדור נמצא בנקודה P נקרע החוט בנקודה הקרובה לכדור. הקיפו בעיגול את האות )א-ד( המתארת את המסלול בו ינוע הכדור לאחר שהחוט נקרע. הסבירו את בחירתכם. 70

72 44. מכניסים במהירות כדור קטן לתוך תעלה חצי עגולה המונחת על שולחן )ראו איור(. הקיפו בעיגול את האות )א-ד( באיור המתארת את המסלול בו ינוע הכדור לאחר שיצא מהתעלה. הסבירו את בחירתכם. 45. שלושת הציורים מראים טיל המשוגר מכדור הארץ לירח )1 ו- 2 ( ולאחר מכן בדרכו חזרה )3(. באיזה משלושת המצבים פועל כוח המשיכה של כדור הארץ על הטיל? 3 בלבד 1 בלבד 1 ו- 2 בלבד 2 ו- 3 בלבד 2, 1 ו- 3 א. ב. ג. ד. ה. 46. בכל אחד מהתרשימים הבאים מוצג מוט תלוי על ציר קבוע במרכזו. המוטות קשיחים. על כל מוט פועל כוח באותו מישור כמתואר בחץ הכוח. באיזה מקרה יסתובב המוט על צירו? 47. גלגל חופשי להסתובב סביב ציר שבמרכזו. על הגלגל מופעל כוח הפועל במישור הגלגל. הכוח הינו בעל גודל השווה ל- 5 ניוטון וכיוונו ככיוון החץ. באיזה מקרה הגלגל יסתובב? 72

73 48. בכל אחד מהתרשימים הבאים מוצג מוט תלוי על ציר קבוע במרכזו. המוטות קשיחים. על כל מוט פועלים שני כוחות באותו מישור. הכוחות בעלי עוצמה שווה, כל אחד 10 ניוטון. באיזה מקרה יסתובב המוט על צירו? 49. גלגל חופשי להסתובב סביב ציר שבמרכזו. מופעלים עליו שני כוחות הפועלים במישור הגלגל. כל אחד מהכוחות שווה בגודלו ל- 5 ניוטון. באיזה מקרה הגלגל יסתובב? 50. התרשים מראה מה קורה לשלושה מגנטים עם חור כאשר הם מושחלים על עיפרון וקרובים זה לזה. מגנטים ב ו-ג נעים עד שהם נוגעים זה בזה, אבל מגנטים א ו- ב נשארים מופרדים הסבירו מדוע מגנטים ב ו- ג נוגעים זה בזה הסבירו מדוע מגנטים א ו- ב נשארים מופרדים. 73