עתודה מדעית · שיעור 5
פתיחה מלכודת חשיבה

נועה דוחפת את איתי. מי זז?

המהירות של נועה
?
המהירות של איתי
?

4 דקות · מיסקונספציה: "רק מי שדוחף מפעיל כוח"

  • הצבעה, ואז דחיפה. אם יש שני כיסאות על גלגלים או סקייטבורדים, עשו את זה באמת, עם שני מתנדבים ועל משטח פנוי. זה שווה יותר מכל סימולציה.
  • שלב שני: שנו את המסות (נועה 30, איתי 90) ושאלו לפני הדחיפה: "מה ישתנה?" החצים הזהובים (הכוחות) נשארים שווים. רק המהירויות שונות.
  • שאלה לכיתה: "איתי בכלל לא ניסה לדחוף. אז מי דחף את נועה לאחור?"
  • לא נכנסים עכשיו לחישוב. ההסבר הכמותי (מסה ותאוצה) יגיע בחוק השני של ניוטון.
אינטראקציה = פעולה הדדית

כוח הוא תמיד סיפור של שניים

א׳ ב׳ הכוח ש-ב׳ מפעיל על א׳ הכוח ש-א׳ מפעיל על ב׳

בכל כוח יש שני משתתפים: מי שמפעיל ומי שמרגיש. ותמיד, באותו רגע, התפקידים גם הפוכים.

לכן פיזיקאים מדברים על אינטראקציה: פעולה הדדית בין שני גופים.

4 דקות · מושג האינטראקציה

  • לפני כל חשיפה, תנו ל-2 עד 3 תלמידים לנחש. נוסח קבוע שכדאי לדרוש: "מי מפעיל כוח על מי?"
  • הדגמה בלי ציוד: כל תלמיד לוחץ באצבע על השולחן. "מי לוחץ על מי? מה אתם מרגישים באצבע?" השקע באצבע הוא הכוח של השולחן.
  • שימו לב: שני הכוחות פועלים על גופים שונים. זה יהיה חשוב בחידת הסוס והעגלה בסוף.
מיון

חייבים לגעת כדי להפעיל כוח?

5 דקות · כוחות מגע וכוחות מרחק

  • חזרה על הסרטון מהשיעור האסינכרוני. הכיתה עונה בקול, ואז לוחצים.
  • המלכודות: רוח במפרש (האוויר נוגע במפרש: מגע), וגאות ושפל (הירח מושך את מי הים ממרחק 384,000 ק"מ).
  • לסיכום: מכירים שלושה כוחות מרחק: כבידה, חשמלי, מגנטי. את השניים האחרונים חוקרים עכשיו בידיים.
  • זו התשובה לחידה מהשיעור הקודם: מה שמעקם את מסלול הירח הוא כוח מרחק, הכבידה.
חוקרים בידיים · תחנה א׳ מלכודת חשיבה

מגנטים: מי מושך את מי?

בקבוצות: נסו, ורשמו מה ראיתם

  1. החזיקו מגנט בכל יד. קרבו קצוות שונים, ואז קצוות זהים. מה מרגישה כל יד?
  2. הניחו שני מגנטים על עפרונות עגולים, קרוב זה לזה, ושחררו. מי זז?
  3. תלו מגנט על חוט. קרבו אליו מסמר שמוחזק ביד. האם המגנט זז אל המסמר?
  4. מאיזה מרחק מתחילים להרגיש את הכוח? מה קורה כשמתקרבים?

מגנט גדול וחזק מול מגנט קטן וחלש. מי מושך חזק יותר?

הכוח על מגנט א׳
הכוח על מגנט ב׳

9 דקות · אינטראקציה מגנטית

  • כ-5 דקות ניסוי בקבוצות, ואחריהן 4 דקות איסוף מול המסך. אפשר לחלק את הכיתה: חצי מתחילים במגנטים וחצי בבלונים, ומתחלפים.
  • ניסוי 3 הוא העיקר: רוב התלמידים בטוחים ש"מגנט מושך ברזל", ולא שהברזל מושך את המגנט. המגנט התלוי זז אל המסמר, וזה מפתיע אותם.
  • בסימולציה: שימו את מגנט א׳ על 5 ואת ב׳ על 1. המספרים של שני הכוחות נשארים זהים תמיד. אחר כך שנו מרחק: הכוח גדל מהר מאוד כשמתקרבים.
  • המספרים הם "יחידות כוח" שרירותיות. את יחידת הכוח האמיתית, ניוטון, נכיר כשנמדוד כוח בקפיץ.
  • בטיחות: מגנטים חזקים (נאודימיום) צובטים אצבעות, ולהרחיק מטלפונים וכרטיסים מגנטיים.
חוקרים בידיים · תחנה ב׳ מלכודת חשיבה

בלונים: כוח שנוצר משפשוף

בקבוצות: נסו, ורשמו מה ראיתם

  1. שפשפו בלון בשיער או בצמר. קרבו אותו לפיסות נייר קטנות, ואז לשיער של חבר.
  2. תלו שני בלונים משופשפים זה ליד זה. מה קורה? האם רק אחד מהם זז?
  3. השכיבו פחית ריקה על השולחן וקרבו אליה בלון משופשף, בלי לגעת.
  4. קרבו בלון משופשף לזרם מים דק מהברז.

שפשפו את בלון א׳ עשר פעמים ואת בלון ב׳ רק פעמיים. איזה בלון ייטה הצידה יותר?

הזווית של בלון א׳
הזווית של בלון ב׳

9 דקות · אינטראקציה חשמלית

  • כ-5 דקות ניסוי ו-4 דקות איסוף. ביום לח הניסויים חלשים יותר: ייבשו את הבלונים, ושפשפו הרבה.
  • השפשוף מעביר לבלון מטען חשמלי. שני בלונים ששופשפו באותו חומר טעונים באותו סוג מטען, ולכן נדחים.
  • בסימולציה: שפשפו את א׳ חמש פעמים ואת ב׳ פעם אחת. שני הבלונים נוטים באותה זווית, כי הכוח על שניהם שווה.
  • בלון טעון מושך גם בלון לא טעון, נייר, פחית ומים. את ההסבר (השראה) נלמד בפרק החשמל. כאן מספיק לשאול: "האם גם הפחית מושכת את הבלון?" כן. אפשר לראות את זה כשתולים בלון טעון ומקרבים אליו יד.
  • שאלת מעבר: "במה זה דומה למגנטים, ובמה שונה?"
מהתצפיות אל המסקנה

מה משותף למגנטים ולבלונים?

מה בדקנוכוח מגנטיכוח חשמלי
פועל בלי מגע?כןכן
משיכה וגם דחייה?כן. קטבים שונים נמשכים, קטבים זהים נדחיםכן. מטענים שונים נמשכים, מטענים זהים נדחים
מה קורה כשמתרחקים?הכוח נחלש מהרהכוח נחלש מהר
על מה הוא פועל?על מגנטים, ועל ברזל ועוד כמה מתכותכמעט על כל דבר: נייר, שיער, מים, פחית
מי מרגיש את הכוח?תמיד שני הגופיםתמיד שני הגופים

5 דקות · השוואה והכללה

  • כל תא נחשף בלחיצה. לפני כל חשיפה, קבוצה אחת מדווחת מה ראתה בניסוי. המסקנה צריכה לבוא מהתצפיות שלהם.
  • השורה הרביעית היא ההבדל החשוב: מגנט "בררן", כוח חשמלי פועל כמעט על הכול.
  • את הניסוח "באותו גודל ובכיוון הפוך" בקשו מהתלמידים לנסח לבד לפני שחושפים. זה החוק השלישי של ניוטון. את השם נציג בשיעור האסינכרוני.
רגע, משהו לא מסתדר מלכודת חשיבה

אם הכוחות שווים, למה התוצאה לא שווה?

כדור הארץ מושך תפוח. באיזה כוח התפוח מושך את כדור הארץ?

זבוב מתנגש בשמשה של משאית דוהרת. על מי פעל כוח גדול יותר?

כוח שווה לא אומר תוצאה שווה. מה שיקרה לכל גוף תלוי גם במסה שלו. ראינו את זה כבר בפתיחה: נועה הקלה נסעה מהר יותר מאיתי הכבד.

חידה לדרך: סוס מושך עגלה. לפי מה שלמדנו, העגלה מושכת את הסוס לאחור באותו כוח בדיוק. אז איך העגלה בכלל מתחילה לזוז?

4 דקות · כוח שווה, השפעה שונה

  • שתי ההצבעות, אחת אחרי השנייה. רוב הכיתה תענה שהכוח על הזבוב גדול יותר. זו המיסקונספציה העקשנית ביותר בנושא.
  • כדור הארץ כבד מהתפוח בערך פי 60 מיליון מיליארד מיליארד. אותו כוח מזיז את התפוח מטרים, ואת כדור הארץ פחות מרוחב של אטום.
  • חידת הסוס והעגלה, לא לפתור היום. רמז למורה: שני הכוחות פועלים על גופים שונים, ולכן הם לא מבטלים זה את זה. הסוס מתקדם כי הקרקע דוחפת אותו קדימה חזק יותר משהעגלה מושכת אותו לאחור.
בדיקת הבנה

כרטיס יציאה

4 דקות · כרטיס יציאה

  • אפשר להקרין ולבקש מהתלמידים לרשום תשובות על פתק, ואז לחשוף יחד.
  • שאלות 2 ו-4 בודקות את ההדדיות. מי שעונה "המגנט מפעיל כוח גדול יותר" עדיין חושב שרק גוף "פעיל" מפעיל כוח.
שיעור אסינכרוני 5

מעבדים את הניסוי, ומתחרים במשיכת חבל

בשיעור האסינכרוני:

  • פותחים את דף העבודה "פעולה ותגובה" (כ-45 דקות)
  • מנסחים מסקנות מהניסויים במגנטים ובבלונים
  • מכירים את השם הרשמי של עקרון ההדדיות: החוק השלישי של ניוטון
  • מתחרים במשיכת חבל, ופותרים את חידת הסוס והעגלה

amat-newton3-async5.pages.dev

שמרו את דף החקר מהיום. תצטרכו אותו. הציון נשמר רק בסוף, כשמורידים את קובץ הסיכום.

להרחבה: הסימולציה של PhET

"כוחות ותנועה: בסיס". לא חובה.

phet.colorado.edu/iw/simulations/forces-and-motion-basics

1 דקה · סגירה

  • ודאו שלכל תלמיד יש רישום של התצפיות מהתחנות, כי השיעור האסינכרוני נשען עליו.