תנועה מעגלית

רגע חושבים:
מהם הכוחות הפועלים על הקרוסלה וכיצד הם משפיעים על תנועתה?


בפעילות זו נעקוב אחרי תנועת הקרוסלה, באמצעותה נחקור את אופייה של התנועה המעגלית



1. מהו מערך הכוחות הפועלים במערכת המופיעה בהדמיה? גררו את כל אחד מהכוחות למקום המתאים במערכת.


2. שקול הכוחות במערכת הוא:
אפס
הכוח הצנטריפטלי
תלוי בגודל של כל אחד משלושת הכוחות המתוארים
תשובה לא נכונה!
אילו שקול הכוחות היה אפס, הרי לפי חוק ההתמדה הגוף היה ממשיך לנוע בקו ישר ולא במעגל.
נכון מאוד!
הכוח הצנטריפטלי לא נובע מעצמו: שקול הכוחות לכיוון המרכז הוא זה שמספק אותו.
תשובה לא נכונה!
אחד משלושת הכוחות המתוארים הוא כבר שקול הכוחות, כך שלא ייתכן שהוא יהיה תלוי בעצמו.


3. מהו הקשר בין כוח המתיחות לבין כוח הכובד?
(אפשר להיעזר בתצוגת הערכים המספריים בהדמיה)
הם שווים בגודלם
כוח הכובד גדול מכוח המתיחות
כוח המתיחות גדול מכוח הכובד
תשובה לא נכונה!
בדקו תשובתכם באמצעות ההדמייה.
תשובה לא נכונה.
בדקו תשובתכם באמצעות ההדמייה.
תשובה נכונה!
כוח המתיחות צריך להתגבר גם על כוח הכובד וגם לספק את הכוח הצנטריפטלי.


4. כעת נבדוק כיצד שינוי בכל אחד מהמשתנים הבאים: זמן המחזור, רוחב העמוד המרכזי של הקרוסלה, אורך החבלים, והמסות התלויות - משפיע על כוח המשיכה, על הכוח הצנטריפטלי, ועל כוח המתיחות שבחבל.
הקטינו בכל פעם אחד מהמשתנים: זמן המחזור, רוחב העמוד המרכזי, אורך החבלים והמסות התלויות, ובדקו כיצד פעולה זו משפיעה על כל אחד מערכי הכוחות שבטבלה. בחרו בטבלה האם הערך גדֵל, קטֵן או לא משתנה


  כוח הכובד הכוח הצנטריפטלי כוח המתיחות בחבל
זמן המחזור
רוחב העמוד המרכזי
אורך החבלים
המסות התלויות




5. באיור א' מתואר תרשים הכוחות המקורי של התנועה (כפי שמופיע בברירת המחדל של ההדמיה). באיור ב' מתואר תרשים הכוחות של התנועה לאחר שנערך בה שינוי אחד קיצוני באחד מהגדלים הניתנים לשינוי. באיזה גודל נערך השינוי?



איור א'


איור ב'
זמן המחזור
רוחב העמוד המרכזי של הקרוסלה
אורך החבלים
המסות התלויות
יופי!
כאשר זמן המחזור קטן, הגוף נע מהר מאד ולכן הכוח הצנטריפטלי (הוקטור האדום) שהינו תלוי במהירות, גדל גם הוא.
תשובה לא נכונה
בשני השרטוטים ניתן לראות אותו רוחב בין ציר הסיבוב לבין הנקודה בה החבלים מתפצלים.
תשובה לא נכונה
בשני השרטוטים ניתן לראות שהמרחק בין הגוף לבין נקודת פיצול החבלים לא השתנה (אף שזווית הפריסה השתנתה).
תשובה לא נכונה
שינוי במסה משנה רק את הכוחות ובאותו יחס כך שאין הדבר ניכר באיור.


לחצו בהדמיה על כפתור תצוגת הערכים המספריים.



6. מה מבטא הגודל המתאר את תדירות התנועה?
שבכל שניה הקרוסלה עוברת 0.25 סבוב.
שמשך סבוב הקרוסלה הוא 0.25 שניות.
שבשניה אחת הקרוסלה עוברת 4 סבובים.
נכון מאוד!
התדירות היא מספר הסיבובים בכל שניה, ולכן הקרוסלה עוברת רבע סבוב בשניה.
תשובה לא נכונה
זהו זמן הסיבוב- הקרוסלה עוברת סבוב שלם בארבע שניות ולא ברבע שניה.
תשובה לא נכונה
זוהי תדירות של 4 סבובים לשניה ולא רבע סבוב לשניה.


7. מה מבטא הגודל המתאר את המהירות הזוויתית?
שבכל שניה הקרוסלה עוברת מרחק של 1.57 מטר על קשת המעגל.
שבכל שניה הקרוסלה עוברת זווית של 1.57 רדיאן.
שכל 1.57 שניות- הקרוסלה עוברת 1 רדיאן.
תשובה לא נכונה
אילו היה מתואר גודל של מהירות קווית (משיקית) אז אפשר היה לתאר גודל זה במטר לשניה.
תשובה נכונה!
המהירות הזוויתית היא הזווית אותה מכסה הקרוסלה בכל שניה.
תשובה לא נכונה
המהירות הזוויתית היא זווית חלקי זמן, ולא זמן חלקי זווית
התשובה שבחרתם מתארת מצב בו הקרוסלה מכסה זווית של:


8. מה מבטא הגודל המתאר את המהירות?
שבכל שניה הקרוסלה עוברת מרחק של 1.66 מטר על קשת המעגל.
שבכל שניה הקרוסלה עוברת זווית של 1.66 רדיאן.
שהקרוסלה עוברת כל מטר ב- 1.66 שניות
נכון מאוד!
מהירות הקרוסלה מתארת בכמה זמן הגוף עובר על פני קטע מהיקף המעגל.
תשובה לא נכונה.
הגודל המוזכר כאן מתאר בכמה זמן מכסה הגוף זווית מסוימת
תשובה לא נכונה.
המהירות היא ההעתק חלקי הזמן - ולא זמן חלקי העתק.


9. באיזה מהאיורים שלפניכם, מתאר הקו השחור האופקי את הרדיוס?

מהציר שבמרכז העמוד
התומך של הקרוסלה
מקצה העמוד המרכזי
התומך של הקרוסלה
מהציר האנכי של
פירוק הכוחות
נכון מאוד!
רדיוס הסיבוב הוא המרחק עד למרכז העמוד התומך של הקרוסלה
תשובה לא נכונה
רדיוס הסיבוב הוא המרחק עד למרכז העמוד התומך של הקרוסלה.
תשובה לא נכונה
רדיוס הסיבוב הוא המרחק עד למרכז העמוד התומך של הקרוסלה.


10. היכן נמדדת הזווית המצויינת בהדמיה?
בין הציר האופקי לבין החבל
בין הציר האנכי לבין החבל
בין הכוח הצנטריפטלי לבין החבל
תשובה לא נכונה.
הזווית המצויינת בהדמיה, נמדדת בין הציר האנכי לבין החבל
תשובה נכונה!
תשובה לא נכונה.
הזווית המצויינת בהדמיה, נמדדת בין הציר האנכי לבין החבל


11. הקטינו בכל פעם אחד מהמשתנים: זמן המחזור, רוחב העמוד המרכזי, אורך החבלים המסות התלויות, ובדקו כיצד פעולה זו משפיעה על כל אחד מהערכים שבטבלה. בחרו בטבלה האם הערך גדֵל, קטֵן או לא משתנה.

הגודל הקטן תדירות מהירות זוויתית רדיוס הסיבוב מהירות הסיבוב הזווית
זמן המחזור
רוחב העמוד המרכזי
אורך החבלים
המסות התלויות




12. להלן מצב מיוחד בקרוסלה:




תרשים הכוחות



הערכים המספריים

  מהו הנתון אותו יש לשנות באופן קיצוני בתנאי ההתחלה של ההדמיה כדי לקבל את המצב המיוחד בו אין פתיחה של החבלים?
זמן המחזור
רוחב העמוד המרכזי של הקרוסלה
אורך החבלים
המסות התלויות
תשובה לא נכונה
כיוון שהתדירות היא 0.25 סבוב לשניה- הרי זמן המחזור הוא 4 שניות- אין שינוי ביחס לתנאי ההתחלה.
יופי!
יש להקטין את רוחב העמוד המרכזי של הקרוסלה עד ל- 0.01 מטר.
תשובה לא נכונה
ניתן לראות באיורים שאין הבדל באורכים של החבלים ביחס לתנאי ההתחלה
תשובה לא נכונה
נתוני המשקל מראים 9.81 ניוטון שזהו המשקל של 1 ק"ג- כלומר, אין שינוי ביחס לתנאי ההתחלה