כל אחד שעלה אי פעם על נדנדה יודע בוודאי שכאשר שני ילדים בעלי משקל דומה עולים על שתי זרועות הנדנדה, היא נשארת מאוזנת – אולם אם אחד הילדים כבד יותר הוא יירד לכיוון האדמה והילד השני יונף למעלה. כדי לחזור ולאזן את הנדנדה לא צריך בהכרח להוסיף עוד משקל, אלא מספיק שהילד הכבד יותר יתקרב למרכז הנדנדה ופתאום יהיה נראה כאילו הילד הקל מצליח לאזן אותו. מדוע זה קורה?
כאשר כוח (F) מופעל על גוף קשיח במרחק כלשהו (L) מנקודת שיווי משקל (לדוגמה אמצע הנדנדה המחוזק בעמוד), הוא מפעיל עליו מומנט כוח ששווה למכפלת הכוח והמרחק. למתקדמים נגיד שמדובר במכפלה סקלארית בין שני הווקטורים. כל עוד הכוח מאונך למרחק, מדובר במכפלה פשוטה של הגדלים.
המומנט הזה מנסה לסובב את הגוף הקשיח סביב נקודת שיווי המשקל שלו. כדי למנוע מהגוף להסתובב יש להפעיל עליו מומנט זהה לכיוון הנגדי. לשם כך אפשר להפעיל את אותו כוח באותו מרחק אבל מהצד השני של נקודת שיווי המשקל, או שאפשר להפעיל כוח שונה ובמקביל לשנות גם את המרחק באותו יחס עד שיתאזנו.
היישומון שלפנינו יעזור לנו להבין את העיקרון הזה.
היישומון הופק במסגרת פרויקט PhET של אוניברסיטת קולורדו
להורדת היישומון ולהרצתו על המחשב לחצו כאן
אם אינכם מצליחים להעלות את היישומון, התקינו את תוכנת Javaweb. לחצו כאן והתקינו לפי ההוראות.
הרעיון בבסיס היישומון הזה פשוט למדי. תוכלו להציב משקולות שונים על מוט במרחקים שונים מנקודת שיווי המשקל שלו. לאחר מכן, כשתסירו את התומכות תוכלו לראות אם המוט נשאר מאוזן או שמא הוא יורד לכיוון מסוים בגלל פעולה של מומנט כוח גדול יותר לכיוון הזה.
בלשונית ההקדמה תוכלו לעסוק בשלב הבסיסי ביותר. יימצאו ברשותכם עצמים מוגבלים במשקל קבוע ותוכלו להשתמש בהם. בלשונית הזו תלמדו איך כיצד לתפעל את היישומון. לנוחותכם שימו לב שמצד ימין יש סרגלים שאתם יכולים להפעיל, וכך תוכלו למדוד בסרגל את המרחק המדויק מנקודת שיווי המשקל, לראות את הכוח הפועל על הגופים (כוח המשיכה) וכו'. לאחר שסיימתם למקם גופים על המוט, לחצו על "הסר תמיכה" ובדקו אם המוט מתנהג כפי שצפיתם.
לאחר מכן תוכלו לעבור לשלב מעבדת איזון. כאן יעמדו לרשותכם גופים רבים בעלי מסות שונות שתוכלו להשתמש בהם. האפשרויות כאן יהיו רבות ומגוונות יותר. בדקו אם באמצעות הכלל הפשוט של שמירה על מומנט כוח אפס, כך ש-F כפול L מצד שמאל שווה ל F כפול L מצד ימין של נקודת שיווי המשקל, אכן אפשר לשמור על האיזון של המוט. שימו לב שמומנטי כוח מתחברים זה לזה, עך שאין כל קושי לחשב מהו מומנט הכוח כשמניחים כמה עצמים שונים על המוט בנקודות שונות, אפילו אם הם באותו צד.
לאחר שצברתם את הידע וההבנה לגבי מומנטי הכוח תוכלו להפעיל את השלב האחרון: המשחק. מטרתכם היא לאזן את המוט בניסיון אחד. שחקו ונסו לצבור כמה שיותר נקודות.
כמו תמיד, אם היישומון מעלה לכם שאלות או שאתם מעוניינים לשתף אותנו בתובנות מעניינות שעלו לכם במהלך השימוש בו, אתם מוזמנים להגיב לכתבה ואנחנו נענה בשמחה.
ירון גרוס
המחלקה לפיסיקה של חומר מעובה
מכון ויצמן למדע
הערה לגולשים
אם אתם חושבים שההסברים אינם ברורים מספיק או אם יש לכם שאלות הקשורות לנושא, אתם מוזמנים לכתוב על כך בפורום ואנו נתייחס להערותיכם. הצעות לשיפור וביקורת בונה יתקבלו תמיד בברכה.
