בניסוי הזה נבנה מעין רכבת הרים קטנה שבה מטבע מסתובב בתוך בלון במקביל לקרקע ואפילו במאונך לה – ואינו נופל.

ציוד

  • בלון – עדיף שיהיה בהיר או חסר צבע
  • מטבע עגול

מהלך הניסוי

את מהלך הניסוי אפשר לראות בסרטון הבא:

הסבר

כל גוף בטבע נוטה להישאר במצב שבו הוא נמצא: אם הגוף לא זז, הוא ישאף להישאר באותו מקום, ואם הוא נמצא בתנועה הוא ישאף להמשיך לנוע באותה מהירות ובאותו כיוון של התנועה. את העובדה הזאת גילה וניסח המדען גלילאו גליליי לפני כ-500 שנה, והיא נקראת "עקרון ההתמדה" או ה"אינרציה" של גופים.
מאוחר יותר ניסח הפיסיקאי אייזק ניוטון ניסח את העיקרון בצורה כללית יותר, במה שידוע בתור החוק הראשון של ניוטון.

מה שחשוב לניסוי שלנו זו העובדה שגופים שואפים להמשיך לנוע כל הזמן באותו כיוון (כלומר בקו ישר). לכן, כדי שגוף ינוע בתנועה מעגלית חייב לפעול עליו כל הזמן כוח שישנה את הכיוון שלו, כי כאשר נעים בתנועה מעגלית כיוון התנועה משתנה בכל רגע ורגע.

כאשר אנו מנערים את המטבע שבתוך הבלון, אנו גורמים לו להתחיל לנוע. המטבע "מנסה" לנוע בקו ישר, אבל הדפנות המעוגלים של הבלון אינם מאפשרים לו את זה הוא נלחץ אליהם ונדחף על ידם לכיוון מרכז הבלון, וכך נוצרת תנועה מעגלית של המטבע בתוך הבלון. מבחינת המטבע, שכאמור נוטה להמשיך כל הזמן בתנועה בקו ישר, הוא "מרגיש" כוח הפוך שלוחץ ודוחף אותו לכיוון דפנות הבלון החוצה. הכוח הזה נקרא כוח צנטריפוגלי.

שימו לב לקטע המופיע בסוף סרטון הניסוי – ברגע שמפוצצים את הבלון, ואין יותר דפנות שידחפו את המטבע, הוא אכן עף החוצה בקו ישר.

הכוח הצנטריפוגלי שפועל על המטבע תלוי במהירות התנועה שלו. אם המטבע מסתובב מספיק מהר, הכוח מתחזק מספיק כדי להתגבר אפילו על כוח המשיכה שמושך את המטבע כלפי מטה, כך שהמטבע מסוגל לעשות סיבוב מלא במסלול מאונך לקרקע ואינו נופל.

עוד עקרון פיסיקלי שאפשר להדגים בניסוי הוא עקרון התהודה – כאשר רוצים להגביר את מהירות המטבע, מספיק לטלטל את הבלון בדיוק באותה תדירות שבה המטבע מסתובב בתוכו, כלומר באותו קצב של סיבובים לשנייה: אם המטבע עושה שתי הקפות בשנייה בתוך הבלון, טלטול הבלון בקצב של שתי ניעות בשנייה ייצור מצב של "תהודה" בתנועה המעגלית של המטבע, ולכן יגביר את קצב תנועתו – או לפחות ימנע מהמטבע להאט בהשפעת כוח החיכוך.

מעניין לציין

לפי המסופר בתנ"ך, דוד המלך הרג את גוליית באבן שאותה השליך באמצעות קלע. רבים חושבים שמדובר ברוגטקה, אבל למעשה קלע הוא נשק אחר, שבו מסובבים אבן במהירות גבוהה באמצעות חבל או רצועת עור, ואז מרפים ממנו בדיוק בעיתוי הנכון והאבן עפה בקו ישר לכיוון הרצוי (לפי עקרון ההתמדה). בדיוק אותו דבר שקורה למטבע שעף ישר בסוף הניסוי הנוכחי.

להדגמה נוספת של הכוח הצנטריפוגלי מומלץ לנסות את ניסוי מערבולת בתוך בקבוק.