משימה: אופניים כל הזכויות שמורות למשרד החינוך והתרבות מהדורת ניסוי-לא למכירה ולאורט-המנהל למחקר ולפיתוח ולהכשרה.

מצגת בנושא: "משימה: אופניים כל הזכויות שמורות למשרד החינוך והתרבות מהדורת ניסוי-לא למכירה ולאורט-המנהל למחקר ולפיתוח ולהכשרה."— תמליל מצגת:

1 משימה: אופניים כל הזכויות שמורות למשרד החינוך והתרבות מהדורת ניסוי-לא למכירה ולאורט-המנהל למחקר ולפיתוח ולהכשרה

2 ידע של מדע – תנועה וכוחות: שקול כוחות
משימה: אופניים מיפוי שאלות שאלה מס. סוג שאלה ידע במשימה מיומנויות ידע נדרש ידע מדעי ידע חסר 1 א. רב ברירה ב. רב ברירה יישום ידע מהטקסט יחס תמסורת גלגלי שיניים V חישוב היקף 2 רב ברירה רב נמק יישום ידע מטקסט ותמונה ידע לא פורמלי 3 פתוחה ידע של מדע – תנועה וכוחות: שקול כוחות ידע קודם במשימה- מטוס – יחידה ראשונה) 4 פתוחה השוואה הסקת מסקנות מטקסט ותרשים נתון תהליך בקרה המשתנה המבוקר במערכת 5 מיומנות השוואה 6 חשיבה יצירתית

3 אופניים עם הילוכים בשנת 1885 בנה סטארלי אופניים בעלי שני גלגלים בגודל שונה והתקין בהם שרשרת בין הדוושות לבין ציר הגלגל האחורי.- כך נולדו האופניים המודרניות. כיום מצוידות האופניים במספר הילוכים, המאפשרים גמישות מירבית ביחס העברה ובייחוד מאפשרים טיפוס בעליות תלולות מאד על דרכי עפר או שבילים. כדי לקבל יחסי העברה שונים, יש לשלב זוגות גלגלי שיניים שונים. דבר זה מושג על ידי הסטת השרשרת בין גלגלי השיניים. כדי להסיט את השרשרת, משתמש רוכב האופניים בידיות קטנות, הנמצאות, על פי רוב, על כידון האופניים.

4 אופניים עם הילוכים בשנת 1885 בנה סטארלי אופניים בעלי שני גלגלים בגודל שונה והתקין בהם שרשרת בין הדוושות לבין ציר הגלגל האחורי.- כך נולדו האופניים המודרניות. כיום מצוידות האופניים במספר הילוכים, המאפשרים גמישות מירבית ביחס העברה ובייחוד מאפשרים טיפוס בעליות תלולות מאד על דרכי עפר או שבילים. כדי לקבל יחסי העברה שונים, יש לשלב זוגות גלגלי שיניים שונים. דבר זה מושג על ידי הסטת השרשרת בין גלגלי השיניים. כדי להסיט את השרשרת, משתמש רוכב האופניים בידיות קטנות, הנמצאות, על פי רוב, על כידון האופניים.

5

6

7 שרשרת דוושות גלגל מניע N1 גלגל מונע N2
שאלה מס. 1 באופניים שבהם יש הילוך אחד, גלגל השיניים המחובר לדוושות (גלגל מניע) , מעביר באמצעות שרשרת תנועה לגלגל שיניים המחובר לציר הגלגל האחורי (גלגל מונע). גלגל מניע N1 גלגל מונע N2 שרשרת דוושות מספר סיבוב הגלגל המונע N2 יחס העברה = = מספר סיבוב הגלגל המניע N1

8 א. סמנו את התשובה הנכונה 3 יחס העברה = ---- 1
3 יחס העברה = ---- 1 יחס העברה 3:1 פירושו: 1. שהגלגל המניע מסתובב פי- 3 מהר יותר מהגלגל המונע שהגלגל המונע מסתובב פי- 3 מהר יותר מהגלגל המניע סיבוב אחד של הדוושה יגרום ל- 3 סיבובים של הגלגל האחורי 4. סיבובים של הדוושה יגרמו לסיבוב אחד של הגלגל האחורי 2. שהגלגל המונע מסתובב פי- 3 מהר יותר מהגלגל המניע 3. סיבוב אחד של הדוושה יגרום ל- 3 סיבובים של הגלגל האחורי

9 בסיבוב אחד של גלגל עוברים מרחק שהוא היקף הגלגל
ב. בדוגמא המתוארת באיור יחס העברה הוא 3:1 (כלומר, סיבוב אחד של הדוושה יגרום ל- 3 סיבובים של הגלגל האחורי) סמנו את התשובה הנכונה איזה מרחק ניתן לעבור בדקה אם נסובב את הדוושות 30 סיבובים בדקה (קוטר הגלגל הנסיעה האחורי 0.8 מ' ) 24 מטר 246 מטר 226 מטר 98 מטר C = pi * D. הסבר לפתרון: יחס העברה של 3:1 , פירושו שבמשך דקה הגלגל האחורי (המונע) יבצע 90 סיבובים (פי 3 מהגלגל המניע) המרחק בסיבוב אחד = היקף הגלגל = 3.14 * קוטר הגלגל היקף = * 0.8 = מטר במשך דקה הגלגל מבצע 90 סיבובים , לכן המרחק בדקה : * 90 = 226 מטר נמקו את בחירתכם באמצעות חישוב

10 הסבר לפתרון: יחס העברה של 3:1 , פירושו שבמשך דקה הגלגל האחורי (המונע) יבצע 90 סיבובים (פי 3 מהגלגל המניע) המרחק בסיבוב אחד = היקף הגלגל = 3.14 * קוטר הגלגל היקף = * 0.8 = מטר במשך דקה הגלגל מבצע 90 סיבובים , לכן המרחק בדקה : * 90 = 226 מטר מהירות סיבוב הגלגל המונע N2 יחס העברה = = מהירות סיבוב הגלגל המניע N1 תפיסה שגויה: יחס נתון נוסחה פתרון יחס העברה 3:1 היקף הגלגל = 3.14 * קוטר הגלגל היקף = * 0.8 = מטר 30 סיבובים בדקה פי 3 מהגלגל המניע 90 סיבובים המרחק בדקה 2.51 * 90 = 226 מטר

11 שאלה מס. 2 באופניים בעלי מספר הילוכים, נמצאים על אחד הצירים או על שניהם מספר גלגלי שיניים בגדלים שונים. איור: לצלם אופניים המדגישים את 2 הצירים ציר קדמי – 3 גלגלים ציר אחורי – 6 גלגלים

12 כדי לקבל יחסי העברה שונים, יש לשלב זוגות גלגלי שיניים שונים
כדי לקבל יחסי העברה שונים, יש לשלב זוגות גלגלי שיניים שונים. דבר זה מושג על ידי הסטת השרשרת בין גלגלי השיניים השונים. הילוך נמוך, פירושו יחס העברה נמוך, כלומר נסיעה במהירות איטית יותר. א. בחרו בתשובה הנכונה : בתמונה מתוארת מערכת הילוכים עם ... 12 הילוכים 6 הילוכים 18 הילוכים 3 הילוכים נמקו את בחירתכם

13 ב. ההילוכים עוזרים לנו בחלוקת כוח טובה יותר ביחס למהירות.
הרעיון הוא כזה: גלגלי שיניים גדולים יותר על ציר הדוושות מסובבים את הגלגל האחורי המונע מספר סיבובים גדול יותר בכל סיבוב של הדוושות וכך מקבלים מהירות גבוהה יותר. אולם המשמעות היא שצריך להתאמץ יותר כדי לסובב את הדוושות. גלגלי שיניים גדולים קדמיים הם ההילוך הגבוה גלגלי שיניים גדולים מאחור הם ההילוכים הנמוכים. סמנו את התשובה הנכונה ככל שהדרך הופכת קשה יותר לדיווש כך נוריד להילוך נמוך יותר ככל שהדרך הופכת קשה יותר לדיווש כך נעלה להילוך גבוה יותר נמקו את בחירתכם א. ככל שהדרך הופכת קשה יותר לדיווש כך נוריד להילוך נמוך יותר אמנם נרכב לאט יותר אולם גם נתאמץ פחות (נפעיל פחות כוח)

14 כוח הכובד הכוח הנורמלי התנגדות האוויר חיכוך הגלגל עם הקרקע כוח שמפעיל הרוכב חיכוך פנימי בין מכלולי האופניים

15 חוקי ניוטון החוק הראשון - חוק ההתמדה החוק השני - חוק התאוצה
החוק טוען שגוף ימשיך במהירותו בקו ישר כל עוד לא פועל עליו כח נגדי המנוגד לתנועתו. לדוגמא: חבילה הנזרקת ממטוס תמשיך במהירות המטוס בציר האופי (בכוון שבו נע המטוס). מכיוון שעל החבילה פועל כח הכובד (ציר האנכי כלפי מטה) , החבילה תצבור מהירות בציר האנכי, אולם בציר האופקי תשמר מהירותה כמהירות המטוס (בהסבר זה הזנחנו את הכח הנגרם כתוצאה מהתנגדות האוויר). החוק השני - חוק התאוצה החוק טוען שתאוצתו של גוף עומדת ביחס ישר לכח הפועל עליו. היחס בין התאוצה לכח נקבע על פי המסה (כמות החומר) של הגוף, במידה וסכום הכוחות הפועל על הגוף גדול יותר, כך תאוצת הגוף תהיה גדולה יותר. כאשר F הוא הכח m מסת הגוף ו a תאוצתו החוק השלישי - חוק הפעולה והתגובה הכח אותו מפעיל גוף אחד על הגוף השני שווה והפוך בכוונו לכוח שמפעיל הגוף השני על הגוף הראשון. החוק אומר: אם אני לוחץ על הרצפה בכח משקלי - הרצפה לוחצת עלי בכוח נגדי שווה בגודלו. התוצאה המפתיעה יותר של החוק היא שאם אני מפעיל כוח על עגלה המתחילה לנוע היא מפעילה עלי כוח נגדי ערך וליקט אדמוני חזי

16 כוח שקול כוח שקול הינו כוח אחד שזהה בגודל וכיוון (וקטור) לסך כל הכוחות הפועלים על גוף מסוים, כלומר אם היו מחליפים את כל הכוחות שפועלים על גוף בכוח השקול הכוח היה זהה בעוצמתו וכיוונו. עפ"י חוקי התנועה של ניוטון כאשר מטוס נע במהירות קבועה בגובה קבוע כוח השקול שווה לאפס. כח התנגדות משקל המטוס כח הנעה כח עילוי T - כוח ההנעה D - כוח התנגדות האוויר L - כוח העילוי W- משקל המטוס (כוח הכבידה) כוח שקול הוא מושג פיזיקלי הבא לתאר את אוסף הכוחות הפועלים על גוף מסוים, והוא שווה לסכום הווקטורי של כל אותם כוחות. ככזה, הכוח השקול הוא וקטור. חוקי התנועה של ניוטון מתייחסים לכוח השקול הפועל על גוף. אם הכוח השקול הוא אפס, אז הגוף יתמיד במצבו (אם נע, ימשיך לנוע במהירות קבועה; אם נח, ימשיך במנוחתו); ואם הכוח השקול אינו אפס, אז הגוף יקבל תאוצה שגודלה שווה לעוצמת הכוח השקול חלקי מסת הגוף וכיוונה זהה לכיוונו של הכוח השקול. מקור:

17 כמעט יום-יום אנו נתקלים במושג כוח, אולם הכוח עצמו אינו נראה לעין ורק השפעותיו מעידות על קיומו. הפעלת כוח מאפשרת לנו פעולות שונות: משיכה, דחיפה, לחיצה, הרמה. דוגמאות: - קטר מושך רכבת. - אדם דוחף עגלה. - משקולת לוחצת על המשטח שעליו היא מונחת. - מנוף מרים משא.

18 תכונות של כוחות אלה הם התכונות הכלליות של כוחות:
יש כוחות מגע ויש כוחות הפועלים ממרחק. לכוח יש גודל וכיוון. כוח גורם לשינוי במהירות הגוף או לעיוות הצורה של הגוף. חשוב: בשינוי מהירות הכוונה לשינוי גודל המהירות ו/או שינוי כיוון התנועה.

19 הכוח השקול הוא בכיוון התנועה. כיוון הכוח השקול מנוגד לכיוון התנועה.
א. סמנו את התשובה הנכונה הכוח השקול שווה לאפס. הכוח השקול הוא בכיוון התנועה. כיוון הכוח השקול מנוגד לכיוון התנועה. הכוח השקול מכוון למעלה. הכוח השקול מכוון למטה. הסבירו את תשובתכם הכוח השקול הוא בכיוון התנועה. על פי החוק השני של ניטון - גוף הנע בתאוצה, שקול הכוחות הוא בכיוון התנועה או כאשר שקול הכוחות הפועלים על הגוף אינו שווה לאפס הגוף נמצא בתאוצה, ותאוצת הגוף עומדת ביחס ישר לשקול הכוחות המופעל עליו. החוק השני של ניוטון כיום מקובל לנסח חוק זה כך: "הכוח המופעל על הגוף הוא מכפלת מסת הגוף בתאוצה שלו", ומסמנים: F - הכוח, m - המסה, a - התאוצה תארו באמצעות חיצים (על גבי התרשים המצורף) את הכוחות הפועלים על אופניים במורד מישור משופע

20 התמונה שלפניכם מתארת רכיבה על אופניים
שאלה מס. 4 התמונה שלפניכם מתארת רכיבה על אופניים כל תהליך בקרה מורכב מ-3 פעולות המתבצעות ברצף וחוזרות על עצמן איסוף מידע ביחס למשתנה המבוקר (מדידה) עיבוד המידע (השוואה וקבלת החלטה) העברת מידע לתיקון השגיאה/הסטייה התרשים מתאר את פעולת הבקרה המתבצעת על ידי רוכב האופניים מוח (השווא ה) ידיים עיניים (מדידה) כיוון נסיעה רצוי כיוון נסיעה בפועל מטרה : הסקת מסקנות מטקסט ותרשים נתון תשובה: כיוון הנסיעה

21 ( מערכת תיקון ) כדי לתקן סטייה בין הכיוון המצוי לכיוון הרצוי .
תרגיל 1 נהיגה במכונית בכביש יכולה לשמש דוגמה למערכת בקרה ידנית הפועלת בחוג סגור. אם נגדיר את כיוון הנסיעה כמשתנה מבוקר , כיצד נעשית מדידה, השוואה ותיקון במערכת בקרה זאת ? פתרון הנהג באמצעות העיניים ( מערכת מדידה ) מזהה את כיוון הנסיעה. מוחו של הנהג משווה את המידע שהתקבל מהעיניים עם הכיוון הרצוי ( בקר ). לאחר ההשוואה , מוחו נתן פקודה לידיים של הנהג לסובב את ההגה ( מערכת תיקון ) כדי לתקן סטייה בין הכיוון המצוי לכיוון הרצוי .

22 תשובה: הידיים תשובה: כיוון הנסיעה
א. ציינו מהו המשתנה המבוקר במערכת ? ב. הסבירו את תהליך הבקרה המתבצע על ידי רוכב האופניים (התייחסו לכל אחת משלושת הפעולות :מדידה, השוואה, תיקון) ג. ציינו איזה רכיב באופניים אחראי על תיקון השגיאה/הסטייה ? תשובה: כיוון הנסיעה תשובה: . איסוף מידע על הפלט: כיוון נסיעה בפועל  - פעולה המתבצעת באמצעות העיניים - השוואת מידע : האם כיוון הנסיעה הוא הכיוון הרצוי ?  - פעולה המתבצעת במוחו של הרוכב. - העברת מידע  לתיקון כיוון הנסיעה. - פעולה זו מתבצעת באמצעות  המידע שהועבר מהמוח לידיים תשובה: הידיים

23 שאלה מס. 5 העתיד כבר כאן...סגווי מדובר בכלי רכב מונע בסוללות, שנראה כמו קורקינט עם גלגלים מקבילים. החידוש המיוחד בו הוא השימוש בהטיית הגוף של הרוכב קדימה או אחורה לצורכי היגוי הודות למערכת מחשב וחיישנים השולטים ומבקרים את תנועות הרוכב. הסגווי מסוגל לפתח מהירות גבוהה יחסית: עד 30 קמ"ש. ערכו השוואה בין האופניים לסגווי קריטריונים להשוואה אופניים סגווי מטרה אנרגיה דרושה אמצעי בקרה ניידות ,פנאי וספורט ניידות בעיר אנרגיית שרירים חשמלית האדם: עיניים, מוח, ידיים מחשב, חיישנים, מנועים

24 שאלה מס. 6 "הצורך הוא אבי ההמצאה" - משמעות פתגם זה, היא העובדה שהמצאות לא מומצאות סתם, הן מומצאות כיוון שיש צורך מסוים. לדוגמא – היה צורך במקור אנרגיה יעיל יותר ולכן הומצא מנוע הקיטור. משמע, הצורך הוא הגורם להמצאת המצאות. הסבירו במלל ותארו בתרשים כיצד ייראו אופני העתיד לדעתכם ? רמז: בתשובותיכם התמקדו בצורך עתידי, במאפייני התפתחות, (חומרים/ רכיבים/ צורה) ומה יהיה הפתרון . מלל: התייחסות למבנה- רכיבים התייחסות לתכונות חומרים התייחסות לתיפקוד – עיקרון פעולה רעיון חדשני ("וואו" ) לעומת רעיון "משעמם" (כבר ראינו את זה) תאור בתרשים התייחסות למבנה- רישום שמות רכיבים תרשים: