אפקט קוריוליס

כוחות מדומים
מתברר שחוקי המכניקה הקלאסית אינם תקפים בכל מערכת ייחוס. למשל, אם אנחנו יושבים במכונית הפונה בחדות שמאלה, נרגיש משיכה בכיוון ימין, ונראה את הנוזל בכוס הקפה נוטה ימינה, כמו גם את הדיסק התלוי על המראה... ואכן, ביחס למכונית נראה שפועל על הגופים כוח, המכונה הכוח הצנטריפוגלי. כוח זה אינו מציית לחוק השלישי של ניוטון, כי אין לו תגובה - למעשה הוא אינו מופעל על-ידי שום גוף. כוח כזה נקרא כוח מדומה.
חשוב לשים לב - המכונית אינה מפעילה את הכוח הצנטריפוגלי. למעשה, היא לאו דווקא מפעילה כוח כלשהו על העצם הנמדד, שהרי היא רק משמשת אותנו כמערכת ייחוס למדידת המיקום של העצם. על מנת להדגיש נקודה זו, נשים לב שהכוח המדומה פועל גם על עצמים מחוץ למכונית, כמו העצים והאבנים בצד הדרך. הוא פועל אפילו על כוכבים מרוחקים מאוד - ובלבד שאנחנו מודדים את המיקום שלהם ביחס למכונית. ואומנם אם נמדוד את מיקומה של השמש במערכת הייחוס של המכונית הפונה נראה שפועל עליה כוח המאיץ אותה ימינה! דוגמה זו מפתיעה, משום שבדרך כלל אנו שמים לב להשפעתם של הכוחות המדומים רק בעצמים הקשורים חלקית למערכת היחוס - גופנו החגור, הקפה הנתון בתוך הספל, והדיסק הקשור בחוט למראה, ועל-כן הכוחות ה"ממשיים" שהמכונית מפעילה והכוחות המדומים, הנוצרים מהאופן שבו אנו מודדים את מיקום העצמים ביחס למכונית מתערבבים בדמיוננו.

מערכות ייחוס אינרציאליות
ראינו שבמערכות ייחוס רבות מופיעים כוחות מדומים, המפרים את החוק השלישי של ניוטון. מערכות הייחוס בהן אין כוחות מדומים, ובהן חוקי המכניקה הקלאסית מתקיימים במלואם נקראות מערכות יחוס אינרציאליות, או פשוט מערכות אינרציאליות.
על מנת לדעת אם מערכת היא אינרציאלית מהבחינה הקלאסית, יש לבדוק האם מתקיים החוק השלישי של ניוטון, כלומר האם לכל כוח הפועל על גוף A, ניתן למצוא גוף B המפעיל אותו, ושעליו פועל כוח מנוגד לאורך אותו ציר. למעשה, ברוב הבעיות המעשיות מסתפקים במערכות אינרציאליות בקירוב. למשל, כדור-הארץ מהווה מערכת אינרציאלית בקירוב טוב לבעיות רבות, למרות שהוא מסתובב סביב צירו וסביב השמש, ולכן אינו מהווה מערכת יחוס אינרציאלית. אכן, לכוח קוריוליס יש השפעה לא זניחה במספר בעיות.

קצרים:

קצרים:
המשקל לא מודד את המשקל שלך כי סיבוב כדור הארץ מעיף אותך החוצה ומקטין אותו.
המהירות הטרמינלית זו המהירות המקסימאלית שיוכל גוף להגיע אליה בנפילה חופשית. היא תלויה לא רק בגיאומטריה אלא גם בצפיפות, וזאת כי כוח חיכוך אוויר זהה משפיע שונה על מאסה שונה (מעבר תנע תלוי ביחס ישיר למסה). עבור אדם פרוש ידיים, מהירות זו היא 240 קמ"ש בקירוב. עבור אדם מגולגל ככדור היא 320 קמ"ש.
משקל האוויר הוא 1.3 ק"ג בקירוב למטר מעוקב.
מדוע כששופכים מים (לדוגמא) מקנקן, ביציאה עובי הזרם עבה והוא נהיה דק יותר ככל שהוא נופל? הנוזל מאיץ, ולכן ע"מ לשמור על ספיקה שווה שטח החתך של הזרימה חייב לקטון.
למה סולר זול יותר מבנזין? פוליטיקה. אין שום הבדל בעלויות הזיקוק, בניגוד לדעה הרווחת.
מהו הצירוף הכימי שנותן את הפיצוץ החזק ביותר? חיבור של אטום אחד של מימן עם 19 אטומי פלואור. הפיצוץ ישחרר 13,600 ג'אולים לגרם תערובת
איך מעבירים סיכה דרך בלון? הבלון עשוי לייקטס, מולקולה ענקית ומורכבת, בה האטומים מחזיקים אחד בשני בחוזקה. הסיכה, במיוחד אם משומנת כהלכה, מחליקה דרך המיבנה המולקולרי, וכל עוד אינה משנה את מיקום האטומים משמעותית, הבלון יחזיק. אם נצמיד מדבקה לבלון נוכל להעביר סיכה דרך כל מקום על מעטפת הבלון.
גם מימן וגם חמצן בוערים היטב. אז למה חיבורם (מים) מכבה אש? מכיוון שמים הם האפר, תוצאת הבעירה, של שניהם. חמצון מימן הוא הבערתו לכל דבר. בהוספת מים לאש לא נותר עוד חומר בעירה והחום עובר לאיוד המים במקום להגדלת האש.

למה בחורף נדמה שמתכות קרות יותר למגע? הן לא, הן פשוט מוליכות חום טובות יותר מאחרים, ולכן חום עובר מהר מהאצבע שלך אל המתכת כך שאיזור זה מתקרר מהר יותר.

שאלות כלליות

מדוע הגז בכיריים לא מדליק את צינור הגז ואת הבלון? במילים אחרות, מדוע אין בעירה "אחורה"?
תשובה: במיקרוגל יש רשת הגנה (ראה ערך) שהעקרון מאחוריה הוא שגל אינו יכול לעבור דרך סדק שקטן משמעותית מאורך הגל שלו (עבור גל מיקרו אורך הגל הוא 12 ס"מ). בבעירה הדבר דומה. אש לא יכולה לעבור דרך סדק קטן מדי. דוגמא לכך ניתן לראות בכורי פחם של פעם, שהיו משתמשים בעששיות בתוך רשת סבוכה של מתכת. הסכנה היתה שגזים נפיצים בתוך המיכרה ידלקו מהאש, אבל בעזרת "ניסוי וטעיה" הגיעו אל הערך הקריטי של החור. כיום המשוואות שמתארות את גודל החור מכילות לא פחות מ 13 משתנים, ואינן ניתנות לפתרון אנליטי (ללא הנחות מסויימות). הסיבה שהחורים תמיד יהיו עגולים היא שלא ניתן (בגלל קושי פתרון המשוואה) לחזות התנהגות של להבה עבור צורה גיאומטרית לא אידיאלית.
מדוע אסור לנקות דיסקים בתנועה סיבובית? תשובה: דיסק הוא לא חומוס. אם מנגבים דיסק הוא ישרט ויתכן כי לא ניתן יהיה לקרוא את המידע עליו. מה הקשר לסיבוב? המידע שבדיסק מאוחסן ברצועות סיבוביות, מין ספירלות של מידע. עבור כל רצועה יש מנגנון תיקון טעות, בו הדיסק יכול לשחזק מידע שאבד אם המידע כלול בתחום המאד צר שלפני או אחרי הפגיעה. המידע יכול להיות מאוחזר רק עבור רצועה ספציפית. אם ננקה את הדיסק בצורה סיבובית יתכן שנפגע בקטע ארוך מדי, מה שיגרום לשיתוק מנגנון האיחזור, והדיסק לא יוכל להיקרא על ידי הנגן. זאת גם הסיבה שהדיסק ממשיך להסתובב גם לאחר לחיצה על pause . מנגנון שמירת הזיכרון מתקדם כמה ביטים של מידע לפני הקטע המשודר, וזאת על מנת למנוע קטיעות של הרצף בזמן הליכה עם נגן נייד. לאחר לחיצה על הכפתור עצירה הקורא ממשיך ללכת ואוגר את המידע בזיכרון עד שהזיכרון מתמלא והוא עוצר. לכן יש צורך לתת לדיסק להמשיך ולהסתובב.

?מדוע מכוניות מונעות דיזל רועדות? מדוע צורכות פחות דלק?

מדוע מכוניות מונעות דיזל רועדות? מדוע צורכות פחות דלק?
תשובה: אופן בעירת הדלק שונה במנוע דיזל ממנוע המונע בעזרת בנזין. במנוע בנזין יש בעירה אחידה והומוגנית בכל הצילינדר. גם כשהאוטו עוצר ברמזור ישנה בעירה מליאה. זו הסיבה שמנוע בנזין זולל דלק. במנוע דיזל ניתן לשלוט על כמות הדלק בהתאם למשך הזמן שהמזרק פתוח. בנוסף, במנוע דיזל הבעירה היא סביב טיפות הדלק בלבד. המנוע המאסיבי מזריק דלק בלחץ גבוה והוא מוצת ע"י הלחץ בתוך הצילינדר (בניגוד להצתה יזומה עם מצתים במנוע בנזין). מצב זה יוצר בעירה לא אחידה, מין כיסים של בעירה סביב הטיפות הגדולות של הדלק שהוזרקו ישירות לצילינדר. בגלל אי אחידות בלחצים כתוצאה מהבעירה הצילינדר, ובעיקבותיו גם האוטו כולו, רועדים.
מספר עובדות מעניינות על המכונית שלנו. איך בלמים עובדים? הנקודה המעניינת אינה המנגנון המכני של דיסקי הבלם או תופי הבלם אלא מה שנקרא חוק פסקל. עבור מאגר נוזל בלחץ מסויים הנמצא במצב סטטי, מתקיים שוויון אנרגיה לכל החלקיקים שבו. כלומר החלקיק נוזל למעלה מכיל יותר אנרגיה פוטנציאלית (אנרגיית גובה) והחלקיק למטה נמצא בלחץ סטטי גבוה יותר. אבל סכום רכיבי האנרגייה שלהם, לחץ סטטי פלוס מהירות פלוס גובה, שווה מספר קבוע. כעת נכניס נוזל מסוים, למשל שמן הידראולי למכוניות, לתוך צינור בשטח A , ובקצה הצינור נחבר צינור בשטח A2 ובקצה שלו בוכנה שחוסמת את יציאת השמן ההידראולי. כעת התופעה המעניינת תתרחש אם נלחץ עם בוכנה על הצינור בשטח A . מכיוון שידוע שלכל אורך הצינור יש אותו לחץ (אין שום איבודי לחץ כי אין חיכוך כי אין תנועה) נבין שהלחץ בנוזל שנלחץ ע"י הבוכנה בשטח A שווה ללחץ של הנוזל שנלחץ ע"י הבוכנה בשטח A2 . ידוע שלחץ הוא כח חלקי שטח. זאת אומרת שאם שני לחצים שווים ושטח ב' פי 2 משטח א' אז על מנת לקזז את השטח המוגדל הכח חייב לגדול אף הוא פי 2!! זה ממצא מרעיש, שהרי יש פה הפרה של חוק שימור הכח. אז איזה מזל שאין כזה חוק... כן, הרווחנו כח חינם. לפני שהמגיבים קוטלים אותי אוסיף שברגע שהבוכנות יזוזו התעלומה תתברר. ניתן להרוויח המון כח חינם, וזהו חוק פסקל הקסום ושעליו מתבססים בלמי האוטו, אבל לא ניתן להרוויח עבודה. ז"א שהבוכנה עם השטח הגדול תזוז חצי דרך (כי עבודה היא כח כפול דרך). אם אני לוחץ על דוושת הבלם, שמן מובל בצינורית דקה לצינור עב קוטר ואני מרוויח כח עצום בלחיצה על הבלם. אין פה שום קסם מלבד מכניקה הידראולית.

?כיצד מאמנים יונים להגיע לכתובת מדוייקת

כיצד מאמנים יונים להגיע לכתובת מדוייקת ?

תשובה: לא ניתן. יונים לעולם לא יוכלו להעביר דואר למקום שאינו ביתם הקבוע. אם תירצה לשלוח לחבר מכתב עם יונה תיאלץ לשאול יונה שלו. באשר לכישורי הניווט של יונים הועלו מספר אופציות. הוותיקה יותר אומרת שהן משתמשות בשדה האלקטרומגנטי של כדור הארץ. טענה זו הועלתה באשר לכישורי הניווט היוצאים מהכלל של סרטנים מסויימים וסוגי ציפורים נודדות. אולם חוקר אמריקאי, ג'ונתן הגסטרום, העלה השערה אחרת. בעקבות מירוץ היונים הגדול בכל הזמנים בצרפת ב- 1997, בו נשלחו 60000 יוני דואר, ואשר רק כמה אלפים בודדים חזרו, התחילו החוקרים במרכז הגיאולוגי לבדוק את כישורי הניווט של היונים. התגלה שבמסלול הניווט במירוץ זה עבר מטוס קרב שעבר את מהירות הקול. ד"ר הגסטרום הניח שגל ההלם שהתפתח סביב המטוס שיבש את ההתמצאות של היונים. למעשה הוא טען שהיונים מתמצאות ע"י האזנה לתדרים מאד נמוכים, למשל אלו שגלי הים מייצרים. בכך הם מקבלים עידכון בלתי פוסק על מיקומם. גלי קול אלה מדלגים היטב מעל משוכות כגון בנינים, הרים ועוברים בצורה טובה דרך האטמוספירה.

?מדוע אש בוערת בצבעים שונים

מדוע מגבת סופגת מים כל כך טוב?

תשובה: מגבת מכותנה (בדומה לעצים ורוב הצמחים בעולם) עשויה צלולוז, פולימר ארוך וסבוך של סוכר. לאדם אין את האנזים המפרק את הצלולוז כך שאין טעם להכניס לסנדביץ' מגבת ים עסיסית עם עגבניה, בניגוד לפרות שזהו מרכיב כמעט יחיד בתפריט שלהן. אמנם הצלולוז אינו טעים כמו סוכר אך לשניהם תכונה משותפת: שניהם בעלי זיקה כימית חזקה מאד למולקולות מים. הנוכחות של מולקולות הידרוקסיל ( OH ) מאפשרת קשרים כימיים חזקים עם המים ( HOH ) - קשרי מימן. כשאנו טובלים מגבת במים מולקולות המים ממהרים להיצמד למולקולות הצלולוז והמגבת מתמלאת במים. לצערנו זוהי גם הסיבה שבגדים מתכווצים בכביסה. בגלל הנוכחות הרבה של מים בייבוש הבדים של הכותנה הסיב מתנפח (יש בו אדים חמים ששואפים לצאת). כמו ניתוח פלסטי מהיר לשמן שמשאיר עור נבול ולא גמיש כך קורה לבגד שהתרחב והתכווץ מהאדים. הוא מאבד את היכולת לחזור למצבו המקורי. בנוסף הוא גם מתקמט כמו השמן. אז אנא, כמו הרבה דברים בחיים - בשביל להנות עשו את הדברים לאט. עובדה נוספת לגבי צלולוז קשורה לבגדים. כותנה היא צלולוז, סוג של סוכר. מכיוון שסוכר נמס היטב במים, מים נמסים היטב בצלולוז. למרות שצלולוז מותך לפני שהוא נמס ניתן לרכך אותו עם חום ומים. כאשר מגהצים מכנסי כותנה הקיטור נמס לתוך הצלולוז ומאפשר למולקולות הכותנה להחליק אחת על השניה בקלות (זהו שימון הכותנה) ולפיכך לשנות צורתן. לכן קיטור יעיל כל כך בגיהוץ.


מדוע אש בוערת בצבעים שונים?

תשובה: באופן כללי ככל שהאש חמה יותר הצבע שלה נוטה לכיוון הירוק והכחול. האור העמום שניתן לראות בחדר חשוך מראה על טמפרטורה של בערך 400 מעלות צלסיוס. נר הבוער עם להבה צהובה בוער בטמפ' של 1700 מעלות צלסיוס. נורת ליבון רגילה יכולה להגיע ל 2500 מעלות. השמש בוערת בטמפ' של 5800 מעלות. הצבע הכחול יראה שהאש חמה אפילו יותר מכך, אולם רוב הסיכויים שהאש מראה גוון כחול באופן מלאכותי כתוצאה משריפת חומרים נוספים היוצרים אטומים מעוררים. פליטת קרינה בתחום הניגלה לעין יכולה ליצור צבעים מרהיבים וזאת משום שהאטומים המעוררים אינם פולטים את מלוא הספקטרום של האור. במקום, הם פולטים צבע בודד אחד אשר קשור בטמפרטורה של החומר המעורר. לכן אם נשרוף נחושת נראה אור כחול ירוק למרות שהבעירה לא מתרחשת בטמפ' קיצונית. הטמפ' של הבעירה תהיה צפויה לפלוט אור אדום כתמתם, אבל אטומי הנחושת לא מסוגלים לפלוט בתדירויות אלו.
באופן כללי יותר, כאשר אלקטרון "קופץ" ממסלול למסלול הפרש האנרגיות נישא, או מסופק, על ידי מנת אנרגיה (פוטון) ששווה להפרש האנרגיות בין המסלולים. המסלולים המותרים תלויים בערכים ספורים של תנע זוויתי על-פי הנוסחה:כאשר n הוא מספר טבעי כלשהו המייצג את מספר המסלול ו-h הוא קבוע פלאנק.

?איך יודעים את מבנה כדור הארץ

איך יודעים את מבנה כדור הארץ?

תשובה: למרות שצפיה ישירה אל תוך כדור הארץ אינה אפשרית (החור העמוק ביותר בכדור שנקדח היה בעומק של 12 ק"מ בלבד) המדענים למדו הרבה ע"י ניתוח התפשטות גלי רעש הנוצרים ברעידות אדמה. היום קיימת רשת תחנות סייסמולוגיות ברחבי העולם והאוקיינוסים. הנתונים שנאספים באמצעות מכשירים מיוחדים מאפשרים להשוות ולנתח את הקשר שבין רעידות אדמה ורישומיה שבתחנות השונות. מודדים זמני הגעה של גלי גזירה S וגלי לחץ P שמהירותם Vp, Vs בהתאמה ידועה, ומחשבים את המרחקים (X) על פי משוואת הקשר זמן-דרך-מהירות .הפרש זמני ההגעה לתחנת המדידה: X/Vs-X/Vp =ts-tp. גלי דחיסה דומים לגלים שנוצרים כאשר נותנים מכה לצד אחד של קפיץ המונח אופקית. הם המהירים ביותר מהגלים הסייסמיים, והיחידים שמתפשטים דרך נוזל. גלי גזירה הם גלים רוחביים. החומר זז בכיוון ניצב להתפשטות הגל , למעלה ולמטה. מהירות ההתפשטות תלויה בצפיפות של החומר דרכם הם עוברים (המהירות עולה עם הצפיפות). במעבר לחומר אחר הם סוטים מדרכם המקורית (בדומה לאור החודר למים). ניתוח סוגים שונים של גלי רעש גילה איזור בעומק של 14.4 ק"מ עד 48 ק"מ שבו הגלים מואטים בפתאומיות. איזור זה עושה חלוקה בין המעטפת והקרום. ההוכחה לקיומה של ליבה נוזלית (מלבד קיום שדה אלקטרומגנטי חזק וטמפ' גבוהה בהרבה מאשר השמש מקיימת לבד) נובעת מהעובדה שבעת רעידת אדמה ישנם איזורים על פני כדור הארץ בהם לא נמדדים איזורי גלי גזירה ודחיסה. אילו הכדור היה מוצק גלים אלו היו מגיעים לכל מקום באופן שווה פחות או יותר.