החוברת · דף לימוד
בחירת חומרים בהנדסה וטכנולוגיה
מדעים · כיתה ז׳ · פרק 1: עולם החומר
איך מהנדסים בוחרים את החומר הנכון לכל מוצר? נגלה את העקרונות והשיקולים!
מדע בסיפור
הסיפור על שלושת החזירונים והזאב הוא יותר מסתם אגדה-הוא שיעור בהנדסה! כל חזיר בחר חומר אחר לבניית הבית שלו, וההחלטה הזו קבעה את גורלו.
נלמד כיצד תכונות החומר קובעות את התאמתו לשימושים שונים, ומדוע בחירה נכונה של חומרים היא המפתח לבניית מבנים בטוחים ויציבים.
בית הקש
בית העץ
בית הלבנים
הלקח ההנדסי
תהליך התיכון ההנדסי (Engineering Design Process) מחייב אופטימיזציה בבחירת חומרים, המבוססת על התאמה מוחלטת בין תכונותיו הפיזיקליות והכימיות של החומר לבין דרישות התפעול של המוצר (חוזק מכני, עמידות איכותית לתנאי סביבה, אילוצי משקל ועלות).
בואו נלמד אילו שיקולים מנחים מהנדסים בבחירת חומרים.
עקרונות בחירת חומרים
השיקולים המרכזיים
חוזק ועמידות
האם החומר יעמוד בכוחות שיפעלו עליו? לחץ, משיכה, כיפוף?
משקל
האם חשוב שהמוצר יהיה קל? (למשל במטוסים או במכשירים ניידים)
עמידות לתנאים
האם החומר יעמוד בחום, קור, לחות, קרינה, או חומרים כימיים?
מחיר
מה עלות החומר? האם יש חלופה זולה יותר עם תכונות דומות?
זמינות
האם קל להשיג את החומר? האם הוא נדיר או שכיח?
השפעה סביבתית
האם החומר ניתן למיחזור? מה ההשפעה של הייצור על הסביבה?
דוגמה 1: בניית גשר
פלדה
בטון מזוין
אלומיניום

דוגמה 2: טלפון נייד
המסך
מעגלים חשמליים
גוף המכשיר
הסוללה
דוגמה 3: בידוד חשמלי
מבנה כבל חשמלי
הליבה - נחושת
נחושת היא מוליכת החשמל הטובה ביותר (אחרי כסף). היא גמישה ולא נשברת כשמכופפים את הכבל.
מוליכות מצוינת, גמישות, עלות סבירה
המעטפת - פלסטיק/גומי
פלסטיק או גומי הם מבודדי חשמל מצוינים. הם מונעים מהזרם "לברוח" החוצה ולפגוע בנו.
בידוד מושלם, גמישות, עמידות לתנאי סביבה
השילוב המושלם: ליבה מוליכה להעברת הזרם, מעטפת מבודדת לבטיחות!
פעילות: תכננו גשר!
חומרים אפשריים
- קשיות שתייה
- קיסמים
- קרטון
- חוטים או גומיות
- דבק או סרט דביק
המשימה
- תכננו גשר באורך 30 ס"מ לפחות
- הגשר חייב לעמוד על שני קצוות
- נסו להניח משקל (מחק, טלפון) על הגשר
- תעדו: כמה משקל הגשר החזיק?
סיכום: התאמת חומרים לשימושים
| שימוש | חומר מומלץ | הסיבה העיקרית |
|---|---|---|
| שלד גשר | פלדה / בטון מזוין | חוזק ועמידות לעומסים |
| מסך טלפון | זכוכית מחוסמת | שקיפות + עמידות לשריטות |
| מעגל חשמלי | נחושת / זהב | מוליכות חשמלית מצוינת |
| בידוד כבלים | פלסטיק / גומי | בידוד חשמלי + גמישות |
| גוף מטוס | אלומיניום / סיבי פחמן | חוזק + משקל נמוך |
| חלון | זכוכית | שקיפות |
| סיר בישול | אלומיניום / פלדת אל-חלד | מוליכות חום |
מדוע לא בונים בתים מזהב, למרות שהוא חזק וקשה?