החוברת · דף לימוד
מכונות בחיי היומיום
מדעים · כיתה ח׳ · פרק 5: כוחות, תנועה ומכונות פשוטות
המכונות הפשוטות מסביבנו - מהמטבח ועד הגינה
מכונות בכל מקום!
בואו נסתכל סביבנו: מספריים, ידית דלת, מריצת יד, פותחן קופסאות, מגב... כל אחד מהכלים האלה הוא מכונה פשוטה! אחרי שלמדנו על המנוף, המישור המשופע והגלגלת - בואו נזהה אותם בחיי היומיום.
- זיהוי מכונות: נלמד לזהות איזו מכונה פשוטה מסתתרת בכל כלי
- ניתוח יתרון מכני: נבין למה כל כלי מתוכנן בצורה מסוימת
- הערכה טכנולוגית: נעריך את החשיבה ההנדסית מאחורי כלים פשוטים
מספריים
שני מנופים מסוג 1
- סוג: שני מנופים מסוג 1 (נקודת משען באמצע)
- נקודת משען: הברגה שמחברת את שני הלהבים
- מאמץ: הידיים שלוחצות על הטבעות/ידיות
- עומס: החומר הנגזר (נייר, בד, וכו')
MA = מרחק ידיות מהברגה / מרחק להבים מהברגה
• מספרי מטבח: ידיות ארוכות, להבים קצרים ← MA גדול ← כוח גזירה חזק (עוף, עצמות)
• מספרי תפירה: ידיות קצרות, להבים ארוכים ← MA קטן ← דיוק גבוה, גזירה עדינה
• מספרי גינון: ידיות מאוד ארוכות ← MA עצום ← גזירת ענפים עבים
ידית דלת
גלגל וציר
- סוג: גלגל וציר
- הגלגל: הידית החיצונית (או הכפתור העגול)
- הציר: המוט המרכזי שנכנס למנעול
- פעולה: סיבוב הידית ← סיבוב הציר ← פתיחת המנעול
MA = רדיוס ידית / רדיוס ציר
דוגמה: ידית ברדיוס 5 ס"מ, ציר ברדיוס 0.5 ס"מ
MA = 5 / 0.5 = 10
ידית גדולה יותר ← רדיוס גדול יותר ← יתרון מכני גבוה ← קל יותר לפתוח!
נסו לפתוח דלת על ידי סיבוב הציר ישירות (בלי ידית) - כמעט בלתי אפשרי!
• הגה מכונית
• ידית מברג
• ברז מים
• מחדד עיפרון עם ידית סיבוב
מריצת יד
מנוף מסוג 2
- סוג: מנוף מסוג 2 (עומס באמצע)
- נקודת משען: הגלגל/הגלגלים הקדמיים (נוגעים בקרקע)
- עומס: המשא במריצה (אדמה, חול, ארגזים)
- מאמץ: הידיים מושכות למעלה את הידיות
MA = מרחק ידיות מהגלגל / מרחק משא מהגלגל
בדרך כלל MA ≈ 2-3
1. הגלגל נושא חלק מהמשקל
2. המנוף מקל על הרמת החלק שנותר
3. דחיפה קדימה קלה (גלגול במקום הרמה)
התוצאה: אפשר להעביר משקלים של מאות קילוגרמים בקלות!
• מזוודה עם גלגלים (עיקרון זהה)
• עגלת קניות
• עגלת תינוק (בעת הטיה)
אטב כביסה
שני מנופים מסוג 1
- סוג: שני מנופים מסוג 1 (משען באמצע)
- נקודת משען: הקפיץ המחבר את שני החלקים (באמצע)
- מאמץ: האצבעות לוחצות בקצה העליון
- עומס: הקצוות התחתונים שאוחזים את הכביסה
הקפיץ (המשען) נמצא באמצע, בין נקודת הלחיצה (מאמץ) לבין קצוות האחיזה (עומס).
כשלוחצים בקצה העליון ← הקצוות התחתונים נפתחים ← קל להכניס/להוציא בגדים.
כשמשחררים, הקפיץ מחזיר את הקצוות למצב סגור ואוחז בכביסה.
• זוג מלחציים (פלייר)
• מספריים
• נדנדה

עוד כלים - זהו את המכונה!
סטפלר (מהדק ניירות) 📎
מכונה: מנוף מסוג 2
ניתוח:
• משען: ציר אחורי
• עומס: הסיכה שנדחסת לתוך הניירות
• מאמץ: היד לוחצת למטה
יתרון: לחיצה קלה ← כוח דחיסה חזק ← חיבור הניירות
מפצח אגוזים 🥜
מכונה: מנוף מסוג 1 או 2 (תלוי בסוג)
ניתוח (מסוג 2):
• משען: ציר במפרק
• עומס: האגוז באמצע
• מאמץ: הידיות
יתרון: ידיות ארוכות ← MA גדול ← שבירת קליפה קשה
מגב 🧹
מכונה: מנוף מסוג 3
ניתוח:
• משען: יד אחת מחזיקה למעלה
• מאמץ: יד שנייה באמצע
• עומס: ראש המגב למטה
יתרון: תנועה קטנה באמצע ← תנועה רחבה בקצה ← ניקוי שטח גדול
פותחן קופסאות שימורים 🥫
מכונה: שילוב של גלגל-וציר ומנוף!
ניתוח:
• גלגל וציר: הידית מסובבת גלגל שיניים קטן
• מנוף: הלהב חותך את המכסה
יתרון: סיבוב קל ← כוח חיתוך חזק
זוג מלחציים (פלייר) 🔧
מכונה: שני מנופים מסוג 1
ניתוח:
• משען: ברגה במרכז
• מאמץ: ידיות
• עומס: הלסתות
יתרון: ידיות ארוכות ← כוח אחיזה/חיתוך חזק
רמפה לכיסא גלגלים ♿
מכונה: מישור משופע
ניתוח:
• גובה: למשל 1 מטר
• אורך: 10 מטר
• MA = 10/1 = 10
יתרון: במקום הרמה אנכית (קשה מאוד), דחיפה עדינה במעלה רמפה
גלגל הגה במכונית 🚗
מכונה: גלגל וציר
ניתוח:
• גלגל: הגה (רדיוס ~20 ס"מ)
• ציר: מוט ההגה (רדיוס ~2 ס"מ)
• MA ≈ 10
יתרון: סיבוב קל של ההגה ← כוח סיבוב גדול על הגלגלים
וילון עם גלגלת 🪟
מכונה: גלגלת קבועה
ניתוח:
• MA = 1 (אין הגברה)
• אבל משנה כיוון!
יתרון: משיכה למטה (קלה) במקום דחיפה למעלה (קשה)
איך מזהים מכונות בכלים?
1. חפשו תנועה סיבובית
מנוף או גלגל-וציר?
- יש ציר/נקודת משען שסביבה משהו מסתובב?
- אם כן - זה כנראה מנוף או גלגל-וציר
- שאלו: איפה נקודת המשען? איפה המאמץ? איפה העומס?
2. חפשו משטח בזווית
מישור משופע?
- יש משטח שטוח בזווית?
- האם הוא מקל על העלאה/הורדה?
- דוגמאות: רמפה, כביש הרים, סכין (טריז), מברג (מישור משופע מעוקל)
3. חפשו חבל וגלגל
גלגלת?
- יש גלגל שחבל עובר עליו?
- האם החבל זז כשמושכים?
- שאלו: כמה גלגלות יש? האם הן קבועות או נעות?
4. בדקו יתרון מכני
למה הכלי קל לשימוש?
- האם הכלי מקל על העבודה?
- באיזה אופן? כוח? כיוון? מרחק?
- נסו להעריך: MA גדול או קטן מ-1?
בוחרים מברג - יש שניים: אחד עם ידית רחבה ואחד עם ידית צרה. איזה עדיף להברגת בורג קשה?
מספריים הם שילוב של איזו מכונה פשוטה? ואיך זה עוזר לנו לחתוך?