אקדח הגומיות
ניתוח מלא של המרות האנרגיה-מהמתיחה ועד הפגיעה
הכירו את המערכת
שלב 1
מותחים את הגומייה
כימית (שריר) ← אלסטית (גומייה)
שלב 2
מחזיקים מתוח
אנרגיה אלסטית מאוחסנת בגומייה!
שלב 3
משחררים!
אלסטית ← קינטית (הגומייה עפה!)
שלב 4
פגיעה במטרה
קינטית ← קול + חום + תנועה
ניתוח מעמיק
השרטוט האנליטי לתרחיש שיגור אלסטי זה טומן בחובו שרשרת תרמודינמית קלאסית, משלב המרת קלוריות ביולוגיות ועד לחום מבוזבז המתפרק בסביבה:
שלב 1 - מתיחה:
השרירים ביד משתמשים באנרגיה כימית (מהמזון שאכלתם) כדי למתוח את הגומייה. ככל שמותחים יותר-יותר אנרגיה מועברת.
שלב 2 - אחסון:
הגומייה המתוחה מכילה אנרגיה אלסטית. היא "רוצה" לחזור לצורתה המקורית, אבל האצבע מחזיקה אותה.
שלב 3 - שחרור:
ברגע שמשחררים, האנרגיה האלסטית הופכת לאנרגיה קינטית. הגומייה מאיצה ועפה קדימה.
שלב 4 - פגיעה:
כשהגומייה פוגעת במטרה, האנרגיה הקינטית מתפזרת: חלק הופך לקול (הרעש), חלק לחום (הגומייה והמטרה מתחממות קצת), וחלק מזיז את המטרה.
סך האנרגיה נשאר קבוע בכל השלבים-רק הצורה משתנה!
מעקב אנרגיה
| שלב | סוג אנרגיה | איפה היא נמצאת? |
|---|---|---|
| לפני המתיחה | כימית | בשרירי היד (מהמזון) |
| במהלך מתיחה | כימית ← אלסטית | עוברת מהיד לגומייה |
| גומייה מתוחה | אלסטית | מאוחסנת בגומייה |
| טיסה באוויר | קינטית | בתנועת הגומייה |
| פגיעה במטרה | קול + חום + תנועה | מתפזרת לסביבה |
עובי הגומייה
גומייה עבה יותר = יותר אנרגיה אלסטית = יריה חזקה יותר
גומייה עבה קשה יותר למתיחה-אבל מאחסנת יותר אנרגיה!
מרחק המתיחה
מתיחה רחוקה יותר = יותר אנרגיה אלסטית = מהירות גבוהה יותר
יש גבול! אם מותחים יותר מדי-הגומייה נקרעת.
השוואה לנשק עתיק
קשת וחץ
• מותחים את המיתר
• אנרגיה אלסטית נאגרת
• משחררים-החץ עף!
• אותו עיקרון כמו אקדח גומיות
קטפולטה
• דוחסים קפיץ או מותחים חבל
• אנרגיה אלסטית נאגרת
• משחררים-אבן עפה!
• שימש במצורים על מבצרים
האנושות השתמשה באנרגיה אלסטית אלפי שנים!
ניסוי בבית
נסו לבדוק את העקרונות בעצמכם:
- קחו שתי גומיות-אחת דקה ואחת עבה
- מתחו את שתיהן לאותו מרחק
- שחררו לעבר אותה מטרה
- איזו הגיעה רחוק יותר?
- עכשיו נסו עם אותה גומייה-מתיחות שונות!
שאלה לחשיבה
אם נורה גומייה ישר למעלה-מה קורה לאנרגיה שלה בדרך למעלה ובדרך למטה?
במעוף ורטיקלי, האנרגיה הקינטית המתפרצת כולה מוזנת הלוך וחזור. בעלייה היא נאכלת לאיטה לטובת בניית אנרגיה פוטנציאלית, עד שהיא מגיעה ל-100% תפוסה פוטנציאלית בשיא. בצניחה המצב מתהפך שנית. חיכוך אטמוספרי ישסע מעט מהאנרגיה לחום לאורך מעטפת התנועה כולה.
העיקרון של אחסון אנרגיה אלסטית משמש בהרבה מערכות מודרניות:
• בליסטראות לזריקת מטוסים-קפיץ ענק או גומי מאיץ מטוסים מנושאות
• מנגנון נעילה בדלתות-קפיץ שומר את הבריח במקום
• שעונים מכניים-קפיץ מפותל מספק אנרגיה
• משגרי צעצועים-אותו עיקרון כמו אקדח גומיות!
שאלה לחשיבה
סדר בקצרה את שרשרת סוגי האנרגיה באקדח גומיות: ממתיחה ביד ועד פגיעה במטרה.
שרירים (כימית/ביולוגית) → מתיחת הגומי (אלסטית) → שחרור ותנועת הגומי והמוקש (קינטית) → חום וקול בפגיעה. זו דוגמה להמרות ברצף.