הכוח הצנטריפוגלי


חומר רקע
גוף שנע בתנועה מעגלית במהירות סיבוב מסוימת נוטה להתרחק מציר התנועה. הכוח תלוי במרחק מן הציר, במסת הגוף ובמהירות תנועתו. ככל שמשקל הגוף יהיה יותר גדול הכוח הצנטריפוגלי שיפעל עליו יהיה יותר גדול. ככל שמהירות הסיבוב תגדל יגדל גם הכוח הצנטריפוגלי הופעל על הגוף.

צנטריפוגה - מכשיר להפרדת חומרים באמצעות הכוח הצנטריפוגלי. מורכבת מכלי המכיל את הנוזל שרוצים להפריד, הכלי סובב במהירות גבוהה. לדוגמא: בתעשיית החלב משמשות צנטריפוגות להפרדת החלב ממרכיבים קלים אחרים. ייבוש כביסה במייבש או במכונת הכביסה מבוצע גם הוא בהפרדה צנטריפוגלית, על ידי סיבוב מהיר שבו נזרקות טיפות המים מן הבד לכיוון דופן המכונה המחורר.

פעילות מס' 1 - הכוח הצנטרפוגלי
מטרה -
הדגמות להסבר והמחשת המושג
כלים וחומרים
1. צנצנת פלסטיק שקופה
2. דוקרן או מספריים חדים
3. חוט צמר או כותנה
4. דיו

פעילות
1. קדח בצנצנת שני חורים בסמיכות לשפה (במרחק של כ- 2 ס"מ) החורים יהיו משני צידי הצנצנת זה מול זה (יש להיזהר שלא לשבור את הצנצנת,
    ורצוי להכין מראש ) .
2. השחל שני קצוות חוט באורך של כ- 1 מ' דרך שני החורים. קשור את הקצוות היטב, כך שיווצר מעין דלי קטן
3. מלא את הצנצנת במים עד מפלס של כ- 5 ס"מ מגובה הדופן. טפטף מס' טיפות דיו למים על מנת שצבעם יבלוט
4. סובב את הצנצנת בסיבוב אנכי לקרקע, על ידי אחיזה במרכז החוט והתחלת תנועת מטוטלת גדלה והולכת עד לסיבוב מלא (להיזהר שלא לתת
    לילדים להתקרב יתר על המידה).
5. נבדוק גם מה קורה בסיבוב אופקי המקביל לקרקע
תוצאה ומסקנות

המים לא ישפכו מן הכלי (אם לא נבצע תנועות חדות) בזמן תנועת הסיבוב למרות שפועל עליהם כוח הכבידה - מדוע? הכוח הצנטריפוגלי שנוצר במהלך הסיבוב של הכלי דוחף את המים לכיוון המנוגד למרכז הסיבוב (כף היד המסובבת) כלומר המים נדחפים לכיוון תחתית הכלי ללא קשר למיקום הגרביטציה, והעובדה - המים לא נשפכו !




פעילות מס' 2 - הכוח הצנטריפוגלי והשפעת זורם המתנגד לתנועה
מטרה -
הדגמות להסבר והמחשת המושג
כלים וחומרים

1. ביצה קשה
2. ביצה לא מבושלת
3. שתי כוסות חול
4. התקן מניסוי קודם (מס' 1)

פעילות
1. סובב כל אחת משתי הביצים על משטח אופקי - איזו ביצה תסתובב זמן רב יותר? תן גם לילדים לנסות בעצמם
2. את הצנצנת מן הניסוי הקודם מלא כעט בחול ובצע את אותה תנועה סיבובית . האם אתחול והפסקת התנועה קלים יותר כעת ביחס לצנצנת המלאה
    במים ?
תוצאה ומסקנות
בביצה הלא מבושלת ישנו למעשה נוזל, כמו בצנצנת בניסוי הקודם. בהתחלת הסיבוב המים נעים הכיוון מנוגד לכיוון הסיבוב ויוצרים כוח הפוך לכוח הצנטריפוגלי. לכן ביצה קשה שאין בה נוזל המתנגד לתנועה תסתובב זמן רב יותר וכמו כן דלי מלא בחול קל יותר לסיבוב ועצירה.




פעילות מס' 3 - מה משפיע על הכוח הצנטריפוגלי
מטרה - נראה כיצד משפיעים משקל הגוף, מהירות הסיבוב, והמרחק ממוקד הסיבוב על הכוח הצנטריפוגלי. חומרים וכלים - 1. מספריים 2. לכל ילד נדרש להכין : 3. בקבוק פלסטיק ריק בנפח ½ ליטר 4. חוט צמר או כותנה באורך של כ- 1.5 מ' 5. חרוזי עץ או פלסטיק - רצוי מדלים שונים 6. מספר דסקיות מתכת (שייבה) שישמשו כמשקולת 7. סיכת הידוק ניירות 8. אטב כביסה פעילות 1. לחתוך בזהירות את בקבוק הפלסטיק במרחק של כ- 5 סמ' מתחתית הצוואר כך שתווצר מעין ידית אחיזה 2. השחל קצה החוט דרך הפיה 3. בקצה העליון (הצד החיצוני של צוואר הבקבוק יש לקשור לחוט את החרוז 4. בצד התחתון של החוט) הפונה למה שהיה פנים הבקבוק יש להשחיל את הדסקיות ולקשור את קצה החוט למהדק 5. יש לקבוע את אטב הכביסה על גבי החלק התחתון של החוט כך שהמרחק בין הפיה לחרוז יהיה כ- 1 מ' 6. יש לסובב באופן אופקי המקביל לקרקע את פיה כך שהחרוז יסתובב מעלינו 7. מה קורה כאשר מאיצים ואטים את הסיבוב? מה יקרה אם נקשור חרוז כבד יותר? תוצאה ומסקנות הכוח הצנטריפוגלי מושפע ממהירות הסיבוב וכאשר היא תגדל יגדל גם הוא. נוכל לראות זאת באופן שהחוט הקשור לחרוז ימתח והחרוז יתרחק. כמו כן יקרה כאשר נגדיל את משקל החרוז.