פיזיקה · כיתה י · שיעור 1 מתוך 2

מבוא למעבדה

איך מתכננים ניסוי: מה משנים, מה מודדים, מה שומרים קבוע — ואיך מוציאים מהמדידות תוצאה

משתנה תלוי ובלתי תלוי בידוד משתנים חזרה על ניסוי מהירות רגעית

ניווט: ← / רווח קדימה · → אחורה · N הערות למורה · F מסך מלא

שיעור 1 · ניסוי הרכבת
הניסוי שילווה אותנו

רכבת נוסעת. מה רוצים לדעת?

t = s
x = m

שאלות לכיתה

1איזה נתון רוצים לחלץ מהניסוי?

2אילו גדלים צריך למדוד בשבילו?

3איך אפשר למדוד אותם בפועל?

לחלץ: המהירות v = Δx / Δt — ואם היא קבועה.
למדוד: מיקום x ברגעים t שונים.
איך: לצלם וידאו של הרכבת ולקרוא ממנו מיקום וזמן (השקפים הבאים).
שיעור 1 · משתנים
מושג יסוד

משתנה בלתי תלוי ומשתנה תלוי

בלתי תלוי

מה שאנחנו קובעים או משנים בניסוי. (בגרף: ציר x.)

תלוי

מה שמודדים, והוא משתנה בעקבות הבלתי תלוי. (בגרף: ציר y.)

ברכבת: מה המשתנה התלוי?

נותנים לצמחים כמות אור שונה ומודדים גובה. מה בלתי תלוי?

משנים זווית של מדרון ומודדים זמן ירידה. מה תלוי?

שואלים: מה אני משנה? מה אני מודד בתגובה?
שיעור 1 · בידוד משתנים
מדוע משנים רק דבר אחד?

בידוד משתנים: משווים שני ניסויים

שאלת המחקר: האם זווית המסילה משפיעה על זמן הירידה של עגלה?
בניסוי 2 שינינו את מה שמסומן — לחצו כדי לשנות:

זווית המסילה
מסת העגלה
אורך המסילה
זמן ירידה, ניסוי 1: 2.0 s
זמן ירידה, ניסוי 2: s
כדי לדעת מה גרם לשינוי — משנים משתנה אחד ושומרים את כל השאר קבועים.
שיעור 1 · תכנון
איך בוחרים מה לבודד?

מהשאלה אל המשתנים

דוגמה 1: הרכבת

השאלה: האם הרכבת נוסעת במהירות קבועה?

בלתי תלוי: הזמן.
תלוי: המיקום.
קבועים: אותה רכבת, אותו מסלול, מצלמה במקום קבוע, אותה שיטת קריאה.

דוגמה 2: כדור נופל

השאלה: האם מסת הכדור משפיעה על תאוצת הנפילה?

בלתי תלוי: המסה.
תלוי: התאוצה.
קבועים: גובה הנפילה, צורת הכדור והחומר, המצלמה.

שלושה צעדים

1הבלתי תלוי = מה שהשאלה שואלת עליו ("האם X משפיע?").
2התלוי = מה שנמדוד כדי לראות אם השתנה.
3הקבועים = כל דבר אחר שעלול להשפיע על התלוי. חושבים עליהם לפני הניסוי.
שיעור 1 · מחלצים תוצאה
מהמדידות לתשובה

טבלה ← גרף ← שיפוע

תלוי (מיקום) מול בלתי תלוי (זמן). כל נקודה היא מדידה.

שיפוע חיתוך
שיפוע = m/s
שיפוע הישר = המהירות. ישר = מהירות קבועה. עקומה = המהירות משתנה.
שיעור 1 · חזרה על ניסוי
„מדדתי כמה פעמים ויצא כל פעם משהו אחר"

חזרה על הניסוי היא הכרחית

מודדים בשעון עצר את אותו אירוע שוב ושוב.

מספר מדידות:
ממוצע: s
פיזור (חצי הטווח): s
ממוצע = הערך הטוב ביותר.
פיזור = כמה אפשר לסמוך עליו.
שיעור 1 · מדידה בווידאו
איך מודדים את הרכבת בפועל

מצלמים, ואז קוראים פריים אחר פריים

קצב צילום:
פריים מספר
זמן: t = n / קצב = s
מקום בתמונה: px
הזמן בא ממספר הפריים. המקום בא מהתמונה — אבל בפיקסלים, ולא במטרים. איך עוברים למטרים? ← כיול.
שיעור 1 · כיול
מפיקסלים למטרים

כיול: צריך אורך ידוע בתמונה

קרון ייחוס שאורכו הידוע 20 m נראה בתמונה כך:

אורך הקרון (px) הרכבת עברה (px)
קנה מידה: px/m
מרחק: m
שיעור 1 · מגבלות
מה יכול להשתבש בצילום?

מגבלות המדידה בווידאו

📷 המצלמה לא ניצבת למסלול

המרחקים בתמונה מעוותים. מציבים את המצלמה ישר מול התנועה.

📏 עצם הייחוס רחוק או קרוב מדי

קנה המידה שגוי. הייחוס באותו מרחק כמו התנועה.

🎞️ מעט פריימים לשנייה

מעט נקודות ופער גדול בין מדידות. מצלמים בקצב גבוה יותר.

💨 תנועה מהירה ומריחה

לא ברור איפה הגוף. מקצרים זמן חשיפה, מוסיפים אור.

🖱️ סימון לא מדויק של הגוף

כל סימון קצת שונה. תמיד מסמנים את אותה נקודה (למשל מרכז).

✋ המצלמה זזה בזמן הצילום

כל התמונה זזה. מקבעים את המצלמה על חצובה.
רוב הבעיות נפתרות בתכנון של הניסוי — לפני שלוחצים על "הקלטה".
שיעור 1 · מהירות רגעית
איך מוציאים מהירות מטבלה?

מהירות רגעית: נקודה לפני ונקודה אחרי

t (s)y (m)v ≈ (m/s)
v ≈ ΔyΔt = m/s
שיעור 1 · מהירות רגעית
נתונים אמיתיים יש בהם רעש · עגלה מואצת

כמה רחוק לוקחים את הנקודות?

t (s)x (m)v ≈ (m/s)
המרחק מהשורה:
v ≈ ΔxΔt = m/s
שיעור 1 · כרטיס יציאה
לפני שיוצאים…

כרטיס יציאה

בודקים אם גובה הנפילה משפיע על זמן הנפילה. מה הבלתי תלוי?

למה משנים רק משתנה אחד בכל פעם?

מהירות רגעית בנקודה מחשבים מ…

מדדת פעם אחת ויצא 3.4 s. למה זה לא מספיק?

שיעור 2 · חזרה
שיעור 2 מתוך 2

חזרה קצרה לפני שנכנסים למעבדה

ברכבת, אחרי הצילום: מה התלוי ומה הבלתי תלוי?

מה זה "בידוד משתנים"?

בווידאו של 20 פריימים לשנייה: מה הזמן של פריים 10?

איך מחשבים מהירות רגעית בפריים 7?

היום אתם המעבדה: ניסוי נפילת כדור — מכיילים, קוראים מהסרטון, מחשבים מהירויות ומחלצים את g.

מעבדה וירטואלית: נפילת כדור

פריים

שלב 1: תכנון הניסוי

צילמנו כדור שנופל ליד מקל מטר, ב-25 פריימים לשנייה. המטרה: לחלץ את תאוצת הנפילה מתוך הסרטון.

מה המשתנה הבלתי תלוי?

ומה המשתנה התלוי?

מה צריך להישאר קבוע?

שלב 2: כיול

המקל באורך 1.00 m. לחצו על הקצה העליון ואז על הקצה התחתון של המקל בתמונה.

קליקים: 0 מתוך 2
קנה מידה: — px/m

למה המקל חייב להיות באותו מרחק מהמצלמה כמו הכדור?

שלב 3: קריאת הסרטון

לחצו על מרכז הכדור בכל פריים. אחרי כל לחיצה עוברים לפריים הבא.

נקראו 0 מתוך 14

הכדור בפריים מספר 8. מה הזמן (25 פריימים לשנייה)?

שלב 4: מהירות רגעית וגרף

שיפוע: g ≈ — m/s²

איך מחשבים v בפריים 5?

מה מייצג השיפוע בגרף v(t)?

שלב 5: חזרה על הניסוי

הערך שקיבלתם הוא ריצה אחת. הריצו עוד ריצות (המחשב מדמה ריצות חוזרות שבהן סימון הכדור שונה קצת בכל פעם).

נדרשות לפחות 3 ריצות
ערכי g (m/s²):
ממוצע: — · פיזור: — m/s²

בריצה אחת יצא g=9.4 ובאחרת 10.1. מה עושים?

שלב 6: בידוד משתנה — האם המסה משפיעה?

בחרו עצם והריצו 5 ריצות. השוו בין העצמים.

עצםריצותממוצע gפיזור

רוצים לבדוק השפעת מסה. מה משווים?

מה המסקנה מהשוואת שני הכדורים?

סיכום שני השיעורים

מה לקחנו

תכנון ניסוי

  • בלתי תלוי: מה שמשנים · תלוי: מה שמודדים
  • בידוד: משנים דבר אחד, שאר הגורמים קבועים
  • בוחרים משתנים מהשאלה ("האם X משפיע על Y?")
  • חוזרים על הניסוי — מדידה אחת לא מספיקה

מהמדידות לתוצאה

  • וידאו: זמן = מספר פריים ÷ קצב; כיול בעזרת אורך ידוע
  • טבלה ← גרף ← שיפוע
  • מהירות רגעית: נקודה לפני + נקודה אחרי
ניסוי טוב מתחיל בשאלה, ממשיך בבידוד וחזרות, ונגמר בתוצאה שאפשר לסמוך עליה.

הערות למורה (N להסתרה)