המאמרים והמחוונים

תמליל

1 עמוד 1 מתוך 221

2 רשימת משימות עם "כוכבית", תשס"ט המשימות שסומנו בכוכבית ישמשו לתרגול, מבחנים וכד', כפי שמפורט בחוזר מפמ"ר תשס"ז. מס "ד תחום דעת מדעי החיים 32 ש' פיסיקה 24 ש' כימיה 20 ש' מדעי כדור הארץ והיקום 14 ש' משימות מלאריה חיסון עבר הווה עתיד סיגריות קלות שונית אלמוגים החיים בבריכת הדגים להשיב את המים תנשמות נגד מכרסמים מפנה צפוני מפנה דרומי החופרים צמאים למים קדחת אביבית** קומפוסט צמחים נגד פטריות כל מיני כרובים מלפפונים כבושים** צריכת חשמל ארובות שרב הסגווי מטוס כוחות ומנופים הצנחן מוביל השלום סלינקי אולימפיאדה על הירח עונות שנה סיוע אווירי** קרח יבש פולרן אסון הברום הגז CO 2 כלור, מלח בישול... אמוניה** מים "לא נורמאליים" מגדל השמש המצאה מדליקה** מצוק כורכר האם מי השתייה נקיים מסע במערכת השמש השבר הסורי הרי געש נפט: צרכנים, יצרנים עמוד 2 מתוך 221

3 אולימפיאדה על הירח "עד שנת 2020 נחזור לירח, שם יוצב בסיס קבוע לקראת נחיתה אנושית על מאדים ומעבר לו". כך הכריז נשיא ארה"ב, ג'ורג' בוש, בחודש ינואר מדובר בתוכנית אמריקנית חדשה לשיגור אדם לירח, כחלק מסדרת פרויקטים חדשים לחקר החלל. בהנחה שטיסה לירח תהפוך לדבר שבשגרה, קיימת כבר תכנית עתידית להקמת התיישבות על הירח. במציאות כזו, נוכל לדמיין כיצד כבר במאה הנוכחית יוכרז על קיום משחקים אולימפים פלנטאריים על פני הירח. כיצד תראה אולימפיאדה כזו? אילו ענפי ספורט תכלול ומה ההבדלים בין תחרות על פני הירח לבין תחרות על פני כדור הארץ? כדי לענות על שאלות אלה יש להתחשב בהבדלים בין הירח לבין כדור הארץ: מסה תאוצת כבידה אטמוספרה הרכב פני השטח טווח טמפרטורות )במעלות צלזיוס( אורך היממה מסת הירח קטנה פי 100 ממסת כדור הארץ תאוצת הכבידה על הירח קטנה פי 6 לעומת כדור הארץ לירח אין אטמוספרה, בניגוד לכדור הארץ פני הירח מורכבים מסלעים, בדומה לכדור הארץ על פני הירח הטמפרטורות ביום מגיעות ל- ( 200) ובלילה ל-( 200 ) על פני כדור הארץ הטמפרטורות הגבוהות ביותר )בקו המשווה( הן (40+) והנמוכות ביותר )בקטבים( הן (40-) יממה של הירח נמשכת 29 יממות של כדור הארץ טבלה: נתונים המשווים בין כדור הארץ לבין הירח שאלה 1 הסבירו את הקשר בין הערכים הנמוכים יחסית של מסת הירח ותאוצת הכבידה על פניו, לבין היעדר האטמוספרה על פניו. עמוד 3 מתוך 221

4 שאלה 2 מהירות הבריחה מכוכב לכת או מירח מוגדרת כמהירות הקטנה ביותר הדרושה כדי להימלט מהשפעת כוח הכבידה שלו ולצאת לחלל. מהירות הבריחה מהירח א. קטנה יותר ממהירות הבריחה מכדור הארץ. ב. זהה למהירות הבריחה מכדור הארץ. ג. גדולה יותר ממהירות הבריחה מכדור הארץ. ד. משתנה בהתאם למחזור הגאות והשפל. שאלה 3 היעדר אטמוספרה על הירח מציב בפני האדם סיכונים רבים, שאינם קיימים על כדור הארץ. איזה מהסיכונים הבאים אינו נובע מהיעדר אטמוספרה: חוסר יכולת לנשום ללא חליפת חלל. א. חוסר יציבות בתנועת האסטרונאוטים על פני השטח. ב. קרינת שמש מסוכנת לאדם מגיעה אל פני השטח. ג. הבדלי טמפרטורות גדולים בין היום והלילה. ד. סכנה של פגיעת מטאוריטים. ה. שאלה 4 בשל היעדר האטמוספרה, התיישבות ממושכת על הירח תתקיים ככל הנראה בתוך כיפה ענקית סגורה, שבתוכה אוויר הזהה בהרכבו לאוויר של כדור הארץ ותנאי טמפרטורה נוחים. מתכנני האולימפיאדה מתלבטים האם כדאי לערוך את האולימפיאדה בתוך הכיפה או מחוץ לה. סמנו לגבי כל אחד מההיגדים בטבלה האם הוא נכון או לא נכון. עמוד 4 מתוך 221

5 2. מחוץ לכיפה כן/לא כן/לא כן/לא כן/לא 1. בתוך כיפה כן/לא כן/לא כן/לא כן/לא היגד א. כל המתחרים והצופים באולימפיאדה יצטרכו ללבוש חליפות חלל. ב. ניתן לקיים תחרות שחייה. ג. השוער במגרש הכדורגל יוכל לזנק גבוה יותר מאשר על פני כדור הארץ. ד. המתחרים ישמעו את קריאות העידוד של הקהל. שאלה 5 אחת התחרויות המתוכננות להתקיים באולימפיאדה )בתוך הכיפה( היא משחק כדורסל. על פני כדור הארץ אורך מגרש הכדור-סל נקבע לפי יכולתם של השחקנים לזרוק את הכדור מצד אחד שלו לצדו האחר. גובה הסל נקבע כך שקשה יהיה להגיע אליו בקפיצה. האם תמליצו לשנות את אורך המגרש וגובה הסל על הירח? הסבירו )הניחו כי מסת הכדור אינה משתנה(. עמוד 5 מתוך 221

6 מחוון למשימה אולימפיאדה על הירח הנושאים בתוכנית הלימודים: כוחות בדגש כבידה הקשר המשימה: חקר החלל המקור: מקור לדברי בוש מקור לשאלה 4 מכדור הארץ לירח, מטמו"ן, המחלקה להוראת המדעים, מכון ויצמן. שאלה 1 מטרת השאלה: ידע של מדע קשר בין אטמוספרה לבין כוח כבידה ומסה ניקוד מלא )100%(: מסת הירח קטנה מזו של כדור הארץ, ולכן תאוצת הכבידה שלו קטנה פי 6, ואינה מספיקה כדי להחזיק גז כלשהו על פני השטח )מהירות הבריחה קטנה לעומת כדור הארץ(. ללא ניקוד: תשובה אחרת, או לא ענו. שאלה 2 מטרת השאלה: יכולות הסקת מסקנות ניקוד מלא )100%(: א ללא ניקוד: תשובה אחרת, או לא ענו. שאלה 3 מטרת השאלה: ידע של מדע תכונות האטמוספרה ניקוד מלא )100%(: ב ללא ניקוד:תשובה אחרת, או לא ענו. שאלה 4 מטרת השאלה: ידע של מדע השפעת התנאים בירח על תופעות ותהליכים יכולות יישום ידע של מדע ניקוד מלא )100%(: היגד א. כל המתחרים והצופים באולימפיאדה יצטרכו ללבוש חליפות חלל. ב. ניתן לקיים תחרות שחייה. בתוך כיפה לא כן מחוץ לכיפה כן לא ג. השוער במגרש הכדורגל יוכל לזנק גבוה יותר מאשר על פני כדור הארץ. כן כן לא כן ד. המתחרים ישמעו את קריאות העידוד של הקהל. ניקוד חלקי )12.5%(: לכל תשובה נכונה. ללא ניקוד: כל התשובות אינן נכונות, או לא ענו. שאלה 5 מטרת השאלה: יכולות הסבר מבוסס על ראיות מדעיות ניקוד מלא )100%(: יש לשנות את אורך המגרש וגובה הסל, משום שכוח הכבידה בירח קטן יותר מאשר בכדור הארץ ולכן השחקנים יקפצו גבוה יותר ולמרחק רב יותר, ויזרקו את הכדור רחוק יותר על פני הירח. ללא ניקוד: תשובה אחרת, או לא ענו. עמוד 6 מתוך 221

7 ארובות שרב "ארובות שרב" או "מגדלי רוח במדבר" הוא שם של מערכת טכנולוגית שהדגם שלה פותח על ידי צוות בראשות פרופסור דן זסלבסקי מהטכניון בחיפה. המערכת מנצלת אנרגיה של תנועת רוח לקבלת אנרגיה חשמלית. תנועת הרוח נוצרת באופן מלאכותי בתוך מבנה סגור דמוי ארובה. הרעיון אינו חדש, והוצע על ידי פיזיקאי בשם פיליפ קרסון במאמר שפורסם בשנת כבר בשנת 1976 רשמה חברת לוקהיד בארה"ב פטנט לבניית מתקן המייצר רוח מלאכותית. המערכת שהוצעה כוללת מגדל ענק בצורת צינור אנכי )ארובה שפתוחה בחלקה העליון( בגובה של יותר מקילומטר )!(, וברוחב של מאות מטרים )ראו איורים(. א. איור המתאר את מתקן "ארובות השרב" ב. חתך המראה את מבנה המתקן ופעולתו עמוד 7 מתוך 221

8 פעולת המערכת מבוססת על ניצול אוויר יבש וחם במדבריות ולא על ניצול קרינה ישירה של השמש. בפתח שבראש המגדל מרססים מי ים אל תוך האוויר החם. חלק מהמים קולטים חום מהאוויר ומתאדים, וכתוצאה מכך האוויר מתקרר, צפיפותו גדלה והוא נע כלפי מטה. הרוח שנוצרת יכולה להגיע למהירויות של 80 קילומטרים בשעה. האוויר הקר יוצא מתחתית המגדל דרך פתחים מיוחדים, לטורבינות, המניעות גנרטורים לייצור אנרגיה חשמלית. ניתן לשלב בפרויקט של "ארובות השרב" מתקן התפלה למי ים, ובכך לנצל את המערכת גם לאספקת אנרגיה וגם לאספקת מים שפירים. בחלק המתקן המתוכנן להתפלת מים ינוצלו כ- 15% מהאנרגיה החשמלית שמייצרת מערכת "ארובת השרב", ותופק כמות מים השווה לכמחצית מכמות המים המועברים במוביל הארצי. שאלה 1 בטבלה שלפניכם מופיעים שלבי התהליכים המתרחשים במערכת "ארובות השרב". עליכם לרשום את המרות )גלגולי( האנרגיה המתאימות בטבלה. המרות האנרגיה שלבי התהליך מים מועלים במשאבות למרומי הארובה. קרינת השמש היא הגורם )הלא ישיר( להתחממות האוויר. האוויר מחמם את המים ומתקרר. האוויר נע כלפי מטה ומהירותו גדלה. האוויר היוצא מתחתית המגדל גורם לסיבוב טורבינות. הטורבינות מסובבות גנרטורים. הגנרטורים מפיקים אנרגיה חשמלית. עמוד 8 מתוך 221

9 שאלה 2 האיור הבא מתאר את התפלגות האנרגיה במערכת "ארובות השרב". סמנו את המשפטים הנכונים מתוך המשפטים הבאים: להפעלת המערכת משתמשים ביותר מ- 33% מהאנרגיה שהיא מפיקה. א. נצילות מערכת "ארובות השרב" קרובה ל- 100%. ב. ג. אחוז האנרגיה שניתנת להמרה לאנרגיה חשמלית לשימוש צרכנים אחרים הוא.45% נצילות מערכת "ארובות השרב" כמערכת המספקת אנרגיה לצרכנים אחרים קטנה ד. מ- 50%. 3 שאלה מדוע, על פני כדור הארץ, אוויר חם יותר מסביבתו נע כלפי מעלה, ואוויר קר יותר מסביבתו נע כלפי מטה? שאלה 4 המערכת המוצעת בפרוייקט "ארובות דומה סמנו אלו מבין המשפטים מתארים במה השרב" למערכת להפקת אנרגיה חשמלית המשתמשת בטורבינות רוח המוצבות בשטח פתוח. בשתיהן האנרגיה להפעלת המערכת מקורה בתנועת אוויר. א. ב. בשתיהן תנועת רוח בקו ישר במאונך לכנפי הטורבינה מומרת לתנועה סיבובית בטורבינה. בשתיהן הרוח נוצרת כתוצאה מתנאי השטח הטבעיים. ג. בשתיהן הטורבינה מסובבת גנרטור המפיק אנרגיה חשמלית. ד. עמוד 9 מתוך 221

10 ה. שאלה 5 ב. בשתיהן נדרשת לפעולת המתקן רוח חמה המצויה באזור מדברי בלבד. חוקרי הטכניון בישראל מציעים להקים מערכת מסוג עמוד 10 מתוך 221 "ארובות השרב" )כ- בערבה 40 קילומטרים מצפון לאילת(. טענתם היא שהמערכת יכולה לתרום לפיתוח האזור. כדי להפעיל את המערכת יועברו מים בתעלה מים סוף למערכת ויועלו לראש המגדל באמצעות משאבות. ההיגדים שבטבלה מתארים שיקולים שונים )כלכלי, סביבתי, מדעי טכנולוגי, אסטטי( לגבי כדאיות הקמת המגדל. סמנו בטבלה לאלו שיקולים מתייחס כל היגד. היגדים א. המערכת יכולה לפעול 24 שעות ביממה, ולייצר חשמל ומים לתושבים באזורי מדבר. כושר ייצור החשמל המתוכנן של המערכת הוא כ- 15% מצריכת החשמל השנתית של מדינת ישראל. ג. אם משתמשים במערכת גם להתפלת מים, נוצרות בתהליך כמויות מלח גדולות מאוד. ד. הפעלת המערכת משפיעה על הרוחות בסביבתו, ועלולה לשנות את תנאי מזג האוויר, )עקב הכמויות הגדולות של אוויר המעורבות בתהליך(. ה. הציפורים הנודדות בין אירופה לאפריקה עוברות מעל הערבה ועלולות להישאב פנימה עם האוויר החם. ו. המגדל יהווה אטרקציה תיירותית. שאלה 6 גובהו של המגדל המוצע הוא מעל קילומטר, ומסתו כלכלי סביבתי מדעי טכנולוגי אסתטי כ 330,000 טונות. יש לשים לב שכיום לא קיים מתקן מלאכותי בגובה דומה לזה בעולם )המגדל הגבוה ביותר מעשה ידי אדם גובהו בערך 500 מטרים(. רמי טוען שניתן להגדיל באותו יחס מטרים, ולבנות מגדל בגובה של יותר מקילומטר. את כל אחד מהממדים של דגם המערכת, שגובהו 2 מירב טוענת שרמי אינו צודק מכיוון שכאשר ממד אורך גדל פי 2, שטח החתך גדל לפי ריבוע )חזקה שנייה( של ממד האורך, אך המשקל )והנפח( גדלים לפי חזקה שלישית של ממד האורך. כתוצאה מכך, המגדל יקרוס עקב משקלו. אם רוצים לבנות מגדל בממדים הגדולים, יש צורך בתכנון מהבסיס, ללא הסתמכות על ממדי הדגם.

11 מי מהם צודק לדעתכם? הסבירו. שאלה 7 האם לדעתך כדאי להשקיע משאבים בהקמת "ארובות שרב" בנגב? הסבר/הסבירי. עמוד 11 מתוך 221

12 מחוון למשימה ארובות שרב הנושאים בתכנית הלימודים: אנרגיה ואינטראקציה סוגי אנרגיה והמרה. ההקשר: משאבי- טבע בהיבט חברתי וסביבתי. המקור: אתר הטכניון : שאלה 1 מטרת השאלה: ידע של מדע סוגי אנרגיה והמרות אנרגיה יכולות בדיקת יכולת יישום של ידע מדעי. ניקוד מלא )100%(: טבלה מלאה במתכונת: המרות האנרגיה שלבי התהליך אנרגיה חשמלית מומרת לאנרגיה פוטנציאלית למרומי במשאבות מועלים מים כובדית )אנרגיית גובה(. הארובה. קרינת השמש נבלעת, וכתוצאה מכך האוויר מתחמם. קרינת השמש היא הגורם )הלא ישיר( להתחממות האוויר. אנרגיית חום עוברת מהאוויר לתרסיס המים. האוויר מחמם את המים ומתקרר. אנרגיה פוטנציאלית כובדית מומרת לאנרגיית תנועה )קינטית(. האוויר נע כלפי מטה ומגדיל את מהירותו. אנרגיית תנועה של האוויר )קווית( מומרת לאנרגיית תנועה של הטורבינה )סיבובית(. האוויר היוצא מתחתית המגדל גורם לסיבוב טורבינות. אנרגיית תנועה )סיבובית( של הטורבינה הטורבינות מסובבות גנרטורים. מומרת לאנרגיית תנועה )סיבובית( של הגנרטור. אנרגיית תנועה בגנרטור מומרת לאנרגיה הגנרטורים מפיקים חשמל. חשמלית. שימו לב: הצורך באוויר חם ויבש הוא כדי שהסביבה תהיה שונה מהאוויר המתקרר בראש המגדל. ניקוד חלקי: 15% על כל המרה נכונה. ללא ניקוד: תשובה אחרת, או לא ענו. עמוד 12 מתוך 221

13 שאלה 2 מטרת השאלה: ידע של מדע נצילות וחישוב כמויות אנרגיה יכולות קריאת מידע מתרשים ניקוד מלא )100%(: סעיפים א' ג' ד' נכונים. סעיף א' להפעלת המערכת משתמשים לשאיבה ב- 33%, ועוד מאבדים אנרגיה שאינה ניתנת לניצול בכמות של 22% ולכן יש צורך ביותר מ- 33% להפעלת המערכת. סעיף ג' 45% היא כמות האנרגיה שניתנת לניצול על ידי צרכנים אחרים. סעיף ד' מכיוון שרק 45% מהאנרגיה ניתנת לניצול על ידי צרכנים אחרים, הרי שנצילות המערכת קטנה מ 50%. ניקוד חלקי: )33%( על כל תשובה נכונה שסומנה. ללא ניקוד: סומנו תשובות לא נכונות, או לא ענו. שאלה 3 מטרת השאלה: ידע של מדע צפיפות, כוח כבידה, מסה. יכולות בדיקת יכולת ליישם ידע של מדע ולפרש תופעה. ניקוד מלא )100%(: הסבר שמתייחס לשינויים בצפיפות יקבל ניקוד מלא. להלן הסבר מלא לשימוש המורה: על האוויר פועל כוח הכבידה של כדור הארץ. כאשר האוויר מתחמם, המולקולות שלו נעות מהר יותר, ובממוצע נמצאות רחוק יותר אחת מהשנייה. כתוצאה מכך, צפיפותו קטנה יותר, ולכן הכוח המופעל על ידי כדור הארץ על יחידת נפח של האוויר קטן יותר, והאוויר עולה למעלה. לעומת זאת, אוויר קר, בו המולקולות קרובות יותר בממוצע אחת לשנייה, צפיפותו גדולה יותר, והוא נמשך בכוח גדול יותר לכיוון כדור הארץ. הפרשי הצפיפות מביאים להיווצרות הפרשים בלחץ האוויר בין מקום למקום. הפרשים אלה הם היוצרים את תנועת האוויר שהיא הרוח. הסבר דומה ניתן להסביר באמצעות המושג המשקל הסגולי )משקל של יחידת נפח(. ללא ניקוד: תשובה אחרת או לא ענו. שאלה 4 מטרת השאלה: ידע של מדע טורבינות רוח. יכולות הבנת-הנקרא. הסבר תופעות באופן מדעי ויישום ידע מדעי. עמוד 13 מתוך 221

14 הפקת מידע מאיור. ניקוד מלא )100%(: א' ב' ד'. ניקוד חלקי )33%(: על כל משפט שסומן נכון. ללא ניקוד: סימנו סעיפים לא נכונים, או לא ענו. שאלה 5 מטרת השאלה: יכולות בדיקת יכולת ליישם ידע של המדע ולפרש תופעה. ניקוד מלא )100%(: טבלה נכונה. ניקוד חלקי יחסי בהתאם למספר התשובות הנכונות בטבלה. ללא ניקוד: סומנו תשובות לא נכונות או לא ענו. אסתטי מדעי טכנולוגי סביבתי כלכלי + + א + + ב ג + ד + ה + + ו שאלה 6 ניקוד מלא )100%(: מירב צודקת מכיוון ששינוי ממדים של גוף מסוים באופן פרופורציוני יכולים לגרור שינויים המעוררים בעיות טכנולוגיות חדשות, בעיקר כאשר מדובר בשינויים גדולים )סדרי גודל(. למורה: לדוגמה, אם נגדיל את כל ממדיו של עכביש בפרופורציה פי 100, הרגליים שלו לא יוכלו לתמוך במשקל )למרות שזוהי הפעולה המבוצעת בסרטי המדע הבדיוני(. כדי להחזיק מגדל בממדים המוצעים, יש לתכנן מחדש את כל המבנה, ולא להגדיל את ממדי הדגם בפרופורציה. ניתן להדגים את הבעיה בניסוי עם קובייה מעץ באורך צלע של 10 סנטימטרים, המונחת על 4 עמודים משיפודי עץ בקוטר 2 מילימטר, ואורך 10 סנטימטר. כאשר מגדילים את ממדי הקובייה והעמודים פי 100, אורך צלע הקובייה 10 מטרים, קוטר עמודי העץ 20 סנטימטרים, ואורכם 10 מטרים. ללא ניקוד: בחרו שרמי צודק, או לא ענו. עמוד 14 מתוך 221

15 שאלה 7 מטרת השאלה: לבדוק את עמדות התלמידים לגבי השקעה במחקר ופיתוח בכיוונים חדשניים למציאת מקורות אנרגיה חלופיים. הערה למורה: מעניין אם למרות הקשיים הנראים לעין בפיתוח טכנולוגיות מתקדמות כמו זו המתוארת במגדל ארובות השרב, התלמיד חושב שהנושא חשוב, ויש צורך בהשקעה הנדרשת. ללא ניקוד. עמוד 15 מתוך 221

16 הס גו וי הקורקינט החשמלי החדש הסגווי (segway) הוא קורקינט חשמלי מסוג חדש ומחירו עדיין גבוה לרכישה על- די י ציבור רחב. הוא מסוגל לנוע במהירות מרבית של 20 קמ"ש ומסתו 30 ק"ג. הוא מונע באמצעות סוללות נטענות. המכשיר בנוי מלוח המחובר לשני גלגלים ועליו עומד נוסע המחזיק בידו מוט דמוי כידון של אופניים. כאשר רוצים לשנות את כיוון התנועה, או את גודל מהירותה מטים מעט את הגוף לכיוון המתאים והסגווי מכוון את עצמו. כיצד זה פועל? כאשר אנו מטים את גופנו, חל שינוי במקומו של מרכז הכובד של המערכת )האדם והסגווי(: מידת השינוי במיקומו של מרכז הכובד בכיוון קדימה או אחורה היא הקובעת באיזו מהירות ינוע הסגווי. ככל שהשינוי קדימה גדול יותר, מהירות הסגווי גדולה יותר. כיוון השינוי במיקומו של מרכז הכובד בכיוון ימינה או שמאלה הוא הקובע לאן ינוע הסגווי. שאלה 1 יואב נוסע לאיטו עם הסגווי על המסלול הישר מ- A לעבר E )ראו איור(. בהגיעו ל- אB הו מסתובב ימינה עם המסלול עד ל- C וממשיך ישר עד ל- D, שם הוא מאט את הסגווי עד לעצירה מוחלטת ב- E. E D C B A איור: מסלול הנסיעה של יואב על הסגווי לפניכם טבלה המתארת את קטעי התנועה. ציינו בטבלה לאיזה כיוון יואב צריך להטות את גופו )קדימה אחורה, ימינה או שמאלה(. כיוון הטיית הגוף קטעי התנועה מ- A ל- B מ- B ל- C מ- C ל- D מ- D ל- E עמוד 16 מתוך 221

17 שאלה 2 בסגווי מותקנים חיישנים. החיישנים מודדים את מיקומו של מרכז הכובד של הגוף בקצב של 100 פעמים בשנייה. הנתונים מועברים למחשב הנמצא בתוך הסגווי המעבד אותם ומעביר את המידע למנועי הגלגלים. לכל גלגל יש מנוע נפרד. בעת הפיתוח של הסגווי, התלבטו המפתחים באיזה קצב צריכים למדוד את מקומו של מרכז הכובד של הגוף )קצב דגימה(. כיצד משפיע קצב הדגימה על ביצועי הסגווי? סמנו את האפשרויות המתאימות: א. קצב דגימה איטי יותר היה גורם לסגווי להגיב לאט יותר לרצון הרוכב עליו. ב. קצב דגימה איטי יותר היה גורם לסגווי לנוע במהירויות נמוכות יותר. ג. קצב דגימה מהיר יותר היה גורם לסגווי להגיב ברגישות גבוהה יותר על כל תזוזה. ד. קצב דגימה מהיר יותר היה גורם לסגווי לנוע במהירויות נמוכות יותר. שאלה 3 אפרת גרה במרכז העיר ורוצה להגיע לבית חברתה הגרה במרחק של מספר קילומטרים מביתה. לפניכם טבלה ובה מספר אמצעי תנועה בעיר. האמצעים מסודרים לפי מחיר הנסיעה מהזול ביותר )רגלי( ליקר ביותר )מכונית(. ליד כל אמצעי רשומה מהירותו הממוצעת בקילומטר לשעה )קמ"ש(. אמצעי תנועה רגלי אופניים סגווי אוטובוס מכונית מהירות בקמ"ש דירוג הזמן א. דרגו את זמן התנועה של אפרת בכל אחד מאמצעי התנועה העומדים לרשותה מהזמן הקצר ביותר )1( וכלה בזמן הארוך ביותר )5(. ב. לאיזה מאמצעי התנועה המופיעים בטבלה יש יתרון על הסגווי הן במחיר והן בזמן התנועה? עמוד 17 מתוך 221

18 שאלה 4 בניתוח תנועה של גופים אנו מתעניינים בזמן הנדרש להגיע למהירות מסוימת. אם גוף מגיע למהירות גבוהה בזמן קצר אנו אומרים שהתאוצה )קצב שינוי המהירות( שלו היא גבוהה. לפניכם טבלה הכוללת כמה עובדות על תנועתם של הצ'יטה, הסוס והאדם על הסגווי. הניחו כי כולם מגיעים למהירות המרבית )המקסימלית( תוך אותו מספר שניות ונעים באותם תנאי מסלול. משך הזמן שיכול לנוע במהירות המ רבית מהירות מ רבית בקמ"ש )בקילומטר לשעה( הגוף הנע מספר שניות 100 צ'יטה מספר שעות 40 סוס מספר שעות 20 אדם על גבי סגווי התבססו על הנתונים וענו על השאלות הבאות: א. מי מהגופים הנעים יעבור את המרחק הגדול ביותר בתום שעה? הסבירו. ב. למי מהגופים הנעים התאוצה הנמוכה ביותר? הסבירו. ג. האם ניתן לקבוע מנתונים אלה מהו המרחק המרבי שכל אחד מהגופים הנ"ל יכול לעבור? הסבירו שאלה 5 לפניך שישה היגדים. דרג את מידת הסכמתך לכל אחד מן ההיגדים באופן הבא: 4- מסכים בהחלט 3 מ- סכים 2- מסכים במידה מועטה 1- כלל לא מסכים א. אני מוכן שנוסעי הסגווי יסעו על המדרכה, בשעה שאני צועד עליה ב. הסגווי יישאר בגדר עוד "צעצוע" יקר לצעירים ג. כדאי להשקיע עוד כסף בפיתוח מתקן שיוצמד לגוף הסגווי ויאפשר לשאת מטען גם אם מחיר הסגווי יעלה כתוצאה מכך ד. יש לחוקק חוקים הנוגעים לאזורים מותרים או אסורים לתנועת הסגווי ה. השימוש בסגווי יהפוך אנשים למפונקים המוותרים על הליכה ו. כדאי להוזיל את מחירו של הסגווי ולעודד שימוש בו כדי להפחית את השימוש בדלקים ואת זיהום הסביבה. עמוד 18 מתוך 221

19 מחוון למשימה הס גו וי הקורקינט החשמלי החדש הנושאים בתוכנית הלימודים: אנרגיה ואינטראקציה תנועה וכוחות ההקשר: גבולות המדע והטכנולוגיה בהיבט אישי וחברתי המקור: "תיכון מוצרים" בהוצאת אורט, 2004 שאלה 1 תמונת הסגווי: /B00007EPJ6/qid= /sr=8-1/ref=pd_bbs_1/ ?v=glance&s=electronics&n= הפרטים על הצ'יטה: פרטים על הסוס: מטרת השאלה: יכולות הפקת מידע מטקסט ומאיור ניקוד מלא )100%(: מסלול התנועה מ- A ל- B מ- B ל- C מ- C ל- D מ- D ל- E כיוון הטיית הגוף קדימה ימינה קדימה אחורה ניקוד חלקי: 25% לכל תשובה נכונה. ללא ניקוד: כל תשובה אחרת, או לא ענו. שאלה 2 מטרת השאלה: ידע על מדע מדידות יכולות הסבר תופעות באופן מדעי ניקוד מלא )100%(: תשובות א, ג, נכונות. מידע למורה: כיוון שקצב דגימה שונה מאשר נבחר משפיע על רגישות המכשיר ולא על תנועת הסגווי, הרי תשובות א, ג נכונות. ניקוד חלקי )50%(: סמנו רק אחד הסעיפים א' או ג'. ללא ניקוד: סמנו תשובות שאינן נכונות, או לא ענו. שאלה 3 מטרת השאלה: ידע במדע תנועה וכוחות יכולות הסבר תופעות באופן מדעי ידע על מדע מדע וטכנולוגיה בחברה עמוד 19 מתוך 221

20 ניקוד מלא )100%(: א. דרגו בהתאם לדירוג הבא: דירוג הזמן מהירות בקמ"ש אמצעי תנועה 5 6 רגלי 3 12 אופניים 4 9 סגווי 2 24 אוטובוס 1 36 מכונית ב. אופניים ניקוד חלקי: סעיף א. 16% לכל תשובה נכונה. סעיף ב. 20% לתשובה נכונה. ללא ניקוד: התשובות אינן נכונות, או לא ענו. שאלה 4 מטרת השאלה: ידע של מדע מהירות, דרך, זמן ותאוצה יכולות הסבר תופעות באופן מדעי; קריאת טבלה ניקוד מלא )100%(: סעיף א. הסוס. המרחק תלוי במהירות ובזמן. הצ'יטה אמנם נעה מהר מאד אך רק במשך כמה שניות ואינה מסוגלת להתמיד במהירות זו לאורך זמן. מהירות הסוס גדולה פי 2 ממהירות הסגווי לכן לאחר שעה יגיע למרחק גדול יותר. סעיף ב. לסגווי קצב הגברת מהירות )תאוצה( הנמוך ביותר שכן הוא מגיע באותו זמן )שניות( למהירות הנמוכה ממהירויות הגופים האחרים. סעיף ג. לא ניתן לקבוע את המרחק המרבי שכן המרחק תלוי בזמן ובמהירות. המהירויות אמנם נתונות, אך זמן התנועה המדויק לא נתון. ניקוד חלקי: 33% לכל סעיף )א-ג( שהתשובה נכונה. ללא ניקוד: התשובות אינן נכונות, או לא ענו. שאלה 5 בתחום העמדות/דעות בנושא פיתוח הסגווי כמוצר טכנולוגי המשפיע על האדם וסביבתו. ללא ניקוד. עמוד 20 מתוך 221

21 הצנחן כשיפתח עלי כשיפתח את העולם כולו אשכח אני לבד והמצנח שיפתח, שיפתח שיפתח עלי. ]מילים: יורם טהרלב[ ואז הוא צונח בשניות הראשונות הוא נופל כשהמצנח עדיין סגור, ואז ברגע מסוים נפתח המצנח. המצנח הוא בצורת כיפה ששטחה כשטח חדר כיתה, והוא עשוי מחומר קל וחזק. פתיחת המצנח גורמת להגדלה משמעותית של התנגדות האוויר המופעלת על המצנח. ככל ששטח המצנח גדול יותר התנגדות האוויר גדולה יותר. התנגדת האוויר גורמת להקטנת מהירות הנפילה של הצנחן. המהירות מתייצבת על ערך קבוע בקירוב והצנחן ממשיך לצנוח במהירות זו עד להגעתו אל הקרקע. שאלה 1 לפניכם שלושה שרטוטים בהם העיגולים מייצגים את מערכת הצנחן והמצנח. החצים מתארים את הכוחות הפועלים בכיוון האנכי. אורך החץ מייצג את הגודל היחסי של הכוח וכיוון החץ מייצג את כיוון הכוח. שלושת השרטוטים מתארים את הצניחה בשלושה שלבים שונים: לפני פתיחת המצנח, לאחר פתיחת המצנח וסמוך לקרקע. א. רשמו מתחת לכל אחד מהשרטוטים את השלב המתאים לו. הת נגדות האוויר הת נגדות האוויר הת נגדות האוויר כוח הכובד כוח הכובד כוח הכובד.3.2 השלב המתאים: 1. ב. השלימו את המשפט הבא על ידי הקפה בעיגול של המלים המתאימות: שקול הכוחות בשלב 3 מופנה כלפי מטה/ מופנה כלפי מעלה/ אפס, ולכן מהירות הגוף קבועה / גד לה / קט נה. עמוד 21 מתוך 221

22 שאלה 2 כאשר רוצים להצניח ציוד כבד, כמו ג'יפ, לא מספיק מצנח אחד ויש להשתמש בכמה מצנחים. הסבירו מדוע. שאלה 3 במבצע אפולו שנערך בשנות ה- 70 של המאה הקודמת, הנחיתה נאס"א )סוכנות החלל של ארצות הברית( חלליות מאויישות על קרקע הירח. מדוע לא השתמשו במצנח כדי להנחית חלליות על הירח? סמנו את התשובה הנכונה: א. כי על הירח ממילא כולם מרחפים. ב. כי על הירח אין אוויר. ג. כי משקל האסטרונאוטים על הירח קטן בהרבה מאשר על פני כדור הארץ. ד. כי לירח אין כוח כבידה. שאלה 4 מה קורה לאנרגיה הפוטנציאלית הכובדית של הצנחן בשלב התנועה בו מהירות הצנחן קבועה? סמנו נכון או לא נכון לגבי המשפטים הבאים והוסיפו נימוק שיצדיק את קביעתכם: נכון / לא נכון א. היא מומרת באופן הדרגתי לאנרגיה קינטית נימוק: נכון / לא נכון ב. היא מומרת באופן הדרגתי לחום נימוק: נכון / לא נכון ג. היא לא משתנה נימוק: שאלה 5 גל ביקש לבדוק כיצד מסת הגוף ושטח המגע שלו עם האוויר משפיעים על משך זמן נפילתם לקרקע של גופים שונים הנשמטים מגובה זהה. לשם כך הוא תלש ממחברתו ארבעה דפים: דף אחד הוא השאיר פרוש כפי שהוא )יסומן ב- A), דף אחר הוא קיפל בעזרת אגרופו לכדור קטן )יסומן ב- B(, ואת שני הדפים הנותרים קיפל יחדיו לכדור אחד קטן )יסומן ב- C(. עמוד 22 מתוך 221

23 א. מדוע חשוב להקפיד שהגופים יושמטו מאותו גובה? ב. נערך ניסוי בו בדקו את השפעת המסה על משך זמן הגעת הגופים ארצה. סמנו בעיגול C B A אילו שניים משלושת הגופים יש לשמוט: הסבירו את בחירתכם. ג. נערך ניסוי בו בדקו את השפעת שטח המגע של הגופים עם האוויר על משך זמן הגעתם C B A הגופים ארצה. סמנו בעיגול אילו שניים משלושת הגופים יש לשמוט. הסבירו את בחירתכם.,C,B A לקרקע כאשר יושמטו שלושתם בו זמנית מגובה ד. רשמו את סדר הגעת הגופים זהה. הסבירו את תשובתכם. עמוד 23 מתוך 221

24 מחוון למשימה הצנחן נושאים בתוכנית הלימודים: אנרגיה כוחות ותנועה הקשר המשימה: גבולות המדע והטכנולוגיה מקור התמונה: שאלה 1 מטרת השאלה: ידע של מדע כוחות, קשר בין כוחות לתנועה יכולות זיהוי תיאורים, התאמה בין ייצוג מילולי לייצוג וקטורי ניקוד מלא )100%(: א. 1. לאחר פתיחת המצנח 2. לפני פתיחת המצנח 3. סמוך להגעה לקרקע ב. שקול כוחות אפס, מהירות קבועה ניקוד חלקי: 20% על כל סימון נכון בסעיף א או ב ללא ניקוד: כל תשובה אחרת, או לא ענו. שאלה 2 מטרת השאלה: ידע של מדע כוחות, קשר בין כוחות לתנועה, גורמים המשפיעים על התנגדות האוויר הפועל על גוף נע. יכולות הסבר תופעות באופן מדעי ניקוד מלא )100%(: ככל שמשקל הגוף גדול יותר, התנגדות האוויר צריכה להיות גדולה יותר כדי לאזן את כוח הכובד ולגרום לכך שהג'יפ יגיע ארצה במהירות קבועה. כיון שהתנגדות האוויר תלויה בשטח המגע של הגוף עם האוויר, מצנח אחד לא יספיק. ניקוד חלקי )50%(: ציינו רק את כוח הכובד / המשקל או רק את התנגדות האוויר. ללא ניקוד: כל תשובה אחרת, או לא ענו. שאלה 3 מטרת השאלה: ידע של מדע כבידה ונפילת גופים על הירח, היעדר אטמוספרה בירח ניקוד מלא )100%(: ב ללא ניקוד: כל תשובה אחרת, או לא ענו. שאלה 4 עמוד 24 מתוך 221

25 מטרת השאלה: ידע של מדע גלגולי )המרות( אנרגיה יכולות הסבר תופעות באופן מדעי ניקוד מלא )100%(: א. לא נכון נימוק: כיון שהמהירות בה נע הצנחן היא קבועה, אין שינוי באנרגיה הקינטית. ב. נכון נימוק: הצנחן, המצנח והאוויר שמסביבו מתחממים כתוצאה מהתנגדות האוויר. ג. לא נכון נימוק: כיון שהצנחן נע כלפי מטה האנרגיה הפוטנציאלית שלו קטנה. ניקוד חלקי: 10% על כל תשובה נכונה 23% על כל נימוק נכון ללא ניקוד: כל תשובה אחרת, או לא ענו. שאלה 5 מטרת השאלה: ידע של מדע כוחות בדגש כבידה ידע על מדע חקירה מדעית בידוד משתנים יכולות קישור בין שאלות מחקר למערך מחקר ניקוד מלא )100%(: א. כי יש להשוות את כל התנאים האחרים. ב. הגופים שיישמטו הם B ו- C. יש לשמוט גופים בעלי מסות שונות אך בעלי שטח מגע שווה עם האוויר. ג. הגופים שיישמטו הם A ו- B. יש לשמוט גופים בעלי שטח מגע שונה עם האוויר אך בעלי מסות שוות. ד. B ו- C יגיעו ראשונים באותו זמן כיוון שזמן ההגעה אינו תלוי במסה ואילו A יגיע מאוחר יותר כתוצאה מההאטה הנובעת מהחיכוך עם האוויר. ניקוד חלקי: סעיף א 22%, סעיפים ב ו- ד 10% לכל תשובה נכונה ו- 16% לכל הסבר נכון. ללא ניקוד: התשובות אינן נכונות, או לא ענו. עמוד 25 מתוך 221

26 כוחות ומנופים כבר בימי קדם המציאו בני האדם מכונות פשוטות, כדי לבצע עבודות כגון הרמת משא, דחיפה, חיזוק וחיתוך, פעולות שקשה לעשותן בכוח השרירים בלבד. עד היום אנו משתמשים במתקנים המבוססים על אותם עקרונות פעולה של המכונות הפשוטות. אחת המכונות הפשוטות הקדומות ביותר שהמציא האדם היא המנוף. המנוף הבסיסי הוא מוט )או משטח( נוקשה, שיכול לנוע סביב נקודה קבועה )שנקראת נקודת המשען, או ציר(. למנוף שתי זרועות על האחת מפעילים את הכוח והיא מכונה זרוע הכוח, והאחרת מפעילה כוח ומבצעת את העבודה והיא מכונה זרוע המשא. קיימים סוגים שונים של מנופים, הנבדלים זה מזה במיקומה של נקודת המשען. הראשון שתיאר שימוש במנופים היה ארכימדס היווני, שחי במאה השלישית לפנה"ס. ארכימדס בנה מכשיר שזכה לכינוי "מלתעות ארכימדס", המבוסס על עקרון המנוף, ותפקידו היה לנפץ לרסיסים את ספינות האויבים. בהתייחסו לשימושיו הרבים של המנוף אמר ארכימדס פעם "תנו לי נקודת משען ואניף את העולם". שאלה 1 לפניכם ציורים של שני מתקנים המבוססים על עקרון המנוף, ובהם "מרוויחים" כוח. ליד כל ציור מופיע תרשים של סוג המנוף המתאים לאותו מתקן. א. סמנו בעזרת חיצים בכל ציור )כמו בתרשים( היכן נמצאות: זרוע הכוח, זרוע המשא ונקודת המשען. ב. הסבירו בקצרה את פעולת כל אחד מהמתקנים בעזרת המונחים: נקודת משען, משא, כוח. נדנדת "עלה ורד" תרשים א': נקודת משען ציור - 1 זרוע הכוח זרוע המשא כוח הסבר פעולת הנדנדה: משען משא עמוד 26 מתוך 221

27 ציור 2: מריצה תרשים ב': כוח זרוע הכוח זרוע המשא נקודת משען הסבר פעולת המריצה: משא הסבר פעולת המריצה: משען שאלה 2 הירון מאלכסנדריה )המאה ה- 1 לספירה( המציא מתקנים רבים המבוססים על עקרון המנוף. אחד המתקנים שהמציא הוא מוט שבצידו האחד ציפור ובצידו השני כד, ולצדו מזרקת מים הממלאה את הכד. כאשר הכד מתמלא הוא יורד והציפור עולה, וכאשר הכד מתרוקן )המים נשפכים אל קערה( הוא עולה והציפור יורדת. לפי עקרון המנוף המכפלה של הכוח המופעל במרחקו מנקודת המשען )זרוע הכוח( הוא גודל קבוע במנוף מסוים. הגודל הזה קובע אם המערכת במצב של שווי משקל, והוא שווה למכפלה של המשא בזרוע המשא. היכן צריך למקם את הכד )כשהוא ריק( כדי לאזן את המתקן, אם ידוע כי מסתו של הכד כפולה ממסת הציפור? ציר )נקודת משען( באותו מרחק מהציר כמו הציפור א. בדיוק בנקודת המשען ב. במחצית המרחק של הציפור מהציר ג. ברבע המרחק של הציפור מהציר ד. המתקן שבנה הירון מאלכסנדריה עמוד 27 מתוך 221

28 שאלה 3 בבית הבד הקדום )מקום ששימש להכנת שמן מזיתים( השתמשו בקורה מחוברת לקיר בתהליך הסחיטה של רסק הזיתים )ראו איור(. במקרה זה הכוח מופעל על ידי האבנים בקצה הקורה, נקודת המשען נמצאת בקצה הקבוע בקיר, והעבודה היא פעולת הלחיצה של הקורה הסוחטת את הזיתים. קורת בית הבד קורת בית הבד איזה מהתרשימים בשאלה 1, תרשים א' או תרשים ב', מייצג את פעולת המנוף בבית הבד? הסבירו. שאלה 4 בעזרת מכונות פשוטות הצליחו בני האדם במהלך ההיסטוריה לבנות מבנים אדירים )כגון בית המקדש והפירמידות(, לשאוב מים מבאר, לטחון קמח ברחיים, להכין שמן זית בבית הבד, לצוד בעלי חיים ולנצח במלחמות בעזרת כלי מלחמה מגוונים. במכונות המבוססות על עקרון המנוף מנצלים את העובדה שניתן לבצע אותה עבודה תוך הפעלת כוח גדול לאורך דרך קצרה, או כוח קטן לאורך דרך ארוכה. א. הביאו דוגמה )מהעבר או מהווה( למתקן הפועל על עקרון המנוף, או תכננו מכונה פשוטה המשתמשת בעקרון המנוף. הסבירו מהי מטרת המכשיר ומהו היתרון בשימוש בו. ב. שרטטו תרשים של המכשיר וסמנו היכן זרוע הכוח, זרוע המשא ונקודת המשען. שאלה 5 כיום קיימים מנופים מודרניים המסוגלים להגיע לגבהים גדולים, להרים משאות כבדים ולבצע פעולות במהירות. אולם במקרי חרום, כגון רעידות אדמה ופיגועים, נעשה גם כיום שימוש במנופים פשוטים, כאשר אין אפשרות או זמן להשיג מכשירים מודרניים. לדוגמה בפיגוע במלון הילטון טאבה באוקטובר 2004 חולץ ילד בעזרת מוט ששימש כמנוף מאולתר. שלושה אנשים הפעילו כוח על המוט והצליחו להרים משא של 500 ק"ג מעל הילד, וכך הצילו את חייו. ציינו יתרון אחד וחסרון אחד של מנופים מודרניים לעומת מנופים פשוטים, והסבירו את תשובתכם. עמוד 28 מתוך 221

29 מחוון למשימה כוחות ומנופים הנושאים בתוכנית הלימודים: אנרגיה ואינטראקציה כוחות הקשר המשימה: מדע וטכנולוגיה בהיבט היסטורי חברתי המקור )כולל התמונות(: מעובד מתוך החוברת: מנופים, המרכז להוראת המדעים, האוניברסיטה העברית ירושלים, תש"ן. מקורות למידע נוסף: אתר על מכונות פשוטות )באנגלית( אתר על סוגי מנופים )באנגלית( שאלה 1 מטרת השאלה: ידע של מדע מנופים הפקת מידע מתרשים וטקסט ויישומו בהקשר אחר )ציור(. יכולות ניקוד מלא )100%(: א. זרוע המשא זרוע הכוח נקודת משען )ציר( זרוע הכוח זרוע המשא נקודת משען ב. הסברים )יש להשתמש במונחים נקודת משען, משא, כוח(: נדנדה: נקודת המשען היא הציר במרכז הנדנדה. המשא הוא ילד בצד אחד והכוח מופעל על ידי הילד היושב בצד השני )הזרועות מתחלפות(. מריצה: נקודת המשען היא הציר במרכז הגלגל, המשא הוא המטען שבמריצה והכוח מופעל על ידי האדם המרים את המריצה. ניקוד חלקי: סעיף א )50%(: 25% על סימון נכון בכל אחד מהציורים. סעיף ב )50%(: 25% על כל הסבר נכון. ללא ניקוד: כל התשובות אינן נכונות, או לא ענו. עמוד 29 מתוך 221

30 שאלה 2 מטרת השאלה: יכולות יישום ידע של המדע במצב נתון; הפקת מידע מטקסט ניקוד מלא )100%(: ג ללא ניקוד: כל תשובה אחרת או לא ענו. שאלה 3 מטרת השאלה: יכולות ניתוח מידע )טקסט ותרשים( והסקת מסקנות ניקוד מלא )100%(: תרשים ב' מתאים למקרה זה, משום שנקודת המשען )החיבור לקיר( נמצאת בקצה אחד והכוח מופעל בקצה השני. ללא ניקוד: תשובה אחרת או לא ענו. שאלה 4 מטרת השאלה: ידע של מדע עקרון המנוף ידע על מדע התבססות על ידע היסטורי יכולות יצירת תרשים; הסבר מדעי; יצירתיות ודמיון ניקוד מלא )100%(: א. הביאו דוגמה למתקן הפועל על עקרון המנוף, הסבירו את מטרתו ואת יתרון השימוש בו. ב. שרטטו תרשים של המתקן וסומנו נכון נקודת המשען, זרוע הכוח וזרוע המשא. ניקוד חלקי )50%(: ענו נכון רק על אחד מהסעיפים. ללא ניקוד: התשובות אינן נכונות, או לא ענו. שאלה 5 מטרת השאלה: ידע על מדע מדע וטכנולוגיה בחברה יכולות השוואה ניקוד מלא )100%(: ציינו יתרון וחסרון והסבירו אותם, בהתאם לדוגמאות הבאות: דוגמאות ליתרונות של מנופים מודרניים: א. עבודה מהירה: בעזרת מנוף מודרני ניתן לבנות מבנים במהירות גדולה יותר מאשר בעזרת מנוף פשוט. ב. יכולת התמודדות עם משאות, גבהים, מרחקים: מנופים מודרניים מסוגלים להרים משאות כבדים, לגבהים ולמרחקים גדולים יותר מאשר מנופים פשוטים. ג. פחות כוח אדם נדרש להפעלה: מנוף מודרני יכול להיות מופעל על ידי אדם אחד. כדי להרים משא דומה באמצעות מנוף פשוט נדרש כוח אדם רב. עמוד 30 מתוך 221

31 דוגמאות לחסרונות של מנופים מודרניים: א. במנופים מודרניים יש צורך בדלק לכן עלות השימוש גדולה יותר ותוצרי הבעירה של הדלק מזהמים את הסביבה. ב. מנופים מודרניים בהשוואה למנופים פשוטים משתמשים בטכנולוגיה מתוחכמת ולכן יש צורך בתחזוקה ובהתמחות של המפעילים שמשמעותם מחיר יקר. גורם הזמן: כמו במקרה הפיגוע במלון, נדרש זמן להובלת והפעלת המנוף המודרני, שבמקרה חרום יכול לגרום לאסון. פגיעה באיכות הסביבה: המנוף המודרני מופעל על ידי דלק, שבתהליך שריפתו נפלטים חומרים מזהמים לסביבה. גם הרעש הוא סוג של זיהום. ניקוד חלקי: 25% ליתרון, לחסרון ולכל אחד מההסברים. ללא ניקוד: כל התשובות אינן נכונות או לא ענו. עמוד 31 מתוך 221

32 "מוביל השלום" )תעלת הימים( בספרו של בנימין זאב הרצל: "אלטנוילנד" משנת 1902 מתואר ישומו של רעיון בניית תעלה שתזרים מים מהים התיכון לנהר הירדן ותגיע עד לים המלח )תעלת הימים(. הוגי הרעיון כללו בהצעתם בניית מפעל השקיה ומפעל לייצור חשמל שיתבססו על תעלת הימים, ובהמשך הוצע לשלב בפרויקט גם מפעל התפלה. ועדה בראשות הפרופסור יובל נאמן המליצה בשנת ים המלח ים כינרת עקבה ים סוף הים התיכון מסלול 1 מסלול להקים תעלה כזו במסלול העובר ממישור החוף הדרומי עד ים המלח )מסלול במפה(, במטרה לעזור בפיתוח הנגב. 1 מסלול אחר הוצע בשנות ה 90 של המאה ה 20, בשיתוף פעולה עם הירדנים )מסלול ולפיו תועבר תעלה מים סוף לים המלח. במפה(, 2 בשנת 2002 הציע הבנק העולמי לממן את פרויקט "מוביל השלום", שיוקם במסלול נחתם הסכם.2 במאי 2005 בין ממשלות ישראל, ירדן והרשות אילת הפלסטינית לבדיקת היתכנות התכנית. התעלה תזרים 1.9 מיליארד מטרים מעוקבים מים. כמחצית מהכמות תגיע לים המלח העומד בפני סכנת התייבשות, וכמחצית תשמש לייצור חשמל ולהתפלה במטרה לספק מים לישראל, לירדן ולפלסטינאים, ולשמש גשר לשלום בין המדינות. לפרויקט בסדר גודל כזה ישנן השלכות סביבתיות שונות, שיש להתחשב בהן במהלך התכנון. 1 5 ק"מ 2 שאלה 1 בתחילת המאה העשרים היה גובה פני ים המלח 390 מטרים מתחת לפני הים התיכון, ושטחו 950 קילומטרים רבועים )מס' 1 באיור(. בשנת 1997 היה גובה פני ים המלח 411 מטרים מתחת לפני הים התיכון, ושטחו 640 קילומטרים רבועים )מס' 2 באיור(. א. נסחו שאלת מחקר המתעוררת בעקבות מידע זה. עמוד 32 מתוך 221 ים המלח

33 ב. הציעו מדידה אחת שניתן לבצע כדי לחקור את השאלה שהצעתם. שאלה 2 מכיוון שפני ים המלח נמוכים מפני הים התיכון במאות מטרים )כ- 400(, ניתן לנצל הפרשי גובה אלה כדי ליצור מפלי מים מלאכותיים, מהם ניתן להפיק אנרגיה חשמלית. השיטה לייצור חשמל באמצעות "נפילה" של מים ממקום גבוה למקום נמוך מכונה: שיטה הידרו-אלקטרית. בישראל אין מפלי מים טבעיים )כמו מפלי הניאגרה בארה"ב(, ולכן שיטה זו של הפקת חשמל מ"נפילת" המים אינה נפוצה בישראל. מהן המרות האנרגיה העיקריות במערכת הידרואלקטרית? אנרגיית תנועה. אנרגיה חשמלית אנרגיה כימית א. אנרגיה חשמלית. אנרגיית תנועה ב. אנרגיה פוטנציאלית כובדית )גובה( אנרגיית אנרגיה פוטנציאלית כובדית )גובה( ג. אנרגיה תנועה חום. אנרגיה חשמלית. אנרגיית תנועה ד. אנרגית חום שאלה 3 לפניכם 2 חתכים, המתארים את גובה פני הקרקע בשני מסלולים המוצעים לתעלת הימים )מסלולים 1,2 במפה שבקטע הפתיחה למשימה(: חתך א' )מסלול 1 במפה( מתאר את המסלול מים תיכון לים המלח דרך צפון הנגב ורכסי הנגב המזרחי. חתך ב' )מסלול 2 במפה( מתאר באופן סכמתי את המסלול מים סוף לים המלח דרך הערבה. בתחילת המסלול יישאבו המים ליד העיר עקבה, יועלו לגובה של 220 מטרים, ויוזרמו כ- 200 קילומטרים צפונה בתעלה, עד לים המלח. עמוד 33 מתוך 221

34 א. ב. ג. איזו בעיה מתעוררת בחתך א' מבחינת השקעת האנרגיה? מהו הפתרון המוצע באיור לבעיה זו? היכן לדעתכם תמוקם התחנה להפקת חשמל בכל חתך? סמנו והסבירו את בחירתכם. בחתכים שאלה 4 רשמו שני נימוקים מדוע לדעתכם מומלץ להתקין מתקן להתפלת מים בצמוד לתחנת החשמל? שאלה 5 ים המלח הוא המלוח ביותר מבין האגמים בעולם. כמות המלחים בליטר של מי ים המלח גדולה בערך פי 10 מכמות המלחים בליטר מי ים רגילים. כידוע, ים סוף גדול בהרבה מים המלח. עמוד 34 מתוך 221

35 מה יקרה למליחות שני מקווי המים )ים המלח, ים סוף( כתוצאה מפרויקט "תעלת הימים"? )סמנו את התשובה הנכונה בכל היגד(. א. מליחות המים בים סוף תגדל/ תקטן/ לא תשתנה. ב. מליחות המים בים המלח תגדל/ תקטן/ לא תשתנה. שאלה 6 פרויקט "תעלת הימים" אמור לעבור לאורך חלק גדול ממדינת ישראל, בין אזורים שונים מבחינת סוג הקרקע ותנאי הסביבה. לפרויקט תעלת הימים עלולות להיות השלכות סביבתיות וחברתיות, כמו: א. שינוי המאפיינים הייחודיים של ים המלח. ב. המלחת מי תהום לאורך המסלול כתוצאה מחלחול. בחרו אחת ההשלכות והסבירו: 1. מה ישתנה? 2. כיצד ישתנה? 3. באיזה אופן ישפיע? שאלה 7 האם תמליצו ליישם את פרוייקט תעלת הימים? נמקו את עמדתכם. עמוד 35 מתוך 221

36 מחוון למשימה "מוביל השלום" )תעלת הימים( הנושאים בתכנית הלימודים: אנרגיה ואינטראקציה סוגי אנרגיה והמרה. ההקשר: משאבי- טבע וסביבה בהיבט חברתי אזורי. מקור: אנרגיה בהיבט רב-תחומי שאלה 1 מטרת השאלה: ידע על מדע חקירה מדעית התאמת דרך המחקר לשאלה. יכולות ניסוח שאלת מחקר. ניקוד מלא )100%(: א. ניסחו שאלת מחקר רלוונטית. דוגמאות: מהו השוני בקצב נסיגת ים המלח במהלך הזמן? מה הקשר בין הרכב המלחים בים המלח לבין נסיגתו? ב. הציעו מדידה מתאימה לשאלה. דוגמאות: מדידת ממדי ים המלח )גובה פני המים, עומק, שטח( בזמנים קבועים לאורך זמן )שנה ויותר(; מדידת הרכב המינרלים בים המלח בזמנים קבועים לאורך זמן. ניקוד חלקי )50%(: ענו נכון רק על סעיף א. ללא ניקוד: התשובות אינן נכונות, או לא ענו. שאלה 2 מטרת השאלה: ידע של מדע המרות אנרגיה במערכת הידרואלקטרית. ניקוד מלא )100%(: ב. ללא ניקוד: תשובה אחרת, או לא ענו. שאלה 3 מטרת השאלה: יכולות הפקת מידע מאיור )חתך(. ניקוד מלא )100%(: א. העלייה בגובה באזור רכסי הנגב דורשת השקעת אנרגיה, ולכן בסה"כ רווח האנרגיה יקטן. ב. הפתרון המוצע הוא מנהרה בשיפוע מתון שתדרוש מינימום השקעה של אנרגיה. ג. תחנת החשמל תמוקם בתחתית המפל, כך שניתן יהיה לנצל את האנרגיה באופן מקסימאלי )ללא השקעת אנרגיה בהובלת המים(. ניקוד חלקי: 33% לכל תשובה נכונה עמוד 36 מתוך 221

37 ללא ניקוד: כל התשובות אינן נכונות, או לא ענו. שאלה 4 מטרת השאלה: ידע של מדע הצורך באנרגיה להתפלת מים. ניקוד מלא )100%(: רשמו שני נימוקים להמלצה: א. בתהליך ההתפלה נדרשת השקעת אנרגיה, אותה ניתן לספק באמצעות מערכת הידרואלקטרית. ב. המים המלוחים המנוצלים להפקת אנרגיה משמשים להתפלה. ניקוד חלקי )50%(: רשמו נימוק אחד בלבד. ללא ניקוד: התשובה אינה נכונה, או לא ענו. שאלה 5 מטרת השאלה: ידע של מדע תמיסות. ניקוד מלא )100%(: א. מליחות המים בים סוף לא תשתנה. ב. מליחות המים בים המלח תקטן. ניקוד חלקי )50%(: ענו נכון רק על אחד ההיגדים. ללא ניקוד: התשובות אינן נכונות, או לא ענו. שאלה 6 מטרת השאלה: ידע על מדע השלכות סביבתיות ומגבלות המדע. ניקוד מלא )100%(: א. שינוי המאפיינים הייחודיים של ים המלח: הזרמת כמויות גדולות של מים בעלי מליחות נמוכה יחסית לים המלח שמליחות המים בו גבוהה יותר, תגרום לערבוב שכבות המים והקטנת המליחות הממוצעת. מידע למורה: כרגע אין ערבוב בין שכבת המים הקלים על פני השטח לבין המים המלוחים יותר בעומק. ים המלח מהווה סביבה אקולוגית ייחודית בעולם, יש בו מינים של צמחים ובעלי חיים המותאמים למליחותו ושינוי המליחות יפגע בהם. בנוסף - שינוי במליחות המים יפגע בייצור המינרלים המופקים במפעלי ים המלח. הפקת המלחים מתבססת על הצפיפות הגבוהה שלהם. הקטנת הצפיפות כתוצאה מהוספת מי ים רגילים יכולה לגרום לכך שידרשו שינויים בדרכי ההפקה של המינרלים. או: ב. המלחת מי תהום לאורך המסלול כתוצאה מחלחול: הזרמת מי ים מלוחים עלולה לגרום לחילחול המים לקרקע, וכתוצאה מכך להמלחת הקרקע, ו/או המלחת מי התהום. להמלחה זו תהיה השפעה על כמות המים הזמינים לשימושים שונים. המלחת הקרקע עלולה להשפיע על הצמחייה. ניקוד חלקי: 33% על כל חלק נכון בתשובה )מה ישתנה, כיצד ישתנה ובאיזה אופן ישפיע(. ללא ניקוד: התשובה אינה נכונה, או לא ענו. שאלה 7 מטרת השאלה: עמדות בנושאי חברה וסביבה. ללא ניקוד עמוד 37 מתוך 221

38 מטוס הנוסעים החדיש ביותר בעולם בינואר 2005 נערך בצרפת טקס ההשקה של מטוס הנוסעים הגדול ביותר בעולם, מטוס איירבוס 380-A. במטוס החדש יש שתי קומות נוסעים, ובין השירותים המוצעים לנוסעים מספרה, קזינו ומכון כושר. מטוס בגודל כזה מצריך הכנת מסלולי המראה ונחיתה ארוכים במיוחד. המטוס אמור להיכנס לשימוש בשנת.2006 חברת בואינג האמריקאית, שהיא המתחרה העיקרית חברת של איירבוס האירופאית, החליטה להתמקד במטוסים קטנים יותר, היכולים לטוס ישירות, ללא צורך בחניית ביניים ותדלוק, למספר יעדים רב יותר. בפברואר 2005 נחשף מטוס חדש כזה של חברת בואינג-, LR המסוגל לטוס ישירות למרחקים גדולים, כמו מלונדון שבאנגליה לסידני שבאוסטרליה. לפניכם בטבלה השוואה בין שני המטוסים החדישים: מס' מנועים טווח טיסה מרבי ]קילומטר[ מהירות ממוצעת ]קילומטר לשעה[ 945 מס' נוסעים מרבי מסה ]טון[ נוחות מעל הממוצע עלות רכישת המטוס ]מליון דולר[ 200 מידות ]מטרים[ מוטת כנפיים 79.8 אורך 73 גובה ,200 איירבוס 4 A-380 רגיל מוטת כנפיים 60.9 אורך 63.7 גובה ,446 בואינג LR טבלה 1 השוואה בין מטוס איירבוס 380-A למטוס בואינג LR שאלה 1 א. מה יהיה משך הטיסה המשוער של מטוס איירבוס שייצאו מלונדון אל הערים הבאות בטיסה ישירה: עיר יעד ניו יורק תל-אביב מרחק בק"מ A-380 משך הטיסה איירבוס 380-A ומטוס בואינג LR משך הטיסה בואינג LR עמוד 38 מתוך 221

39 ב. המרחק מלונדון לסידני הוא 16,997 ק"מ. האם כל אחד מהמטוסים יוכל להגיע לסידני בטיסה ישירה, מבלי צורך לעצור בדרך לתדלוק? שאלה 2 בחברת התעופה הישראלית "אל-על" נערך דיון האם כדאי להשקיע ברכישת מטוס איירבוס 380-A, או במטוסים קטנים יותר, מסוג בואינג LR כדי לסייע לחברת "אל-על" בהחלטה, רישמו שני יתרונות ושני חסרונות מרכזיים של שני סוגי המטוסים: בואינג LR איירבוס 380-A יתרונות 1..2 חסרונות 1..2 ב. מהי המלצתכם לחברת אל-על? נמקו. שאלה 3 תנועתו של מטוס מושפעת מגורמים רבים, ביניהם כדור הארץ, האוויר ומנוע המטוס. כדי לקבוע כיצד ינוע המטוס חשוב לדעת מהו שקול הכוחות הפועלים עליו במצבים שונים. לפניכם מספר אפשרויות (1-5) לשקול הכוחות הפועלים על מטוס: 1. הכוח השקול שווה לאפס. 2. הכוח השקול הוא בכיוון התנועה. 3. כיוון הכוח השקול מנוגד לכיוון התנועה. 4. הכוח השקול מכוון למעלה. 5. הכוח השקול מכוון למטה. עמוד 39 מתוך 221

40 בטבלה הבאה נתונים מספר מצבים של מטוס )א-ד(. השתמשו באפשרויות 1-5 לשקול הכוחות ורשמו בטבלה את זה המתאים לכל אחד ממצבי המטוס. מצב: א. מטוס מאט בגובה ב. מטוס במנוחה על ג. מטוס מאיץ בגובה ד. מטוס נע במהירות קבוע הקרקע קבוע קבועה בגובה קבוע שקול כוחות שאלה 4 מטוס נע בגובה קבוע לכיוון מזרח במהירות הולכת וגדלה )מאיץ(. סמנו איזו מבין דיאגראמות שלפניכם יכולה לתאר את הכוחות הפועלים על המטוס ברגע מסוים? הסבירו את תשובתכם. הכוחות א מעלה ב מעלה מזרח מערב מזרח מערב מטה מטה ג מעלה ד מעלה מזרח מערב מזרח מערב מטה מטה עמוד 40 מתוך 221

41 A-380 שאלה 5 היעזרו בטבלה 1 וסמנו במלבנים את המידות המתאימות של מטוס בהתאם לחיצים המסומנים באיורים שלפניכם: איירבוס עמוד 41 מתוך 221

42 מחוון למשימה מטוס הנוסעים החדיש ביותר בעולם הנושאים בתוכנית הלימודים: תנועה וכוחות הקשר המשימה: גבולות המדע והטכנולוגיה בהיבט חברתי המקור: אתרי אינטרנט: תמונות של איירבוס 380-A / תמונה של בואינג LR מידע על איירבוס 380-A LR מידע - בואינג- "שאל את הטייס" שאלות ותשובות שאלה 1 מטרת השאלה: יכולות הפקת מידע מטבלה; חישוב זמן טיסה ניקוד מלא )100%(: א. משך הטיסה מחושב לפי מרחק בק"מ מחולק במהירות בק"מ לשעה. משך הטיסה - שעות בואינג LR משך הטיסה - שעות איירבוס 380-A מרחק בק"מ עיר יעד ניו יורק ירושלים ב. מטוס איירבוס 380-A לא יוכל להגיע לסידני בטיסה ישירה, כי טווח הטיסה שלו קטן יותר. לכל חישוב נכון )עד כדי 0.1( סעיף ב. 28% לתשובה נכונה. ניקוד חלקי: סעיף א. 18% ללא ניקוד: כל התשובות אינן נכונות או לא ענו שאלה 2 מטרת השאלה: יכולות ניתוח מידע מטקסט ומטבלה ידע על מדע מדע וטכנולוגיה בחברה ניקוד מלא )100%(: א. ציינו 2 יתרונות ו- 2 חסרונות לכל סוג מטוס. דוגמאות: בואינג LR איירבוס 380-A 1. טווח טיסה ארוך יותר 1. מרווח מאוד ומציע יותר שירותים יתרונות לנוסעים )נוחות( 2. מחיר רכישה זול יותר 2. מספר נוסעים גדול יותר 1. פחות מרווח ומציע פחות שירותים ארוך ונחיתה 1. נדרש מסלול המראה חסרונות לנוסעים במיוחד 2. מספר נוסעים קטן יותר 2. במקרה של תאונה יותר נפגעים עמוד 42 מתוך 221

43 ב. כל המלצה מנומקת הנשענת על הנתונים. )לדוגמה- איירבוס משיקולי שירות לנוסע, או בואינג משיקולי עלות רכישה( ניקוד חלקי: סעיף א. 10% לכל יתרון/חסרון נכון שצוין בטבלה. סעיף ב. 20% על תשובה נכונה. ללא ניקוד: כל התשובות אינן נכונות, או לא ענו. שאלה 3 מטרת השאלה: ידע של מדע תנועה וכוחות: שקול כוחות ניקוד מלא )100%(: מצב ד ג ב א שקול 3 ניקוד חלקי: 25% לכל התאמה נכונה של שקול הכוחות למצב המטוס. ללא ניקוד: כל התשובות אינן נכונות, או לא ענו. שאלה 4 מטרת השאלה: ידע של מדע תנועה וכוחות: דיאגראמת כוחות. יכולות הפקת מידע מדיאגראמה ניקוד מלא )100%(: א הסבר: המטוס מאיץ מזרחה לכן הכוח הפועל בכוון מזרח גדול מן הכוח הפועל בכוון המנוגד )מערב(. מאחר והוא נע בגובה קבוע, הכוחות בכוון מעלה ומטה מאזנים זה את זה. ללא ניקוד: תשובה אחרת, או לא ענו. שאלה 5 מטרת השאלה: יכולות ניתוח תרשים והפקת מידע מטבלה ניקוד מלא )100%(: המידות בהתאמה מלמעלה למטה: 79.8 מ', 24.1 מ', 73 מ'. ניקוד חלקי )33%(: לכל רישום נכון ללא ניקוד: תשובה אחרת, או לא ענו. עמוד 43 מתוך 221

44 ס ל ינ ק י הקפיץ "המהלך" לפני כ- 60 שנה ניסה מהנדס צעיר בצי האוניות של ארה"ב לבדוק את יציבותם של חפצים שונים הנופלים לרצפה בעת תנודות האונייה על גלי הים. הוא הופתע מאד לגלות כי קפיץ מסוים שנפל מהמדף אל השולחן, המשיך "להלך" אל הכסא וממנו אל הרצפה במקום ליפול בצורה רגילה. הוא חשב שלמוצר מסוג זה יש פוטנציאל שיווקי, ולאחר שניסה בבית מגוון גדול של קפיצים שונים הוא רשם את הסלינקי כפטנט וכך הפך אותו לצעצוע הפופולרי עד היום. שאלה 1 משחררים סלינקי מראשו של גרם מדרגות ארוך מאד. האם ייתכן שהסלינקי ייעצר בדרכו בטרם הגיעו למדרגה האחרונה? סמנו נכון / לא נכון א. לא, אם אין משהו שעוצר אותו התנועה תימשך לנצח נכון / לא נכון ב. לא, משום שאנרגיה פוטנציאלית מומרת כולה לאנרגיה קינטית נכון / לא נכון ג. כן, משום שבכל פגיעה של הסלינקי במדרגה חלק מהאנרגיה מומרת לחום נכון / לא נכון שאלה 2 שירה החליטה למדוד כמה זמן נמשכת ירידת הסלינקי בין שתי מדרגות הנמצאות אחת מתחת לשניה. בידה שעון עצר )סטופר(. להלן האפשרויות העומדות בפניה לבצע את המדידה. סמנו את האפשרות המומלצת: א. למדוד את הזמן בו הסלינקי יורד מהמדרגה הראשונה אל המדרגה השניה. ב. למדוד את הזמן בו הסלינקי יורד מאחת המדרגות אל המדרגה שמתחתיה. ג. למדוד את הזמן בו הסלינקי יורד 5 מדרגות, ולחלק את הזמן ב- 5. שאלה 3 מניחים סלינקי על השולחן כאשר צידו האחד קשור לקיר ואת צידו האחר מחזיקים מתוח בעזרת היד. עמוד 44 מתוך 221

45 האם הכוח שמפעילה היד על הסלינקי )קטן / גדול / שווה( לכוח שהסלינקי מפעיל על היד? )הקיפו בעיגול את התשובה הנכונה(. הקטע הבא מתייחס לשאלות 6-4 באיורים שלפניכם נראה קפיץ מסוג סלינקי התלוי בקצהו האחד. לקצהו השני חיברו משקולת עם וו. כתוצאה מכך הסלינקי נמתח. איור א מראה את הסלינקי המתוח במצב מנוחה. הרימו את המשקולת למעלה עד אשר הסלינקי היה רפוי )איור ב( ושחררו. הסלינקי נע כלפי מטה )איור ג(, הגיע לנקודה הנמוכה ביותר )איור ד( ואז חזר כלפי מעלה לנקודה הגבוהה ביותר )איור ה( וחוזר חלילה. עמוד 45 מתוך 221

46 שאלה 4 השלימו את החסר. מבין המצבים המתוארים: א. האנרגיה הקינטית היא מרבית במצב המתואר באיור ב. האנרגיה הפוטנציאלית הכובדית היא מרבית במצב המתואר באיור ג. האנרגיה הפוטנציאלית האלסטית היא מרבית במצב המתואר באיור שאלה 5 א. מה תהיה מהירותה של המשקולת במצב בו היא נמצאת באיור ד )הנקודה הנמוכה ביותר(? נמקו. ב. זמן מחזור מוגדר כמשך הזמן של תנודה אחת שלמה. התייחסו לאיורים הנ"ל והשלימו את החסר: זמן המחזור הוא הזמן בו המשקולת נעה מהמצב המתואר באיור עד למצב המתואר באיור שאלה 6 שקול הכוחות הוא סך כל הכוחות הפועלים על המשקולת, והוא מתואר בעזרת חץ. מהו שקול הכוחות הפועל על המשקולת במצב המתואר באיור ד ועל המשקולת במצב המתואר באיור ה? לכל אחד מהאיורים סמנו את התשובה הנכונה: איור ו איור ה א. שקול הכוחות א. שקול הכוחות ב. שקול הכוחות ב. שקול הכוחות ג. שקול כוחות הוא אפס ג. שקול כוחות הוא אפס עמוד 46 מתוך 221

47 מחוון למשימה סלינקי הקפיץ "המהלך" הנושאים בתוכנית הלימודים: אנרגיה ואינטראקציה סוגי אנרגיה וגלגולי אנרגיה. הקשר המשימה: מדע וטכנולוגיה בחברה המקור: "תיכון מוצרים" בהוצאת אורט, מקור התמונה בפתח הנושא: שאלה 1 מטרת השאלה - ידע של מדע אנרגיה וגלגוליה יכולות יישום ידע מדעי ניקוד מלא )100%(: א. לא נכון ב. לא נכון ג. נכון ניקוד חלקי: 33% לכל תשובה נכונה ללא ניקוד: התשובות אינן נכונות, או לא ענו שאלה 2 מטרת השאלה: ידע על מדע חקירה מדעית ניקוד מלא )100%(: ג ללא ניקוד: כל תשובה אחרת או לא ענו. שאלה 3 מטרת השאלה: ידע של מדע כוחות ניקוד מלא )100%(: סעיף א: הכוח שהיד מפעילה על הסלינקי שווה לכוח שהסלינקי מפעיל על היד )למורה: על פי עקרון הפעולה והתגובה של ניוטון(. ללא ניקוד: התשובה אינה נכונה, או לא ענו. שאלה 4 מטרת השאלה: ידע של מדע אנרגיה וגלגוליה יכולות הפקת מידע מאיור ניקוד מלא )100%(: ענו נכון על שלושת סעיפי השאלה. עמוד 47 מתוך 221

48 א. באיור ג ב. באיורים ב ו- ה ניקוד חלקי: 33% לכל תשובה נכונה ללא ניקוד: תשובה אינה נכונה, או לא ענו. ג. באיור ד שאלה 5 מטרת השאלה: יכולות הבנת הנקרא: התאמה בין מידע מילולי לייצוג חזותי. ניקוד מלא )100%(: א. התשובה הנכונה היא אפס, כי בין המצבים המתוארים באיורים ג ו-ד, הגוף נע למטה כשהוא מאט את מהירותו עד שנעצר )איור ד( ומשנה את כיוון תנועתו ונע למעלה )בין ד ל-ה(. ב. זמן המחזור הוא הזמן בו המשקולת נעה מהמצב המתואר באיור _ב_ עד למצב המתואר באיור _ה_ ניקוד חלקי: סעיף א )40%( 20% אם רשמו המהירות היא מינימלית ונמקו או רשמו מהירות אפס אבל לא נמקו. סעיף ב )60%( לתשובה נכונה. ללא ניקוד: התשובות אינן נכונות, או לא ענו. שאלה 6 מטרת השאלה: ידע של מדע כוחות יכולות פירוש של ייצוג חזותי ניקוד מלא )100%(: איור ד התשובה הנכונה היא ב. איור ה התשובה הנכונה היא א. ניקוד חלקי )50%(: רק אחת התשובות נכונה. ללא ניקוד: תשובה אחרת, או לא ענו. עמוד 48 מתוך 221

49 צריכת חשמל של מכשירים ביתיים מספר המכשירים הביתיים המופעלים באמצעות חשמל גדל עם העלייה ברמת החיים של הפרט. צריכת החשמל של מכשיר ביתי תלויה בהספק )P להפעלתו, ובמספר השעות )t( בהן הוא מופעל. אנו משלמים לחברת החשמל על הצריכה הכוללת של אנרגיה בביתנו. = אנרגיה ביחידת זמן( הדרוש בחשבון החשמל מופיעה כמות האנרגיה )E( ביחידות של קילוואט-שעה, המתארת מכפלה של יחידת הספק )קילוואט( ביחידת זמן )שעה(. הנוסחה לחישוב כמות האנרגיה היא: E= P.* t שאלה 1 לפניכם טבלה המציגה מספר מכשירים הצורכים חשמל בבית. עבור כל מכשיר מצוין ההספק החשמלי, ומספר השעות הממוצע ביממה שהוא מופעל בבית מסוים. השלימו את צריכת האנרגיה החודשית כתוצאה מהשימוש במכשירים אלו בבית זה. )הניחו שמספר הימים בחודש ממוצע הוא 30(. שם המכשיר )מתקן( הצורך אנרגיה נורת להט* הספק חשמלי רשום על המכשיר ]וואט[ 75 מספר שעות פעולה ממוצע ביממה 8 צריכת אנרגיה חודשית ממוצעת ]קוט"ש[ 8 נורת פלואורסצנט מתברגת* מקרר מזגן מכונת כביסה * הטבלה מתייחסת למקרה בו כמות האור הנראה הנפלטת מנורת להט ומנורת הפלואורסצנט היא דומה. שאלה 2 המקרר הביתי מחובר לרשת החשמל 24 שעות ביממה. למרות זאת, אין מנוע המקרר פועל אשר מפעיל את מנוע המקרר ברגע ווסת )תרמוסטט( כל הזמן. בתוך המקרר נמצא שהטמפרטורה בו עולה מעל לטמפרטורה הנקבעת מראש. במקררים ישנים )שיוצרו לפני יותר מ- 20 שנה( פועל המנוע במשך כ- 10 שעות ביממה, שעות ביממה. הספק 5-3 ואילו מקררים חדשים )עם טכנולוגיה משופרת( פועל המנוע החשמל שצורכים מקררים ישנים בעת פעולתם דומה להספק שצורכים מקררים חדשים. בבית משפחת חלפון מקרר בן 25 שנה. בהתייחסות לצריכת החשמל, האם תמליץ להם להחליף את המקרר בחדש? נמקו. עמוד 49 מתוך 221

50 שאלה 3 משפחת שמחון ומשפחת הדר גרות בשכנות בבתים דומים, וצורכות מים חמים באותה כמות. למשפחת שמחון יש דוד שמש על הגג, והוא ניתן להפעלה גם באמצעות אנרגיה חשמלית, ואילו למשפחת הדר יש דוד חשמלי בלבד )ללא קולטי שמש(. הספק המחמם החשמלי בדודים הוא כ- 2 קילוואט בשעה. עלות קילוואט-שעה 0.45 ש"ח )שקלים חדשים(. בטבלה שלפניכם נתונים על דוד החימום החשמלי ודוד השמש בשתי המשפחות. דוד חימום חשמלי דוד שמש כ- 1,500 ש"ח כ- 2,500 ש"ח עלות רכישה)כולל התקנה( 400 שעות 50 שעות מספר שעות הפעלה של החימום החשמלי בשנה 15 שנים 15 שנים משך זמן פעולת הדוד לפני הצורך בהחלפתו 8 שנים 8 שנים תקופת אחריות מלאה 750 שעות משך זמן הפעלת חימום חשמלי במשך כל תקופת השימוש בדוד )15 שנים( צריכת חשמל כתוצאה מהשימוש בדוד במשך א. ב. ג. שאלה 4 כל תקופת השימוש בדוד )15 שנים( עלות השימוש בחשמל במשך כל תקופת השימוש בדוד )15 שנים( השלימו את הנתונים החסרים בטבלה קילוואט- שעה 675 ש"ח האם לדעתכם כדאית מבחינה כלכלית התקנה של דוד שמש על גג הבית? נמקו. האם קיימים פרטו. שיקולים נוספים שלדעתכם מצדיקים התקנת דוד שמש על הגג? משה רוצה לחסוך בצריכת החשמל בביתו. סמנו באילו צעדים תמליצו לו לנקוט כדי להצליח במשימתו והסבירו את תשובתכם. א. הפעלת המזגנים בבית 24 שעות ביממה, כדי לשמור על טמפרטורה קבועה בבית. ב. החלפת כל נורות הלהט לתאורה בדירה בנורות פלואורסצנט. ג. התקנת דוד שמש על הגג, לחימום המים. ד. הגדלת כושר הבידוד סביב הפתחים בדירה )איטום מרווחים בהם חודרת רוח(. שאלה 5 הספקו של תנור בישול חשמלי ביתי הוא 1.6 קילוואט. זמן חימום המזון לארוחה באמצעותו הוא 1 שעה. הספקו החשמלי של מכשיר המיקרוגל הוא 800 וואט. זמן חימום המזון לארוחה באמצעותו הוא 10 דקות. א. באיזה מהמכשירים צריכת האנרגיה החשמלית לצורך חימום המזון קטנה יותר? חשבו. ב. פי כמה קטנה יותר צריכת המכשיר שציינתם בסעיף א' מהמכשיר השני? עמוד 50 מתוך 221

51 מחוון - למשימה צריכת חשמל של מכשירים ביתיים הנושאים בתכנית הלימודים: אנרגיה ואינטראקציה הספק ואנרגיה חשמלית. ההקשר: מדע וטכנולוגיה בהיבט אישי וחברתי שאלה 1 מטרת השאלה: יכולות - הצבה בנוסחה וחישוב; השוואה בין נתונים; הפקת מידע מטקסט ומטבלה. ניקוד מלא )100%(: צריכת אנרגיה ממוצעת של המכשיר בחודש ]קוט"ש[ מספר שעות פעולה ממוצע ביממה הספק חשמלי רשום על המכשיר ]וואט[ שם המכשיר )מתקן( הצורך אנרגיה 8*0.075*30 = נורת להט 8*0.020*30 = נורת פלואורסצנט מתברגת 5*0.150*30 = מקרר 7*2*30 = מזגן 1*2*30 = מכונת כביסה ניקוד חלקי: 20% על כל נתון נכון בטבלה. ללא ניקוד: תשובות שאינן נכונות, או לא ענו. שאלה 2 מטרת השאלה: יכולות בדיקת יכולת יישום של ידע מדעי. ניקוד מלא )100%(: בוודאי שיש להמליץ להם על רכישת מקרר חדש, אפילו רק כדי לחסוך כסף על צריכת החשמל )ללא בעיית התיקונים(. כאשר מחשבים את עלות צריכת החשמל במשך חיי המכשיר של מקרר ישן לעומת חדש, מקבלים שההפרש בין שניהם הוא יותר ממחירו של מקרר חדש. מידע למורה: מקרר ישן פועל 10 שעות ביממה. הספק החשמל שצורך המקרר הוא כ- 2 קילוואט, כלומר ביממה צריכת החשמל 20 קילוואט-שעה. מכאן שבחודש הצריכה: עמוד 51 מתוך 221