הוריית מאזניים

שתי שאלות הצגנו לפניכם בנושא הוריית מאזניים.

את השאלה הראשונה הציע שלמה פישר, מורה לפיזיקה.

התשובה הנכונה היא תרד, תעלה ותרד חזרה לקריאה הראשונה.

כאשר התלמיד עומד על מאזניים המונחים על משטח אופקי פועלים עליו שני כוחות:
1. כח הכובד, mg: המופעל ע"י כדור הארץ.
2. כח הנורמל, N: המופעל ע"י המאזניים. על פי החוק השלישי של ניוטון, הכח שהתלמיד מפעיל על המאזניים שווה בגודלו לכח זה ומנוגד לו בכיוונו. המאזניים יורו את הכח שהתלמיד מפעיל עליהם, כלומר את גודלו של כח הנורמל.
לפי החוק הראשון של ניוטון, רק במקרה של שווי- משקל כוח הנורמל  שווה לכוח הכובד. לכן כאשר התלמיד עומד על המאזניים במצב של מנוחה הן יורו ערך השווה ל-mg.

כאשר התלמיד מכופף את בירכיו במהירות ועוצר, לתנועתו זו שני חלקים:
בחלק הראשון מהירות התלמיד גְדֵלה בכיוון מטה, לכן כיוון תאוצתו הוא כלפי מטה גם כן. לפי החוק השני של ניוטון כיוון שקול הכוחות הפועלים על התלמיד הוא מטה (ככיוון התאוצה), כלומר בחלק זה של התנועה גודלו של כח הכובד גדול מגודלו של כח הנורמל. בחלק זה המאזניים יורו ערך הקטן מ-mg, כלומר, הוריית המאזניים תרד.
בחלק השני, שלב העצירה, מהירות התלמיד קְטֵנה וכיוונה עדיין מטה, לכן כיוון תאוצתו הוא כלפי מעלה. לפי החוק השני של ניוטון כיוון שקול הכוחות הפועלים על התלמיד הוא מעלה (ככיוון התאוצה), כלומר בחלק זה של התנועה גודלו של כח הנורמל גדול מגודלו של כח הכובד. בחלק זה המאזניים יורו ערך הגדול מ-mg, כלומר, הוריית המאזניים תעלה.

לאחר עצירתו ערכו של הנורמל יחזור להיות שוווה ל-mg, כלומר, הוריית המאזניים תרד ותחזור להורייתם המקורית.

הערה: מאזני-אדם מכאניים לא עוקבים אחרי שנויים דינאמיים, ולכן כדי לבחון את השאלה נדרשים מאזני-אדם אלקטרוניים.

השאלה השניה היא מהספר "מכניקה ניוטונית" מאת עדי רוזן וזאב קרקובר.

התשובה הנכונה היא המאזניים יישארו מאוזנים.

על פי השאלה הקודמת, כאשר המאזניים אופקיים והדבורה במנוחה בקרקעית הצנצנת הסגורה, המאזניים יורו את הכח שהדבורה והצנצנת יפעילו עליהם, כלומר את גודלו של כח הנורמל.

כאשר הדבורה מרחפת בגובה קבוע, כתוצאה מנפנוף הכנפיים האוויר מפעיל על הדבורה כח כלפי מעלה, שמתקזז עם כח הכובד הפועל על הדבורה. על פי החוק השלישי של ניוטון, גם הדבורה מפעילה על האוויר כח כלפי מטה, השווה בגודלו לכח שהאוויר מפעיל עליה כלפי מעלה, ושווה בגודלו גם לכח הכובד הפועל על הדבורה.