תרשים כוחות

• כיתה ח’
• כוחות וחוקי ניוטון
• 5 דקות קריאה

איך משרטטים תרשים כוחות נכון, אילו כוחות פועלים על גוף שמונח על שולחן, ומה זה כוח שקול. עם נוסחה, תרגיל פתור וסרטון.

התשובה בקצרה

תרשים כוחות הוא שרטוט שמראה את כל הכוחות שפועלים על גוף אחד. שלושה כללים:

1. גוף אחד בלבד משרטטים רק את הכוחות שפועלים עליו, לא את אלה שהוא מפעיל על אחרים.
2. חץ לכל כוח החץ יוצא ממרכז הגוף, בכיוון הכוח, והאורך שלו לפי הגודל.
3. כוח שקול סכום כל הכוחות. אם הוא אפס — הגוף בשיווי משקל.

למי זה מיועד: תרשים כוחות נלמד בכיתה ח’, בתחילת פרק הכוחות. הוא הבסיס לכל תרגיל על החוק השני של ניוטון.

איך משרטטים

מתחילים מגוף אחד ומשרטטים אותו כנקודה או כריבוע קטן. אחר כך שואלים: מה נוגע בו, ומה מושך אותו מרחוק? כדור הארץ תמיד מושך כלפי מטה — זה כוח הכובד. אם הגוף מונח על משטח, המשטח דוחף אותו כלפי מעלה — זה הכוח הנורמלי. אם מישהו דוחף או מושך, או שיש חיכוך — מוסיפים חץ לכל אחד.

כל כוח מסומן בחץ שיוצא ממרכז הגוף. הכיוון של החץ הוא כיוון הכוח, והאורך שלו מראה כמה הוא חזק. כוח גדול פי שניים — חץ ארוך פי שניים.

כוח שקול

הכוח השקול הוא הסכום של כל הכוחות. כוחות באותו כיוון מתחברים, וכוחות בכיוונים מנוגדים מתקזזים. כשהכוח השקול הוא אפס, הגוף בשיווי משקל: אם הוא עמד — הוא ימשיך לעמוד, ואם הוא נע — הוא ימשיך לנוע באותה מהירות.

כשהכוח השקול אינו אפס, הגוף מאיץ בכיוון שלו. זה בדיוק החוק השני של ניוטון, ובגלל זה תרשים כוחות הוא הצעד הראשון בכל תרגיל דינמיקה.

תרגיל פתור

הנתונים: ספר במסה של 2 קילוגרמים מונח על שולחן. תאוצת הכובד היא 10 מטר לשנייה בריבוע.
השאלה: אילו כוחות פועלים על הספר, מה גודל כל אחד, ומה הכוח השקול?

1. כוח הכובד כלפי מטה: W = 2 · 10 = 20
2. הספר לא זז, ולכן השולחן דוחף כלפי מעלה באותו גודל: N = 20
3. סכום הכוחות — מעלה פחות מטה: ΣF = 20 − 20 = 0

התשובה: על הספר פועלים שני כוחות של 20 ניוטון בכיוונים מנוגדים, והכוח השקול הוא אפס. לכן הספר בשיווי משקל ולא זז. W = N = 20 N , ΣF = 0

איפה רואים את זה בחיים

• משיכת חבל

  כששתי הקבוצות מושכות באותו כוח, הכוח השקול על החבל הוא אפס, והקשר נשאר באמצע.

• מנורה תלויה

  החוט מושך למעלה, כוח הכובד מושך למטה. המנורה לא זזה, ולכן שני הכוחות שווים.

• מכונית בנסיעה קבועה

  המנוע דוחף קדימה, החיכוך והאוויר דוחפים אחורה. במהירות קבועה הם מתקזזים בדיוק.

שאלות נפוצות

מאיפה מתחילים את החץ?

ממרכז הגוף. גם כשהכוח פועל על נקודה מסוימת, כמו יד שדוחפת בצד, בתרשים כוחות בסיסי מסמנים את כל החצים ממרכז הגוף.

צריך לסמן את הכוח שהגוף מפעיל על אחרים?

לא. תרשים כוחות מראה רק את הכוחות שפועלים על הגוף. זו הטעות הנפוצה ביותר — להוסיף חץ של הכוח שהספר מפעיל על השולחן.

אם גוף נע, חייב להיות כוח בכיוון התנועה?

לא. גוף שנע במהירות קבועה בקו ישר יכול להיות בכוח שקול אפס. כוח שקול משנה את התנועה, לא שומר עליה. זה חוק ההתמדה — החוק הראשון של ניוטון.

תרשימי כוחות מבלבלים אתכם?

בקורס הפיזיקה לכיתה ח’ כל נושא מוסבר בסרטון, עם תרגילים פתורים לאורך הדרך. משלמים פעם אחת, והקורס נשאר אצלכם.

לקורס כיתה ח’

או מתחילים בחינם: חוברת הפיזיקה לכיתה ח’, להורדה