כוח המשיכה (כוח הכבידה)
- כיתה ח’
- כוחות וחוקי ניוטון
- 5 דקות קריאה
מה זה כוח הכבידה, איך מחשבים משקל, ולמה על הירח שוקלים פחות — אבל לא “10 קילו”. עם נוסחה ותרגיל פתור.
התשובה בקצרה
כוח הכבידה, שנקרא גם כוח המשיכה, הוא כוח שבו כל שני גופים בעלי מסה מושכים זה את זה. הוא חזק יותר כשהמסות גדולות, וחלש יותר כשהמרחק גדול. על כדור הארץ מחשבים אותו בנוסחה פשוטה:
- המשקל שווה למסה כפול 10. גוף של קילוגרם אחד נמשך לכדור הארץ בכוח של כ־10 ניוטון.
- כל הגופים נופלים באותה תאוצה, אם מתעלמים מהתנגדות האוויר.
למי זה מיועד: כוח הכבידה נלמד בכיתה ח’, וחוזר בהרחבה בפרק המכניקה בתיכון. הנוסחה והתרגיל נמצאים בסעיף השני.
מה זה כוח הכבידה
כוח הכבידה הוא אחד הכוחות שפועלים מרחוק, בלי מגע. הוא פועל בין כל שני גופים ביקום — גם בין שני עפרונות על השולחן. אבל הוא חלש מאוד, ומרגישים אותו רק כשאחד הגופים ענק, כמו כדור הארץ.
את החוק ניסח אייזק ניוטון ב־1687. הוא הבין שאותו כוח שמפיל תפוח מעץ מחזיק את הירח במסלול סביב כדור הארץ, ואת כדור הארץ במסלול סביב השמש. ככל שהמסות גדולות יותר, הכוח חזק יותר. וככל שהמרחק גדל, הכוח נחלש: במרחק כפול, הוא חלש פי ארבעה.
משקל ומסה — הנוסחה
בפיזיקה, מסה ומשקל הם שני דברים שונים. מסה היא כמות החומר בגוף, והיא נמדדת בקילוגרמים. היא לא משתנה, לא משנה איפה הגוף נמצא. משקל הוא כוח הכבידה שפועל על הגוף, והוא נמדד בניוטון. הוא כן משתנה — לפי המקום. בהרחבה, עם דוגמאות: ההבדל בין מסה למשקל.
W = m · g
g ≈ 10 Nkg
- W
- המשקל, בניוטון
- m
- המסה, בקילוגרם
- g
- עוצמת הכבידה במקום
תרגיל פתור
הנתונים: המסה של יואב היא 60 קילוגרם. על כדור הארץ עוצמת הכבידה היא כ־10 ניוטון לקילוגרם, ועל הירח כ־1.6.
השאלה: מה המשקל של יואב על כדור הארץ ועל הירח? ומה המסה שלו על הירח?
- מחשבים את המשקל על כדור הארץ: W = m · g = 60 · 10 = 600
- מחשבים את המשקל על הירח, עם עוצמת הכבידה של הירח: W = 60 · 1.6 = 96
- המסה היא כמות החומר בגוף, והיא לא משתנה בנסיעה לירח.
התשובה: על כדור הארץ יואב שוקל 600 ניוטון, ועל הירח רק 96 — בערך שישית. המסה שלו נשארת 60 קילוגרם בשני המקומות. W = 600 N , W = 96 N , m = 60 kg
על הירח אדם של 60 קילו “שוקל 10 קילו”?
לא. זו טעות נפוצה, שמבלבלת בין מסה למשקל. על הירח המסה נשארת 60 קילוגרם — יש באדם בדיוק אותה כמות חומר. מה שקטן פי שישה הוא המשקל, כלומר הכוח שבו הירח מושך אותו, והוא נמדד בניוטון ולא בקילוגרם.
כבידה בחלל
אסטרונאוטים בתחנת החלל מרחפים, ולכן נדמה שאין שם כוח משיכה. אבל בגובה של התחנה, כוח המשיכה חזק כמעט כמו על הקרקע. הסיבה לריחוף היא שהתחנה וכל מה שבתוכה נופלים יחד סביב כדור הארץ, כל הזמן. הם נעים הצידה מהר כל כך, שהם ממשיכים להחטיא את הקרקע.
כל הגופים נופלים באותה תאוצה. על הירח, שאין בו אוויר, אסטרונאוט הפיל ב־1971 פטיש ונוצה בבת אחת — והם פגעו בקרקע יחד. על כדור הארץ הנוצה נופלת לאט רק בגלל התנגדות האוויר. עוד על זה במאמר על נפילה חופשית.
כשהרבה מאוד מסה דחוסה בנפח קטן, כוח הכבידה חזק כל כך שאפילו אור לא יכול לברוח ממנו. כך נוצר חור שחור, ובחורים שחורים חקר סטיבן הוקינג.
איפה רואים את זה בחיים
-
משקל בחדר האמבטיה
המשקל מודד בכמה כוח אתם לוחצים עליו, ומתרגם את זה לקילוגרמים. על הירח הוא היה מראה מספר קטן פי שישה.
-
גאות ושפל
כוח המשיכה של הירח מושך את מי האוקיינוסים, וגובה פני הים עולה ויורד פעמיים ביממה.
-
כדור שנזרק למעלה
הכדור מאט, עוצר לרגע וחוזר. כל הזמן הזה, כוח הכבידה מושך אותו למטה באותה עוצמה.
שאלות נפוצות
מה ההבדל בין מסה למשקל?
מסה היא כמות החומר בגוף, בקילוגרמים, והיא לא משתנה ממקום למקום. משקל הוא הכוח שבו כוכב הלכת מושך את הגוף, בניוטון, והוא תלוי במקום. בשפת היומיום משתמשים במילה “משקל” כשמתכוונים למסה.
למה בתרגילים מופיע לפעמים 9.8 ולפעמים 10?
עוצמת הכבידה על פני כדור הארץ היא כ־9.8 ניוטון לקילוגרם. בכיתה ח’ ובתרגילים רבים מעגלים ל־10, כדי שהחישוב יהיה פשוט. שני המספרים נכונים — תשתמשו במה שהשאלה או המורה מבקשים.
האם בחלל אין כוח משיכה?
יש. כוח המשיכה נחלש עם המרחק, אבל לא נעלם אף פעם. הוא זה שמחזיק את הירח סביב כדור הארץ, ואת כל כוכבי הלכת סביב השמש.
מסה, משקל וכבידה עדיין מתערבבים?
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