דף הבית

גוף וחומר: מושגי יסוד

 

תכונות חומרים

 

 מסה ונפח

 

צפיפות

 

הנדסת חומרים, תיכון ותכנון

 

חומרים טבעיים והנדסיים

 

חומרים: תועלת ומחיר סביבתי

 

 

 

 

גוף וחומר: מושגי יסוד

 

העולם סביבנו מכיל דברים רבים ושונים. כמו במשחק "ארץ עיר", נוכל למצוא בו בעלי חיים שונים, פרחים, עצים וצמחים נוספים. לכל אלה אנחנו מתייחסים כאל מרכיבים חיים. מצד שני נוכל למצוא סביבנו גם מרכיבים דוממים כמו אבנים, סלעים, חול, מים, אוויר. חלק מהדברים הדוממים בעולמנו הם חפצים שנוצרו על ידי האדם לשימושיו ולצרכיו השונים. לדוגמה, העיפרון או העט שאתם אוחזים בידכם הוא חפץ מעשה ידי אדם.

 

משימה א: הביטו בסביבה הקרובה לכם, לדוגמה הילקוט או התרמיל איתו הגעתם לבית הספר, ועשו רשימה של כל החפצים השונים שאתם מוצאים בו. ליד כל חפץ, רשמו גם את החומרים מהם הוא עשוי.

 

לעיתים, האדם משתמש בחומרים שונים לייצור חפצים דומים, או חפצים בעלי שימוש דומה. לדוגמה, בחנו את הכיסא עליו אתם יושבים ושימו לב לחומרים מהם הוא עשוי. חשבו כעת על הספה שנמצאת בסלון ביתכם- ממה היא עשויה?

כעת ערכו השוואה בין הכיסא בבית הספר לבין הספה בבית- מה מאפיין את כיסא בית הספר ומה מאפיין את הספה שבסלון? ברור לנו שהספה יותר נוחה לישיבה. מדוע, אם כך, כיסא בית הספר עשוי מחומרים מסוימים והספה מחומרים אחרים? האם לדעתכם יהיה נכון לבקש מהנהלת בית הספר לקנות כסאות מרופדים- כתבו טיעונים בעד ונגד, הסיקו מסקנה סופית, גבשו את עמדתכם ונמקו אותה כשאתם מסתמכים על העובדות והשיקולים שלכם.

הורידו את דף המשימה, וענו עליו בזוגות.

 

נוכל למצוא עוד דוגמאות רבות נוספות לחפצים שלמרות שהם דומים והשימושים שלהם דומים, הם עשויים מחומרים שונים בגלל שיקולים הקשורים לשימוש בהם. למשל- נעלי ספורט עשויות מניילון וגומי, ונעלים רגילות עשויות מעור, למסיבות ואירועים נשתמש בסכו"ם פלסטיק בעוד שבבית נשתמש בסכום מתכת.

 מצד שני, לעיתים, נוכל למצוא חפצים שונים, בעלי תפקיד ומטרה שונים, העשויים מאותם החומרים. הפח ממנו עשויה המכונית, וקופסת השימורים שבמטבח שלנו, עשויים שניהם ממתכת. כיסאות עשויים מעץ, וכן גם קרש חיתוך במטבח שלנו. מה לדעתכם מכתיב את השימוש בחומר?

משימה ג: התקבלתם לעבוד במשרד מהנדסי חומרים. עליכם לתכנן בגד קל המיועד לטיולי הליכה ארוכים.

ערכו רשימה של תכונות שהייתם דורשים מהמוצר שלכם.

הציגו את כל החומרים שדנתם בהם והסבירו מדוע פסלתם חומרים שלדעתכם אינם מתאימים למשימה.

הציעו חומר או חומרים שלדעתכם יתאימו למשימה שהוטלה עליכם, ונמקו מדוע בחרתם בהם.

 

 

 סיכום:

1.      חפצים עשויים מחומרים.

2.      לעיתים, חפצים בעלי צורה זהה או תפקיד זהה עשויים מחומרים שונים.

3.      לעיתים חפצים שונים עשויים מאותם החומרים.

4.      בחירת החומר ממנו מייצרים את החפץ לרוב תלויה בשימוש שנועד לחפץ.

 

מהו חפץ-

בשפה היומיומית שלנו, אנחנו משתמשים במילה גוף כשאנחנו מתייחסים לאדם או חיה (גוף האדם, או, לפיל יש גוף גדול). בשפה המדעית, משתמשים במילה גוף כדי לתאר מרכיב דומם כלשהו. "חפץ" מתייחס לרוב לדבר דומם מעשה ידי אדם, כאשר "גוף" מתייחס לכל דבר דומם (לכן, בשפה מתמטית, קבוצת הגופים מכילה את קבוצת החפצים). משלב זה, במקום להשתמש במונח "חפץ", נשתמש במונח "גוף".

גוף-

בהנדסה, למדתם על גופים הנדסיים כמו תיבה, קובייה, חרוט, פירמידה ואחרים. זוכרים מה מאפיין את כל הגופים שעליהם למדתם בהנדסה (רמז: אורך X רוחב X גובה)? במדעים, אנחנו מתייחסים גם למאפיינים נוספים. חישבו מה ההבדל בין מזלג פלסטיק לבין מזלג מתכת בעלי צורה ונפח זהים (רמז: חישבו ממה יכולים להיות עשויים גופים שונים, או מה ההבדל בין שתי מכוניות או בין שתי חצאיות. חשבו גם מה ההבדל בין מכונית לדגם מדויק ומוקטן שלה).

ראינו שכל גוף מורכב מחומר או חומרים שונים, אבל מהו "חומר"?

חומר-

חומר, כל חומר, מורכב מהרבה מאד חלקיקים קטנים מאד שביניהם אין שום דבר. לשום דבר הזה שנמצא בין החלקיקים אנחנו קוראים ריק. החלקיקים כל כך קטנים שלא ניתן לראותם במיקרוסקופ רגיל אלא רק במיקרוסקופ אלקטרוני, וגם אז יש צורך בטיפול מקדים מיוחד. כל החלקיקים של אותו החומר הם בעלי תכונות זהות, אך לחלקיקים של חומרים שונים יש תכונות שונות. לדוגמה, לכל חלקיקי הברזל שביקום יש את אותן התכונות. התכונות של חלקיקי הברזל שונות מהתכונות של חלקיקי הנחושת. השוני הזה בין החלקיקים הוא שיוצר את השוני בין החומרים השונים. שני המאפיינים הבסיסיים של כל חומר הם נפח ומסה. כלומר- לחומר יש מסה ויש לו נפח. נדון בכך בהמשך הפרק.

 

 

איור של חלקיקי מים. בטיפת גשם אחת יש יותר חלקיקי מים (מולקולות של מים) מאשר כל האנשים בעולם! 

     
          

 

העשרה: דמוקריטוס היה פילוסוף, מתמטיקאי ומדען, יווני שחי לפני קרוב ל-2500 שנים. דמוקריטוס, שכונה כונה הפילוסוף הצוחק, היה הראשון שטען שכל חומר עשוי מחלקיקים קטנים. הוא טען כי ניתן לחלק כל חומר וכל גוף עוד ועוד, עד שמגעים לחלקיקים הקטנים ביותר שמרכיבים את החומר, ולכולם יש מאפיינים זהים. אם נשבור את החלקיקים, הוא טען, נאבד את תכונות החומר. לחלקיק הקטן שנושא את תכונות החומר הוא קרא א-טום, כלומר- לא ניתן לחלוקה.

לפניו, טענו שכל חומר הוא רציף. כלומר- ניתן לחלוקה עד אין סוף. כיום אנחנו יודעים שדמוקריטוס הקדים בהרבה את תקופתו וצדק בטענתו.

 
 

נפח

נפח, הוא המקום שגוף כלשהו תופס במרחב. ברור לנו שמגירה יכולה להכיל כמות מוגבלת של דברים ואם ננסה להכניס לתוכה הרבה מאד דברים, בשלב מסוים היא תתמלא, המקום הפנוי שבה יגמר, ולא נוכל להכניס לתוכה יותר. ארון ספרים יכול להכיל יותר דברים מהמגירה כי יש בו יותר מקום להכיל חפצים. ה"מקום" שכל חפץ תופס במגירה או בארון, הוא הנפח שלו.

 

הגדרה: לכמות החומר שנמצאת בגוף מסוים אנחנו קוראים מסה.

כלומר, כמות החומר שנמצאת בגוש פחם היא מסתו של גוף הפחם, כמות המים שנמצאת בכוס מים היא מסת המים שבכוס, וכמות הניר שנמצאת בספר המדעים שלכם היא מסת הנייר של הספר. אנחנו יכולים להוסיף ולהגיד, שכמות חומר, או מספר החלקיקים של חומר, לא משתנה. לעובדה זו, שכמות החומר קבועה, קוראים "חוק שימור החומר" או "חוק שימור המסה" ואנחנו נדון בו בהמשך.

 

העתיקו את התרשים הבא למחברתכם והשלימו את המקומות הריקים:

 

 סיכום:

1.      מאפייני הגוף הם החומרים מהם הוא עשוי, מסה, נפח, וצורה. כלומר, לגוף יש נפח ויש לו מסה וגם צורה.

2.      הנפח הוא המקום שהגוף תופס במרחב.

3.      כל חומר עשוי מחלקיקים.

4.      כל גוף עשוי מחומר אחד או מחומרים שונים.

5.      המסה היא כמות החומר שנמצאת בגוף.

 

אם נותר לכם זמן, כנסו למשחק חומרים ואותיות. אתם מוזמנים להתחרות בקבוצות אחרות.

לאחר שסיימתם את כל המטלות, עברו לדף הבא ובו נלמד על תכונות חומרים.