חזי יצחק, תיכון לחינוך סביבתי מדרשת בן גוריון

yiyeh@bgu.ac.il

האופניים הם מערכת טכנולוגית פשוטה, זמינה לרב התלמידים ויכולה להוות מעין מעבדה ניידת להמחשת עקרונות המכניקה וכן לפעילויות חקר מתקדמות יותר בתוספת של חיישנים שונים שניתן לחבר שיורכבו על האופניים והרוכב. מי מאיתנו לא רכב מעודו על אופניים, אבל מעטים יודעים שהאופניים הם מכונה שנצילותה לתנועה היא הגבוהה ביותר, הרבה יותר ממכונית ואפילו מהליכה או ריצה ומעטים מכירים את העקרונות הפיזיקאליים של מערכת פשוטה זו. לימוד עקרונות המכניקה באמצעות רכיבה על אופניים יאפשר לתלמידים ללמוד פיזיקה בדרך חדשה שבה הם מפעילים את שרירי גופם ולמעשה הם יחושו על גופם את חוקי המכניקה בפעולה. הסדנא תכלול הרצאה בנושא התפתחות האופניים מהאופניים הראשונים שהמציא הברון פון דראיס לפני 200 שנה שהיו מעין "מכונת ריצה" ועד אופני ההרים המשוכללות של ימינו שבבנייתן מיישמים פיתוחים טכנולוגיים מתקדמים ביותר. לעומת אופני הכביש אופני ההרים מאפשרים רכיבה כמעט בכל סוג של תנאי שטח והמצאתם חוללה מהפיכה בתרבות הרכיבה. כמו כן אדון בהיבטים פיזיקאליים הקשורים לאופניים כמו מבנה השילדה, יציבות האופניים )נושא גם כיום עדיין לא מובן במלואו) בלמים , והעברת ההספק. מטרות הסדנא להדגים מספר פעילויות ברמות שונות ללימוד נושאים במכניקה באמצעות רכיבה על אופניים ושימוש באמצעים פשוטים כמו מד מהירות וסרט מדידה. בפעילויות מתקדמות יותר ניתן למדוד את מקדם הגרר של האופניים על ידי מדידת המהירות הגבולית של אופניים במורד. את המהירות כפונקציה של הזמן ניתן למדוד ע"י מכשירי סמארטפון או על ידי שעוני ספורט מבוססי gps שהם נפוצים כיום. ניתן להשוות בין מקדם הגרר של אופני הרים לעומת אופני כביש או את מקדם הגרר כתלות בתנוחת הרוכב. בסדנא עצמה נתנסה ברכיבה במספר זוגות אופניים שונים ונבצע מדידה של מקדם חיכוך גלגול ע"י מדידת מרחק העצירה של האופניים וחוק שימור האנרגיה.

בשלוש השנים האחרונות הדרכתי תלמידים בנושאים הקשורים לפיזיקה של האופניים במסגרת פרויקטים לבגרות. ההתרשמות שלי שהתלמידים מאד נהנו לבצע פעילות לימודית מחוץ לכותלי המעבדה או הכיתה ונהנו מאד מעצם הרכיבה על האופניים. בעתיד ניתן לפתח פעילויות בנושא הפיזיולוגיה של המאמץ ע"י מדידת דופק ברכיבה בדרגות שונות של מאמץ או בנושאים הקשורים ליעילות האוירודינמית של הביגוד והקסדה.

הפעילויות מיועדות לכיתה יא במסגרת לימודי המכניקה.

דוגמה לפעילות: מדידת מקדם חיכוך גלגול של האופניים הפעילות מתבצעת מחוץ לכיתה בכביש ללא תנועה.

הרוכב רוכב במהירות נמוכה ומנקודה מסוימת שבה מהירות האופניים ידועה מפסיק לפדל. מודדים את מרחק העצירה של האופניים. בהזנחת חיכוך האוויר שהוא קטן במהירות נמוכה, ומהשוואת האנרגיה הקינטית לעבודת כח החיכוך ניתן לחשב את מקדם חיכוך הגלגול של האופניים.

• השפעת המסה של רוכב אופניים במורד, האם קיים יתרון לכבדים? תהודה, 26, 2, 39-43, 2007.
• חישוב מרכז המסה של אופניים+רוכב. חזי יצחק וגיל ברן, תהודה, 27, 1, 38-42, 2008.
• מציאת מהירות האופניים בתנועה מעגלית ע"י מדידת זווית ההטיה של האופניים. תהודה, 27, 2, 29-35, 2009.
• מידע נוסף בכתבה "הפיזיקה של האופניים".