הוראת המדעים

1.





מדוע לוקח לכריות האצבעות ולפנים כף היד להגיב לאט יחסית לשנוי הטמפ בסביבת האצבע?

זמן התגובה אינו קשור כלל לצפיפות קולטנים, והוא נובע מתכונות סיבי העצב המעורבים. שתי סיבות שעולות בדעתי לזמן תגובה ארוך יחסית הן שהאקסונים המוליכים את הטמפרטורה הם ללא מיילין ובעלי מהירות הולכה נמוכה מאד. בנוסף, הניסוי לילדים בדרך כלל בודק טמפרטורות קרובות מאד זו לזו ובטווח הפיזיולוגי, ולכן יש גם קושי למוח לקבוע את ההבדלים והסטיות. אני בטוחה שאילו הייתה נותנת לילדים להכניס אצבע למי קרח הייתה התגובה מהירה יותר.

2.




למרות שיש הרבה קולטנים(גם קצוות רופיני) בקצות האצבע...

אני חוששת שכאן יש בלבול בין הקולטנים לחוש המגע, ובין הקולטנים לטמפרטורה שהם שונים לחלוטין. אני לא יודעת שיש יותר קולטנים לטמפרטורה בקצות האצבעות. להיפך, קצוות הגוף שלנו מעצם היותם חשופים יותר לסביבה החיצונית הם פחות רגישים לשינויי הטמפרטורה ביחס לאזורי עור הקרובים יותר למרכז הגוף.
ידוע הביטוי "ידי כימאי" של מי שעוסקים התמיסות ומחזיקים כלים חמים כי אבדו משהו מהרגישות של כפות הידיים לטמפרטורה, קרוב לודאי בשל נזק לאותם קולטנים.

בברכה,

יעל אמתי

פרופ' יעל אמיתי
המחלקה לפיזיולוגיה, רפואה
אוניברסיטת בן גוריון

זהו מכשיר המסוגל לבצע הדמיית משטחים בעזרת סריקת המשטח עם גשש המכיל קצה חד מאוד (טיפ) בגודל ננומטרי בקצהו. קרן לייזר הפוגעת בחלק שמעל הטיפ מוחזרת לגלאי, ומשנה את מיקומה על גבי הגלאי בהתאם לתנועת הטיפ על גבי המשטח הנסרק. בליטה או בור במשטח יגרמו לקרן הלייזר לשנות את מיקומה, ובהתאם לכך ניתן יהיה לדעת מהי הטופוגרפיה של המשטח ברזולוציה ננומטרית. ניתן לסרוק את המשטח במספר שיטות. שיטה נפוצה היא ע"י שמירת כוח קבוע בין המשטח לטיפ. כשהטיפ מתקרב מספיק למשטח, יש משיכה או דחייה ביניהם (בהתאם לחומר הנסרק). אם סורקים את פני השטח ושומרים על כוח קבוע הפועל בין המשטח לטיפ, אז יתקבל מרחק קבוע שנשמר בין המשטח לטיפ, כך שקרן הלייזר תישמר במקום קבוע על הגלאי. לכן המשטח יזוז מעלה או מטה בהתאם לבליטות או לבורות. לפי תזוזת המשטח ניתן יהיה לדעת איך נראים פני השטח.

פרופ' ישעיהו טלמון ודוקטורנטית סיון פרל
הנדסה כימית
הטכניון

שלום סיון,

דהיית הצבעים נובעת מתגובות כימיות שונות ובהן שתיים עיקריות: חמצון וקרינה. שתיהן גורמות לפירוקן של המערכות הכוללות קשרים כפולים מצומדים, שקיומן אחראי ברוב המקרים לקיום הצבע.

מצטער על התשובה הקצרה, אך היא עשויה לשמש לך בסיס להבנת התופעה.

בהצלחה

יוסי אלמוג

פרופ' יוסי אלמוג
מכון קזאלי לכימיה יישומית, המכון לכימיה
האוניברסיטה העברית

אנחנו "רגילים" שהתמוססות למשל של סוכר או מלח במים עולה עם הטמפרטורה ולכן באה התמיהה של רחלי. ואולם אין כך המצב בהתמוססות גאזים במים. החוק הקרוי על שמו של הנרי מסביר את התופעה שמסיסות גאזים במים קטנה עם עליית הטמפרטורה. אם תרצי חומר נוסף, חפשי באינטרנט תחת חוק הנרי. בברכה, אהרון קפלן

פרופ' אהרון קפלן
מדעי הצמח והסביבה
האוניברסיטה העברית

מצ"ב מספר תשובות שנענו באתר בנושא זה:

http://www.Bashaar.org.il/Question.asp?Question_id=4556

http://www.Bashaar.org.il/Question.asp?Question_id=3244

http://www.Bashaar.org.il/Question.asp?Question_id=2753

נשמח להמשיך ולסייע,
בשער ברשת
פרוייקט שאלות למומחים
בשער - קהילה אקדמית למען החברה בישראל

יעל שלום,

לא כל תערובת היא תמיסה. מדברים על תמיסה כאשר יש ערבוב ברמה המולקולארית, כלומר גביש או גוש של המומס מתפרק למולקולות בודדות (או יונים, למשל) המתערבבות עם מולקולות המומס. לפי הגדרה זו תערובת של גרגרי שני מוצקים כמו סוכר ומלח אינה תמיסה כי מדובר בערבוב של גושים מאקרוסקופיים של חומרים אשר ברמה המולקולארית לא התערבבו. גם חול ואוויר אינה תמיסה כי החול נותר כגרגרי סיליקון חמצני. אפשר לתת דוגמה יותר מתוחכמת – אם נערבב אבקות של חומרים דומים, למשל נחושת וכסף, הן לא יתנו תמיסה אלא סתם תערובת של גרגרי שתי המתכות. אולם אם נתיך את התערובת ונקרר נקבל תמיסה מוצקה מכיוון שנחושת וכסף יכולות ליצור מסגים בכל יחס שהוא והמסג יכיל אטומים של מתכת אחת מעורבבים בין אטומים של מתכת שנייה. נוכל להגדיר את המתכת הנמצאת ברוב כממס והשנייה מומס.

לשאלתך השנייה: אם הבנתי נכון את שואלת על המסת גז בתנאי חדר – לחץ אטמוספרי וטמפ' חדר בתוך מוצק. התשובה חיובית באופן כללי. באופן ספציפי ניתן להמיס אטומים קטנים, למשל מימן בתוך מתכות שונות. מולקולות מימן יספחו על פני המתכת ומספר מצומצם מהם יכול להתפרק ולחדור כאטומים בודדים בזמן סופי. כמובן שהמסיסות היא מאוד מוגבלת ותעלה משמעותית אם נגדיל את לחץ המימן. יש לציין כי קיימים מוצקים מיוחדים, נקבוביים מאוד שיכולים להכיל כמויות גדולות של מולקולות מימן בתוכם –סוג של המסה, ואף גזים אחרים. אפילו יש כיוון של שימוש בכאלה מוצקים לאחסון מימן כדלק מכיוון שבעייתי לאחסנו כגז במיכלים בלחץ גבוה.

פרופ' גיל מרקוביץ
בית הספר לכימיה
אוניברסיטת תל אביב

בטבע יש אינספור חומרים ננומטרים. בכל תא בגופנו יש מבנים ננומטרים. לדוגמה: ממברנת התא המקיפה את התאים היא בעלת עובי ננומטרי. המולקולות המכילות את המידע התורשתי, מולקולות הדנ"א, בעלות קוטר של בערך 2 ננומטר. חלבוני התא יוצרים מבנים ננומטרים. יש לא מעט חיות ויצורים בטבע משתמשים בטכנולוגיות ננומטריות על מנת להתקיים. למשל, רגלה של השממית מורכבת מהמון שעריות ננומטריות, שמעניקות לה את היכולת להלך על התקרה מבלי ליפול. כנפי הפרפר בוהקות בצבעים מרהיבים עקב מבנה מיוחד המכיל שקערוריות בקוטר מיקרומטרי. אזורים ננומטרים בשקערוריות אלו יוצרים אינטראקציה מיוחדת עם האור ולכן נוצרים הצבעים המרהיבים הללו. עלי פרח הלוטוס הנקיים, הגדלים בסביבה ביצתית, הם דוגמה נוספת לכך. העלים מכוסים בשכבת וקס המכילה מבנים קונוסים ננומטרים הפרוסים על פני העלים, ומאפשרים את דחיית המים ויכולת הניקוי העצמי של הפרח. יש עוד דוגמאות נוספות ורבות של ננוטכנולוגיה מהטבע.

פרופ' ישעיהו טלמון ודוקטורנטית סיון פרל
הנדסה כימית
הטכניון

מצ"ב קישור בנושא התרחבות היקום:

http://www.hayadan.org.il/mapsat-120303/

ולינק לאתר בנושא אסטרונומיה ואסטרופיסיקה:

http://astroclub.tau.ac.il/astropedia/%D7%91%D7%A8%D7%95%D7%9B%D7%99%D7%9D_%D7%94%D7%91%D7%90%D7%99%D7%9D

נשמח להמשיך ולסייע
בשער ברשת
פרוייקט שאלות למומחים
בשער - קהילה אקדמית למען החברה בישראל

מצ"ב קישור בנושא התרחבות היקום:

http://www.hayadan.org.il/mapsat-120303/

ולינק לאתר בנושא אסטרונומיה ואסטרופיסיקה:

http://astroclub.tau.ac.il/astropedia/%D7%91%D7%A8%D7%95%D7%9B%D7%99%D7%9D_%D7%94%D7%91%D7%90%D7%99%D7%9D

נשמח להמשיך ולסייע
בשער ברשת
פרוייקט שאלות למומחים
בשער - קהילה אקדמית למען החברה בישראל

שלום רותם,

אכן להרבה כלי נשיפה כגון חצוצרות, רמקולים ומגאפונים יש סיומת בצורה קונוס (חרוט). חשוב להבין שהאלמנט הקוני הינו פסיבי ואינו יוצר הגברה של הקול, אלא הוא משמש כמצמד אקוסטי בין המקור שמייצר את הקול לבין האוויר הדליל שבו הקול אמור להתפשט. ללא הצורה הקונית, חלק גדול של הקול לא היה מצליח להתפשט באוויר אלא היה נבלע. כשהקול נוצר (למשל, בפיה של החצוצרה), מולקולות האוויר נעות בצורה של תנודות דרך פתח קטן בלחץ גבוה. לאחר מכן, כשהקול עובר דרך האלמנט הקוני, הלחץ שלו יורד בהדרגה ואילו המשרעת של התנודות גודלת. באופן זה, היעילות של העברת הקול באוויר עולה בצורה משמעותית. יש הרבה חשיבות לגאומטריה המדויקת של הסיומת הקונית והיא משפיעה על הצורה בה התדרים הנמוכים והגבוהים של הקול מתפשטים.

בברכה,

פרופ' דוד אנדלמן
בית הספר לפיסיקה ואסטרונומיה
אוניברסיטת תל אביב

שלום דבי,

שאלה דומה לשאלתך נשאלה בעבר באתר "בשער ברשת". להלן קישור לתשובה:

http://www.bashaar.org.il/Question.asp?Question_id=2890

נשמח לעמוד לרשותך במידה ויתעוררו שאלות נוספות.

בברכה,

בשער ברשת
פרוייקט שאלות למומחים
בשער - קהילה אקדמית למען החברה בישראל

שלום אברהם,

א. אין מצב של צל משני צידי החפץ. במקרה המתואר בשאלה, אם השמש נמצאת בזוית נמוכה מעל האופק. הצל שהיא גורמת הוא ארוך. במקרה זה הצל של קיר אחד, זה הפונה לשמש, מגיע לקיר הנגדי ואף עובר אותו. אז כאילו יש (מעבר לקיר השני) שני צללים, האחד של הקיר הראשון מהצד הפונה לשמש, ושל הקיר השני המרוחק מהשמש. (כדי ששני הצללים יראו יחד צריך שיהיו בקיר השני חורים כך שאור השמש והצל של הקיר הראשון יעברו דרכם). אם השואל יודע יסודות של טריגונומטריה, הרי שהטנגנס של הזוית המקסימלית של השמש שתגרום לכך שצל הקיר הראשון יגיע לקיר השני הוא: גובה הקיר הראשון מחולק במרחק שבין הקירות. בכל זווית קטנה יותר (השמש נמוכה יותר בשמים), ימשך הצל של הקיר הראשון מעבר לקיר השני.

ב.



המצב המתואר בשאלה מוכר כאשר מקור אור שאיננו נקודתי מאיר חור בקיר והתמונה נופלת על מסך מעבר לקיר . במקרה זה התמונה של החור שנוצרת מהחלק העליון של מקור האור איננה חופפת את התמונה שנוצרת ע"י האור מחלקו התחתון של מקור האור. כך גם לגבי הצדדים האחרים של מקור האור. כתוצאה מכך נוצרים כאילו שני עיגולי אור בעלי אותו מרכז. האיזור המרכזי יהיה מואר יותר מאשר השולים היות והשולים נוצרים ע"י אור מופחת מזה של האיזור המרכזי (צל חלקי).

כאשר מדובר באור השמש, זהו מקור אור רחוק מאד (מרחק אינסופי כמעט) לכן קרני האור מגיעות אלינו באלומה מקבילה. במקרה כזה לא תתקיים התופעה שתוארה לעיל. אדם יכול לראות את צילו בשמש ולהיוכח שקו המתאר של הצל הוא ברור, אין צל חלקי. כלומר, לגבי השמש הבעיה לא קיימת. היא קיימת עם מקורות אור מלאכותיים שאינם נקודתיים.

עד כאן לגבי חור בקיר או חלון. לגבי סוכה המכוסה חלקית, כמות האור שתכנס לסוכה תלויה בזוית שבה מגיע אור השמש. אם אור השמש מגיע מכוון החצי שאינו מכוסה יכול להיות מצב שרוב החלק הפנימי של הסוכה יהיה מואר. לעומת זאת אם אור השמש בא מהכוון המכוסה והשמש בזוית נמוכה, כל הסוכה או רובה יהיו מוצלים.

בברכה,
פרופ' גד שני
הנדסה ביורפואית
אוניברסיטת בן גוריון

שלום מירה,

אור בתחום הנראה הוא קרינה אלקטרומגנטית שנושאת עימה אנרגיה. כאשר אור פוגע בחומר הוא מעורר מספר תהליכים אלקטרונים ואטומים: חלק מהאור נבלע (חומר לא שקוף) או עובר (חומר שקוף) וחלק מהאור מוחזר. הצבע של גוף שאנו מסתכלים עליו קשור לאור שמוחזר. למשל, כאשר עגבנייה אדומה נחשפת לאור השמש, העגבנייה בולעת קרינה בתחום הירוק והכחול אבל לא בתחום האדום. ולכן, אור בצבע אדום מוחזר מפני העגבנייה.

אבל זהו רק אחד מהתהליכים האפשריים. בתהליכים אחרים הפוטונים של האור מעוררים את רמות הוויברציה של אטומים במולקולות. האנרגיה של הפוטונים מתורגמת לתנועה מולקולרית (אנרגיה קינטית) ולחום. וזה מה שקורה עם רוב האור שנבלע ולא מוחזר: הוא הופך לחום, שהוא גם סוג של קרינה אלקטרומגנטית - כמו אור - אבל בתחום האינפרה-אדום של הספקטרום, עם אורכי גל גדולים יותר מאור אדום ולכן לא ניתנת לראיה בעין. גוף שחור שלא מחזיר אור אלא בולע את כל האור הפוגע יתחמם יותר מגוף לבן שמחזיר את רוב האור הפוגע. בגוף השחור רוב האור הפוגע הופך לחום (קרינה אינפרה אדומה) ולכן משתמשים בקולטים בצבע שחור לחימום מים בדוד השמש, למשל.

שלום איתמר,

להלן קישור למאמרים העוסקים בסוגיה זו:

http://voh.chem.ucla.edu/vohtar/fall02/classes/172/pdf/172rpint.pdf

http://chimianet.zefat.ac.il/download/mercury.doc

נשמח לעמוד לרשותך במידה ויתעוררו שאלות נוספות.

בברכה,

בשער ברשת
פרוייקט שאלות למומחים
בשער - קהילה אקדמית למען החברה בישראל

שלום יהונתן,

לשאלתך יש צדדים רבים – חלקם קשורים לתכונות המיוחדות של מים, וחלקם כלליים יותר. אנסה לענות על כולם. תוך כדי קריאת התשובה כדאי מאוד להתבונן בדיאגרמת הפאזה של מים. אתה יכול למצוא דיאגרמה כזו באתרים שונים באינטרנט, למשל: http://www.lsbu.ac.uk/water/images/phase.gif, http://www.homepages.ucl.ac.uk/~ucfbanf/ice_phase_diagram.jpg. הדיאגרמה אינה מסובכת כלל כפי שהיא נראית במבט ראשון. עבור טמפרטורה ולחץ נתונים עליך להסתכל בנקודה המתאימה בדיאגרמה ולראות מהו מצב הצבירה של מים. כפי שאתה רואה, למים יש מצבי צבירה רבים יותר מגז, נוזל ומוצק בלבד, שכן יש כל מיני סוגים של קרח, וכל אחד מהם הינו מצב צבירה בעל מבנה שונה.

א. העובדה ממנה אתה מתחיל – שטמפרטורת הקיפאון יורדת ככל שלחץ הקיפאון עולה – היא אחת הדוגמאות להתנהגות הבלתי-שגרתית של מים (האנומליה של מים). ניתן להראות שעובדה זו קשורה באופן הדוק לתכונה הבלתי-שגרתית השניה שאתה מזכיר – שנפח הקרח גדול מנפח הנוזל. בדיאגרמה הדבר מתבטא בכך שלקו המפריד בין מצב הצבירה הנוזלי למצב הצבירה של קרח Ih יש שיפוע שלילי. כפי שאתה יכול לראות בדיאגרמה, האנומליה הזו איננה מתקיימת תמיד. מעבר לנקודה מסוימת (לחץ של כ- 0.2 ג'יגה-פסקל, או 2000 אטמוספרות) מים נוזליים קופאים לסוג אחר של קרח, והשיפוע של הקו המפריד בין הנוזל למוצק הופך לחיובי. מכאן ואילך טמפרטורת הקיפאון עולה ככל שהלחץ עולה (וזו ההתנהגות הנפוצה, הנורמלית, ברוב החומרים). מאותה נקודה ואילך גם האנומליה הקשורה לנפח אינה מתקיימת.

התשובה לשאלתך הראשונה היא, אפוא, שלילית – אין לחץ גבוה כזה, שבו מים נוזליים לא יקפאו בכל טמפרטורה. נהפוך הוא – עבור לחצים גבוהים דיים נהיה קשה מאוד לגרום למים לעזוב את המצב המוצק ולהתנזל, ויש להעלות את הטמפרטורה לערכים גבוהים מאוד כדי להשיג זאת (הבט שוב בדיאגרמה). התשובה לשאלתך השלישית חיובית – בלחצים גבוהים מהערך שלעיל (כ-2000 אטמוספרות) נפח הקרח קטן מנפח הנוזל (אבל המדובר בקרח בעל מבנה אחר מזה הנוצר בלחץ רגיל).

ב. בשאלתך השניה, באשר לטמפרטורה שמתחת לה מים יהיו מוצקים בכל לחץ, התכוונת ללחץ גבוה כרצוננו, בהנחה שהאנומליה (עליית לחץ הקיפאון עם ירידת הטמפרטורה) מתקיימת תמיד. כפי שמוסבר ב-א' ובדיאגרמה, הנחה זו אינה נכונה. אולם אפשר לשאול שאלה דומה עבור לחצים נמוכים יותר ויותר. האם קיימת טמפרטורה שמתחת לה מים יהיו מוצקים אפילו בלחץ המתקרב לאפס? כפי שאתה יכול לראות בדיאגרמה, מתחת לטמפרטורה מסוימת (0.01 צלזיוס), כשמפחיתים את הלחץ, עוברים מקרח (מוצק) ישירות לאדים (גז) ללא מצב נוזלי באמצע. ככל שהטמפרטורה נמוכה יותר הלחץ בו קרח הופך לאדים יורד. עד מתי? תיאורטית, הקו הזה אמור להגיע אל לחץ אפס בטמפרטורה אפס, כלומר התשובה לשאלה שלעיל היא שלילית – בכל טמפרטורה קיים לחץ נמוך דיו בו הקרח יתאדה. אינני יודע עם טענה זו הוכחה נסיונית.

ג. משאלותיך עולה נקודה עקרונית שאיננה קשורה דווקא למים. האם יתכן שחומר לא יהפוך למוצק תהא הטמפרטורה שלו קטנה ככל שתהא? לפי החוק השלישי של התרמודינמיקה קיימת טמפרטורה מינימלית – האפס המוחלט – שאי אפשר לרדת מתחת לה, ואשר בה לחומר יש רק תצורה אפשרית אחת (או מספר קטן קרוב לאחד). לנוזל וגז יש מספר עצום של תצורות ( לכן, בין השאר, הם יכולים לזרום בקלות). התשובה, אפוא, היא שלילית – סמוך מספיק לטמפרטורה אפס חומרים יימצאו במצב של מוצק גבישי, בעל מספר קטן של תצורות אפשריות. יוצא מן הכלל הוא הליום (בלחץ סטנדרטי, לא גבוה מדי), אשר סמוך לטמפרטורה אפס אינו הופך למוצק אלא לנוזל מוזר, בעל מספר קטן של תצורות, הקרוי "על-נוזל".

מהירות האור היא המהירות המירבית האפשרית בטבע. אנו צופים בעובדה זו בדרכים רבות, ואתאר אחת מהן: כאשר אנו מאיצים חלקיק טעון ע"י שדות חשמליים אנו מוצאים שניתן להעניק לחלקיק אנרגיה בלתי מוגבלת כפי שהיינו מצפים ואולם מהירותו תשאף למהירות גבולית, היא מהירות האור, ולעולם מהירות החלקיק אינה חוצה מהירות זו.

קיום מהירות מירבית היא הבסיס לתורת היחסות (המצומצמת) של איינשטיין.

מדוע זהו חוק טבע, זו כמובן שאלה החורגת מתחום המדע, אין לי הרבה לומר בענין זה, ואעדיף לא לעסוק בזאת כאן.

הקשר לחזרה בזמן הוא קשר שבין שני דברים בלתי אפשריים. על סמך הנסיון שבידינו, חזרה בזמן היא בלתי אפשרית (צר לי אם זו אכזבה..). במסגרת תורת היחסות ניתן להראות שאילו חלקיק פיזיקלי היה נע מהר מהאור אזי היה קיים צופה אינרציאלי שבמערכת הייחוס שלו החלקיק היה נע אחורה בזמן. ניתן לפרש זאת כהסבר נוסף מדוע לא תתכן מהירות גבוהה ממהירות האור.

בברכה,

פרופ' ברק קול

מכון רקח לפיזיקה

אונ' עברית, ירושלים

נירה שלום,

יש חומרים שמסוגלים להתפרק בעצמם ויש כאלה שלא, וזה בהחלט תלוי בתכונות החומר. זה כשמדובר בהתפרקות כימית.

חומרים שמתכלים כימית באופן ספונטני, הם בדרך כלל חומרים לא יציבים שמתפרקים ליסודות או לתרכובות משנה כתוצאה מאור או שינוי טמפרטורה טבעי. אם החומרים הם מעשה ידי אדם הרי התוצרים הנפלטים עשויים להיות יציבים או מתפרקים. לעיתים התוצרים רעילים לאדם ולסביבה. לדוגמא פליטת דיאוקסינים או פטלטים מפולימרים פלסטים בחימום, או זליגה ללא חימום מכוון. כך גם צבעים וחומרים המשמשים לריהוט ולציפוי פנימי של בתים אשר מתכלים לאט לאט ותוך כדי כך פולטים גזים רעילים לאדם. ההתכלות כאן היא בהקשר שלילי, כי החומרים שזולגים או מתפרקים מהחומר או המוצר המקורי אינם ניתנים בד"כ לשימוש חוזר כחומרי גלם, ולעיתים אף מהוים גורם סיכון בריאותי.

התכלות מסוג אחר היא זו שמעורבים בה אורגניזמים חיים, התפרקות ביוכימית המתרחשת בתוך אורגניזם חי. אפשר להתחיל מאכילה של בעלי חיים, ולהגיע עד פירוק לתרכובות ויסודות ע"י מיקרואורגניזם, עבורם החומר מהוה מקור אנרגיה. התוצרים הסופיים יכולים להיות CO_{2 ,} מתאן ועוד. המיקרואורגניזם בעצמם לאחר שהתרבו, מתים וחוזרים כחומרי גלם לכדור הארץ באחד מהמחזורים הגאוכימים, כך שנטו ההתכלות מועטה ולא אמורה לפגע במאזן החומרים.

מכאן, המלה התכלות יכולה להיות בהקשר שלילי או חיובי, תלוי האם תוצרי ההתכלות נכנסים למחזור גיאוכימי או לא.

כשמדובר על התכלות משאבים, בודאי שמדובר בהקשר שלילי. המשאבים נלקחים מכדור הארץ, נעשה בהם שימוש אבל הם לא חוזרים כחומרי גלם, אלא כפסולת שתופסת מקום, עלולה להזיק ובסה"כ הופר מאזן החומרים על פני כדור הארץ.

בברכה,

ד"ר רוני לב
מדעים
מכללת לוינסקי לחינוך

לאומברטו שלום,

מחשבותיך ושאלותיך, בניסוחים שונים, העסיקו בעבר ומעסיקים בהווה אנשים חכמים רבים.

אינני חושב שיש תשובה חד משמעית, מספקת, לשאלות מעין אלה. במקום לנסות לענות לשאלה אעיר מספר הערות קצרות על כמה מדבריך.

1. אין גוף שנקרא "מדע" שיש לו דעה, גרסה או עמדה בעניין כלשהו. יש אוסף של אנשים שנקראים אנשי מדע, ומגוון הדעות שביניהם, לפחות בין הנבונים שבהם, מן הסתם גדול ועשיר יותר ממגוון הדעות של אנשים נבונים פחות.

2. הרעיון שהעולם או חוקי הטבע הם ישויות שנוצרו הוא הכללה שאולי אין לה הצדקה.

הניסיון האנושי מלמדנו שכל דבר שישנו בתוך העולם נוצר בזמן כלשהו, כלומר, היה זמן קודם לו שבו היישות הפיזיקלית שאנו מזהים לא הייתה קיימת בעולם. לגמרי לא ברור שמניסיון זה אפשר להסיק משהו על "יצירה" של העולם עצמו, בכללותו. מהתנסות אנושית זו לא נובע בהכרח שגם הקוסמוס, או האופן (החוקים) שעל פיו הוא מתנהל, אף הם עברו תהליך של יצירה.

3. הפחד שלך מן המחשבה מה היה קורה אילו הגרביטציה הייתה כוח דחייה ולא משיכה לא צריך להביא אותך למחשבה שהיא אולי הרבה יותר מפחידה. אם קיימת יישות בעלת רצון, אינטרס ומטרה (תכונות אנושיות למהדרין) שמנהלת את העולם, היא בוודאי יכולה להביא לתוצאות מפחידות שאין השכל האנושי יכול כלל לתאר.

4. אולי יש סתירה פנימית בתוך משפט שהשתמשת בו: "יש ... משהו על טבעי". ייתכן שמשהו שישנו הוא בהכרח טבעי. כמו לגבי כמעט כל מושג אחר, קשה לנסח הגדרה קצרה, ממצה ומוסכמת על הכל, של המונח "טבעי". עם זאת האמירה ש "טבעי" הוא לא אחר מאשר "כל מה שיש", נראית לי כאיפיון לא רע של המושג. לאור זאת אינני בטוח שיש בכלל משמעות למושג של "יש על טבעי".

כפי שציינתי, בכל האמור לעיל אין בעצם תשובה לשום שאלה. אעפ"כ אני מקווה שהואלתי משהו בדבריי.

בברכה,

פרופ' אליה ליבוביץ
אסטרופיסיקה
אוניברסיטת תל אביב

השאלה היא מצויינת, ולכן התשובה לא ברורה מעליה. השונות הגנטית נגרמת בצורה זו או אחרת ע"י מוטציות. מנגנון המוטציות הוא לא לחלוטין אקראי (שינווים נפוצים יותר בזוגות מסויימים של נוקלאוטידים, למשל G<->A ).
בנוסף קיימים בתא מנגנונים ש"מושכים" את המוטציות לאיזורים פחות רגישים, למשל לטלומרים בקצוות, שם אין הרבה גנים.

יש לציין שרוב הגנום לא מקודד לחלבון, או למשהו פונקציונאלי אחר (ככל הידוע לנו). הגנה נוספת היא העובדה שקודונים דומים מקודדים לאותה חומצת אמינו, כך שחלק מהמוטציות באזורים המקודדים לא ישפיעו על החלבון בסופו של דבר.
אם למרות כל מנגנונים ההגנה המוטציה נופלת במקום חשוב, התלמיד צודק , והקוד יפגע, ואולי אפילו לא יעבור "קומפילציה" - לא תהיה חלוקה של התא. לתא יש מנגנון "התאבדות" למקרה שמשהו משתבש מאוד בחומר הגנטי. מוטציה ששורדת את כל מנגנוני ההגנה האלה יכולה ליצור צרות רציניות, ובראש וראשונה סרטן. כיוון שיש אנשים שחולים בסרטן, ברור שהגוף לא תמיד מתגבר על המוטציות. אבל כיוון שמוטציות יכולות להתרחש בכל חלוקה של כל תא בגוף, בעיקר כשאנחנו נחשפים למוטגנים, הנפוץ ביותר הוא אור השמש, ורובנו לא חולים בסרטן, המנגנונים כנראה פועילים לא רע.

מקווה שעניתי על השאלה,

אכן, המדע משתנה ללא הרף -
ככל מצבור הידע שלנו, הוא מתפתח ומתרחב מיום ליום. אך הטענה ש"האמת של היום אינה האמת של מחר" היא חסרת שחר לגבי המדע. טענה זו נובעת מבורות ואי הבנה ומתיימרת להסתמך, כנראה, על המהפכה בחשיבה הפיסיקאלית שחוללו תורת היחסות ותורת הקוואנטים בראשית המאה העשרים. האמת המדעית, בניגוד לאמת האמונתית, אינה חורגת מתחום הנצפה, וגם שם היא אמורה להיות זהירה בהסקת מסקנותיה. הפיסיקה הקלאסית הייתה "אמת" ונשארה "אמת" כל עוד שהתצפיות שלנו אינן חורגות לתנאים קיצוניים ביותר (מהירויות המתקרבות למהירויות האור, טמפרטורות הקרובות לאפס המוחלט, ממדים זעירים בסדר גודל החלקיקים היסודיים או ממדים אסטרונומיים וכו'). האמת המדעית מאוששת על ידי התצפיות והניסיון, וכל הישגי הטכנולוגיה, שהיו נחשבים למעשי ניסים עוד לפני זמן לא רב, מעידים על "אמיתותה". בזכות אותם הישגים מדעיים וטכנולוגיים מדהימים, התאפשרו תצפיות שבהן התברר שהמודל הניוטוני הקלאסי הוא פשטני מדי באותם תנאים קיצוניים שהזכרתי לעיל, ושתורה פיסיקאלית שתהיה תקפה גם בתנאים אלה צריכה להיות סבוכה יותר, ותורת היחסות ותורת הקוואנטים הוכיחו את עצמן כמתאימות שם.

אין זה אומר שמדענים אינם טועים לעולם, אבל כיוון שהטענות המדעיות נבדקות על ידי קהילת המדענים הרחבה, טענות מדעיות מוטעות אמורות להיות מופרכות. טענות שלא נבדקו אינן אמורות להיות "אמת מדעית".

"האמת הדתית" אינה אמורה להתייחס לתחום הנצפה, ולכן אינה מתכוונת כלל לעמוד במבחן ההפרכה. כשהדת מנסה לגלוש לתחום הנצפה, התוצאות עלולות להיות מסוכנות ביותר עבורה. האמונה בבורא עולם או בעולם הבא אינה ניתנת לבדיקה, ולכן גם לא להפרכה. אי אפשר להוכיח ואי אפשר להפריך גם את הטענה שההומוסקסואלים בישראל הם אלו שגרמו לרעידת האדמה בלבנון. אמונתו של אדם היא בחירתו החופשית ואינה מסקנה הכרחית מהמציאות. כיוון שכך, יכול כל אדם לראות את אמונתו כ"אמת נצחית", בלא שיהיה לכך שום מכנה משותף עם "האמת המדעית" ועם עובדות החיים.

ראשית, המדע אינו "מאמין" או "לא מאמין". המדע אינו "חוקר גורמי תופעות", אלא מנסה ללמוד את התופעות ולמצוא מספר, קטן ככל האפשר, של חוקים, פשוטים ככל האפשר, שמהם יהיה ניתן לא רק להסביר את התופעות באופן רציונאלי בדיעבד אלא גם לחשב ולחזות דברים שעתידים לקרות בתנאים מסוימים – החל מליקוי חמה וכלה בכל שימושי הטכנולוגיה. הדת, או מה שאת קוראת "הכרה אלוקית" מספקת הסבר פשוט מאוד בדיעבד לכל דבר: זה היה רצון האלים. אבל הסבר זה הוא חסר כל ערך מבחינת הניבוי.

האדם החושב לא הסתפק בהסבר פשטני וחסר תועלת זה, וניסה למצוא הסברים מעמיקים יותר לתופעות. אפשר לדמות את התפתחות המדע היום להתבוננות בעולם שסביבך מנקודת מבט גבוהה יותר ויותר – האדם הקדמון היה על פני השטח, ובמשך הדורות הגביהה נקודת המבט של האדם והפכה לתלולית, אחר כך לגבעה, להר נמוך, לפסגה נישאת ובדורות האחרונים - למטוס ולחללית...

השאלה האם תהליך זה הוא סופי – האם המדע יגיע למה שנקרא "התורה הסופית", כלומר למציאת מספר קטן של מרכיבים ועקרונות שמהם ניתן להסיק את כל התופעות בעולמנו -
היא, כיום, שאלה פילוסופית ולא שאלה מדעית, ותישאר כזו אלא אם יצליחו להגיע ל"גביע קדוש" זה. כיוון שכך, יש מקום בינתיים מקום ל"אמונה" – יש כאלה שמאמינים שמטרה זו היא ברת השגה ויש כאלה שמטילים בכך ספק.

אם כך או כך, המדע מתבסס על כללי החשיבה הרציונאלית ועל חוקי טבע בסיסיים. עצם העובדה שכללים וחוקים אלה יכולים להסביר ולחזות את התופעות בעולמנו היא עובדה מופלאה, ויש מדענים המנסחים את התפעמותם מכך במונחים השאולים מהלכסיקון הדתי. אין לכך שום קשר עם האמונה באל יחיד או באלים רבים, בשכר ועונש, בגלגול נשמות
או בעולם הבא.

שלום רב,

להלן הפנייה לספרות מקצועית בה ניתן למצוא תשובה לשאלתך:

Biological Sciences Curriculum Study [BSCS]. (1993). Developing Biological Literacy: A Guide to Developing Secondary and Post-Secondary Biology Curricula (B. S. C. Study, Trans.). Dubuque, Iowa: Kendall/Hunt Publishing Company.

בברכה,
בשער ברשת
פרוייקט שאלות למומחים
קהילה אקדמית למען החברה בישראל

שלום ישראל,

 תאוצת הכובד g במרחק R ממרכז מסה M שלה התפלגות כדורית

היא g=G*M/R^2 , היכן ש-G הוא קבוע הגרביטציה. נציב:

G=6.674*10^-11 m^3/kg/s^2 קבוע הגרביטציה

M=5.972*10^24 kg מסת כדור הארץ

R=6.371*10^6 m רדיוס כדור הארץ

ונקבל שעל פני כדור הארץ (“גובה פני הים”) g=9.82 m/s^2

 התאוצה קטנה בהדרגה ככל שעולים. אם נעלה לגובה h מעל פני הים, הרי שתאוצת הכובד תקטן פי R+h)^2/R^2). למשל,הפסגה הגבוהה ביותר של הר האברסט היא בגובה של כמעט 9 ק"מ. מכאן שתאוצת הכובד שם היא פי 1.003 יותר קטנה מאשר בפני הים. לצרכים רבים אפשר להזניח שינוי קטן זה, אבל צריך לזכור שבאופן עקרוני תאוצת הכובד תלויה בגובה.

 בברכה,

טל

פרופ' טל אלכסנדר
פיסיקה של חלקיקים ואסטרופיזיקה
מכון ויצמן למדע

שלום רב

ענית יפה. הגרעינים הם כבדים וממוסכים ע"י רב האלקטרונים באטום . רק אלקטרונים ספורים, אחד או שנים פר אטום (כשמדובר ביסודות מתכתיים או במערכות עם קשרים כפולים מצומדים) הם ניידים. לכן, מקורות כח חשמליים (כמו גנרטורים בתחנות כוח) מייצרים עודף אלקטרונים ניידים בקוטב השלילי וגרעונם בקוטב החיובי. פער האלקטרונים בין הקטבים מתבטא בהפרד פוטנציאלים שהוא הדוחף לזרם החשמלי: האלקטרונים נעים מהקוטב השלילי לחיובי כדי לאזן את המטענים.

בברכה,

דורון

פרופ' דורון אורבך
כימיה
אוניברסיטת בר-אילן

שלום רב,

 מבחינה מסוימת השאלה  "הופכת את היוצרות" .

ההוכחה שסכום הזויות במשולש הוא קבוע (ושווה 180 מעלות, אם משתמשים במעלות למדידת הזוויות)  נשענת על אכסיומת המקבילים והמשפט הטוען שסכום הזוויות במשולש הוא גודל קבוע,  נכון בגיאומטריה אויקלידית אשר מקבלת את אכסיומת המקבילים כהנחת יסוד. בגיאומטריות שבהן לא מניחים את אכסיומת המקבילים (גיאומטריות לא אוקלידיות) סכום הזוויות במשולש איננו קבוע והמשפט הנזכר אינו תקף. למשל בגיאומטריה "כדורית", שבה "קו" הוא מעגל שמרכזו במרכז הכדור, יש משולשים שבהם סכום הזוויות הוא אפילו 270 מעלות  - המשולש הנוצר ע"י החיתוך של "קו המשווה"  עם שני "קוי אורך" שניצבים זה לזה.

אם השואל לא "הפך את היוצרות" ואכן שאלתו היא כפי שנוסחה, אני מניחה שהכוונה היא שמניחים את המשפט על סכום הזוויות במשולש כאכסיומה במקום אכסיומת המקבילים ורוצים לנסות להוכיח את אכסיומת המקבילים כמשפט. אם אכן השואל התכוון לכך, אז השאלה היא מאד לגיטימית וכדי להשיב עליה יש  לבנות צעד צעד את המשפטים השונים  ולהוכיחם בהסתמך על אכסיומת סכום הזוויות הקבוע במשולש יחד עם 4 האכסיומות האחרות. זה "תרגיל אינטלקטואלי" מעניין שלא התפניתי לעשות אותו. ועם השואל הסליחה.

בברכה,

פרופ' נצה מובשוביץ-הדר
המחלקה להוראת הטכנולוגיה והמדעים
הטכניון

שלום רב,

כאשר ממיסים מוצק צריכות המולקולות להנתק זו מזו בדומה לתהליך ההיתוך. התהליך השני שקורה הוא ההמסה עצמה כלומר מולקולות הממס "עוטפות" את מולקולות המומס.

אם החום הנפלט בתהליך ההמסה – התהליך השני – גדול מן החום הנדרש לנתוק המולקולות זו מזו הרי התהליך כולו יהיה אקסותרמי.

לפי לה שטליה  העלאת הטמפרטורה תגרום  לירידת המסיסות. 

מקרה זה נדיר יחסית אבל הוא קורה למשל  Na₂SO₄  

ברוב המקרים התהליך הוא אנדותרמי כאשר חום הנתוק גדול מחום ה"עטיפה". לפעמים  זה יוצא כמעט שווה ואז המסיסות כמעט ואינה משתנה עם הטמפרטורה, כמו מלח בשול. במקרה של גזים חום הנתוק כמעט ולא קיים, כי המולקולות ממילא כמעט מנותקות זו מזו ולכן זה דומה למקרה הראשון - כלומר המסיסות יורדת עם הטמפרטורה.

בברכה

קדמה בר-אלי

פרופ' קדמה בראלי
מדעים מדוייקים ביה"ס לכימיה
אוניברסיטת תל אביב

שלום,

תחילה יש אי דיוק מה בניסוח השאלה - מראש הגלים מוגדרים כך שהם אותו דבר (רק הפוך) באותו מקום (על ציר x), כך שאין צורך "להביא אותם" לאותו מקום, הם "שם".

בכל מקרה, במקרה המתואר שני הגלים מתבטלים לחלוטין לא רק מתימטית, גם פיזיקלית. אין אור, אין תנע, אין כלום, ולכן גם לא אפקט קומפטון.

בברכה,

ד"ר דובי פוזננסקי
הפקולטה למדעים מדוייקים, ביה"ס לפיזיקה ואסטרונומיה
אוניברסיטת תל אביב

שלום,

המהירות של חללית תלויה במסלולה. חללית המקיפה את כדור הארץ בגובה של כמה מאות ק"מ מעל פני השטח נעה בכ-8 ק"מ לשנייה. אם המסלול גבוה יותר, המהירות נמוכה יותר (לגבי מסלול מעגלי). חללית שעוזבת את כדור הארץ חייבת לנוע מהר יותר מ-11 ק"מ לשנייה יחסית לארץ.

 כשחללית חוזרת לכדור הארץ ממסלול נמוך מהירותה ההתחלתית היא כ-8 ק"מ לשנייה, המהירות המסלולית. חללית החוזרת לכדור הארץ מהחלל (מהירח, למשל) מגיעה במהירות גבוהה יותר, של כ-11 ק"מ לשנייה. בלימת המהירות נעשית ע"י "מגן חום", שכבה של חומר מתכלה שמורכבת בתחתית חלליות כמו הדרגון האמריקאי, או סביב כל החללית בגרסאות הרוסית והסינית. מעבורת החלל הייתה מצוידת בשכבת בידוד מלבני זכוכית מוקצפת, שהגנה מחימום יתר. בכל המקרים, החימום נגרם מהחיכוך בין החללית לבין באטמוספרה בגבהים של יותר מ-100 ק"מ וגם נמוך יותר.

 כאמור, רוב הבלימה נעשית ע"י פיזור החום. המצנחים מורידים את המהירות רק במקצת, מכמה מאות ק"מ לשעה עד למהירות צניחה רגילה של כמה מטרים לשנייה. במהירות זו תאי החלליות האמריקאיות עד אפולו וכולל היו מגיעות למי האוקיינוס. חלליות רוסיות וסיניות, להם גם יש מצנחי בלימה, מפעילות קרוב מאוד לקרקע גם רקטות בלימה. מעבורת החלל, כזכור, הייתה נוחתת כמטוס, על מסלול רגיל.

החללית שעזבה את כדור הארץ במהירות הגבוהה ביותר הייתה ניו הורייזונס (New Horizons ),  שנמצאת בדרך לפלוטו ולגופי חגורת קויפר. לאחר הפסקת הפעולה של כל המנועים הרקטיים, המהירות הייתה 16.26 ק"מ לשנייה.

בברכה,

פרופ' נח ברוש
מדעים מדויקים/ אסטרונומיה
אוניברסיטת תל אביב

שלום,

מעולם לא שמעתי המלצה לאחסון כיסוי נצמד (או כיסוי פלסטי או כיסוי של מזון) במקפיא.

אנא שימי לב: לעולם אין להשתמש במילה "ניילון" על מנת לתאר שקיות סופרמרקט או כיסוי נצמד. ניילון הוא שם של משפחת הפוליאמידים שפותחו ע"י חברת דופונט.

שקיות ספורמרקט הם פוליאתילנים, לחלוטין לא ניילון.

הגרסה המקורית של הכיסויים הנצמדים המפורסמים ביותר, Saran Warp, היו במקור פולי ויניל כלוריד. בימים אלה, כיסוי נצמד עשוי גם מויניל כלוריד המכיל חומרים מעצבים או פוליאתילנים בצפיפות נמוכה. לחלוטין לא ניילון. מצ"ב קישור:

http://en.wikipedia.org/wiki/Plastic_wrap

יתכן שההמלצה לאחסון כיסוי PVC במקפיא נועדה לצמצם את הנדידה של החומרים המעצבים אל פני השטח. בנוסף, הניידות של מקרו-מולקולות מצטמצמת בטמ"פ נמוכות, מצב העשוי לאפשר מניעה של תכונת ההיצמדות העצמית וכך קל יותר להשתמש בכיסוי כאשר הוא מופרד מהגליל ולהביאו למצב הרצוי לשימוש. תכונת ה"היצמדות" תשוחזר כאשר הכיסוי יהיה שוב בטמ"פ החדר.

אני מקווה שתשובתי עזרה,

בברכה,
 

פרופ' מיכאל סילברסטין
הפקולטה להנדסת חומרים
הטכניון

שלום,

במידה והאוטובוס מאיץ קדימה, הבלון יעבור לחלק הקדמי של האוטובוס ולא האחורי. זה יקרה מהסיבה שהבלון בעל צפיפות נמוכה יותר מאשר צפיפות האויר בסביבה, כלומר הוא קל יותר מאשר משקל האויר בנפח זהה. זאת הסיבה שהבלון ירחף. הכוח (הפיקטיבי) שנגרם כתוצאה מהאצת האוטובוס הוא כמו כוח המשיכה, ואלו הם אחד מקווי החשיבה שהובילו לתורת היחסות הכללית. כמו שהבלון עולה למעלה במקום ליפול, הוא יתקדם קדימה במקום אחורה - בדיוק כמו שהיה "מתנהג" בלון מלא אוויר.

 

פרופ' דב לוין
פיזיקה
הטכניון

שלום,

תשובה לשאלתך מופיעה בקישור המצורף: http://flora.huji.ac.il/browse.asp?action=specie&specie=AMMARE
 

בברכה,
 

בשער ברשת
פרוייקט שאלות למומחים
בשער - קהילה אקדמית למען החברה בישראל

שלום רב,

אכן, סכום הזוויות בכל משולש על פני הכדור גדול מ- 180 מעלות. דוגמה פשוטה היא, כמובן, משולש הנוצר על פני כדור הארץ על ידי קו המשוה ושני קוי אורך (הם ניצבים לו). אפשר גם להראות שכשמצמידים לפני כדור פינה של משולש גזור מנייר ומנסים להצמיד גם את הצלע השלישית שלו, היא  "נדחקת פנימה" מהצלע השלישית של המשולש הספרי המתקבל ותופעה זו בולטת יותר כאשר המשולש גדול יותר יחסית לכדור.

ואכן,  במשולש ספרי, "עודף" סכום הזוויות מעל 180 מעלות הוא פרופורציוני לשטח המשולש (גורם הפרופורציה תלוי ברדיוס הכדור). הוכחות חישוביות עלולות להיות קשות בכיתה ז. ההוכחה המתאימה ביותר שעולה בדעתי ברגע זה מוצגת באינטרנט על ידי Vladimir Georgiev בכותרת Spherical Trigonometry: Sum of angles of triangle in a sphere

בברכה,

 

פרופ' דן עמיר
מדעים מדוייקים
אוניברסיטת תל אביב

שלום,

מצ"ב מסמך המכיל תשובתו של המומחה. לצפייה במסמך לחץ כאן.

בברכה,

פרופ' ארי אלסון
גנטיקה מולקולרית
מכון ויצמן למדע