גלגלת היא מכונה פשוטה שהומצאה כבר בעולם העתיק ומאפשרת הרמת משאות כבדים בקלות גדולה יותר, באמצעות חבל וגלגלים. לגלגלת יש גלגלים שבדפנות שלהם יש הגבהה שמחייבת את החבל לעבור באמצע הגלגל. ככל שנגדיל את מספר הגלגלים, יגדל היתרון המכני שלנו ונוכל להרים משקל גדול יותר.

הגלגלת גם מאפשרת את היפוך כיוון התנועה של המשא. אם לאדם קשה להרים משא, הגלגלת תאפשר לו למשוך את חבל הגלגלת כלפי מטה, פעולה שהיא קלה יותר, והמשא יעלה למעלה. באופן דומה, גלגלת מסייעת למשיכת משהו שרוצים להרחיק מאיתנו. משום כך מושכים בחבל המחובר לגלגלות, כדי להעלות מפרשים למעלה בספינות מפרש.

את הגלגלת תיאר לראשונה המדען ארכימדס במאה ה-3 לפני הספירה. מתקני הגלגלת נחשבים לאחת מהמכונות הפשוטות של העת העתיקה, כפי שהן מוצגות באאוריקה בתגית "מכונות פשוטות".


הנה סרטון שמסביר כיצד גלגלת מאפשרת להרים משקל עצום (עברית):

http://youtu.be/d9PDmtNxM5A?t=7s


וסרטון באנגלית על פעולת הגלגלת:

http://youtu.be/LiBcur1aqcg

משאבה היא בדרך כלל מכונה השואבת נוזלים (יש גם משאבות השואבות גזים, שנקראות מפוח, מדחס או משאבת ואקום). אמנם יש משאבות ידניות אך לרוב מונעות המשאבות על ידי מנוע - מנוע חשמלי, מנוע דיזל או מנוע בנזין.


הנה הסבר באנגלית על פעולת משאבת מים פשוטה:

http://youtu.be/HphHTUWFZAg


והנה משאבה הרבה יותר מורכבת - משאבה של נפט:

http://youtu.be/WLSJGa2lLUc

תיבת ההילוכים (Gear) נועדה לנצל ולשמור על המנוע. המנוע בנוי כך שיש תחום שבו הוא פועל הכי טוב, כלומר אופטימלית. אם מהירותו של המנוע תרד מתחת לתחום הזה - הוא ייכבה. אם היא תעלה מעל לתחום - המנוע עלול להינזק עד כדי הרס מוחלט.

כדי למנוע מצב שהמנוע יגיע ברגע מסוים למצב בו הוא יינזק נוצרו ההילוכים. כל הילוך מיועד למהירות שונה ותיבת ההילוכים דואגת לכך שהרכב ייסע בצורה היעילה ביותר, הבטוחה לו והחסכונית ביותר בצריכת האנרגיה.

למשל, כדי להתחיל ולהסיע כלי רכב יש להשקיע הרבה מאד מאמץ של המנוע בהתחלה. אחרי שהרכב מתחיל לנסוע וצובר מהירות, המנוע מגיע למהירות כזו שחשוב להעביר הילוך. בהילוך השני מותאם התחום האופטימלי למהירות גבוהה יותר וכך המנוע נשמר. אם המכונית נוסעת יותר מהר - יש לעבור שוב להילוך גבוה יותר וכך הלאה.

נניח שהרכב מאט. אז נוצר מצב שהמהירות הנמוכה מחייבת לחזור להילוך נמוך יותר. אם לא נוריד הילוך... נכון, המנוע ייכבה.

אם היה לנו רק הילוך אחד ברכב, הוא לא היה מצליח להתחיל לנוע, כי לא היה למנוע מספיק כוח להזיז את הרכב עם הכוח הרגיל שלו (מספר הסיבובים לדקה). בהילוך ראשון רגיל, לעומת זאת, מהרגע הראשון יש כוח רב למנוע והוא מאיץ היטב, אבל כשנגיע למהירות מסוימת נהיה חייבים להעביר הילוך, כדי שהמנוע לא ייהרס.


כך פועלת תיבת ההילוכים במסגרת פעולת המנוע (עברית):

https://youtu.be/c8QvQIArOWM


פעולת תיבת ההילוכים עצמה:

https://youtu.be/F40ZBDAG8-o


הסבר לעומק:

https://youtu.be/wCu9W9xNwtI


ובימינו המרבית המכוניות תיבת ההילוכים היא אוטומטית:

https://youtu.be/u_y1S8C0Hmc

מַעֲלִית מותקנת בבניינים גבוהים והיא שמאפשרת לבני אדם לחיות ולעבוד בגורדי שלקים שכאלה. בעזרת משקלות כבדות, כבלים ארוכים וגלגלת, מעלה המעלית משקל רב מלמטה למעלה ואז מורידה - הכל בצורה אנכית (מלמעלה למטה).

המעליות מורכבות מתא שעולה ויורד בחלל סגור הנקרא פּיר. בראש הפיר יש מנוע גדול המעלה את המעלית למעלה.

ללא המצאת המעלית לא יכולנו לבנות גורדי שחקים, בנייני עסקים ובנייני מגורים גבוהים.


הנה סרטון שמסביר כיצד עובדת המעלית:

http://youtu.be/CeOklEyUw0I


שרטוט ואנימציה שמראה זאת:

http://youtu.be/17qjUcR7-fI


יש גם מעליות חוץ העולות ויורדות על פסים:

http://youtu.be/p1smaO0xkRw


בחיוך - ברקוני מגלה את המעלית (עברית):

https://youtu.be/wBH9QXZX62U


וסרטון תיעודי על הקידמה שהביאה המעלית:

https://youtu.be/a_4hVIWaa_8?long=yes

ראיתם את הספינר שכיכב לפני כמה שנים במכירות? איך הוא עובד? - המנגנון עצמו פשוט ומבוסס על טכנולוגיה יעילה ועתיקה, שנמצאת בימינו כמעט בכל מכונה. היא נקראת מסב, או "קוּגֶלָגֶר".

מֵסַבים (Bearings) הם גלגלים מיוחדים המקטינים את החיכוך והשחיקה בתנועה של שני חלקים, זה מול זה.

בספינר, למשל, יש משטח שבמרכזו יש לאחוז בשתי אצבעות, בעוד הגוף מסתובב במהירות רבה ובצורה חלקה לחלוטין. אגב, הסיבוב הקל הזה נזקף לזכותו של החיכוך המועט מאוד, שנוצר בעת הסיבוב.

מֵסַבים משמשים בדרך כלל לחיבור ותמיכה של צירים במערכות מכניות.

המסב הנפוץ ביותר בתעשייה הוא המֵסַב הכדורי, המכונה לעתים גם קוּגֶלָגֶר. יש בו טבעת גדולה, שמקיפה טבעת קטנה ואת החיכוך ביניהן מקטינות כמה כדוריות קטנות וחזקות עשויות פלדה, שמסודרות בין הטבעות הללו. שטח הפנים של הכדוריות, במגען עם הטבעות, הוא מזערי, מה שמקטין גם הוא את השחיקה.

מסבים כדוריים ניתן למצוא גם בספינר וגם ברולר בליידס ובסקייטבורד. במסב כדורי כזה מחולק העומס בין כדוריות הפלדה החזקות, בעוד הן מקטינות באמצעות המֵסַב את החיכוך והשחיקה שבין הציר המסתובב, לחלק המכני שנושא אותו. עוד יתרון שמקנות הכדוריות הללו הוא שימור האנרגיה המצוין שהן מאפשרות ובזכותן נמשכת תנועת הסיבוב לאורך דקות ארוכות ומחייבת הרבה פחות אנרגיה.


הנה המיסב:

https://youtu.be/RihQOUNsN9c


וכך פועלים המסבים:

https://youtu.be/p_KeL0XtEjw

רַכֶּבֶל (שילוב של "רכבת" ו"כבל") היא רכבת כבלים, שמסיעה קרונות התלויים באוויר על כבל עבה. הכבל העילי מחובר בין שתי נקודות ומושך עליו את הקרונות, על ידי מנוע חזק ומשקולות.

לרוב נועד הרכבל להעלות ולהוריד אנשים אל ומההרים. הכבלים מחוברים ממבנה שניצב בראש ההר ובצד השני אל המבנה שלמטה. מנוע חזק מעלה חלק מהתאים כלפי מעלה, אל ראש ההר. במקביל, באותו הזמן, יורדים תאים אחרים למטה מההר.

הרכבל מעלה בדרך כלל אנשים למרחקים קצרים בגובה רב. בישראל ידועים הרַכַּבְלִים שבמצדה ובראש הנקרה.


כך עובד הרכבל:

http://youtu.be/O5wyb3k3QMo


רכבל מלגו שמראה איך הוא עובד:

http://youtu.be/PYAWR1gP29s


והרכבל של חיפה:

http://youtu.be/QTbhVJvSEHI

אופן הפעולה של שעון היד (Wrist watch) משתנה על פי הטכנולוגיה. בעבר היה נפוץ השעון הנמתח. כמו את שעוני הכיס שקדמו לו ושאותם צריך היה לכוון פעם ביום, את השעון הנמתח, שהומצא בשנת 1924, צריך היה העונד למתוח מתיחה יומית.

המתיחה נעשתה בסיבוב של כפתור המתיחה שחובר אל הקפיץ הראשי של השעון. היא יצרה קפיציות ואפשרה לשעון לפעול, כל עוד הוא היה מתוח.

בשעונים האוטומטיים שהומצאו בהמשך, כבר לא נדרשה מתיחה. בשעונים אלה נמתח הקפיץ הראשי עם תנועות פרק כף ידו של העונד את השעון.

שעוני הקוורץ הגדילו והוסיפו דיוק רב ואמינות ואף הוזילו את שעוני היד באופן משמעותי.

כיום הולכים ונכנסים לשוק השעונים החכמים. הם דומים בחלק מיכולותיהם לטלפון החכם, אבל לפני הכל שעונים אלו הם שעונים דיגיטליים, הפועלים כמו שעון של מחשב. בנוסף לכך, שעונים חכמים הם מחשבים זעירים המאפשרים הפעלה של שלל אפליקציות, יישומים משוכללים המבצעים פעולות מגוונות, ממש כמו תוכנות מחשב או אפליקציות בסמארטפון המודרני.


הנה דרך פעולת שעון היד:

http://youtu.be/QcleI3GBj0Q


כך פועל שעון הקוורץ:

http://youtu.be/At5atF4mKiU?t=5m35s&end=6m55s


וכך פועל שעון חכם, שמבוסס על מחשב זעיר:

http://youtu.be/wjiZv0WBR0o

אם שמעתם פעם על אוטומטון (Automaton), אתם כבר יודעים שאוטומטונים היו מכונות שיצרו במאה ה-18 אמנים שונים. הם עשו עבודה מופלאה ביצירת מנגנוני שחזור של יצירה ועבודת יד עדינה, באמצעים מכניים.

על האוטומטים הללו ניתן לומר בחיוך שאלו היו הרובוטים של המאה ה-18, מכונות דמויות אדם שעשו פעולות מאד מורכבות. אך, שלא כמו רובוטים מודרניים, הן עשו זאת באופן אוטומטי ומתוכנת מראש לפרטי פרטים.

מרבית בעלי המלאכה שפיץחו אותם, אגב, היו אז שענים שהפגינו בבניית האוטומטונים את מומחיותם ויכולתם הטכנית הגבוהה.

מכונות האוטומטונים היו מונעות לרוב על ידי קפיץ שנמתח על ידי המשתמש וסיפק להן את היכולת הטכנית להניע את גלגלי השיניים שהיו בנויים בהן.

"הוגו", סרט שנעשה בשנים האחרונות ועוסק בילד שמוצא ומצליח להרכיב אוטומטון עתיק, הפך להצלחה עולמית. הוא גם הגביר את העניין באוטומטונים הרבים שמוצגים במוזיאונים בעולם.


הנה הדרך מהאוטומטונים ועד להומנואידים של ימינו, רובוטים דמויי אדם (מתורגם):

https://youtu.be/FJJe8PXEUhk


האוטומטון מהסרט "הוגו":

https://youtu.be/W91WQUGPFEc


אוטומטון מצייר, כפי ששוחזר בשנים האחרונות במוזיאון של בוסטון (מתורגם):

http://youtu.be/s0VUxaCSWxw


סיפור האספן שאסף 700 אוטומטונים והוריש אותם לטובת מוזיאון אוטומטונים:

http://youtu.be/7TZ9A71nx_U


אוטומטון של המלכה מארי אנטואנט מנגנת בדולצימר:

http://youtu.be/nITEU4fsqCU?t=2s


אחד משעוני היד היקרים בעולם, הכולל אוטומטון של ציפור בתוכו:

http://youtu.be/Ca1KF-mYjKg


ואוטומטונים שמנגנים ומלווים את האחים שבנו אותם:

https://youtu.be/Hnx3P2V4pRQ?t=2m36s

המצאת שואב האבק (Vacuum cleaner) הקלה מאד על ניקוי הרצפה והשטיחים שבבית. החסכון העצום שהוא מקנה, בזמן ובמאמץ, הוא חלק משמעותי בנוחות של העולם המודרני.

אבל כיצד פועל שואב האבק?

בתוך שואב האבק יש מנוע חזק שמניע מאוורר. כוחו של המאוורר יוצר יניקה של אוויר מהצינור המחובר אליו והוא שואב את האוויר לתוכו. למעשה היניקה הזו יוצרת ואקום שאליו נסחף הלכלוך. זו הסיבה שבאנגלית נקרא שואב האבק Vacuum cleaner, כלומר "מנקה בעזרת ואקום".

האוויר שנשאב פנימה מביא עימו אבק שנלכד בתוך שקית הסינון. אחת לכמה זמן מתמלאת שקית הסינון וצריך לרוקן אותה, כדי שניתן יהיה להמשיך ולשאוב. יש גם שואבי אבק עם מיכל סינון במקום שקית.


כך פועל שואב האבק:

http://youtu.be/ejaVz-ZR-a8


הסבר מפורט של פעולת שואב אבק:

https://youtu.be/KbpYm9Wxgw4


וכך הוא שואב את האבק אליו:

https://youtu.be/TT2pNBKJjX8

רבים אומרים שהוא גדול המדענים בהיסטוריה. כל כך הרבה מהמדע המודרני והטכנולוגיה שמשרתת אותנו התבססו ושאבו מתגליותיו. הבנת העולם והיקום בלעדיו פשוט אינם אפשריים ולכן נחשב הפיזיקאי והמתמטיקאי האנגלי אייזק ניוטון, בן המאה ה-17, לאחד המדענים הגדולים בכל הזמנים.

סיפורו מתחיל לא טוב. ניוטון היה נער מבית פשוט שאימו הייתה מאוד מתוסכלת כי היא לא קיבלה ממנו עזרה בבית. כשפנתה לקרוב משפחה שידבר עם בנה הסורר, שוחח עימו האיש והודיע לאם שהילד שלה גאון.

זה היה איבחון חשוב כי ניוטון הצעיר נשלח ללימודים בבית ספר בקיימברידג' ושם הפך לתלמיד מצטיין ולסטודנט מבריק.

האגדה מספרת שבגיל 23 הוא צפה בתפוח נופל מעץ בעיירה קיימברידג' והבין שכוח מסוים הוא שמושך אותו אל האדמה. מכאן הדרך קצרה לתיאוריה מסעירה ששינתה את כל מה שחשבו עד אז על הפיזיקה של כדור הארץ ועל חוקי התנועה של הגופים.

וכך, לפני 350 שנה בלבד, ניסח ניוטון את "חוק הכבידה העולמי", חוק מדעי שקבע שבין כל שני גופים חומריים, בעלי מסה, פועל כוח משיכה. התאוריה שלו אף קבעה שככל שהגופים הם קרובים זה לזה ומכפלת המסות שלהם גדולה יותר, כוח המשיכה ביניהם יהיה חזק יותר. קצת מזכיר עניינים שבינו לבינה, לא?

ניוטון היה המדען הראשון שתיאר את כוח הכבידה ואת שלושת חוקי התנועה ובכך יצר את הבסיס להנדסה המודרנית ולהישגים עצומים במכניקה והתעשייה של העולם המודרני. גם מי שלא מסכימים לכנותו המדען הגדול בכל הזמנים יסכימו שהוא לבטח מי שהניח את היסודות החשובים לחשיבה המדעית המודרנית.

אתם חושבים שזה הכל? - ממש לא. ניוטון תרם בשלל תגליות ובמחקר מעמיק בשלל תחומים כמו אופטיקה, אסטרונומיה ומתמטיקה. תרומתו עצומה להתפתחות הגישה המדעית ולהבנת היקום והחלל שמסביבנו.

אייזק ניוטון הוא אולי המדען שמבטא בצורה הטובה ביותר את הגאוניות של השיטה המדעית, המתבססת על תגליות וממצאי העבר, בדרך להתקדמות המדעית של ההווה והעתיד. ספרו הנודע, ה"פרינקיפיה", בו תיאר את הכוח הכבידה ומרכיביו, היה המעצב המרכזי של דרכי החשיבה המדעית והמחקר עד ימינו.

נדרשו אמנם שנים רבות עד שהספר והרעיונות שהציג בו ניוטון הפכו לאבני יסוד בעולם המדע, אבל השיטתיות והאופן בו חקר ניוטון וכתב את מחקריו הפכו למדע עצמו. שלושת הכרכים של הספר היו לתנ"ך של הכתיבה המדעית והשיטה המדעית, בה הטבע מתואר באופן מובנה, על בסיס מחקר מבוסס השערות שנבדקו בניסוי, בהתבסס על ממצאי ניסויים קודמים.

את צניעותו וגדלותו כאדם וכמדען ביטא מי שנחשב בעיני רבים כגדול המדענים בהיסטוריה בענווה גדולה, כשכתב לחבר במכתב את המשפט האלמותי: "אם הרחקתי לראות, הרי זה משום שעמדתי על כתפי נפילים".


ראו סרטון אנימציה קצר שמציג את התגליות של ניוטון בתחום הכבידה:

http://youtu.be/jwPc0kK9VHU


סיפורם של ניוטון וחוקי ניוטון (עברית):

https://youtu.be/G-YlfXtW7Yc


על שלושת חוקי התנועה של ניוטון (מתורגם):

https://youtu.be/JGO_zDWmkvk


הסבר 3 חוקי התנועה של ניוטון (מתורגם):

http://youtu.be/zCNSO002jfI


סרטון באנגלית לילדים על סיפורו של ניוטון:

https://youtu.be/h48BWDeBLno


ותכנית חינוכית על ניוטון ורעיונותיו (עברית):

https://youtu.be/uafbWJ26xNU?long=yes