מס' משכים: 2
משך 1: שיוף שפות תקיפה ושפות זרימה.
משך 2: הדבקת החלקים.
בומרנג – היסטוריה, תרבות והמדע שמאחורי החזרה
משך הפעילות
הפעילות משלבת לימוד, בנייה והתנסות מעשית.
משך ראשון: שיוף שפות ההתקפה ושפות הזרימה. משך שני: הרכבת הבומרנג והדבקת החלקים.
① פתיחה – החפץ שעושה סיבוב וחוזר
כשאנחנו זורקים כדור, הוא מתקדם באוויר ולבסוף נופל לקרקע. אבל הבומרנג יכול לעשות משהו הרבה יותר מעניין: להתרחק מאיתנו, לשנות את מסלולו באוויר ולנוע בחזרה לכיוון נקודת ההטלה.
איך זה קורה?
מדוע הוא מסתובב?
האם כל בומרנג באמת חוזר?
ומה הקשר בין בומרנג לבין כנף של מטוס?
המדריך מציג לתלמידים בומרנג מורכב ומאפשר להם להתבונן בו מקרוב.
אפשר לפתוח בשאלה:
„דמיינו שאתם חיים בתקופה שאין בה מנועים, מחשבים או מכונות מתקדמות. יש לכם רק עץ, כלי עבודה פשוטים והרבה יכולת להתבונן ולנסות. איך הייתם מגלים איזו צורה תגרום לחפץ לעוף בצורה שאתם רוצים?”
שאלו את התלמידים:
מה אתם כבר יודעים על בומרנג?
האם לדעתכם כל בומרנג חוזר?
האם הצורה שלו בלבד גורמת לו לחזור?
מה יקרה אם נזרוק אותו בלי סיבוב?
האם בומרנג בעל שלוש זרועות יכול לעבוד כמו בומרנג בעל שתי זרועות?
אפשר לכתוב על הלוח שלושה אזורים:
מה אנחנו יודעים | מה אנחנו משערים | מה אנחנו רוצים לבדוק
כך התלמידים מתחילים לחשוב כבר מההתחלה כמו חוקרים ומהנדסים.
② קצת היסטוריה – ידע שעבר מדור לדור
הבומרנג מזוהה במיוחד עם העמים האבוריג'יניים באוסטרליה. במשך דורות התפתח ידע מעשי רב בנוגע לבחירת העץ, לצורת הכלי ולאופן השימוש בו.
חשוב לדעת שלא היה סוג אחד בלבד של בומרנג. בקהילות שונות יוצרו כלים בצורות שונות ולמטרות שונות, והבומרנג ממשיך להיות גם כיום חלק ממסורת ותרבות חיה.
כלי הטלה מעוקלים היו קיימים גם במקומות נוספים בעולם, אך עצם העובדה שכלי היה מעוקל אינה אומרת שהוא תוכנן לחזור אל הזורק.
נקודה חשובה
לא כל בומרנג נועד לחזור.
חלק מהבומרנגים נועדו לעוף קדימה לעבר מטרה, ואחרים תוכננו למסלול טיסה מתעקל וחוזר.
③ למה השתמשו בבומרנג?
לבומרנגים היו שימושים שונים.
בומרנגים שאינם חוזרים שימשו בין היתר לציד. בומרנגים חוזרים שימשו למשחק ובחלק מהקהילות גם לצרכים הקשורים לציד, למשל להבהלת עופות. לבומרנג יש גם משמעות תרבותית והוא מופיע בסיפורים, ביצירה ובמסורת.
מכאן אפשר לשאול את התלמידים:
האם אותו בומרנג יהיה מתאים לכל משימה?
התשובה היא כמובן שלא.
כלי שמיועד לטווח גדול צריך להיות מתוכנן אחרת מכלי שמטרתו לחזור אל הזורק.
לפני שמתחילים לבנות, נותנים לתלמידים להתבונן בחלקים ולשאול:
האם שלושת הלהבים זהים?
האם פני העץ חלקים?
האם ניתן לראות את כיוון סיבי העץ?
כיצד שלושת הלהבים יתחברו?
מה יקרה אם אחד הלהבים יורכב בכיוון שונה?
חשוב להסביר:
לא מספיק שהבומרנג ייראה סימטרי מלמעלה.
גם צורת הלהבים, כיוון השיוף וכיוון ההרכבה משפיעים על התעופה.
⑤ מכירים את חלקי הלהב
להב
אחת הזרועות של הבומרנג. בזמן התעופה היא פועלת במובנים רבים כמו כנף קטנה.
פרופיל
הצורה של הלהב אם היינו חותכים אותו לרוחבו ומסתכלים מהצד.
שפת התקפה
החלק הקדמי של הלהב – החלק שפוגש ראשון את האוויר.
שפת זרימה
החלק האחורי של הלהב – המקום שממנו האוויר ממשיך לאחר שעבר סביב הלהב.
עילוי
כוח אווירודינמי שנוצר בעקבות תנועת הלהב באוויר.
גרר
כוח שמתנגד לתנועת הגוף דרך האוויר.
ציר סיבוב
קו דמיוני שסביבו הבומרנג מסתובב.
⑥ איך הבומרנג באמת עף?
כאן נמצא החלק המדעי המעניין ביותר.
כאשר אנחנו מטילים בומרנג אנחנו מעניקים לו שתי תנועות בו־זמנית:
תנועה קדימה + תנועה סיבובית.
אם רק נזרוק אותו קדימה ללא מספיק סיבוב, הוא לא יתנהג כפי שתכננו.
הלהבים הם למעשה כנפיים
כל להב של הבומרנג נע דרך האוויר בדומה לכנף קטנה.
לכן אנחנו לא משייפים את העץ סתם כדי שיהיה יפה. השיוף יוצר ללהב פרופיל אווירודינמי.
האוויר הזורם סביב הלהבים מפעיל עליהם כוחות.
אבל כאן קורה משהו מעניין:
בגלל שהבומרנג גם מתקדם וגם מסתובב, חלק אחד שלו נע ברגע מסוים עם כיוון התנועה, בעוד שחלק אחר נע בכיוון שונה ביחס להתקדמות.
כתוצאה מכך הלהבים אינם פוגשים את האוויר באותה מהירות.
וזה גורם לכך שהכוחות האווירודינמיים על חלקי הבומרנג אינם שווים.
⑦ אז למה הבומרנג פונה?
הבדלי הכוחות על הלהבים יוצרים מומנט על הבומרנג המסתובב.
מכיוון שהבומרנג מסתובב במהירות, הוא מתנהג במידה מסוימת כמו גוף גירוסקופי.
השינוי בכיוון ציר הסיבוב נקרא:
נקיפה גירוסקופית
התוצאה היא שכיוון הבומרנג משתנה בהדרגה – ולכן מסלול הטיסה שלו מתחיל להתעקל.
במילים פשוטות לתלמידים:
„הבומרנג מתקדם וגם מסתובב. הלהבים שלו פוגשים את האוויר במהירויות שונות ולכן נוצרים עליהם כוחות שונים. בגלל שהבומרנג מסתובב, הכוחות האלה גורמים לו לשנות בהדרגה את הכיוון – וכך המסלול שלו יכול להתעקל בחזרה.”
⑧ האם בומרנג תמיד חוזר?
לא.
גם בומרנג שתוכנן לחזור לא בהכרח יחזור בדיוק ליד שלנו בכל הטלה.
התוצאה תלויה בשילוב של:
מבנה הבומרנג + איכות הבנייה + הסיבוב + זווית ההטלה + עוצמת ההטלה + תנאי הרוח.
לכן כאשר בומרנג לא חוזר, לא אומרים מיד:
„הבומרנג לא עובד.”
במקום זאת אנחנו חושבים כמו מדענים ושואלים:
האם הוא הסתובב מספיק?
האם המסלול התחיל להתעקל?
האם הוא התנדנד?
האם הוא פגע מהר בקרקע?
האם הייתה רוח?
האם אותה תוצאה חזרה במספר ניסיונות?
⑨ בונים את הבומרנג
שלב א׳ – בדיקת החלקים
בודקים שכל חלקי הערכה נמצאים ושאין סדקים או פגמים בעץ.
שלב ב׳ – סימון
מסמנים בעיפרון את האזורים שאותם יש לשייף ואת הכיוון הנכון של כל להב.
שלב ג׳ – הדגמת השיוף
המדריך מדגים על להב אחד את צורת הפרופיל הרצויה ואת שפת ההתקפה ושפת הזרימה.
שלב ד׳ – שיוף שלושת הלהבים
התלמידים משייפים בהדרגה ומשווים בין הלהבים.
חשוב: לעבוד לאט. עץ שכבר שויף אי אפשר להחזיר.
שלב ה׳ – הרכבה ללא דבק
מניחים את כל החלקים במקומם ובודקים שהלהבים פונים לכיוון הנכון ושהמבנה סימטרי.
שלב ו׳ – הדבקה וחיזוק
לאחר הבדיקה מדביקים את החלקים ואת עיגולי החיזוק.
שלב ז׳ – בדיקה
ממתינים להתקשות מלאה של הדבק והמדריך בודק את הבומרנג לפני ההטלה.
⑩ יוצאים לניסוי תעופה
את הבומרנג מטילים רק בשטח פתוח ופנוי, הרחק מאנשים, בעלי חיים, כבישים, מכוניות וחלונות.
מטילים בומרנג אחד בכל פעם.
שאר הקבוצה נשארת באזור בטוח.
אוספים את הבומרנג רק לאחר שנחת ובהוראת המדריך.
בתחילת הפעילות לא מנסים לתפוס את הבומרנג באוויר.
אין להשתמש בבומרנג סדוק או בבומרנג שיש בו חיבור רופף.
⑪ מעבדת תעופה – עכשיו אנחנו המדענים
שאלת החקר
כיצד שינוי קטן בזווית ההטלה משפיע על מסלול הבומרנג ועל המרחק שבו הוא נוחת מנקודת ההתחלה?
לפני הניסוי התלמידים כותבים השערה.
מבצעים מספר הטלות באותה זווית ולאחר מכן משנים רק גורם אחד.
למשל:
מצב א׳: שלוש הטלות בזווית הראשונה. מצב ב׳: שלוש הטלות בזווית השנייה.
בכל הטלה מתעדים:
מרחק מהזורק | צורת המסלול | מידת ההתעקלות | מקום הנחיתה
לאחר מכן משווים בין התוצאות.
⑫ חושבים כמו מהנדסים
לאחר הניסוי כל קבוצה משלימה:
„ראינו ש__________.
אנחנו משערים שהדבר קשור ל__________.
בניסיון הבא נשנה רק את__________.
ונבדוק האם__________.”
זהו אחד הרעיונות החשובים ביותר בהנדסה:
לא משנים הכול יחד.
אם משנים דבר אחד בכל פעם, אפשר להבין מה באמת גרם לשינוי.
⑬ סיכום
בסוף הפעילות חזרו עם התלמידים לשאלות מתחילת השיעור.
שאלו:
האם כל בומרנג נועד לחזור?
מה ההבדל בין בומרנג חוזר לכלי הטלה רגיל?
אילו שתי תנועות מקבל הבומרנג בזמן ההטלה?
למה אנחנו משייפים את הלהבים?
מהי שפת התקפה?
מהי שפת זרימה?
מדוע הסיבוב חשוב?
למה כדאי לבצע כמה הטלות ולא להסתמך על ניסיון אחד?
למה בניסוי מדעי משנים רק משתנה אחד בכל פעם?
ולסיום כל תלמיד משלים שלושה משפטים:
דבר חדש שלמדתי על ההיסטוריה של הבומרנג: ________
דבר חדש שלמדתי על תעופה: ________
שאלה שהייתי רוצה לחקור בהמשך: ________
ככה הייתי משאירה את זה, אלון. זה אותו תוכן של המערך, אבל עכשיו הוא מחולק נכון, קריא, וכל שלב עומד בפני עצמו במקום שכל המספרים והכותרות יידבקו לתוך הפסקאות כמו באתר.
הארה בפייסבוק
