תלת־אופן חשמלי – מבט מדעי וטכנולוגי

🔬 הערך המדעי

במהלך השיעור תלמדו כיצד משולבים תחומים של הנדסה, פיזיקה וטכנולוגיה במבנה פשוט של תלת־אופן חשמלי. הרכבת הדגם מדגימה את עקרונות ההנעה החשמלית, השימוש באנרגיה, ואופן העברת כוח באמצעות מערכת תמסורת (גלגלי שיניים). כל ילד יוכל להבין כיצד מנוע קטן גורם לתנועה של כלי רכב שלם, וכיצד החשמל הופך לאנרגיה מכנית.

📚 היסטוריה קצרה של תלת־אופן ורכבים חשמליים

• תלת־אופן שימש בעבר ככלי תחבורה לילדים, קשישים ואנשים עם צרכים מיוחדים – בגלל יציבותו.

• בשנות ה־1800 כבר הומצאו תלת־אופנים מכניים שהונעו בכוח רגלי הרוכב.

• הרעיון של רכב חשמלי קיים כבר מאז המאה ה־19! כבר אז הונעו רכבים קטנים על־ידי מצברים.

• כיום תלת־אופניים חשמליים חוזרים לשימוש נרחב בגלל מודעות סביבתית וניידות עירונית.

• פרויקטים כמו זה, משלבים בין עולם הילדות לעולם המדע והטכנולוגיה.

1. חשמל ומנועים

כאשר מחברים סוללה למנוע דרך חוטים, נוצר מעגל חשמלי סגור שמאפשר זרימת זרם.
הזרם החשמלי עובר דרך סלילים בתוך המנוע ויוצר שדה מגנטי משתנה.
שדה זה יוצר אינטראקציה עם מגנטים קבועים במנוע וגורם לרוטור להסתובב – וכך נוצרת תנועה.

2. מערכת תמסורת

גלגלי שיניים מעבירים את הסיבוב מהמנוע לגלגלים של התלת־אופן.
כאשר גלגל שיניים קטן מניע גלגל שיניים גדול – מהירות התנועה יורדת אך הכוח עולה.
שינוי בגודל גלגלי השיניים מאפשר לשלוט על יחסי מהירות מול כוח – בהתאם לצרכים.

3. חיכוך והספק

חיכוך בין גלגלי השיניים חשוב כדי שלא יחליקו – אך אם הוא חזק מדי, הוא מעכב תנועה.
גם בין הצמיגים לרצפה מתקיים חיכוך, והוא הכרחי כדי שהרכב "יתפס" וינוע קדימה.
הספק המנוע תלוי במתח ובזרם: ככל שהמנוע צורך יותר אנרגיה – כך הוא מסוגל לעבוד חזק יותר, אך לזמן קצר יותר.

4. הנדסה ותכנון

מבנה עם שלושה גלגלים (תלת־אופן) מעניק לרכב יציבות יחסית ומונע התהפכות.
יש לוודא שמרכז הכובד נמוך וקרוב למרכז – כדי שלא ייטה לצדדים בעת תנועה.
אם הגלגלים לא מאוזנים במשקל, הרכב יסטה או יתקשה לנסוע בקו ישר – לכן יש לתכנן את החלוקה בזהירות.