שכבת גיל- א'-ו' משך זמן שיעור- 45 דקות מספר השיעורים - 2
מטרות השיעור -
אילו דרכים לנווט היו בשימוש בעבר הרחוק ?
מהי שושנת הרוחות ?
מתי ועל ידי מי הומצא המצפן ?
למה הומצא המצפן ?
כיצד עובד המצפן ?
לצורך מה משמש המצפן ?
למה להשתמש בכיווני מרחב ?
היכרות עם שדה מגנטי
שימוש מעשי במצפן בעזרת משחק
שיעור ראשון
מהלך השיעור -
בעת העתיקה (עד בערך 500 לספירה) השמש והירח היו עזרי הניווט העיקרים, כמובן שאילו לא היו מדוייקים ממש.
כוכב הצפון הנראה רק בחצי כדור הארץ הצפוני שימש לניווט בשמי הלילה ואילו השמש
אשר זורחת במזרח ושוקעת במערב שימשה לניווט בשמי היום.
בלילה נעזרו במפות כוכבים על מנת למצוא את כוכב הצפון ואילו ביום השתמשו בשעון מחוגים על מנת לקבוע את הצפון,
הפעולה ההפוכה משעון שמש.
מהי שושנת הרוחות ?
שושנת הרוחות היא תרשים המציין את כיוון רוחות השמיים, צפון, דרום, מזרח ומערב.
והיא משמשת לרוב להתמצאות גאוגרפית על פני כדור הארץ, אבל ניתן להשתמש בה בכל כוכב לכת אחר, המסתובב.
המצאתה חלה במאה השלישית לפני הספירה, ומטרתה הייתה ליידע את קורא המפה באילו 8 כיוונים נשבו הרוחות העיקריות.
לעיתים השושנה הייתה מורכבת ממספר רב יותר של כיוונים וכללה 8 חצי רוחות ו- 16 רבעי רוחות. הצפון והדרום מצביעים על קטבי כדור בארץ. קוטב מוגדר על ידי ציר הסיבוב של כדור הארץ, אם נמצא מעל הקוטב הצפוני נראה כי הכדור מסתובב כנגד כיוון השעון, ואילו מהקוטב הדרומי כיוון הסיבוב יהיה הפוך.
כיווני הרוחות
1. צפון - מצביע על הקוטב הצפוני, ממבט מעל הקוטב נראה כי כדור הארץ מסתובב כנגד כיוון השעון.
2. מזרח - נמצא בזווית ישרה לצפון מכיוון הסיבוב.
3. מערב - נמצא בזווית ישרה לצפון מנגד למזרח.
4. דרום - נמצא מנגד לצפון, או הקוטב אשר ממבט מעליו נראה כי הכדור מסתובב עם כיוון השעון.
בין כל אחד מהכיוונים ישנם כיווני משנה הכוללים שם ביניים, לדוגמה צפון מזרח, כיוון הנמצא בין הצפון למזרח. או דרום דרום מערב כיוון הנמצא רביעית מהדרום לכיוון המערב.
כיום שושנת הרוחות מוצגת בפורמט מעגלי, היא מציגה את תדירות הרוחות בכיוונים השונים לאורך תקופה מוגדרת.
המצפן
מכשיר לקביעת הצפון על פי השדה המגנטי של כדור הארץ.
המצפן הומצא לראשונה בימי סין העתיקה, סביב המאה ה4 לספירה.
במערב המצפן הוזכר לראשונה בכתב, בימי הביניים (המאה ה11-12).
כנראה המצפן הגיע למערב מסין דרך המסחר בין היבשות, או שהומצא מחדש במערב.
שימושו העיקרי של המצפן הוא התמצאות גאוגרפית, ואנו משתמשים בו כיום בעיקר לשם כך.
בשונה מהאמצעים השונים שהיו בשימוש עד להמצאתו, הוא נחשב יותר מדוייק וקל לשימוש.
לאחר המצאתו רוב השימוש בו נעשה על ידי ספנים ויורדי ים, אשר ניווטו במקום חסר סממני דרך (הים).
המצפן המגנטי נמצא על פני לוח עגול, בתחילה על הלוח הייתה מסורטטת שושנת הרוחות, לאחר מכן נוספו לשמות הכיוונים גם מעלות ונשארו ללא השושנה, כאשר 360 מעלות היינו הצפון,
90 מזרח 270 מערב ו180 דרום.
מהו שדה מגנטי ?
תכונה של המרחב סביב חומר מגנטי או זרם חשמלי,
אשר מפעיל כוח בכיוון מסויים על אותם חומרים או אמצעים.
לא כל חומר יכול להפוך למגנט, הוא צריך להיות חומר פרומגנטי, חומר אשר מסוגל להפוך למגנט
כאשר הוא נמצא בתוך שדה מגנטי כגון ברזל, ניקל, קובלט, והמינרל מגנטיט.
למגנט שני צדדים צד צפוני וצד דרומי, אילו מצביעים על הכיוון והכוח אשר השדה המגנטי מפעיל.
למגנט מספר תכונות, הכוח המופעל מהחלק הצפוני ימשוך אליו חלק דרומי של מגנט אחר ולהיפך.
כוכב לכת כחלק מהגדרתו הוא בעל שדה מגנטי, כך לכדור הארץ יש שדה מגנטי בעל צד צפוני ודרומי. (כפי שניתן לראות בתמונה)
הצד הצפוני נמצא בקוטב בצפוני ואילו הדרום נמצא בקוטב הדרומי. (מבחינה פיזיקלית הקשר הפוך, אך איננו רוצים ליצור בלבול).
בעזרת המצפן האדם יכול לנווט על פני שטח כדור הארץ בצורה מדוייקת יותר, כיוון שתמיד ידע את מיקומו ביחס לאחד מקטבי כדור הארץ.
ניסוי הצפון
כעת נבין כיצד נוכל למגנט מחט ובעזרתה נוכל לדעת היכן נמצא הצפון על פני כדור הארץ.
על מנת למגנט את המחט נעזר במגנט קיים. נבחר את אחד הצדדים שלו ונעבור על פני צד אחד של הסיכה בצורה חוזרת ועיקבית. אחרי מספר פעמים הסיכה עצמה הפכה למגנט בעצמה.
וזו אחת הדרכים למגנט חומר פרומגנטי, במקרה של הסיכה מדובר בפלדה, סגסוגת (תערובת מתכות) המורכבת בעיקר מברזל.
כעת נוכל להדגים כיצד נמצא את אחד הקטבים המגנטים של כדור הארץ.
בסרטון ניתן לראות כיצד לבצע את הניסוי.
סרטון
מסקנות
1. הברשת המגנט על גבי הסיכה מחזק את השדה המגנטי שלה והופך אותה למגנט.
2. לאחר מגנוט, הצד הדרומי של הסיכה יצביע על הקוטב הצפוני של כדור הארץ.
3. נוכל למשוך את הסיכה גם בעזרת המגנט, המהירות בה הסיכה תנוע תגדל עקב הקרבה למגנט.
4. נרצה למנוע כמה שיותר חיכוך ומשקל בין הסיכה לסביב, לכן נשתמש במים וחתיכת קלקר קטנה ככל הניתן.
5. נבין מהוא הצד המצביע על הצפון בעזרת מצפן אחר, וכך עושים בתהליך ייצור של מצפן חדש.
סוגי מצפנים מצפן מגנטי - מצפן הבנוי ממחט מגנטית הנמצאת על ציר חופשי,
מורכבת על גבי לוח שנתות ומצביע על הצפון. מצפן שטף מגנטי - המחט הוחלפה בסלילים אלקטרומגנטים,
המסוגלים לחוש את כיוון הצפון או הדרום בעזרת זרם חשמלי. מצפן גירוסקופי - היקר מכל המצפנים שצויינו, הגיירוסקופ יצביע לכיוון מסוים ולא יזוז ממנו.
הוא אינו מצביע לצפון באופן טבעי אך ניתן לכוונו לצפון, מה שהופך אותו למדויק מאוד
במיוחד בקרבה לקטבים.
שגיאת המצפן
מחט המצפן מצביע על הקוטב הצפוני של כדור הארץ, אך ישנה נטייה מגנטית משתנה ככל שמתקרבים לאחד הקטבים, או עקב גורמים מגנטים אחרים כגון מצבור מתכות גדול באדמה.
הצפון המגנטי אינו נמצא היכן שהצפון הגאוגרפי נמצא ולכן עלינו לבצע תיקון זווית. ככל שנתקרב לקטבים כך זווית התיקון תגדל, ואף כאשר נימצא על הקוטב המצפן אינו יהיה מדויק כלל.
בדרך כלל על גבי המפה מסומנת הסטייה המגנטית וכיוונה.
כדי שהמצפן לא יבצע שגיע בנוסף לשגיע הידועה, צריך להרחיקו מגורמי חשמל ומתכות המסוגלות להשפיעה עליו.
בנייה של המצפן על ידי המדריך
ניווט בעזרת המצפן
על מנת להתמצא במרחב עליינו לייחס את מיקומינו לכדור הארץ ולא לגורמים בסביבה שלנו.
אם נשתמש בכיוונים כמו ימינה ושמאלה, הם יהיו יחסיים למשתמש ולכן לא ניתן לתת הוראות הכוונה על פיהם.
לדוגמה, אדם נמצא בפארק שעשועים, נאמר לו :
א. ללכת 100 מטר קדימה.
ב. לאחר מכאן לפנות ימינה.
ג. ולסיום ללכת עוד 200 מטר עד שיגיע למגלשה בצבע אדום.
אם הוראות מסוג זה ישנה בעיה, והיא שאין לאדם ייחוס למיקומו הראשוני ולכן כנראה יתחיל ללכת לכיוון הלא נכון.
בנוסף אין ציון של זווית הפנייה ימינה, ולכן האדם כנראה יטעה בזווית הפנייה.
בעזרת המצפן בעיות אילו יפתרו, כיוון שנוכל לייחס את מיקומינו לצפון.
לדוגמה,
א. לך 100 מטר לכיוון צפון.
ב. לאחר מכאן פנה ימינה לכיוון מזרח.
ג. לסיום לך עוד 200 מטרים עד שתגיע למגלשה בצבע אדום.
כעט הכיוון הוא קבוע ואינו משתנה בהתאם לכיוון האדם.
אופן השימוש
למצפן ישנם 4 כיוונים מרכזיים, לכל כיוון שם ומספר במעלות.
צפון 360, דרום 180, מזרח 90, מערב 270, נדגים ונראה זאת במצפן של המדריך.
עקב השימוש במעלות נוכל לתת כיוון מדויק, כגון 163 מעלות שזה בקירוב דרום דרום מזרח.
כדי להשתמש במצפן נחזיק אותו ישר, נחכה שהמחוג האדום יעצור (הוא מצביע צפונה)
נסתובב עד שהצפון המסומן על המצפן יצביע לאותו כיוון, כעת נוכל לפנות לכיוון שצוין לנו בהוראות.
במידה ויש בידינו מפה, נשתמש באותה פעולה, לאחר מציאת הצפון נסובב את המפה כך שהחלק הצפוני שלה אכן מצביע צפונה.
פעולה זו נקראת הצפנה של המפה. מכאן נוכל לנווט ולהתמצא בעזרתה.
שאלון מתוקשב
שיעור שני
מהלך השיעור
הרכבה של המערך על ידי התלמידים
משחק חפש את המטמון
המדריך יכין הוראות הגעה אל מקום מסוים בבית הספר תוך שימוש במצפן ככלי הניווט המרכזי.
הכיתה תחולק לקבוצות אשר יתחרו במשחק.
כל קבוצה תקבל דף הוראות ואיתו הם ינווטו למקום אשר המדריך בחר בו ימצאו פרס.
את הפרסים יקבל עם המערך לפי מספר הכיתות בבית הספר.
הארה בפייסבוק
הצפון והדרום מצביעים על קטבי כדור בארץ. קוטב מוגדר על ידי ציר הסיבוב של כדור הארץ, אם נמצא מעל הקוטב הצפוני נראה כי הכדור מסתובב כנגד כיוון השעון, ואילו מהקוטב הדרומי כיוון הסיבוב יהיה הפוך..jpg)
סוגי מצפנים