איך זה עובד: ספיישל פיצ'פקעס

במהלך החיפוש אחר חפצים מעניינים לפרק ולנתח, הצטברו אצלי מספר גאדג'טים קטנים שאינם יכולים להחזיק כתבה שלמה, ועם זאת בהחלט ראויים להתייחסות. הטור השבוע יוקדש לכמה מהחבר'ה האלה.

עוד דברים שעובדים ב-ynet מדע:

• לחיצה על מקש מובילה לפעולה: איך זה קורה?
• הרדיו שעון העיר אותנו בבוקר: איך זה קרה?
• מכונת הכביסה תכבס: איך זה יקרה?
  

מוט מאריך טלסקופי

פעולת הסיבוב עם או נגד כיוון השעון מעוררת מיד אסוציאציה של בורג. למעשה, יש מתקנים מתכווננים שפועלים בדיוק כך – לדוגמה, מוט ביתי לתרגילי מתח. מתקן כושר זה מורכב מיחידה מרכזית עם בורג ארוך מאד בפנים שמגיע מקצה לקצה, ומשתי יחידות שמתלבשות על הבורג הזה מימין ומשמאל. המשתמש מסובב את היחידות הללו כדי להתאים את אורך המוט לרוחב המשקוף, אלא שהסיבוב הזה חייב להיות רציף. במוט המאריך, לעומת זאת, אחרי מספר מועט של סיבובים, הצינור הפנימי משתחרר לגמרי ומחליק במשיכה קלה פנימה והחוצה.

מוט מתכוונן לתרגילי מתח, עם בורג פנימי (צילום: עידו גנדל)

הסוד אכן קשור לבורג שנמצא בקצה הסמוי של הצינור הפנימי, אבל זהו רק חצי מהסיפור. החצי השני הוא מעין "דיבל" פלסטי גמיש שמתלבש על הבורג הזה, מתרחב כשמסובבים את המוט בכיוון השעון וחוזר למצבו הטבעי כשמסובבים נגד כיוון השעון. ההתרחבות של הדיבל הזה יוצרת לחץ וחיכוך בינו לבין הצינור החיצוני, ואלה מחזיקים אותו במקום גם כאשר דוחפים או מושכים את הצינורות בכוח. התהליך מודגם בסרטון הבא:

נשאלת השאלה, מה מחזיק את הדיבל על הבורג? מדוע הוא לא משתחרר עד הסוף ונעלם במעמקי הצינור החיצוני? את התשובה אפשר לראות בתמונה: בקצה התבריג יש מעין "ראש מסמר" בולט, ובדיבל עצמו יש פסים בולטים כלפי פנים שנחסמים על ידי ראש המסמר הזה ומגבילים את טווח התנועה. כדי לצלם את התמונה נאלצתי להרחיב בכוח את הדיבל בצד הרחוק מהתבריג ולשלוף אותו החוצה – וזה דבר שפשוט לא יכול לקרות במצב הטבעי של המוט.

מנגנון המוט המתארך: בורג, מחסום ודיבל מתרחב (צילום: עידו גנדל)

סרט מדידה נגלל

גאדג'ט ביתי נוסף, ונפוץ הרבה יותר, הוא סרט המדידה המתכתי הנגלל, שידוע בכינויו "מטר". כולנו יודעים ש"יש בפנים קפיץ" שמחזיר את הסרט פנימה בסיום העבודה, אבל איזה מין קפיץ קומפקטי יכול להחזיר בקלות שכזו שלושה או חמישה מטרים של פס מתכת? הקרבתי על מזבח המדע מטר ישן שאיבד מכושרו, והרי התמונות הקשות:

סרט המדידה כרוך סביב גליל פלסטי, קצת כמו סליל של נייר דבק. לצדו הפנימי של הגליל הזה צמוד פס מתכת ספירלי ארוך, שקצהו מקובע לציר הסיבוב של הגליל (הציר מקובע למארז החיצוני). כאשר מושכים את הסרט החוצה, הספירלה הפנימית מתהדקת סביב הציר, הפס מתעוות ומתכופף – ושואף לחזור למצבו הפחות-מכופף, כלומר לסובב את הגליל בחזרה ולאסוף את סרט המדידה. קפיץ כזה בדיוק, רק עדין יותר, אפשר למצוא בתוך שעונים מכניים נמתחים, בתוך הטיימרים המכניים לתזמון בישול ביצים ועוד.

למה הפס הפנימי מושך בחזרה, ואילו סרט המדידה עצמו (שעשוי גם כן ממתכת) לא מפעיל כוח כזה? אפשר להניח שמדובר במתכות שונות ו/או בעובי שונה, אך אינטואיטיבית, נראה שהתשובה טמונה דווקא בחריפות הכיפוף; לכל אורך הדרך, סרט המדידה נגלל סביב גליל בקוטר גדול יחסית. הקפיץ הפנימי, לעומת זאת, נמשך למרכז ממש, אל ציר הסיבוב, בזווית חדה הרבה יותר – ומכאן שגם ה"צורך" שלו לחזור למצבו הקודם יהיה חזק יותר.

שולי הגליל הפלסטי גבוהים, ובמטר תקין הם גבוהים יותר משכבות סרט המדידה הגלול. בנוסף, הם משוננים. שיניים אלה הן מה שמאפשר את פונקציית ההחזקה – הסליידר המכני שמונע מסרט המדידה לחזור פנימה: הזזת הכפתור תוקעת, פשוטו כמשמעו, מקל בגלגל השיניים ומונעת ממנו להסתובב.

החלקים הפנימיים העיקריים של סרט המדידה (צילום: עידו גנדל)

מפסק מחליף 

ברוב הבתים, בחדר השינה העיקרי "של ההורים", יש שני מתגים להפעלת התאורה הראשית: אחד ליד הדלת, כמו בכל חדר, ואחד קרוב למיטה לצורך כיבוי כשהולכים לישון והדלקה כשמתעוררים בבוקר. איך עובד הפטנט הזה? איך כל מפסק יודע, כביכול, באיזה מצב נמצא המפסק השני, ולהתאים את הפונקציה שלו-עצמו לכיבוי או להדלקה?

כדי להדליק נורה ביתית (רגילה) עם מתג יחיד יש צורך בשני חוטי חשמל: חוט "פאזה" וחוט "אפס". חוט האפס מגיע למנורה ישירות מארון החשמל, כלומר בלי מפסקים ומתגים בדרך; חוט הפאזה, לעומת זאת, עובר דרך מתג התאורה, וכאשר המתג במצב "כבוי" החוט הזה מנותק פיזית. לחיצה על מתג רגיל יוצרת "גשר" בין שני קצוות החוט והחשמל יכול לעבור במעגל ולהדליק את הנורה.

אם יש שני מתגים לאותה נורה, הם לא יכולים לעבוד בצורה כזו. הרי מספיק שאחד מהם ייצור גשר, והנורה תדלוק בלי קשר למצב של המתג השני. במקום זה, כל מפסק מחליף יוצר גשר בין חוט ראשי לבין אחד משני חוטי משנה מקבילים, בהתאם למצב המפסק. כאשר שני המפסקים המחליפים מגשרים בין החוט הראשי שלהם לאותו חוט משנה, הזרם עובר בשני הגשרים והנורה נדלקת. לעומת זאת, כאשר אחד מהם מעביר את הגשר לחוט המשנה השני, המעגל מתנתק והנורה כבה. כל אחד משני חוטי המשנה יכול, כמובן, לשמש להעברת הזרם החשמלי, כך שבמקום "ניתוק" ו"חיבור" של המעגל אנחנו מדברים על "התאמה" ו"אי-התאמה": כל לחיצה על כל אחד מהמפסקים מחליפה בין שני המצבים הללו ומדליקה או מכבה את האור.

שרטוט סכמטי של נורה עם מפסק רגיל ועם מפסקים מחליפים (צילום: עידו גנדל)