כפרות וירטואליות

לכבוד יום כיפור, כתבתי פרוייקט קטן בסקרץ' שיחסוך חיי אלפי תרנגולים. תהנו כפרות!

איך דברים עובדים - בליל המדענים!

אתם מוזמנים לדוכן של "איך דברים עובדים" בליל המדענים בכיכר צה"ל שבקרית שמונה.
יום ה', 22 בספטמבר, מ-17:00 ועד 20:00.

מה בתוכנית? נפרק ביחד כמה מכשירים חשמליים:

• וידאו
• DVD
• תאורות חרום
• רדיו-טייפ
• ועוד הפתעות קטנות

קישור לארוע בפייסבוק

מידע (PDF)

איך פותרים את הקובייה ההונגרית?

הקובייה ההונגרית הומצאה בילדותי על-ידי ארנו רוביק, ארכיטקט הונגרי. אני זוכר איך הקובייה הזו נהפכה ללהיט אדיר. הילדים עמדו בתור בחנות בכדי לקנות אחת. היינו מתווכחים אם הקובייה מקורית או מזוייפת, היינו מחליפים בינינו דרכי פתרון ומתחרים מי פותר יותר מהר. למדנו לפרק את הקובייה ולהרכיב אותה מחדש. למדנו למרוח את הקובייה בסבון, כדי באפשר יהיה לסובב אותה מהר יותר (הסבון פעל כמו חומר סיכה). אפשר לקרוא עוד על הקובייה בויקיפדיה. השנים עברו והמשחק נשכח.

לפני כמה זמן קיבל בני יונתן קובייה הונגרית במתנה. ניסיתי לפתור אותה, אבל לא הצלחתי. החלטתי ללמוד מחדש איך פותרים את הקובייה. למזלי הגדול, האינטרנט מלא באנשים שמלמדים איך לפתור את הקובייה. אני נעזרתי מאוד באתר של בחור בשם דן דזואן, שגם התפרסם בזה שפתר את הקובייה במהירות רבה ביותר ביד אחת! החלטתי לתרגם לעברית את השיטה שלו, אבל גם להוסיף עוד כמה תובנות שהיו לי במהלך הלימודים.

הגדרות

פאה: צד של הקוביה. "פאה לבנה" היא הפאה שהריבוע המרכזי בה לבן.

פינה: חלק שיש בו שלושה צבעים, נמצא בפינת הקובייה (יש 8 פינות בקובייה)

זווית: חלק שיש בו שני צבעים (יש 12 זוויות בקובייה)

מישור: צד של הקובייה שאפשר לסובב:

• F - הפאה שפונה אליך (face)
• U - הפאה העליונה (up)
• R - הפאה הימנית (right)
• L - הפאה השמאלית (left)
• B - הפאה האחורית (back)
• D - הפאה התחתונה (down)

מכאן גם התפתחה שיטה לרשום פעולות. למשל, אם אני רוצה להגיד שסובבתי את הפאה הימנית 90 מעלות עם כיוון השעון, ולאחר מכן את הפאה העליונה נגד כיוון השעון, אני רושם (משמאל לימין): 'R U. הגרש ליד ה-U אומר שהכיוון הוא נגד כיוון השעון.

הפתרון

הפתרון מורכב מכמה שלבים (שימו-לב, הפתרון מניח שבקובייה שלכם הפאה הלבנה נמצאת מול הפאה הצהובה. לאורך הפתרון מחזיקים את הפאה הצהובה למעלה, אפשר לזכור את זה כך: הפאה הצהובה מופנית אל השמש הצהובה בשמיים):

1. מרגנית
2. צלב לבן
3. שכבה ראשונה
4. שכבה שניה
5. צלב צהוב
6. גג צהוב
7. פינות צהובות
8. סידור סופי

מרגנית

מטרה: השלב הזה הוא בעצם רק הכנה לשלב הבא (צלב לבן). המטרה היא לאסוף את כל הזוויות הלבנות סביב במרכז הצהוב, בכדי שאפשר יהיה לבנות בקלות צלב לבן שמתאים בצבעי הזוויות לצבעים שמסביבו.

שיטה: סובבו את המישור שעליו נמצאת הזווית כך שהזווית תגיע לטבעת המקיפה את המישור שאליו היא אמורה להגיע בסופו של דבר. סובבו את הטבעת עד שהזווית תגיע למקומה.

צלב לבן

מטרה: אספו את כל הזוויות הלבנות סביב המרכז הלבן, כך שיתאימו בצבעים לצבעי הפאות שמסביב.

שיטה: סובבו את המישור הצהוב כך שהזווית תתאים לצבע הפאה. סובבו את מישור הזווית, כך שתעבור מהפאה הצהובה לפאה הלבנה.

שכבה ראשונה

מטרה: הכנסת כל הפינות הלבנות למקומן.

שיטה: החזיקו את הקובייה כשהפאה הלבנה כלפי מעלה. המטרה היא להביא את הצד הלבן של הפינה אל הטבעת התחתונה, בדיוק מול המקום אליה רוצים להכניס אותה. אז צריך לסובב את המישור שעליו נמצאת הפינה בתשעים מעלות, כדי לא לקלקל את שאר המישור הלבן, להכניס את הפינה למקומה, ולסובבב חזרה את המישור למקומו בפאה הלבנה.

שכבה שניה

מטרה: להכניס את כל הזוויות למקומן בשכבה השניה של הקובייה

שיטה: הרעיון הוא ליצור גוש של זווית ופינה בפאה הצהובה (למעלה), ואז להכניס את שניהם ביחד למקום. יש בזה משהו לא חסכוני במיוחד, כי בשלב הקודם הכנסנו את הפינות הלבנות למקום, ועכשיו נוציא אותן (באופן זמני) - אני אבדוק בהמשך אם אפשר לקצר כאן.

1. מצאו בפאה הצהובה (למעלה) זווית שאין בה צהוב. סובבו את הפאה הצהובה עד שהזווית תגיע לפאה המתאימה לה. תהיו מול הפאה הזו.
2. אם אני צריך להכניס את הזווית לימין: 'U R U' R. אם לשמאל: U' L' U L. הפעולות האלה יוציאו את הפינה הלבנה מהמקום וישימו אותה למעלה, צמודה לזווית שבה אנחנו רוצים לטפל. עכשיו אפשר להכניס את כל הגוש הזה למקום.
3. U U - יזיז את הגוש למישור האחורי, בכדי להגן עליו. F או F' יביא את המקום לתוכו אנחנו רוצים להכניס את הגוש למישור העליון. U U יכניס את הגוש למקום. F או F' יחזיר את כל העסק למקום - הזווית נכנסה למקומה.

פיתחתי קיצור דרך שעובד טוב אם אין בעיה "לקלקל" את הזווית השכנה (נגיד שאני רוצה להכניס למקום את אדום-ירוק, ואין לי בעיה להחליף גם את הזווית שנמצאת באדום-כחול כרגע). F F יביא את השורה הלבנה למעלה. U U יזיז את השורה הלבנה למקום בטוח. F או F' יביא את הזווית למקום שמול (וזה הטריק) למקום שאליו אני רוצה להכניס אותה. U U יביא את השורה הלבנה שוב קדימה. F F יוריד את השורה הלבנה למקום ויכניס את הזווית למקומה.

צלב צהוב

מטרה: ליצור צלב צהוב על הפאה העליונה (לא חשובה התאמת הצבעים בין הזוויות לבין הפאות האחרות - זה עוד יתבלגן בהמשך).

שיטה: השיטה גורמת לשלוש זוויות שעל הפאה העליונה (כולן חוץ מהשמאלית) להחליף מקומות ולהתהפך. אם יש זווית צהובה שנמצאת כבר במקום (פונה למעלה) - שימרו אותה בצד שמאל כשאתם מבצעים את הפעולות. יכול להיות שצריך יהיה לחזור על השיטה יותר מפעם אחת. 'F R U R' U' F.

גג צהוב

מטרה: לגרום לכל הפינות להסתובב ולפנות עם הצד הצהוב למעלה.

שיטה: סדרת הפעולות תגרום לכל פינה בפאה העליונה להחליף את מקומה עם הפינה הנגדית. בנוסף, שלוש פינות יסתובבו צעד אחד בכיוון השעון, ואילו הפינה שהיתה מקדימה משמאל אמנם תעהור להיות מאחור מימין, אבל לא תסתובב. כלומר, צריך להסתכל על הפינות ולחשוב איך לסובב את הקובייה (או את הפאה העליונה) בכדי להצליח לסדר גג צהוב בכמה שפחות חזרות על סדרת הצעדים הזו: 'R U R' U R U U R.

פינות צהובות

מטרה: שכל הפינות בפאה הצהובה (העליונה) יהיו במקומן הנכון ביחס לפאות האחרות.

שיטה: שני שלבים: (1) שתי פינות במקום (2) ארבע פינות במקום.

1. הסתכלו האם יש באחד הצדדים של הטבעת המקיפה את הפאה הצהובה שתי פינות באותו צבע. אם כן - סובבו את הפאה הצהובה והביאו טותן למקומן הנכון. אם אין, תצטרכו לעשות את השלב הבא פעמיים.
2. הפעולות יחליפו במקומות בין שתי הפינות הימניות. R U U R' U' R U U L' U R' U' L

זוויות צהובות

מטרה: להביא את הזוויות הצהובות למקומן המתאים בהתאמה לפאות השכנות ולגמור את הקובייה!

שיטה: הצעדים בהמשך מחליפים בין שלוש הזוויות שפונות אליך (פנים, ימין, שמאל) בלי לפגוע בכל השאר. אם ארבע זוויות לא במקום, צריך לחזור על הצעדים יותר מפעם אחת. F F U L R' F F L' R U F F

שכלול: הזוויות מתחלפות במקומן בהתאם לכיוון שאליו מסתובבת הפאה העליונה. אפשר לעשות את אותם המהלכים, אבל להחליף בין U ל-U', בכדי להשיג תנועה לכיוון ההפוך.

זהו! הקובייה פתורה!

איך עובדת מדפסת הזרקת דיו?

הקדמה קטנה, ברשותכם. אנחנו מוקפים במוצרים נהדרים, חכמים, ואפילו לא יקרים במיוחד. אבל פחות ופחות מאיתנו יודעים איך המכשירים האלו פועלים, איך לתקן אותם במידה והם מתקלקלים, שלא לדבר על איך לתכנן ולייצר מוצרים דומים. חשוב לי שהילדים יבינו שהמוצרים ה"מושלמים" שמסביבנו הם בעצם פרי תכנון וביצוע של אנשים כמוהם, ושביכולתם להבין איך הם פועלים, ואפילו ליצור מכשירים משלהם. בכדי להשיג את המטרה, אני מוצא מכשירים שונים ומפרק אותם ביחד עם הילדים.

לפגישה בבית הילדים הבאתי מדפסת הזרקת דיו שמצאתי ליד פחי האשפה. קל מאוד למצוא מדפסות זרוקות, משום שמודל התמחור השולט בשוק המדפסות הוא כזה: מדפסת עולה בזול, דיו עולה ביוקר. נגמר לך הדיו? תחליף כבר את כל המדפסת. זהו מודל תמחור שערורייתי, שגורם לבזבוז עצום של חומר גלם ועבודה וממלא את המזבלות במדפסות תקינות לחלוטין.

מדפסת היא מכשיר נהדר לפירוק ולימוד, בגלל שהיא מכשיר מורכב. פועלות בו מערכות צבע, אלקטרוניקה ומכניקה, הנדרשות לעבוד בתיאום מושלם על-מנת ליצור הדפסה יפה. תארו לעצמכם, למשל, מצב שבו הדיו ניתז בדייקנות, אך הדף לא מתקדם בקצב אחיד – ההדפסה הייתה יוצאת מרוחה ומקושקשת...

התאספנו מסביב למדפסת והתחלנו בפירוק. הפירוק היה קשה למדי - לא הצלחנו תמיד למצוא את הברגים ואת המחברים, ומידי פעם הפעלנו כוח כדי ל"שכנע" את המדפסת להיפתח. לאחר שהסרנו את המכסה, הצלחנו להשקיף פנימה, אל תוך המדפסת. ראינו שהיא מכילה כמה תת-מערכות:

· מערכת החשמל: אחראית על אספקת חשמל תקינה למדפסת. מקבלת זרם חילופין במתח 220 וולט מהקיר ומשנה אותו (באמצעות שנאי) לזרם ישר במתח נמוך.

· מערכת הפיקוד והבקרה: אחראית על קבלת פקודות מהמשתמשים במדפסת (המשתמש האנושי והמחשב) ותרגומן לפקודות עבור המערכת המכנית ומערכת הצבע. בנוסף, מערכת הבקרה גם אוספת נתונים על מצב המדפסת (כמו למשל: האם נגמר הנייר?) ומטפלת בהם.

· המערכת המכנית: אחראית על הזזת הנייר וראש ההדפסה.

· מערכת הצבע מורכבת משתי תת-תת-מערכות:

o ראש ההדפסה: אחראי על פעולת התזת הצבע. מכיל מחסניות דיו ומחטים דרכן הדיו ניתז אל הדף.

o מערכת הניקוי: אחראית על תחזוקה שוטפת של ראש ההדפסה, ניקוז עודפי דיו ושמירה על המחטים, שלא יסתמו.

הוצאנו מהמדפסת את שתי מחסניות הדיו – הילדים עשו זאת בקלות ובבקיאות. מחסנית אחת מכילה צבע שחור, השנייה מכילה שלושה צבעים: אדום, צהוב וכחול. הילדים סיפרו שמשלושת הצבעים הללו אפשר ליצור את כל הצבעים האחרים – אלו צבעי יסוד. הוצאנו מעט צבע מהמחסנית וערבבנו כחול ואדום – קיבלנו סגול יפה. מדוע צריך מחסנית שחורה, אם אפשר ליצור את כל הצבעים האחרים מאדום כחול וצהוב? בגלל שזה שחור יפה יותר, "שחור" יותר, וגם בגלל שרוב ההדפסות הן בשחור וזה יותר חסכוני.

הילדים נהנו לשחק בתמסורות שמניעות את הדף ואת ראש ההדפסה. הראש נוסע לו ימינה ושמאלה על מסילת אלומיניום חלקה ומרוחה במעט גריז. הוא מונע על-ידי מנוע חשמלי ורצועת גומי גמישה. כאשר ראש ההדפסה מגיע אל קצה המסילה הוא נכנס למעין "תחנת שירות" קטנה, שמנקה את ראש ומעבירה עודפי צבע דרך צינורית אל ספוגית קטנה בתחתית המדפסת.

ההדפסה עצמה נעשית על-ידי חימום מהיר של צינוריות קטנטנות (מחטים). החימום משחרר טיפות זעירות של דיו אל הדף. אפשר לראות הדגמה יפה כאן: http://computer.howstuffworks.com/inkjet-printer3.htm. הדגמה יפה של כל פעולות המדפסת אפשר לראות כאן: http://science.discovery.com/videos/deconstructed-how-inkjet-printers-work.html.



הילדים נהנו מאוד לפרק את הרכיבים האלקטרוניים שבמדפסת. הקבל נראה כמו בטריה קטנה, וכמוה מוסגל להחזיק מטען חשמלי (צריך להיזהר עם קבלים גדולים שעלולים להיות טעונים גם אם המכשיר לא בחשמל – לא נעים לקבל זרם מאחד כזה...). פרקנו את נוריות ה-LED הצבעוניות והפעלנו אותן באמצעות סוללה שהבאנו מבית הילדים – כמה קל!

לצערי, לא הצלחנו הפעם להרכיב את המכשיר בחזרה... כידוע, הרבה יותר קל להרוס מאשר לבנות, אבל נשתדל יותר בפעם הבאה.

מעגלים חשמליים מבצק

רעיון חמוד המאפשר לילדים קטנים לבנות בקלות מעגלים חשמליים:
בצק משחק מוליך חשמל. בצק על-בסיס סוכר לא מוליך. בונים מהבצקים מבנים שונים, מחברים למקור מתח ומוסיפים נורות ומנועים על-מנת לחקור ולשחק.

תודה לשמוליק על ההפנייה!

איך עובדת מכונת כביסה?

באחד הימים שמענו רעש איום ונורא עולה ממכונת הכביסה שלנו. מיהרנו להפסיק את פעולתה והתחלנו לבדוק מה קורה. רצינו לרוקן אותה ממים, ולכן העברנו אותה למצב "סחיטה", אך אז נשמע שוב הרעש הנורא.

איך מרוקנים את המכונה מהמים? למכונות כביסה יש פתח בתחתית המכונה, שממנו אפשר לנקז את המים. פתחנו את השסתום והמים זרמו להם החוצה. עכשיו יכולנו לראות מהיכן בא הרעש: מהמשאבה! כאן אני חייב לעצור רגע את הסיפור ולספק איך עובדת מכונת כביסה.

מכונת כביסה היא מכשיר פשוט. פעם היו עושים כביסה בדוד: לוקחים סיר גדול, ממלאים אותו במים וסבון, מניחים את הסיר על האש, מכניסים לתוכו את הבגדים המלוכלכים ובעזרת מקל מערבבים אותם, בכדי שכל הבגדים ירטבו, הסבון יבוא במגע עם הלכלוך, ימיס אותו, והבגדים יתנקו. כאשר היו גומרים ל"בשל" את הבגדים בדוד היו שוטפים אותם במים נקיים ותולים לייבוש.

מכונת הכביסה פועלת בצורה דומה מאוד! יש בתוכה דוד שלתוכו מכניסים את הבגדים, המים והסבון. המים מתחממים באמצעות גוף חימום הנשלט על-ידי טרמוסטט (בקר חום). הבגדים מתערבבים באמצעות מנוע, המסובב את הדוד. לאחר שהבגדים שרו מספיק זמן במים עם הסבון, משאבה שואבת את המים החוצה אל הביוב (שימו לב! זאת המשאבה הבעייתית), והדוד מתמלא במים נקיים ששוטפים את הבגדים מהסבון והלכלוך שנשאר. גם המים האלה נשאבים אל הביוב (זאת אותה משאבה שוב) ואז המנוע החשמלי מסובב את הדוד מהר מהר, על-מנת לסחוט את המים מתוך הבגדים הלחים.

המשאבה הרועשת פשוט נשברה. המשאבה היא פשוטה מאוד ומורכבת ממנוע חשמלי המסובב ציר, על הציר מורכבות כנפיים קטנות מפלסטיק שמסתובבות וגורפות מים מהדוד ודוחפות אותם אל צינור הביוב. אצלנו, נשבר החיבור בין הכנפיים לבין ציר המשאבה.

הלכנו לחפש משאבה דומה בחנויות, ולבסוף הצלחנו - קנינו משאבה מטכנאי מכונות כביסה. חזרנו הביתה להוטים לנסות להרכיב את המשאבה החדשה. הכל הלך בקלי-קלות. חיברנו את המשאבה, החזרנו את המכונה ממצב השכיבה שבו היא היתה למצב עמידה רגיל, הטענו את המכונה בכביסה והפעלנו אותה.

שום דבר לא קרה. כלום.

היינו מתוסכלים מאוד. לא הבנו מה קרה. היינו בטוחים שהרסנו את המכונה בדרך כלשהי. השעה היתה שעת אחר-צהריים ביום שישי, ידענו שטכנאי לא יבוא עד יום ראשון בבוקר, הבית היה מלא כביסה מלוכלכת. ייאוש. התחלנו לחשוב על מכונת כביסה חדשה...

ביום ראשון בבוקר תכננתי להזמין את הטכנאי לנסות ולתקן את המכונה. אבל לפני שצלצלתי, ניסינו עוד פעם אחת אחרונה להפעיל את המכונה, והיא עבדה! עבדה כמו גדולה! אנחנו חושבים, שכשהשכבנו את המכונה על הצד כדי לטפל בה, נזלו מים והרטיבו את מנגנון הבקרה שלה (ה"מוח" האלקטרוני שמפעיל את החלקים השונים שבה, ויוצר בעצם את תוכניות הכביסה השונות). המים התייבשו כנראה במהלך סוף השבוע, וביום ראשון המכונה חזרה לתפקד. או שהיא לקחה לה סוף שבוע חופשי. תחליטו אתם.

קישורים:

תמונת מכונת הכביסה למעלה: zzpza

פטנט לחיסכון במים: מיחזור מי הכביסה להדחת האסלה

תמונה יפה של מכונת כביסה