נוסחאות ונתונים בפיזיקה
בגרות 5 יח״ל

דף הנוסחאות הרשמי המצורף לבחינות הבגרות בפיזיקה ברמה של 5 יח״ל, מסודר בקטגוריות, עם רינדור מתמטי מלא (KaTeX). כל מה שמותר להביא איתכם לבחינה.

מכניקה אלקטרומגנטיות קרינה וחומר פעילויות מעבדה קבועים ויחידות
מבוסס על נספח הנוסחאות הרשמי של משרד החינוך לבחינות הבגרות בפיזיקה 5 יח״ל (שאלונים 917531, 917521, 36541, 98, 917555, 917554, 917553, 652, 653, 654 — החל בקיץ תשס״ז). הדף מיועד ללימוד; ייתכנו שינויים בנספח הרשמי. אם מצאתם אי-דיוק – דווחו לנו.

מכניקה

קינמטיקה – תנועה לאורך קו ישר

מהירות רגעית
$$ v = \dfrac{dx}{dt} $$
תאוצה רגעית
$$ a = \dfrac{dv}{dt} $$
תנועה שוות-תאוצה
$$ v = v_0 + at $$
$$ x = x_0 + v_0 t + \tfrac{1}{2} a t^2 $$
$$ x = x_0 + \dfrac{v_0 + v}{2}\, t $$
$$ v^2 = v_0^{\,2} + 2a(x - x_0) $$
מהירות של B ביחס ל-A
$$ \vec v_{B,A} = \vec v_B - \vec v_A $$

דינמיקה

משקל
$$ w = mg $$
חוק הוק (גודל כוח אלסטי)
$$ F = k\,\Delta\ell $$
כוח חיכוך סטטי
$$ f_s \le \mu_s N $$
כוח חיכוך קינטי
$$ f_k = \mu_k N $$
החוק השני של ניוטון
$$ \sum \vec F = m\vec a $$
צפיפות חומר
$$ \rho = \dfrac{m}{V} $$

עבודה, אנרגיה והספק

עבודה לאורך ציר x (כוח משתנה)
$$ W = \int_{x_1}^{x_2} F_x\,dx $$
עבודה של כוח קבוע בגודלו ובכיוונו
$$ W = F_x\,\Delta x = F\cos\theta\,\Delta s,\quad \Delta s = |\Delta x| $$
אנרגיה קינטית
$$ E_k = \tfrac{1}{2} m v^2 $$
אנרגיה פוטנציאלית כובדית (שדה אחיד)
$$ U_G = mgh,\quad U_G(h{=}0)=0 $$
אנרגיה פוטנציאלית אלסטית
$$ U_{sp} = \tfrac{1}{2} k\,(\Delta\ell)^2,\quad U_{sp}\text{(רפוי)}=0 $$
משפט עבודה–אנרגיה
$$ W_{\text{כוללת}} = \Delta E_k $$
עבודת כוחות לא-משמרים
$$ W_{\text{לא משמרים}} = \Delta E $$
E – אנרגיה מכנית כוללת.
הספק ממוצע
$$ \overline{P} = \dfrac{\Delta W}{\Delta t} $$

מתקף ותנע

מתקף של כוח משתנה
$$ \vec J = \int_{t_1}^{t_2} \vec F\,dt $$
מתקף של כוח קבוע
$$ \vec J = \vec F\,\Delta t $$
תנע
$$ \vec p = m\vec v $$
משפט מתקף–תנע
$$ \vec J_{\text{כולל}} = \Delta \vec p $$
שימור תנע
$$ m_A\vec v_A + m_B\vec v_B = m_A\vec u_A + m_B\vec u_B $$
התנגשות אלסטית חד-ממדית
$$ \vec v_A - \vec v_B = -(\vec u_A - \vec u_B) $$

מודל של גז אידאלי

אנרגיה קינטית ממוצעת של מולקולה
$$ \overline{E_k} = \tfrac{3}{2} k T $$
משוואת המצב של גז אידאלי
$$ pV = N k T $$
החוק הראשון של התרמודינמיקה
$$ \Delta U = Q + W $$

תנועות מחזוריות ומעגלית

תדירות זוויתית
$$ \omega = 2\pi f = \dfrac{2\pi}{T} $$
מהירות זוויתית ממוצעת
$$ \overline{\omega} = \dfrac{\Delta\theta}{\Delta t} $$
תאוצה צנטריפטלית (רדיאלית)
$$ a_R = \dfrac{v^2}{r} = \omega^2 r $$
קשר מהירות קווית–זוויתית
$$ v = \omega r $$

תנועה הרמונית פשוטה

משוואת התנועה
$$ -c x = m a $$
תדירות זוויתית
$$ \omega = \sqrt{\dfrac{c}{m}} $$
מקום, מהירות, תאוצה
$$ x = A\cos(\omega t + \varphi) $$
$$ v = -\omega A \sin(\omega t + \varphi) $$
$$ v = \pm\,\omega\sqrt{A^2 - x^2} $$
$$ a = -\omega^2 A \cos(\omega t + \varphi) = -\omega^2 x $$
זמן מחזור (מסה–קפיץ)
$$ T = 2\pi\sqrt{\dfrac{m}{c}} $$
מטוטלת פשוטה (מתמטית)
$$ T = 2\pi\sqrt{\dfrac{\ell}{g}} $$

כבידה

החוק השלישי של קפלר
$$ \left(\dfrac{r_1}{r_2}\right)^{\!3} = \left(\dfrac{T_1}{T_2}\right)^{\!2} $$
גודל כוח הכבידה
$$ F = G\,\dfrac{m_1 m_2}{r^2} $$
אנרגיה פוטנציאלית כובדית
$$ U_G = -\dfrac{G M m}{r},\quad U_G(r\to\infty)=0 $$
לוויין במסלול מעגלי – קינטית
$$ E_k = \dfrac{G M m}{2r} = -\dfrac{U_G}{2} $$
לוויין במסלול מעגלי – כוללת
$$ E = -\dfrac{G M m}{2r} $$
טרנספורמציית שדה כבידה
$$ \vec g_B = \vec g_A - \vec a_{B,A} $$

אלקטרומגנטיות

אלקטרוסטטיקה

חוק קולון (בריק)
$$ F = k\,\dfrac{q_1 q_2}{r^2},\quad k = \dfrac{1}{4\pi\varepsilon_0} $$
שדה חשמלי
$$ \vec E = \dfrac{\vec F}{q} $$
שדה סביב מטען נקודתי
$$ E = k\,\dfrac{q}{r^2} $$
שדה הנוצר על ידי לוח טעון
$$ E = \dfrac{\sigma}{2\varepsilon_0},\quad \varepsilon_0 = \dfrac{1}{4\pi k} $$
פוטנציאל סביב מטען נקודתי
$$ V = k\,\dfrac{q}{r},\quad U_E(r\to\infty)=0 $$
אנרגיה פוטנציאלית של מטען נקודתי
$$ U_E = q V $$
אנרגיה של מוליך טעון
$$ U = \tfrac{1}{2} Q V $$

קבלים

הגדרת הקיבול
$$ C = \dfrac{Q}{V} $$
קיבול של קבל לוחות
$$ C = \dfrac{\varepsilon_0\varepsilon_r A}{d} $$
מתח חשמלי
$$ V_{AB} = V_A - V_B $$
השדה בין לוחות קבל
$$ E = \dfrac{V_{AB}}{d} $$
אנרגיה של קבל טעון
$$ U = \tfrac{1}{2} C V_{AB}^{\,2} $$
קיבול שקול – טור / מקביל
$$ \dfrac{1}{C_T} = \sum \dfrac{1}{C_i},\qquad C_T = \sum C_i $$

זרם חשמלי

זרם רגעי
$$ i = \dfrac{dq}{dt} $$
חוק אום
$$ V_{AB} = R I $$
התנגדות של תיל
$$ R = \rho\,\dfrac{\ell}{A} $$
התנגדות שקולה – טור / מקביל
$$ R_T = \sum R_i,\qquad \dfrac{1}{R_T} = \sum \dfrac{1}{R_i} $$
עבודת הזרם החשמלי
$$ W_{A\to B} = V_{AB} I t $$
הספק
$$ P = V_{AB} I $$
מתח הדקים
$$ V_{AB} = \varepsilon - r I $$
חוקי קירכהוף
$$ \sum \varepsilon = \sum I R,\qquad \sum I = 0 $$
מתח בין שתי נקודות במעגל
$$ V_{AB} = \sum I R - \sum \varepsilon $$
זרם רגעי בטעינת / פריקת קבל
$$ i = I_0\, e^{-t/RC} $$
מתח רגעי בטעינת קבל
$$ V_c = \varepsilon\,\bigl(1 - e^{-t/RC}\bigr) $$
מתח רגעי בפריקת קבל
$$ V_c = V_0\, e^{-t/RC} $$

שדה מגנטי

כוח על מטען בשדה מגנטי
$$ F = q v B \sin\alpha $$
כוח על תיל נושא זרם
$$ F = I \ell B \sin\alpha $$
כוח ליחידת אורך בין שני תילים ארוכים מקבילים
$$ \dfrac{F}{\ell} = \dfrac{\mu_0}{2\pi}\,\dfrac{I_1 I_2}{d} $$
$$ \dfrac{\mu_0}{2\pi} = 2\cdot 10^{-7}\,\dfrac{\mathrm{T\cdot m}}{\mathrm{A}} $$
שדה מגנטי סביב תיל ישר וארוך
$$ B = \dfrac{\mu_0 I}{2\pi r} $$
שדה במרכז סליל מעגלי דק
$$ B = \mu_0\,\dfrac{N I}{2 R} $$
N כריכות, רדיוס R.
שדה בתוך סילונית ארוכה
$$ B = \mu_0\,\dfrac{N I}{L} $$
N כריכות, אורך L.

כא״מ מושרה

שטף מגנטי דרך משטח
$$ \phi_B = B A \cos\alpha $$
α – הזווית בין השדה לנורמל למשטח.
כא״מ מושרה (חוק פאראדיי)
$$ \varepsilon = -N\,\dfrac{d\phi_B}{dt} $$
כא״מ מושרה בתיל מוליך
$$ \varepsilon = v\,\ell_\perp\, B_\perp $$
$\ell_\perp$ – היטל התיל על הכיוון הניצב למהירות. $B_\perp$ – רכיב השדה הניצב למישור התנועה.
כא״מ מושרה במחולל
$$ \varepsilon = -N B A \omega \cos(\omega t + \varphi) $$
שנאי אידאלי
$$ \dfrac{\varepsilon_1}{\varepsilon_2} = \dfrac{N_1}{N_2} $$

קרינה וחומר

אופטיקה גאומטרית

חוק סנל
$$ n_1\sin\theta_1 = n_2\sin\theta_2 $$
נוסחת העדשות
$$ \dfrac{1}{u} + \dfrac{1}{v} = \dfrac{1}{f} $$
הגדלה קווית
$$ m = \dfrac{H_i}{H_o} = \dfrac{|v|}{|u|} $$
עוצמת עדשה
$$ C = \dfrac{1}{f} $$

גלים מכניים ואלקטרומגנטיים

מהירות גל מחזורי
$$ v = \lambda f $$
חוק השבירה
$$ \dfrac{\sin\theta_1}{\sin\theta_2} = \dfrac{n_2}{n_1} = \dfrac{v_1}{v_2} $$
גל עומד במיתר עם קצוות קשורים
$$ \ell = n\,\dfrac{\lambda}{2} $$
מקסימום בהתאבכות (שווי מופע)
$$ \sin\theta_n = \dfrac{X_n}{L_n} = n\,\dfrac{\lambda}{d} $$
מינימום בהתאבכות (שווי מופע)
$$ \sin\theta_n = \dfrac{X_n}{L_n} = \left(n - \tfrac{1}{2}\right)\dfrac{\lambda}{d} $$
נוסחת יאנג
$$ \dfrac{\Delta X}{L} = \dfrac{\lambda}{d} $$
מקסימום בסריג עקיפה
$$ \sin\theta_n = n\,\dfrac{\lambda}{d} = n N^{\!*} \lambda $$
קווי צומת בעקיפה בסדק יחיד
$$ \sin\theta_n = \dfrac{X_n}{L_n} = n\,\dfrac{\lambda}{w} $$
אנרגיה של פוטון
$$ E_{ph} = h f $$
$$ E(\mathrm{eV}) = \dfrac{12400}{\lambda(\text{Å})} = \dfrac{1240}{\lambda(\text{nm})} $$
אפקט פוטואלקטרי
$$ E_{ph} = E_k + B $$

האטום והגרעין

הנחות בוהר
$$ m_e v_n r_n = n\,\dfrac{h}{2\pi} $$
$$ E_{ph} = |E_f - E_i| $$
רמות אנרגיה באטום מימן
$$ E_n = -\dfrac{R^{*}}{n^2},\quad U_\infty = 0 $$
$$ R^{*} = \dfrac{2\pi^2 k^2 m_e e^4}{h^2} = \dfrac{m_e e^4}{8\varepsilon_0^{\,2} h^2} = 13.6\,\mathrm{eV} $$
רדיוסי המסלולים באטום מימן
$$ r_n = r_1 n^2 $$
$$ r_1 = \dfrac{h^2}{4\pi^2 m_e k e^2} = 0.529\,\text{Å} $$
נוסחת דה-ברויי
$$ \lambda = \dfrac{h}{m v} = \dfrac{h}{p} $$
עקרון אי-הוודאות
$$ \Delta x\,\Delta p \ge \dfrac{h}{4\pi} $$
שקילות מסה–אנרגיה
$$ \Delta E = \Delta m\, c^2 $$
דעיכה של מקור רדיואקטיבי
$$ \dfrac{dN}{dt} = -\lambda N $$
$$ N = N_0\, e^{-\lambda t} $$
λ – קבוע הדעיכה.
פעילות מקור רדיואקטיבי
$$ R = \lambda N $$
זמן מחצית החיים
$$ T_{1/2} = \dfrac{\ln 2}{\lambda} $$

פעילויות מעבדה

הקירוב הסטנדרטי של אוילר
$$ x_{n+1} \approx x_n + v_n\,\Delta t $$
$$ v_{n+1} \approx v_n + a_n\,\Delta t $$
הקירוב של טיילור מסדר שני
$$ x_{n+1} \approx x_n + v_n\,\Delta t + \tfrac{1}{2} a_n\,\Delta t^2 $$
$$ v_{n+1} \approx v_n + \tfrac{1}{2}\bigl(a_n + a_{n+1}\bigr)\Delta t $$

קבועים בסיסיים

ערכי הקבועים רשומים בדיוק נמוך מהדיוק הניסיוני הידוע, ומשמשים לבחינת בגרות.

שם הקבועסימוןיחידותערך
קבוע בולצמן$k$$\mathrm{J\cdot K^{-1}}$$1.38\cdot 10^{-23}$
קבוע הגרביטציה$G$$\mathrm{N\cdot m^2\cdot kg^{-2}}$$6.67\cdot 10^{-11}$
המקדם בחוק קולון$k$$\mathrm{N\cdot m^2\cdot C^{-2}}$$9\cdot 10^{9}$
מהירות האור בריק$c$$\mathrm{m\cdot s^{-1}}$$3\cdot 10^{8}$
פרמיאביליות הריק$\mu_0$$\mathrm{H\cdot m^{-1}}$$1.257\cdot 10^{-6}$
דיאלקטריות הריק$\varepsilon_0$$\mathrm{F\cdot m^{-1}}$$8.85\cdot 10^{-12}$
מטען האלקטרון$e$$\mathrm{C}$$1.60\cdot 10^{-19}$
קבוע פלאנק$h$$\mathrm{J\cdot s}$$6.63\cdot 10^{-34}$
$\mathrm{eV\cdot s}$$4.14\cdot 10^{-15}$
מסת אלקטרון$m_e$$\mathrm{kg}$$9.11\cdot 10^{-31}$
מסת פרוטון$m_p$$\mathrm{kg}$$1.67\cdot 10^{-27}$
מסת נויטרון$m_n$$\mathrm{kg}$$1.67\cdot 10^{-27}$
קבוע אבוגדרו$N_A$$\mathrm{mol^{-1}}$$6.02\cdot 10^{23}$

קיצורי וקשרים בין יחידות

פירוש קיצורי היחידות

סימןיחידה
mמטר
Åאנגסטרם
kgקילוגרם
grגרם
uיחידת מסה אטומית
sשנייה
hשעה
Nניוטון
סימןיחידה
Jג׳אול
eVאלקטרון וולט
MeVמיליון אלקטרון וולט
Wוט
molמול
°Cמעלות צלזיוס
Kמעלות קלווין
Cקולון
סימןיחידה
Fפרד
Aאמפר
Ωאום
Vוולט
Tטסלה
Hהנרי
Hzהרץ
Paפסקל

קשרים בין יחידות

אורך
$$ 1\,\text{Å} = 10^{-10}\,\mathrm{m} $$
$$ 1\,\mathrm{nm} = 10^{-9}\,\mathrm{m} $$
מסה
$$ 1\,\mathrm{u} = 931.494\,\dfrac{\mathrm{MeV}}{c^2} = 1.66\cdot 10^{-27}\,\mathrm{kg} $$
תנע
$$ 1\,\dfrac{\mathrm{kg\cdot m}}{\mathrm{s}} = 1.87\cdot 10^{21}\,\dfrac{\mathrm{MeV}}{c} $$
אנרגיה
$$ 1\,\mathrm{eV} = 1.6\cdot 10^{-19}\,\mathrm{J} $$
לחץ
$$ 1\,\text{אטמוספרה} = 1.01\cdot 10^{5}\,\dfrac{\mathrm{N}}{\mathrm{m}^2} $$
מעבר ממעלות קלווין למעלות צלזיוס
$$ t_C = T_K - 273 $$

נוסחאות מתמטיות

היקף מעגל
$$ 2\pi R $$
שטח עיגול
$$ \pi R^2 $$
שטח פני כדור
$$ 4\pi R^2 $$
נפח כדור
$$ \tfrac{4}{3}\pi R^3 $$
לזוויות קטנות
$$ \sin\theta \approx \tan\theta $$
לזוויות קטנות (ברדיאנים)
$$ \sin\theta \approx \theta $$

נתונים אסטרונומיים ומסות חלקיקים

נתונים הקשורים בשמש ובירח

מסה (kg)רדיוס (m)רדיוס מסלול ממוצע (m)זמן מחזור (ימים)
שמש$1.99\times 10^{30}$$6.96\times 10^{8}$
ירח$7.35\times 10^{22}$$1.74\times 10^{6}$$3.84\times 10^{8}$$27.3$

נתונים הקשורים בכוכבי הלכת

כוכב לכתמסה ($10^{24}\,\mathrm{kg}$)רדיוס ($10^{6}\,\mathrm{m}$)רדיוס מסלול ממוצע ($10^{6}\,\mathrm{km}$)זמן מחזור (שנים)
כוכב חמה (Mercury)0.3302.4457.90.2408
נוגה (Venus)4.8696.05108.20.6152
ארץ (Earth)5.9746.38149.61.00
מאדים (Mars)0.6423.4227.91.881
צדק (Jupiter)1899.171.4778.311.86
שבתאי (Saturn)568.660.01427.029.46
אורנוס (Uranus)86.9826.12871.084.01
נפטון (Neptun)10324.34497.1164.8

מסות של חלקיקים

החלקיקהמסה ב-uהמסה ב-$\mathrm{MeV}/c^2$
אלקטרון0.0005490.511
פרוטון1.007276938.272
נויטרון1.008665939.566

מסות של אטומים אחדים

האטוםהמסה ב-u
מימן $^{1}\mathrm{H}$1.007825
דויטריום $^{2}\mathrm{H}$2.014101
הליום $^{4}\mathrm{He}$4.00260
ליתיום $^{7}\mathrm{Li}$7.01601
פחמן $^{12}\mathrm{C}$12.00000

מתקשים בפיזיקה?

מורים פרטיים מנוסים בפיזיקה ברמת 5 יח״ל, מדורגים ומאומתים, בכל הארץ ובאונליין.

מצאו מורה לפיזיקה ←