פיזיקה AP 1

מטרות למידה 1.1.A: תיאור כמויות סקלריות או וקטוריות באמצעות גודל וכיוון, בהתאם לצורך.

• 1.1.A.1 סקאלרים הן כמויות המתוארות על ידי גודל בלבד; וקטורים הן כמויות המתוארות על ידי גודל וכיוון.
• 1.1.A.2 וקטורים יכולים להיות דגמונים ויזואלית כחצים עם כיוון מתאים ואורכים פרופורציונליים לגודל שלהם.
• 1.1.A.3 מרחק ומהירות הם דוגמאות לסקאלרים, בעוד שמיקום, הזזה, מהירות ותאוצה הם דוגמאות לוקטורים.
  • 1.1.A.3.i וקטורים מסומנים בחץ מעל הסמל של הכמות הרלוונטית.
    • משוואה: $\vec{v} = \vec{v}_0 + \vec{a}t$
  • 1.1.A.3.ii סימון וקטורי אינו נדרש לרכיבי וקטור לאורך ציר נתון. בממד אחד, הסימן של הרכיב מתאר לחלוטין את כיוונו של הרכיב.
    • משוואה נגזרת: $v_x = v_{x0} + a_x t$

מטרות למידה 1.1.B: תיאור סכום וקטורים בממד אחד.

• 1.1.B.1 בקביעת סכום וקטורים במערכת קואורדינטות חד-ממדית נתונה, כיוונים מנוגדים מסומנים בסימנים מנוגדים.

מטרות למידה 1.2.A: תיאור שינוי במיקום של גוף.

• 1.2.A.1 בעת שימוש במודל הגוף הנקודתי, גודל, צורה ומבנה פנימי מתעלמים מהם. הגוף עשוי להתחשב כנקודה אחת עם מאפיינים נרחבים כמו מסה ומטען.
• 1.2.A.2 הזזה היא השינוי במיקום של גוף.
  • משוואה: $\Delta x = x - x_0$

מטרות למידה 1.2.B: תאר את המהירות הממוצעת והתאוצה הממוצעת של גוף.

• 1.2.B.1 ממוצעים של מהירות ותאוצה מחושבים על בסיס מצב ההתחלה והמצב הסופי של הגוף לאורך מרווח זמן נתון.
• 1.2.B.2 מהירות ממוצעת היא ההזזה של הגוף חלקי מרווח הזמן שבו ההזזה מתרחשת.
  • משוואה: $\vec{v}_{avg} = \dfrac{\Delta \vec{x}}{\Delta t}$
• 1.2.B.3 תאוצה ממוצעת היא השינוי במהירות חלקי מרווח הזמן שבו השינוי במהירות מתרחש.
  • משוואה: $\vec{a}_{avg} = \dfrac{\Delta \vec{v}}{\Delta t}$

מטרות למידה 1.2.B: תאר את המהירות והתאוצה של גוף.

• 1.2.B.4 לגוף יש תאוצה אם הגודל ו/או הכיוון של המהירות שלו משתנים.
• 1.2.B.5 חישוב מהירות ממוצעת או תאוצה ממוצעת במרווח זמן קטן מאוד מניב ערך הקרוב מאוד למהירות רגעית או לתאוצה רגעית.

מטרות למידה 1.3.A: תאר את המיקום, המהירות והתאוצה של גוף באמצעות ייצוגים של תנועתו.

• 1.3.A.1 תנועה יכולה להיות מיוצגת באמצעות דיאגרמות תנועה, איורים, גרפים, משוואות ותיאורים ספרתיים.
• 1.3.A.2 עבור תאוצה קבועה, ניתן להשתמש בשלוש משוואות קינמטיות כדי לתאר תנועה ליניארית רגעית בממד אחד:
  • משוואה: $v_x = v_{x0} + a_x t$
  • משוואה: $x = x_0 + v_{x0}t + \dfrac{1}{2}a_x t^2$
  • משוואה: $v_x^2 = v_{x0}^2 + 2a_x(x - x_0)$
  • הערה: המשוואות לעיל כתובות כדי לציין תנועה בכיוון x, אך משוואות אלו ניתנות לשימוש בכל ממד יחיד בהתאם.
• 1.3.A.3 בקרבת פני השטח של כדור הארץ, התאוצה האנכית הנובעת מכוח הכבידה היא כלפי מטה, קבועה, ולוקחת ערך מדוד השווה בקירוב ל$a_g = g \approx 10 \ m/s^2$.
• 1.3.A.4 גרפים של מיקום, מהירות ותאוצה כפונקציות של הזמן יכולים לשמש למציאת הקשרים בין גדלים אלו.
  • 1.3.A.4.i המהירות הרגעית של גוף היא קצב השינוי במיקומו, והיא שווה לשיפוע הישר המשיק לנקודה בגרף המיקום של הגוף כפונקציה של הזמן.
  • 1.3.A.4.ii התאוצה הרגעית של גוף היא קצב השינוי במהירותו, והיא שווה לשיפוע הישר המשיק לנקודה בגרף המהירות של הגוף כפונקציה של הזמן.
  • 1.3.A.4.iii ההזזה של גוף במרווח זמן נתון שווה לשטח התחתון לגרף המהירות של הגוף כפונקציה של הזמן (כלומר, השטח המוגבל על ידי הפונקציה והציר האופקי עבור המרווח המתאים).
  • 1.3.A.4.iv השינוי במהירות של גוף במרווח זמן נתון שווה לשטח התחתון לגרף התאוצה של הגוף כפונקציה של הזמן.

הצהרת גבול: AP Physics 1 אינה צופה שמ学生 ינתחו כמותית תאוצה לא אחידה. עם זאת, סטודנטים יצטרכו לנתח באופן איכותי, להציג גרפים מתאימים ולדון במצבים בהם התאוצה היא לא אחידה.

הצהרת גבול: בכל מצב שבו נדרשת כמות מספרית עבור $g$, הערך $g \approx 10 \ m/s^2$ ישמש. עם זאת, סטודנטים לא יוקללו על שימוש נכון בערכים המקובלים והמדויקים יותר של $g = 9.81 \ \text{m/s}^2$ או $g = 9.8 \ \text{m/s}^2$.

מטרות למידה 1.4.A: לתאר את מערכת הייחוס של צופה נתון.

• 1.4.A.1 בחירת מערכת הייחוס תקבע את הכיוון והגודל של כמויות שנמדדות על ידי צופה במערכת זו.

מטרות למידה 1.4.B: לתאר את תנועת אובייקטים כפי שנמדדו על ידי צופים במערכות ייחוס אינרציאליות שונות.

• 1.4.B.1 מדידות ממערכת ייחוס נתונה יכולות להיות מומשות למדידות ממערכת ייחוס אחרת.
• 1.4.B.2 המהירות הנצפתה של אובייקט נובעת משילוב מהירות האובייקט ומהירות מערכת הייחוס של הצופה.
  • 1.4.B.2.i שילוב תנועת אובייקט ותנועת צופה במערכת ייחוס נתונה מחייב חיבור או חיסור של וקטורים.
  • 1.4.B.2.ii התאוצה של כל אובייקט זהה כפי שנמדדת מכל מערכות הייחוס האינרציאליות.

הצהרת גבול: אלא אם כן צוין אחרת, ניתן להניח שמערכת הייחוס של כל בעיה היא אינרציאלית.

הצהרת גבול: חיבור או חיסור של וקטורים למציאת מהירויות יחסיות מוגבלים לתנועה לאורך מימד אחד ב-AP Physics 1.

מטרות למידה 1.5.A: לתאר את הרכיבים האנכיים של וקטור.

• 1.5.A.1 וקטורים יכולים לדגם מתמטי כהשורה (הריסולט) של שני רכיבים אנכיים.
• 1.5.A.2 וקטורים יכולים להתפצל לרכיבים באמצעות מערכת קואורדינטות שנבחרה.
• 1.5.A.3 וקטורים יכולים להתפצל לרכיבים אנכיים באמצעות פונקציות טריגונומטריות ויחסים.
  • משוואה: $\sin \theta = \dfrac{a}{c}$
  • משוואה: $\cos \theta = \dfrac{b}{c}$
  • משוואה: $\tan \theta = \dfrac{a}{b}$
  • משוואה: $a^2 + b^2 = c^2$

מטרות למידה 1.5.B: לתאר את תנועת אובייקט הנע בשני מימדים.

• 1.5.B.1 תנועה בשני מימדים ניתנת לניתוח באמצעות קינמטיקה חד-ממדית אם התנועה מפוצלת לרכיבים.
• 1.5.B.2 תנועת זריקה היא מקרה פרטי של תנועה בשני מימדים שבה יש אפס תאוצה במימד אחד ותאוצה קבועה ולא-אפס במימד השני.

מטרת למידה 2.1.A: לתאר את המאפיינים והאינטראקציות של מערכת.

• 2.1.A.1 מאפייני מערכת נקבעים על ידי האינטראקציות בין חלקי המערכת.
• 2.1.A.2 אם המאפיינים או האינטראקציות של החלקים המרכיבים את המערכת אינם חשובים בדגם התנהגות המערכת המקרוסקופית, ניתן לטפל במערכת כבדיד אחד.
• 2.1.A.3 מערכות עשויות לאפשר אינטראקציות בין חלקיה לבין הסביבה, שיכולות להוביל להעברת אנרגיה או מסה.
• 2.1.A.4 בדידים יחידים בתוך מערכת שנבחרה עשויים להתנהג שונה זה מזה וכן שונה מהמערכת כולה.
• 2.1.A.5 המבנה הפנימי של מערכת משפיע על ניתוחה.
• 2.1.A.6 כאשר משתנים חיצוניים למערכת משתנים, תת-מבנה המערכת עשוי להשתנות.

מטרת למידה 2.1.B: לתאר את מיקום מרכז המסה של מערכת ביחס לחלקיה המרכיבים אותה.

• 2.1.B.1 עבור מערכות עם חלוקת מסה סימטרית, מרכז המסה נמצא על קווי הסימטריה.
• 2.1.B.2 מיקום מרכז המסה של מערכת לאורך ציר נתון ניתן לחשב באמצעות המשוואה ⟦⟧
  • משוואה: $\vec{x}_{cm} = \dfrac{\sum m_i \vec{x}_i}{\sum m_i}$
• 2.1.B.3 מערכת יכולה להיות דגם של בדיד יחיד הנמצא במיקום מרכז המסה שלה.

הצהרת גבול: AP Physics 1 מצפה רק מתלמידים לחשב את מרכז המסה של מערכות בעלות חמישה בדידים או פחות המסודרים בקונפיגורציה דו-ממדית, או של מערכות בעלות סימטריה גבוהה.

מטרת למידה 2.2.A: לתאר כוח כאינטראקציה בין שני בדידים או מערכות.

• 2.2.A.1 כוחות הם גדלים וקטוריים המתארים את האינטראקציות בין בדידים או מערכות.
  • 2.2.A.1.i כוח המופעל על בדיד או מערכת נובע תמיד מאינטראקציה של בדיד זה עם בדיד אחר או מערכת אחרת.
  • 2.2.A.1.ii בדיד או מערכת אינו יכול להפעיל כוח נקי על עצמו.
• 2.2.A.2 כוחות מגע מתארים את האינטראקציה של בדיד או מערכת הנוגעת בבדיד או מערכת אחרת, והן תוצאות מקרוסקופיות של כוחות חשמליים בין-אטומיים.

מטרת למידה 2.2.B: לתאר את הכוחות המופעלים על בדיד או מערכת באמצעות תרשים גוף חופשי.

• 2.2.B.1 דיאגרמות גוף חופשי הן כלי עזר לייצוג ויזואלי של כוחות הפועלים על גוף או מערכת בודדים, ולקביעת המשוואות המתארות מצב פיזיקלי.
• 2.2.B.2 הדיאגרמת הגוף החופשי של גוף או מערכת מציגה את כל הכוחות הפועלים על הגוף על ידי הסביבה.
• 2.2.B.3 כוחות הפועלים על גוף או מערכת מתוארים כווקטורים היוצאים מהייצוג של מרכז הכובד, כמו נקודה. מערכת מטופלת כאילו כל מסתה ממוקמת במרכז הכובד.
• 2.2.B.4 שימוש במערכת צירים שבה אחד הצירים מקביל לכיוון ההאצה של הגוף או המערכת מקל על המרת דיאגרמת גוף חופשי לייצוג אלגברי. לדוגמה, בדיאגרמת גוף חופשי של גוף על משטח משופע, כדאי לקבוע ציר אחד מקביל לפני המשופע.

הצהרת גבול: AP Physics 1 מצפה רק מתלמידים להציג את הכוחות הפועלים על גופים, ולא רכיבי כוח בדיאגרמות גוף חופשי. במבחני AP Physics, כוחות יחידים המוצגים בדיאגרמת גוף חופשי חייבים להיות מאורכים כחצים ישרים בודדים, היוצאים מהנקודה ומצביעים בכיוון הכוח. כוחות יחידים הנמצאים באותו כיוון חייבים להיות מאורכים זה לצד זה, ולא חופפים זה על זה.

מטרות למידה 2.3.A: לתאר את האינטראקציה בין שני גופים באמצעות חוק השלישי של ניוטון וייצוג של זוגות כוחות הפועלים על כל גוף.

• 2.3.A.1 חוק השלישי של ניוטן מתאר את האינטראקציה בין שני גופים דרך הזוגות כוחות שהכל פועלים האחד על השני.
  • משוואה: $\vec{F}_{\text{A on B}} = -\vec{F}_{\text{B on A}}$
• 2.3.A.2 אינטראקציות בין גופים בתוך מערכת (כוחות פנימיים) אינן משפיעות על תנועת מרכז הכובד של המערכת.
• 2.3.A.3 מתח הוא התוצאה המקרוסקופית הכוללת של כוחות שאזורים של חוט, כבל, שרשרת או מערכות דומות מפעילים זה על זה כתגובה לכוח חיצוני.
  • 2.3.A.3.i חוט אידיאלי בעל מסה זניחה ואינו נמתח כאשר הוא נתון למתח.
  • 2.3.A.3.ii המתח בחוט אידיאלי הוא זהה בכל נקודה בתוך החוט.
  • 2.3.A.3.iii בחוט בעל מסה לא זניחה, המתח עשוי להשתנות בכל נקודה בתוך החוט.
  • 2.3.A.3.iv גלגלת אידיאלית היא גלגלת בעלת מסה זניחה המסתובבת סביב ציר העובר דרך מרכז הכובד שלה עם חיכוך זניח.

הצהרת גבול: AP Physics 1 מצפה רק מתלמידים לתאר מתח באופן איכותני בחוט, כבל, שרשרת או מערכת דומה בעלת מסה. לדוגמה, תלמידים עשויים לציין שהמתח בשרשרת תלויה גדול יותר ככל שעולים לעבר קצה העליון של השרשרת.

הצהרת גבול: האינטראקציה בין גופים או מערכות במרחק מוגבלת לכוחות כבידה ב-AP Physics 1. ב-AP Physics 2, ייתכן שישולבו גם כוחות חשמליים ומגנטיים.

מטרות למידה 2.4.A: לתאר את התנאים שבהם מהירות המערכת נשארת קבועה.

• 2.4.A.1 הכוח הכולל הפועל על מערכת הוא הסכום הווקטורי של כל הכוחות הפועלים עליה.
• 2.4.A.2 איזון תרגולי הוא מצב של כוחות כך שהכוח הכולל הפועל על מערכת הוא אפס.
  • משוואה גזורה: $\sum_i \vec{F}_i = 0$
• 2.4.A.3 חוק ראשון של ניוטון קובע כי אם הכוח הנקי הפועל על מערכת הוא אפס, מהירות המערכת תישאר קבועה.
• 2.4.A.4 כוחות עשויים להיות מאוזנים בממד אחד אך לא מאוזנים בממד אחר. מהירות המערכת תשתנה רק בכיוון הכוח הלא מאוזן.
• 2.4.A.5 מסגרת ייחוס אינרציאלית היא מסגרת שבה צופה יאמת את חוק התנועה הראשון של ניוטון.

מטרות למידה 2.5.A: תאר את התנאים שבהם מהירות מערכת משתנה.

• 2.5.A.1 כוחות לא מאוזנים הם מצב כוחות כך שהכוח הנקי הפועל על מערכת אינו שווה לאפס.
• 2.5.A.2 חוק התנועה השני של ניוטון קובע שאיץ מרכז המסה של מערכת יש לו גודל פרופורציונלי לגודל הכוח הנקי הפועל על המערכת והוא באותו כיוון כמו הכוח הנקי הזה.
  • משוואה: $\vec{a}_{\text{sys}} = \dfrac{\sum \vec{F}}{m_{\text{sys}}} = \dfrac{\vec{F}_{\text{net}}}{m_{\text{sys}}}$
• 2.5.A.3 מהירות מרכז המסה של מערכת תשתנה רק אם כוח חיצוני נקי שאינו אפס פועל על המערכת הזו.

מטרות למידה 2.6.A: תאר את האינטראקציה הכבידתית בין שני עצמים או מערכות בעלות מסה.

• 2.6.A.1 חוק הכבידה האוניברסלי של ניוטון מתאר את הכוח הכבידתי בין שני עצמים או מערכות כפרופורציונלי ישירות לכל אחת ממסותיהם ובלבילי פרופורציונלי לריבוע המרחק בין מרכזי המסה שלהם.
  • משוואה: $\left|\vec{F}_g\right| = G\dfrac{m_1 m_2}{r^2}$
  • 2.6.A.1.i הכוח הכבידתי הוא מושך.
  • 2.6.A.1.ii הכוח הכבידתי תמיד פועל לאורך הקו המקשר בין מרכזי המסה של שתי המערכות המתאימות.
  • 2.6.A.1.iii ניתן להסתכל על הכוח הכבידתי הפועל על מערכת כאילו הוא פועל על מרכז המסה שלה.
• 2.6.A.2 שדה דגם את ההשפעות של כוח שאינו נוגע (noncontact force) הפועל על עצם במיקומים שונים במרחב.
  • 2.6.A.2.i גודל השדה הכבידתי שנוצר על ידי מערכת מסה $M$ בנקודה במרחב שווה ליחס בין כוח הכביד שהמערכת מפעילה על חפץ מבחן בעל מסה $m$ לבין מסת חפץ המבחן.
    • משוואה: $\left|\vec{g}\right| = \dfrac{\left|\vec{F}_g\right|}{m} = G\dfrac{M}{r^2}$
  • 2.6.A.2.ii אם הכוח הכבידתי הוא הכוח היחיד הפועל על עצם, האיץ הנצפה של העצם (ב-m/s$^2$) הוא שווה מספרית לגודל עוצמת השדה הכבידתי (ב-N/kg) במקום זה.
• 2.6.A.3 הכוח הכבידתי הפועל על ידי גוף אסטרונומי על עצם קרוב יחסית הוא קטן נקרא משקל.
  • משוואה: $\text{Weight} = F_g = mg$

מטרות למידה 2.6.B: תאר מצבים שבהם ניתן להסתכל על הכוח הכבידתי כאילו הוא קבוע.

• 2.6.B.1 אם שינוי הכוח הכבידתי בין מרכזי המסה של שני מערכות הוא זניח כאשר משתנה המיקום היחסי שלהן, ניתן להסתכל על הכוח הכבידתי כקבוע בכל נקודה בין המיקומים ההתחלתי והסופי של המערכות.
• 2.6.B.2 בקרבת פני כדור הארץ, עוצמת השדה הכבידתי היא $g \approx 10 \text{ N/kg}$

מטרת הלמידה 2.6.C: לתאר את התנאים שבהם הגודל של המשקל apparent (הכאורי) של מערכת שונה מגודל הכוח הכבידתי הפועל עליה.

• 2.6.C.1 גודל המשקל apparent של מערכת הוא גודל הכוח הנורמלי הפועל עליה.
• 2.6.C.2 אם המערכת מאיצה, המשקל apparent שלה אינו שווה לגודל הכוח הכבידתי הפועל עליה.
• 2.6.C.3 מערכת נראית חסרת משקל כאשר אין כוחות הפועלים עליה או כאשר הכוח הכבידתי הוא הכוח היחיד הפועל עליה.
• 2.6.C.4 עקרון השוויון קובע כי צופה במערכת ייחוס לא-אינרציאלית אינו יכול להבחין בין המשקל apparent של אובייקט לבין הכוח הכבידתי הפועל עליו בשדה כבידתי.

מטרת הלמידה 2.6.D: לתאר מסה אינרציאלית ומסה כבידתית.

• 2.6.D.1 לרצפים יש מסה אינרציאלית, או אינרציה, תכונה הקובעת כמה התנועה של רצף מתנגדת לשינויים כאשר היא נמצאת באינטראקציה עם רצף אחר.
• 2.6.D.2 מסה כבידתית קשורה לכוח המשיכה בין שני רצפים בעלי מסה.
• 2.6.D.3 הוכח ניסויית שהמסה האינרציאלית והמסה הכבידתית שוות זו לזו.

מטרת הלמידה 2.7.A: לתאר חיכוך קינטי בין שני משטחים

• 2.7.A.1 חיכוך קינטי מתרחש כאשר שני משטחים בנגיעה נעים ביחס זה לזה.
  • 2.7.A.1.i כוח החיכוך הקינטי פועל בכיוון הפוך לתנועה של כל משטח ביחס למשטח השני.
  • 2.7.A.1.ii כוח החיכוך בין שני משטחים אינו תלוי בגודל שטח המגע.
• 2.7.A.2 גודל כוח החיכוך הקינטי הפועל על אובייקט הוא מכפלת הכוח הנורמלי שמפעיל עליו המשטח ומקדם החיכוך הקינטי.
  • משוואה: $\left|\vec{F}_{f,k}\right| = \left|\mu_k \vec{F}_n\right|$
  • 2.7.A.2.i מקדם החיכוך הקינטי תלוי בתכונות החומר של המשטחים הנמצאים בנגיעה.
  • 2.7.A.2.ii כוח נורמלי הוא המרכיב האנכי של הכוח הפועל על אובייקט על ידי המשטח שבו הוא נוגע; הוא מופנה הרחק מהמשטח.

מטרת הלמידה 2.7.B: לתאר חיכוך סטטי בין שני משטחים.

• 2.7.B.1 חיכוך סטטי עשוי להופיע בין משטחי המגע של שני גופים שאינם נעים ביחס זה לזה.
• 2.7.B.2 חיכוך סטטי מקבל את הערך והכיוון הנדרשים כדי למנוע מחלקה החלקה או החלקה על פני משטח.
  • משוואה: $\left|\vec{F}_{f,s}\right| \leq \left|\mu_s \vec{F}_n\right|$
  • 2.7.B.2.i החלקה והחלקה מתייחסות למצבים שבהם שני משטחים נעים ביחס זה לזה.
  • 2.7.B.2.ii קיים ערך מקסימלי עבורו חיכוך סטטי ימנע מחלקה מהחלקה על משטח נתון.
    • משוואה: $F_{f,s,\max} = \mu_s F_n$
• 2.7.B.3 מקדם החיכוך הסטטי הוא בדרך כלל גדול יותר ממקדם החיכוך הקינטי עבור זוג משטחים נתון.

מטרות הלמידה 2.8.A: לתאר את הכוח שמפעיל קפיץ אידיאלי על גוף

• 2.8.A.1 לקפיץ אידיאלי יש מסה זניחה, והוא מפעיל כוח היחסוני לשינוי באורכו כפי שנמדד מאורכו הרפוי.
• 2.8.A.2 הגודל של הכוח שמפעיל קפיץ אידיאלי על גוף נתון על ידי חוק הוק:
  • משוואה: $\vec{F}_s = -k\Delta\vec{x}$
• 2.8.A.3 הכוח שמפעיל קפיץ על גוף מופנה תמיד אל מיקום האיזון של מערכת הגוף-קפיץ.

מטרות הלמידה 2.9.A: לתאר את תנועת גוף הנע לאורך מסלול מעגלי.

• 2.9.A.1 תאוצה צנטריפטלית היא רכיב התאוצה של הגוף המופנה אל מרכז המסלול המעגלי שלו.
  • 2.9.A.1.i הגודל של התאוצה הצנטריפטלית לגוף הנע במסלול מעגלי הוא היחס בין ריבוע המהירות המשיקית של הגוף לבין רדיוס המסלול המעגלי.
    • משוואה: $a_c = \dfrac{v^2}{r}$
  • 2.9.A.1.ii התאוצה הצנטריפטלית מופנית אל מרכז המסלול המעגלי של הגוף.
• 2.9.A.2 התאוצה הצנטריפטלית יכולה לנבוע מכוח יחיד, מכוחים מרובים, או מרכיבי כוחות המופעלים על גוף הנע בתנועה מעגלית.
  • 2.9.A.2.i בחלק העליון של לולאה אנכית-מעגלית, גוף דורש מהירות מינימלית כדי לשמור על תנועה מעגלית. בנקודה זו, ובמהירות המינימלית הזו, הכוח הכבידה הוא הכוח היחיד הגורם לתאוצה הצנטריפטלית.
    • משוואה: $v = \sqrt{gr}$
  • 2.9.A.2.ii רכיבי כוח החיכוך הסטטי וכוח התגובה (הנורמלי) יכולים לתרום לכוח הכולל המייצר תאוצה צנטריפטלית לגוף הנע במעגל על משטח שיפולי.
  • 2.9.A.2.iii רכיב של מתח תורם לכוח הכולל המייצר תאוצה צנטריפטלית הנחווית על ידי מטוטלת קונית.
• 2.9.A.3 תאוצה משיקית היא הקצב שבו מהירות הגוף משתנה, והיא מופנית במשיק למסלול המעגלי של הגוף.
• 2.9.A.4 התאוצה הכוללת של גוף הנע במסלול מעגלי היא הסכום הווקטורי של התאוצה המרכזומטלית והתאוצה המשיקית.
• 2.9.A.5 סיבובו של גוף הנע במסלול מעגלי במהירות קבועה (תנועה מעגלית אחידה) ניתן לתאר באמצעות מחזור ותדר.
  • 2.9.A.5.i הזמן הדרוש להשלמת מסלול מעגלי מלא אחד, סיבוב מלא או מחזור תנודתי מלא מוגדר כמחזור, $T$.
  • 2.9.A.5.ii הקצב שבו גוף משלים סיבובים מוגדר כתדר, $f$.
    • משוואה: $T = \dfrac{1}{f}$
  • 2.9.A.5.iii עבור גוף הנע במהירות קבועה במסלול מעגלי, המחזור נתון על ידי המשוואה הנגזרת
    • משוואה: $T = \dfrac{2\pi r}{v}$

מטרות למידה 2.9.B: לתאר מסלולים מעגליים באמצעות חוק השלישי של קפלר.

• 2.9.B.1 עבור לוויין במסלול מעגלי סביב גוף מרכזי, התאוצה המרכזומטלית של הלוויין נובעת רק ממושך כבידה. המחזור והרדיוס של המסלול המעגלי קשורים למסת הגוף המרכזי.
  • משוואה: $T^2 = \dfrac{4\pi^2}{GM} R^3$

הצהרת גבול: AP Physics 1 מצפה רק מתלמידים לנתוח כמותית עקומות בנקויות בהן אין צורך בשפלה כדי לשמור על תנועה מעגלית אחידה. ניתוח מצבים בהם נדרשת שפלה בעקומה בנקויה מוגבל לתיאורים איכותניים.

הצהרת גבול: AP Physics 1 אינה מצפה מתלמידים לדעת את החוק הראשון או השני של קפלר לגבי תנועת כוכבי הלכת.

מטרות למידה 3.1.A: לתאר את האנרגיה הקינטית התרגולית של גוף בהתאם למסתו ולמהירותו.

• 3.1.A.1 האנרגיה הקינטית התרגולית של גוף נתונה על ידי המשוואה
  • משוואה: $K = \dfrac{1}{2}mv^2$
• 3.1.A.2 אנרגיה קינטית תרגולית היא גודל סקלרי.
• 3.1.A.3 צופים שונים עשויים למדוד ערכים שונים של האנרגיה הקינטית התרגולית של גוף, בהתאם למערכת הייחוס שלהם.

מטרות למידה 3.3.A: לתאר את האנרגיה הפוטנציאלית של מערכת.

• 3.3.A.1 למערכת המורכבת משני גופים או יותר יש אנרגיה פוטנציאלית אם הגופים בתוך המערכת אינטראקטים זה עם זה רק דרך כוחות שימוריים.
• 3.3.A.2 אנרגיה פוטנציאלית היא גודל סקלארי הקשור למיקום גופים בתוך מערכת.
• 3.3.A.3 הגדרת אפס לאנרגיה פוטנציאלית עבור מערכת נתונה היא החלטתו של הצופה בהתבונן במצב כדי לפשט או לסייע אחרת בניתוח.
• 3.3.A.4 את האנרגיה הפוטנציאלית של מערכות פיזיקליות רגילות ניתן לתאר באמצעות המאפיינים הפיזיקליים של המערכת.
  • 3.3.A.4.i האנרגיה הפוטנציאלית האלסטית של קפיץ אידיאלי נתונה על ידי המשוואה הבאה, כאשר $\Delta x$ הוא המרחק שהקפיץ נמתח או הדחוס מהאורך האיזון שלו.
    • משוואה: $U_s = \dfrac{1}{2}k(\Delta x)^2$
  • 3.3.A.4.ii הצורה הכללית עבור האנרגיה הפוטנציאלית הכבידתית של מערכת המורכבת משני חלוקי מסה ספריים בקירוב (למשל, ירחים, כוכבי לכת או כוכבים) נתונה על ידי המשוואה
    • משוואה: $U_g = -G\dfrac{m_1 m_2}{r}$
  • 3.3.A.4.iii מכיוון ששדה הכבידית בקרבת פני כוכב לכת הוא קבוע כמעט, השינוי באנרגיה הפוטנציאלית הכבידתית במערכת המורכבת מחפץ בעל מסה $m$ וכוכב לכת עם שדה כבידית בגודל $g$ כאשר החפץ נמצא בקרבת פני כוכב הלכת ניתן לקרוב על ידי המשוואה
    • משוואה: $\Delta U_g = mg\Delta y$
• 3.3.A.5 האנרגיה הפוטנציאלית הכוללת של מערכת המכילה יותר משני אובייקטים היא סכום האנרגיה הפוטנציאלית של כל זוג אובייקטים בתוך המערכת.

מטרות למידה 3.4.A: לתאר את האנרגיות הקיימות במערכת.

• 3.4.A.1 מערכת המורכבת מאובייקט יחיד יכולה להיות לה רק אנרגיה קינטית.
• 3.4.A.2 מערכת המכילה אובייקטים המגיבים זה לזה באמצעות כוחות שימוריים או שמסוגלים לשנות את צורתם באופן הפיכי יכולה להיות לה גם אנרגיה קינטית וגם אנרגיה פוטנציאלית.

מטרות למידה 3.4.B: לתאר את התנהגות מערכת באמצעות עקרונות שימור אנרגיה מכנית.

• 3.4.B.1 האנרגיה המכנית היא סכום האנרגיה הקינטית והפוטנציאלית של מערכת.
• 3.4.B.2 כל שינוי בסוג אנרגיה בתוך מערכת חייב להיות מאוזן על ידי שינוי שווה בסוגי אנרגיה אחרים בתוך המערכת או על ידי העברת אנרגיה בין המערכת לסביבתה.
• 3.4.B.3 ניתן לבחור מערכת כך שהאנרגיה הכוללת שלה תהיה קבועה.
• 3.4.B.4 אם האנרגיה הכוללת של מערכת משתנה, השינוי יהיה שווה לאנרגיה שהועברה לתוך המערכת או מחוץ לה.

מטרת למידה 3.4.C: תאר כיצד בחירת המערכת קובעת האם האנרגיה שלה משתנה.

• 3.4.C.1 האנרגיה נשמרת בכל האינטראקציות.
• 3.4.C.2 אם העבודה שנעשתה על מערכת הנבחרת היא אפס ואין אינטראקציות לא-שימוריות בתוך המערכת, האנרגיה המכנית הכוללת שלה תהיה קבועה.
• 3.4.C.3 אם העבודה שנעשתה על מערכת הנבחרת אינה אפס, אנרגיה מועברת בין המערכת לסביבה.

הצהרת גבול: AP Physics 1 מצפה מהתלמידים לדעת שאנרגיה מכנית יכולה להתפרק לאנרגיה תרמית או לקול על ידי כוחות לא-שימוריים.

מטרת למידה 3.5.A: תאר את ההעברה של אנרגיה לתוך, מחוץ או בתוך מערכת באמצעות הספק.

• 3.5.A.1 הספק הוא הקצב שבו אנרגיה משתנה בהתאם לזמן, הן על ידי העברה לתוך או מחוץ למערכת והן על ידי המרה מסוג אחד לשני בתוך המערכת.
• 3.5.A.2 הספק ממוצע הוא כמות האנרגיה המועברת או המומרת, חלקי הזמן שגם להעברה זו או המרה זו התרחשה.
  • משוואה: $P_{\text{avg}} = \dfrac{\Delta E}{\Delta t}$
• 3.5.A.3 מכיוון שעבודה היא השינוי באנרגיה של גוף או מערכת בשל כוח, הספק ממוצע הוא העבודה הכוללת שביוצעה, חלקית בזמן שבו עבודה זו בוצעה.
  • משוואה: $P_{\text{avg}} = \dfrac{W}{\Delta t}$
• 3.5.A.4 את ההספק הרגעי המסופק לגוף על ידי רכיב הכוח הקבוע המקביל למהירות הגוף ניתן לתאר באמצעות המשוואה הנגזרת.
  • משוואה: $P_{\text{inst}} = F_{\parallel}v = Fv\cos\theta$

מטרות למידה 4.1.A: תיאור התנע הליניארי של גוף או מערכת.

• 4.1.A.1 התנע הליניארי מוגדר על ידי המשוואה $\vec{p} = m\vec{v}$.
  • משוואה: $\vec{p} = m\vec{v}$
• 4.1.A.2 התנע הוא גודל וקטורי ולו אותה כיוון כמו המהירות.
• 4.1.A.3 ניתן להשתמש בתנע כדי לנתח התנגשויות והתפוצצויות.
  • 4.1.A.3.i התנגשות היא דגם לאינטראקציה שבה הכוחות המופעלים בין הגופים המעורבים במערכת הם גדולים משמעותית מהכוח החיצוני הכולל הפועל עליהם במהלך האינטראקציה.
  • 4.1.A.3.ii מכיוון שננתחים רק המצבים ההתחלתי והסופי של התנגשות, ניתן להשתמש בדגם הגוף כדי לנתח התנגשויות.
  • 4.1.A.3.iii התפוצצות היא דגם לאינטראקציה שבה כוחות פנימיים למערכת מזיזים גופים בתוך המערכת זה הרחק מזה.

הצהרת גבול: אלא אם כן צוין אחרת, הביטוי הכללי "תנע" יתייחס ספציפית לתנע ליניארי.

מטרות למידה 4.2.A: תיאור התנופה המסופקת לגוף או למערכת.

• 4.2.A.1 קצב השינוי בתנע שווה לכוח החיצוני הכולל הפועל על גוף או מערכת.
  • משוואה: $\vec{F}_{\text{net}} = \dfrac{\Delta \vec{p}}{\Delta t}$
• 4.2.A.2 תנופה מוגדרת כמכפלת הכוח הממוצע הפועל על מערכת ופרקי הזמן שבו כוח זה פועל על המערכת.
  • משוואה: $\vec{J} = \vec{F}_{\text{avg}} \Delta t$
• 4.2.A.3 תנופה היא גודל וקטורי ולו אותה כיוון כמו הכוח הכולל הפועל על המערכת.
• 4.2.A.4 התנופה המסופקת למערכת על ידי כוח חיצוני כולל שווה לשטח מתחת לעקומה בגרף של הכוח החיצוני הכולל הפועל על המערכת כתלות בזמן.
• 4.2.A.5 הכוח החיצוני הכולל הפועל על מערכת שווה לשיפוע בגרף של התנע של המערכת כתלות בזמן.

מטרות למידה 4.2.B: תיאור הקשר בין התנופה הפועלת על גוף או מערכת לבין שינוי התנע של הגוף או המערכת.

• 4.2.B.1 שינוי בתנע הוא ההפרש בין התנע הסופי של המערכת לתנע ההתחלתי שלה.
  • משוואה: $\Delta \vec{p} = \vec{p} - \vec{p}_0$
• 4.2.B.2 משפט הדחיפה-תנע מקשר בין הדחיפה הפועלת על מערכת לבין השינוי בתנע של המערכת.
  • משוואה: $\vec{J} = \vec{F}_{\text{avg}} \Delta t = \Delta \vec{p}$
• 4.2.B.3 חוק התנועה השני של ניוטון הוא תוצאה ישירה של יישום משפט הדחיפה-תנע על מערכות בעלות מסה קבועה.
  • משוואה: $\vec{F}_{\text{net}} = \dfrac{\Delta \vec{p}}{\Delta t} = m\dfrac{\Delta \vec{v}}{\Delta t} = m\vec{a}$

הצהרת גבול: בפיזיקה AP 1 אינה דורשת מהתלמידים לבצע ניתוח כמותי של מערכות שבהן המסה משתנה לאורך הזמן.

מטרות למידה 4.3.A: לתאר את התנהגות המערכת באמצעות שימור תנע ליני.

• 4.3.A.1 אוסף של עצמים עם תנעים פרטיים ניתן לתיאור כמערכת אחת עם מהירות מרכז המסה אחת.
  • 4.3.A.1.i עבור אוסף של עצמים, מהירות מרכז המסה של המערכת ניתן לחשב באמצעות המשוואה $\vec{v}_{\text{cm}} = \dfrac{\sum \vec{p}_i}{\sum m_i} = \dfrac{\sum m_i \vec{v}_i}{\sum m_i}$.
  • 4.3.A.1.ii מהירות מרכז המסה של המערכת היא קבועה בהיעדר כוח חיצוני נטו.
• 4.3.A.2 התנע הכולל של מערכת הוא סכום התנעים של החלקים המרכיבים אותה.
• 4.3.A.3 בהיעדר כוחות חיצוניים נטו, כל שינוי בתנע של גוף כלשהו בתוך המערכת חייב להיות מאוזן על ידי שינוי תנע שווה בגודלו אך מנוגד בכיוונו במקום אחר בתוך המערכת. כל שינוי בתנע המערכת נובע מהעברת תנע בין המערכת לסביבתה.
  • 4.3.A.3.i הדחיפה שמפעיל גוף אחד על גוף שני שווה בגודלה ומנוגדת בכיוונה לדחיפה שמפעיל הגוף השני על הראשון. זהו תוצאה ישירה של חוק השלישי של ניוטון.
  • 4.3.A.3.ii ניתן לבחור מערכת כך שתנעה הכולל שלה יהיה קבוע.
  • 4.3.A.3.iii אם התנע הכולל של המערכת משתנה, השינוי הזה יהיה שקול לדחיפה שהופעלה על המערכת.
    • משוואה: $\vec{J} = \Delta \vec{p}$
• 4.3.A.4 יישום נכון של שימור התנע יכול לשמש לקביעת מהירות המערכת מיד לפני ומיד לאחר התנגשות או פיצוץ.

הצהרת גבול: בפיזיקה AP 1 כלול טיפול כמותי ואיכותי בשימור התנע בממד אחד וטיפול סמי-כמותי בשימור התנע בממד שני. שאלות במבחן AP 1 שאינן דורשות פתרון של מערכת משוואות אינן כלולות, אך מבחן AP 1 עשוי לכלול שאלות המודדות האם התלמידים יכולים להציב את המשוואות בצורה הנכונה ולנתח כיצד שינוי במסה, מהירות או זווית נתונים ישפיע על גדלים אחרים. בפיזיקה AP 2 כלול טיפול מלא בשימור התנע בממד שני לבעיות הכוללות מהירות סופית אחת לא ידועה.

מטרות למידה 4.3.B: לתאר כיצד בחירת המערכת קובעת האם תנעה שלה משתנה.

• 4.3.B.1 תנע נשמר בכל האינטראקציות.
• 4.3.B.2 אם הכוח החיצוני הנטו על המערכת הנבחרת הוא אפס, התנע הכולל של המערכת הוא קבוע.
• 4.3.B.3 אם הכוח החיצוני הנטו על המערכת הנבחרת אינו אפס, מתבצע העברת תנע בין המערכת לסביבה.

מטרת למידה 4.4.A: תאר האם האינטראקציה בין גופים היא אלסטית או לא-אלסטית.

• 4.4.A.1 התנגשות אלסטית בין גופים היא זו שבה אנרגיית הקינטיקה ההתחלתית של המערכת שווה לאנרגיית הקינטיקה הסופית של המערכת.
• 4.4.A.2 בהתנגשות אלסטית, אנרגיות הקינטיקה הסופיות של כל אחד מהגופים בתוך המערכת עשויות להיות שונות מאנרגיות הקינטיקה ההתחלתיות שלהם.
• 4.4.A.3 התנגשות לא-אלסטית בין גופים היא זו שבה סך אנרגיית הקינטיקה של המערכת יורדת.
• 4.4.A.4 בהתנגשות לא-אלסטית, חלק מאנרגיית הקינטיקה ההתחלתית אינו מוחזר כאנרגיית קינטיקה אלא הופץ על ידי כוחות לא-שמרניים לצורות אנרגיה אחרות.
• 4.4.A.5 בהתנגשות לא-אלסטית מושלמת, הגופים נדבקים זה לזה ונעים במהירות זהה לאחר ההתנגשות.

מטרת למידה 5.1.A: תאר את הסיבוב של מערכת ביחס לזמן באמצעות הזזה זוויתית, מהירות זוויתית ותאוצה זוויתית.

• 5.1.A.1 הזזה זוויתית היא מדידת הזווית, ברדיאנים, דרך נקודה מערכת קשיחה מסתובבת סביב ציר מסוים.
  • משוואה: $\Delta\theta = \theta - \theta_0$
  • 5.1.A.1.i מערכת קשיחה היא אחת ששומרת על צורה אך שבה נקודות שונות במערכת נעות בכיוונים שונים בזמן הסיבוב. מערכת קשיחה לא ניתן לדמות כגוף.
  • 5.1.A.1.ii כיוון אחד של הזזה זוויתית סביב ציר סיבוב – עם כיוון השעון או נגד כיוון השעון – מצוין בדרך כלל כחיובי מתמטית, כאשר הכיוון השני הופך לשלילי מתמטית.
  • 5.1.A.1.iii אם סיבוב מערכת סביב ציר ניתן לתאר היטב באמצעות תנועת מרכז המסה שלה, ניתן להתייחס למערכת כגוף בודד. לדוגמה, סיבוב כדור הארץ סביב צירו יכול להיחשב לזניח בעת בחינת החצייה של כדור הארץ סביב מרכז המסה של מערכת כדור הארץ-שמש.
• 5.1.A.2 מהירות זוויתית ממוצעת היא קצב השינוי הממוצע של המיקום הזוויתי ביחס לזמן.
  • משוואה: $\omega_{\text{avg}} = \dfrac{\Delta\theta}{\Delta t}$
• 5.1.A.3 תאוצה זוויתית ממוצעת היא קצב השינוי הממוצע של המהירות הזוויתית ביחס לזמן.
  • משוואה: $\alpha_{\text{avg}} = \dfrac{\Delta\omega}{\Delta t}$
• 5.1.A.4 הזזה זוויתית, מהירות זוויתית ותאוצה זוויתית סביב ציר אחד הם אנלוגיים להזזה, מהירות ותאצה ליניאריות בממד אחד ומדגימים את אותן קשרים מתמטיים.
  • 5.1.A.4.i עבור תאוצה זוויתית קבועה, הקשרים המתמטיים בין הזזה זוויתית, מהירות זוויתית ותאוצה זוויתית ניתן לתאר באמצעות המשוואות הבאות:
    • משוואה: $\omega = \omega_0 + \alpha t$
    • משוואה: $\theta = \theta_0 + \omega_0 t + \dfrac{1}{2}\alpha t^2$
    • משוואה: $\omega^2 = \omega_0^2 + 2\alpha(\theta - \theta_0)$
  • 5.1.A.4.ii גרפים של הזזה זוויתית, מהירות זוויתית ותאוצה זוויתית כפונקציות של זמן יכולים לשמש למציאת הקשרים בין כמותות אלו.

הצהרת גבול: תיאורי כיווני הסיבוב עבור נקודה או גוף מוגבלים לכיוון השעון ונגד כיוון השעון ביחס לציר סיבוב נתון.

מטרת למידה 5.2.A: תאר את התנועה הליניארית של נקודה על מערכת קשיחה מסתובבת העוקבת אחר התנועה הסיבובית של הנקודה, ולהפך.

• 5.2.A.1 עבור נקודה במרחק $r$ ממסב סיבוב קבוע, המרחק הליניירי $s$ שעברה הנקודה כאשר המערכת מסתובבת בזווית $\Delta\theta$ נתון על ידי המשוואה $\Delta s = r\Delta\theta$.
• 5.2.A.2 הקשרים הגזורים מהמהירות הליניארית ומרכיב המשיק של התאוצה לגודלים האנגולריים המתאימים שלהם נתונים על ידי המשוואות הבאות:
  • משוואה: $s = r\theta$
  • משוואה: $v = r\omega$
  • משוואה: $a_T = r\alpha$
• 5.2.A.3 עבור מערכת קשיחה, לכל הנקודות בתוך המערכת יש אותה מהירות זוויתית ואותה תאוצה זוויתית.

הצהרת גבול: תיאורי כיווני הסיבוב עבור נקודה או גוף מוגבלים לכיוון השעון ונגד כיוון השעון ביחס לציר סיבוב נתון.

מטרת למידה 5.3.A: לזהות את מומנטי הכוח הפועלים על מערכת קשיחה.

• 5.3.A.1 מומנט כוח נובע רק מהרכיב האנכי לכוח ביחס לווקטור המיקום ממסב הסיבוב לנקודת יישום הכוח.
• 5.3.A.2 רדיוס המנוף הוא המרחק האנכי ממסב הסיבוב לקו פעולת הכוח המופעל.

מטרת למידה 5.3.B: לתאר את מומנטי הכוח הפועלים על מערכת קשיחה.

• 5.3.B.1 ניתן לתאר מומנטי כוח באמצעות דיאגרמות כוח.
  • 5.3.B.1.i דיאגרמות כוח דומות לדיאגרמות גוף חופשי ומשמשות לניתוח מומנטי הכוח הפועלים על מערכת קשיחה.
  • 5.3.B.1.ii כמו דיאגרמות גוף חופשי, דיאגרמות כוח מייצגות את הגודל היחסי והכיוון של הכוחות הפועלים על מערכת קשיחה. דיאגרמות כוח מציגות גם את המיקום בו הכוחות פועלים ביחס למסב הסיבוב.
• 5.3.B.2 גודל המומנט הפועל על מערכת קשיחה על ידי כוח נתון על ידי המשוואה הבאה, כאשר $\theta$ היא הזווית בין וקטור הכוח לבין וקטור המיקום ממסב הסיבוב לנקודת יישום הכוח.
  • משוואה: $\tau = rF_{\perp} = rF\sin\theta$

הצהרת גבול: בעוד שב-AP Physics 1 מצופה מתלמידים לבצע עיבוד מתמטי בגודל המומנט באמצעות קונבנציות וקטוריות, הכיוון של המומנט אינו כלול בתוכנית הלימודים.

מטרת למידה 5.4.A: לתאר את האינרציה הסיבובית של מערכת קשיחה ביחס למסב סיבוב נתון.

• 5.4.A.1 האינרציה הסיבובית מודדת את התנגדותה של מערכת קשיחה לשינויים בסיבוב והיא קשורה למסת המערכת ולחלוקת המסה ביחס למסב הסיבוב.
• 5.4.A.2 האינרציה הסיבובית של גוף מסתובב במרחק אנכי $r$ ממסב נתונה על ידי המשוואה
  • משוואה: $I = mr^2$
• 5.4.A.3 האינרציה הסיבובית הכוללת של אוסף אובייקטים סביב ציר היא הסכום של האינרציות הסיבוביות של כל אובייקט סביב הציר ההוא:
  • משוואה: $I_{\text{tot}} = \sum I_i = \sum m_i r_i^2$

מטרת למידה 5.4.B: לתאר את האינרציה הסיבובית של מערכת קשיחה מסתובבת סביב ציר שאינו עובר דרך מרכז הכובד של המערכת.

• 5.4.B.1 האינרציה הסיבובית של מערכת קשיחה במישור נתון מינימלית כאשר ציר הסיבוב עובר דרך מרכז הכובד של המערכת.
• 5.4.B.2 משפט ציר מקביל משתמש במשוואה הבאה כדי לקשר את המומנט האינרציה של מערכת קשיחה סביב כל ציר המקביל לציר העובר דרך מרכז הכובד שלה:
  • משוואה: $I' = I_{\text{cm}} + Md^2$

גבול תוכן: AP Physics 1 מצפה רק מהתלמידים לחשב את המומנט האינרציה עבור מערכות של חמישה עצמים או פחות המסודרים בתצורת דו-ממדית.

גבול תוכן: התלמידים אינם זקוקים למידע על המומנט האינרציה של מערכות קשיחות מורחבות, שכן יסופק להם במהלך המבחן. עליהם להבין באופן איכותי את הגורמים המשפיעים על המומנט האינרציה; לדוגמה, כיצד המומנט האינרציה גדול יותר כאשר המסה נמצאת רחוק יותר מציר הסיבוב, ולכן לעיגול יש מומנט אינרציה גבוה יותר מאשר לדיסק מוצק בעל אותה מסה ואותו רדיוס.

מטרת לימוד 5.5.A: לתאר את התנאים שבהם מהירות הזוויתית של מערכת נשארת קבועה.

• 5.5.A.1 מערכת עשויה להציג איזון סיבובי (מהירות זוויתית קבועה) מבלי להיות באיזון תרגולי, ולהפך.
  • 5.5.A.1.i דיאגרמות גוף חופשי ודיאגרמות כוח מתארות את אופי הכוחות והמומנטים הפועלים על גוף או מערכת קשיחה.
  • 5.5.A.1.ii איזון סיבובי הוא מצב של מומנטים כך שהמומנט הכולל הפועל על המערכת הוא אפס.
    • משוואה: $\sum \tau_i = 0$
  • 5.5.A.1.iii האנלוג הסיבובי לחוק ראשון של ניוטון קובע שמערכת תהיה בעלת מהירות זוויתית קבועה רק אם המומנט הכולל הפועל עליה הוא אפס.
• 5.5.A.2 קורולרי סיבובי לחוק השני של ניוטון קובע שאם המומנטים הפועלים על מערכת קשיחה אינם מאוזנים, מהירות הזוויתית של המערכת חייבתשתנות.

גבול תוכן: AP Physics 1 לא מצפה מהתלמידים לבצע ניתוח סיבובי בו-זמנית במספר מישורים.

מטרת לימוד 5.6.A: לתאר את התנאים שבהם מהירות הזוויתית של מערכת משתנה.

• 5.6.A.1 מהירות זוויתית משתנה כאשר המומנט הכולל הפועל על הגוף או המערכת אינו שווה לאפס.
• 5.6.A.2 הקצב שבו מהירות הזוויתית של מערכת קשיחה משתנה פרופורציונלי ישירות למומנט הכולל הפועל על המערכת הקשיחה ובאותו כיוון. התאוצה הזוויתית של המערכת הקשיחה פרופורציונלית הפוכה למומנט האינרציה הסיבובי שלה.
  • משוואה: $\alpha_{\text{sys}} = \dfrac{\sum \tau}{I_{\text{sys}}} = \dfrac{\tau_{\text{net}}}{I_{\text{sys}}}$
• 5.6.A.3 כדי לתאר במלואו מערכת קשיחה מסתובבת, ייתכן שיש לבצע ניתוחים ליניאריים וסיבוביים בנפרד.

מטרת לימוד 6.1.A: לתאר את האנרגיה הקינטית הסיבובית של מערכת קשיחה בהתבסס על מומנט האינרציה הסיבובי והמהירות הזוויתית של מערכת זו.

• 6.1.A.1 האנרגיה הקינטית הסיבובית של גוף או מערכת קשיחה קשורה למומנט האינרציה הסיבובי ולמהירות הזוויתית של המערכת הקשיחה, ונתונה על ידי המשוואה $K = \frac{1}{2} I \omega^2$.
  • 6.1.A.1.i מומנט האינרציה של גוף סביב ציר קבוע יכול לשמש להראות שהאנרגיה הקינטית הסיבובית של הגוף שקולה לאנרגיה הקינטית התרגולית שלו, שהיא האנרגיה הקינטית הכוללת שלו.
  • 6.1.A.1.ii האנרגיה הקינטית הכוללת של מערכת קשיחה היא סכום האנרגיה הקינטית הסיבובית הנובעת מסביבתה סביב מרכז המסה והאנרגיה הקינטית התנועתית הנובעת מתנועה ליניארית של מרכז המסה.
• 6.1.A.2 למערכת קשיחה יכולה להיות אנרגיה קינטית סיבובית גם כאשר מרכז המסה שלה נמצא במנוחה, בשל העובדה שנקודות יחידיות בתוך המערכת הקשיחה בעלות מהירות ליניארית ולכן אנרגיה קינטית.
• 6.1.A.3 אנרגיה קינטית סיבובית היא גודל סקלרי.

מטרות למידה 6.2.A: לתאר את העבודה שנעשתה על מערכת קשיחה על ידי מומנט נתון או קבוצת מומנטים.

• 6.2.A.1 מומנט יכול להעביר אנרגיה אל תוך אובייקט או מערכת קשיחה או מחוץ אליה אם המומנט מופעל לאורך הסטה זוויתית.
• 6.2.A.2 כמות העבודה שנעשתה על מערכת קשיחה על ידי מומנת קשורה לגודלו של המומנט הזה ול ההסתה הזוויתית דרכה מסתובבת המערכת הקשיחה במהלך הפרק בזמן בו המומנט מופעל.
  • משוואה: $W = \tau \Delta\theta$
• 6.2.A.3 עבודה שנעשתה על מערכת קשיחה על ידי מומנט נתון ניתן לחשב באמצעות השטח מתחת לעקומה של גרף של מומנט כפונקציה של מיקום זוויתי.

מטרות למידה 6.3.A: לתאר את התנע הזוויתי של אובייקט או מערכת קשיחה.

• 6.3.A.1 הגודל של התנע הזוויתי של מערכת קשיחה סביב ציר ספציפי ניתן לתאר באמצעות המשוואה $L = I\omega$.
• 6.3.A.2 הגודל של התנע הזוויתי של אובייקט סביב נקודה נתונה הוא $L = rmv \sin\theta$.
  • 6.3.A.2.i בחירת הציר סביב אובייקט נחשב מסתובב משפיעה על קביעת התנע הזוויתי של אובייקט זה.
  • 6.3.A.2.ii התנע הזוויתי הנמדד של אובייקט הנע בקו ישר תלוי במרחק בין נקודת הייחס לבין האובייקט, במסת האובייקט, במהירות האובייקט ובזווית בין המרחק הרדיאלי לבין וקטור המהירות של האובייקט.

מטרות למידה 6.3.B: לתאר את תנע הזוויתי (האימפולס הזוויתי) שהועבר לאובייקט או מערכת קשיחה על ידי מומנט.

• 6.3.B.1 תנע זוויתי מוגדר כמכפלת המומנט המופעל על אובייקט או מערכת קשיחה ופרק הזמן שבו המומנט מופעל.
  • משוואה: $\text{angular impulse} = \tau \Delta t$
• 6.3.B.2 לתנע זוויתי יש אותו כיוון כמו המומנט המופעל על האובייקט או המערכת.
• 6.3.B.3 תנע זוויתי שהועבר לאובייקט או מערכת קשיחה על ידי מומנט ניתן לחשב באמצעות השטח מתחת לעקומה של גרף של המומנט כפונקציה של זמן.

מטרות למידה 6.3.C: לקשר את השינוי בתנע הזוויתי של אובייקט או מערכת קשיחה לתנע הזוויתי (האימפולס הזוויתי) שהועבר לאובייקט או למערכת הקשיחה.

• 6.3.C.1 גודל השינוי בתנע הזוויתי ניתן לתאר על ידי השוואת גדלים של תנעי זוויתיים סופיים והתחלתיים של האובייקט או המערכת הקשיחה: $\Delta L = L - L_0$
• 6.3.C.2 צורה סיבובית של משפט ההשפעה-תנע מקשרת בין ההשפעה הזוויתית המופעלת על גוף או מערכת קשיחה לבין השינוי בתנע הזוויתי של הגוף או המערכת הקשיחה.
  • 6.3.C.2.i ההשפעה הזוויתית המופעלת על גוף או מערכת קשיחה שווה לשינוי בתנע הזוויתי של גוף או המערכת הקשיחה.
    • משוואה: $\Delta L = \tau \Delta t$
  • 6.3.C.2.ii הצורה הסיבובית של משפט ההשפעה-תנע היא תוצאה ישירה של הצורה הסיבובית של חוק התנועה השני של ניוטון עבור מקרים בהם מומנט אינרציה הוא קבוע: $\tau_{\text{net}} = \dfrac{\Delta L}{\Delta t} = I \dfrac{\Delta\omega}{\Delta t} = I\alpha$
• 6.3.C.3 המומנט הכולל המופעל על גוף שווה לשיפוע הגרף של תנע זוויתי של גוף כפונקציה של זמן.
• 6.3.C.4 ההשפעה הזוויתית המופעלת על גוף שווה לשטח מתחת לעקומה בגרף של המומנט החיצוני הכולל המופעל על גוף כפונקציה של זמן.

הצהרת גבול: בעוד שהמבחן AP Physics 1 מצפה שתלמידים יוכלו לבצע עיבוד מתמטי של הגודל של תנע זוויתי באמצעות מוסכמות וקטור חד-מימדיות, הכיוון של תנע זוויתי והשפעה זוויתית אינם בטווח הלימודים.

מטרות למידה 6.4.A: לתאר את התנהגות מערכת באמצעות שימור תנע זוויתי.

• 6.4.A.1 התנע הזוויתי הכולל של מערכת סביב ציר סיבוב הוא הסכום של תנעי הזווית של חלקי המערכת המרכיבים אותה סביב ציר זה.
• 6.4.A.2 כל שינוי בתנע הזוויתי של מערכת חייב להיות תוצאה של אינטראקציה בין המערכת לסביבתה.
  • 6.4.A.2.i ההשפעה הזוויתית המופעלת על ידי גוף או מערכת על גוף או מערכת שנייה שווה בכמותה אך הפוכה בכיוונה להשפעה הזוויתית המופעלת על ידי הגוף או המערכת השנייה על הראשונה. זוהי תוצאה ישירה של חוק השלישי של ניוטון.
  • 6.4.A.2.ii ניתן לבחור מערכת כך שאתר תנע הזוויתי הכולל שלה יהיה קבוע.
  • 6.4.A.2.iii מהירות הסיבוב של מערכת לא-קשיחה עשויהשתנות ללא שינוי בתנע הזוויתי של המערכת אם המערכת משנה צורה על ידי הזזת מסה קרובה יותר או רחוק יותר מציר הסיבוב.
  • 6.4.A.2.iv אם תנע הזוויתי הכולל של מערכת משתנה, השינוי הזה יהיה שקול להשפעה הזוויתית המופעלת על המערכת.

מטרות למידה 6.4.B: לתאר כיצד בחירת המערכת קובעת האם תנע הזוויתי שלה משתנה.

• 6.4.B.1 תנע זוויתי שמר בכל האינטראקציות.
• 6.4.B.2 אם המומנט החיצוני הכולל המופעל על גוף או מערכת קשיחה שנבחרה הוא אפס, תנע הזוויתי הכולל של מערכת זו יהיה קבוע.
• 6.4.B.3 אם המומנט החיצוני הכולל המופעל על גוף או מערכת קשיחה שנבחרה אינו אפס, תנע זוויתי מועבר בין המערכת לסביבה.

מטרות למידה 6.5.A: לתאר את האנרגיה הקינטית של מערכת שיש לה תנועה תרגומית וסיבובית.

• 6.5.A.1 האנרגיה הקינטית הכוללת של מערכת היא סכום האנרגיה הקינטית התנועתית והאנרגיה הקינטית הסיבובית של המערכת.
  • משוואה: $K_{\text{tot}} = K_{\text{trans}} + K_{\text{rot}}$

מטרת למידה 6.5.B: לתאר את תנועת מערכת הנעה ללא החלקה.

• 6.5.B.1 בזמן הנעה ללא החלקה, התנועה התנועתית של מרכז הכובד של המערכת קשורה לתנועה הסיבובית של המערכת עצמה באמצעות המשוואות:
  • משוואה: $\Delta x_{\text{cm}} = r\Delta\theta$
  • משוואה: $v_{\text{cm}} = r\omega$
  • משוואה: $a_{\text{cm}} = r\alpha$
• 6.5.B.2 במקרים אידיאליים, הנעה ללא החלקה מציינת כי כוח החיכוך אינו מפזר אנרגיה מהמערכת הנעה.

מטרת למידה 6.5.C: לתאר את תנועת מערכת הנעה עם החלקה.

• 6.5.C.1 כאשר ישנה החלקה, לא ניתן לקשר ישירות בין תנועת מרכז הכובד של המערכת לבין התנועה הסיבובית שלה.
• 6.5.C.2 כאשר מערכת מסתובבת ומחליקה ביחס למשטח אחר, נקודת ההשפעה של כוח החיכוך הקינטי הפועל על המערכת נעה ביחס למשטח, ולכן כוח החיכוך הקינטי יפזר אנרגיה מהמערכת.

הצהרת גבול: חיכוך הנעה חוצה את גבולות AP Physics 1.

הצהרת גבול: הקשרים המתמטיים המדויקים בין גדלים ליניאריים וזוויתיים בזמן שגוף קשיח נע עם החלקה חוצים את גבולות AP Physics 1 ו-2, ולא צפויות מתלמידים לדגם קשרים אלו בכמות. עם זאת, צפויות מתלמידים להסביר באופן איכותי את השינויים בגדלים ליניאריים וזוויתיים בזמן שגוף קשיח נע עם החלקה.

מטרת למידה 6.6.A: לתאר את תנועת מערכת המורכבת משני גופים האינטראקציה ביניהם היא רק דרך כוחות כבידה.

• 6.6.A.1 במערכת המורכבת רק מגוף מרכזי בעל מסה וגוף לוויני שמסתו זניחה לעומת מסת הגוף המרכזי, התנועה של הגוף המרכזי עצמו היא זניחה.
• 6.6.A.2 תנועת לווינים במסלולים מוגבלת על ידי חוקי שימור.
  • 6.6.A.2.i במסלולים מעגליים, האנרגיה המכנית הכוללת של המערכת, האנרגיה הפוטנציאלית הכבידתית של המערכת, המומנט הזוויתי והאנרגיה הקינטית של הלווינה הם קבועים.
  • 6.6.A.2.ii במסלולים אלפסיוئידים, האנרגיה המכנית הכוללת של המערכת והמומנט הזוויתי של הלווינה הם קבועים, אך האנרגיה הפוטנציאלית הכבידתית של המערכת והאנרגיה הקינטית של הלווינה עשויות להשתנות כל אחת בנפרד.
  • 6.6.A.2.iii האנרגיה הפוטנציאלית הכבידתית של מערכת המורכבת מלווינה וגוף מרכזי בעל מסה מוגדרת כאפס כאשר הלווינה נמצאת במרחק אינסופי מהגוף המרכזי.
    • משוואה: $U_g = -G\dfrac{m_1 m_2}{r}$
• 6.6.A.3 מהירות המילוט של לווינה היא מהירות הלווינה כך שהאנרגיה המכנית של מערכת הלווינה–גוף המרכזי תהיה שווה לאפס.
  • 6.6.A.3.i כאשר הכוח היחיד הפועל על לווינה הוא כוח הכבידה ממקור מרכזי, לווינה שתגיע למהירות מילוט תתרחק מהגוף המרכזי עד שהמהירות שלה תגיע לאפס במרחק אינסופי מהגוף המרכזי.
  • 6.6.A.3.ii מהירות המילוט של לווינה ממקור בעל מסה $M$ יכולה להיות נגזרת באמצעות חוקי שימור אנרגיה.
    • משוואה (נגזרת): $v_{\text{esc}} = \sqrt{\dfrac{2GM}{r}}$

מטרת למידה 7.1.A: לתאר תנועה הרמונית פשוטה.

• 7.1.A.1 תנועה הרמונית פשוטה היא מקרה מיוחד של תנועה מחזורית.
• 7.1.A.2 SHM נוצר כאשר גודל כוח ההשבה הפועל על גוף הוא פרופורציונלי להזזה של אותו גוף ממיקום האיזון שלו.
  • משוואה: $ma_x = -k\Delta x$
  • 7.1.A.2.i כוח השבה הוא כוח הפועל בכיוון הנגדי להזזה של הגוף ממיקום איזון.
  • 7.1.A.2.ii מיקום איזון הוא מיקום שבו הכוח הכולל הפועל על גוף או מערכת הוא אפס.
  • 7.1.A.2.iii התנועה של דודק עם סטייה זוויתית קטנה יכולה להיות מדומה כתנועה הרמונית פשוטה, משום שהמומנט המשיב פרופורציונלי לסטייה הזוויתית.

מטרת למידה 7.2.A: לתאר את התדירות והתקופה של גוף המציג SHM.

• 7.2.A.1 התקופה של SHM קשורה לתדירות $f$ של תנועת הגוף באמצעות המשוואה הבאה:
  • משוואה: $T = \dfrac{1}{f}$
  • 7.2.A.1.i תקופת מתנד קפיץ-גוף אידיאלי נתונה על ידי המשוואה $T_s = 2\pi\sqrt{\dfrac{m}{k}}$.
  • 7.2.A.1.ii תקופת דודק פשוט שמוסח בזווית קטנה נתונה על ידי המשוואה $T_p = 2\pi\sqrt{\dfrac{\ell}{g}}$.

מטרת למידה 7.3.A: לתאר את ההזזה, המהירות והתאוצה של גוף המציג SHM.

• 7.3.A.1 עבור גוף המציג SHM, ההזזה של אותו גוף הנמדדת ממיקום האיזון שלו יכולה להיות מיוצגת על ידי המשוואות $x = A\cos(2\pi ft)$ או $x = A\sin(2\pi ft)$.
  • 7.3.A.1.i מינימום, מקסימום ואפסים של הזזה, מהירות ותאוצה הם מאפיינים של תנועה הרמונית.
  • 7.3.A.1.ii זיהוי המיקומים או הזמנים שבהם ההזזה, המהירות והתאוצה ל-SHM מגיעים לקיצונים או לאפסים יכול לעזור בתיאור איכותני של התנהגות התנועה.
• 7.3.A.2 שינוי במשרעת של מערכת המציגת SHM לא ישנה את תקופת המערכת.
• 7.3.A.3 ניתן לקבוע ולנתח מאפיינים של SHM באמצעות ייצוגים גרפיים.

מטרת למידה 7.4.A: תאר את האנרגיה המכנית של מערכת המציגה תנועה הרמונית פשוטה (SHM).

• 7.4.A.1 האנרגיה הכוללת של מערכת המציגה תנועה הרמונית פשוטה היא סכום האנרגיה הקינטית והאנרגיה הפוטנציאלית של המערכת.
  • משוואה: $E_{\text{total}} = U + K$
• 7.4.A.2 חוק שימור האנרגיה קובע שאנרגיה כוללת של מערכת המציגה תנועה הרמונית פשוטה היא קבועה.
• 7.4.A.3 האנרגיה הקינטית של מערכת המציגה תנועה הרמונית פשוטה נמצאת בשיאה כאשר האנרגיה הפוטנציאלית של המערכת נמצאת במינימום.
• 7.4.A.4 האנרגיה הפוטנציאלית של מערכת המציגה תנועה הרמונית פשוטה נמצאת בשיאה כאשר האנרגיה הקינטית של המערכת נמצאת במינימום.
  • 7.4.A.4.i האנרגיה הקינטית המינימלית של מערכת המציגה תנועה הרמונית פשוטה היא אפס.
  • 7.4.A.4.ii שינוי בהיקף התנודה של מערכת המציגה תנועה הרמונית פשוטה ישנה את האנרגיה הפוטנציאלית המקסימלית של המערכת ולכן גם את האנרגיה הכוללת שלה.
  • משוואה רלוונטית למערכת קפיץ-גוף: $E_{\text{total}} = \dfrac{1}{2}kA^2$

מטרת למידה 8.1.A: תאר את תכונותיו של נוזל.

• 8.1.A.1 תכונות המבדילות בין מוצקים, נוזלים וגזים נובעות מהאינטראקציות השונות בין אטומים ומולקולות.
• 8.1.A.2 נוזל הוא חומר שאין לו צורה קבועה.
• 8.1.A.3 ניתן לאפיין נוזלים לפי הצפיפות שלהם. צפיפות מוגדרת כיחס בין מסה לבין נפח.
  • משוואה: $\rho = \dfrac{m}{V}$
• 8.1.A.4 נוזל אידיאלי הוא בלתי דחוס ואינו בעל ויסקוזיות.

מטרת למידה 8.2.A: תאר את הלחץ המופעל על משטח על ידי כוח נתון.

• 8.2.A.1 לחץ מוגדר כיוד החלק האנכי של הכוח המופעל ליחידת שטח על משטח נתון, כפי שמתואר במשוואה
  • משוואה: $P = \dfrac{F_\perp}{A}$
• 8.2.A.2 לחץ הוא גודל סקלארי.
• 8.2.A.3 הנפח והצפיפות של כמות נתונה של נוזל בלתי דחוס נשארים קבועים ללא קשר ללחץ המופעל על הנוזל.

מטרת למידה 8.2.B: תאר את הלחץ המופעל על ידי נוזל.

• 8.2.B.1 הלחץ המופעל על ידי נוזל הוא תוצאה של סך כל האינטראקציות בין חלקיקי הנוזל לבין המשטח עם החלקיקים אינטראקטיביים.
• 8.2.B.2 הלחץ המוחלט של נוזל בנקודה נתונה שווה לסכום של לחץ ייחוס $P_0$, כגון לחץ אטמוספרי $P_{\text{atm}}$, ולחץ מד $P_{\text{gauge}}$.
  • משוואה: $P = P_0 + \rho g h$
• 8.2.B.3 לחץ מד של עמודת נוזל אנכית מתואר על ידי המשוואה
  • משוואה: $P_{\text{gauge}} = \rho g h$

מטרת הלמידה 8.3.A: לתאר את התנאים שבהם מהירותו של נוזל משתנה.

• 8.3.A.1 ניתן להשתמש בחוקי ניוטון כדי לתאר את תנועת החלקיקים בתוך נוזל.
• 8.3.A.2 ההתנהגות המקרוסקופית של נוזל היא תוצאה של האינטראקציות הפנימיות בין חלקיקי הנוזל וכוחות חיצוניים המופעלים על הנוזל.

מטרת הלמידה 8.3.B: לתאר את הכוח האולמי המופעל על גוף האינטראקציה עם נוזל.

• 8.3.B.1 הכוח האולמי הוא כוח נטו כלפי מעלה המופעל על גוף על ידי נוזל.
• 8.3.B.2 הכוח האולמי המופעל על גוף על ידי נוזל הוא תוצאה של הסכום הכוחות המופעלים על הגוף על ידי החלקיקים המרכיבים את הנוזל.
• 8.3.B.3 הגודל של הכוח האולמי המופעל על גוף על ידי נוזל שווה למשקל הנוזל שהוחלף על ידי הגוף.
  • משוואה: $F_b = \rho V g$

מטרת הלמידה 8.4.A: לתאר את זרימת נוזל בלדחוס דרך שטח חתך באמצעות שימור מסה.

• 8.4.A.1 הבדל בלחץ בין שני מיקומים גורם לנוזל לזרום.
  • 8.4.A.1.i קצב הכניסה של חומר לצינור המלא בנוזל ופתוח בשתי קצוות חייב להיות שווה לקצב היציאה של החומר מהצינור.
  • 8.4.A.1.ii קצב הזרימה של חומר למיקום נתון פרופורציונלי לשטח החתך של הזרימה ולמהירות שבה הנוזל זורם.
    • משוואה נגזרת: $\dfrac{V}{t} = A v$
• 8.4.A.2 משוואת הרצף בזרימת נוזלים מתארת שימור קצב זרימת המסה בנוזלים בלדחוסים.
  • משוואה: $A_1 v_1 = A_2 v_2$