ערך מוחלט

ערך מוחלט של מספר x מסומן |x|  ומוגדר:
הגדרת ערך מוחלט של מספר x
הגדרת ערך מוחלט של מספר x
דוגמאות לערכים מוחלטים של מספרים:
| 3 | = 3 
| 0 | = 0
| -5 | = -(-5) = 5 
| - | a | | = | a |
מבחינה גיאומטרית הערך המוחלט של x , או |x| הוא המרחק של x מ- 0 על הישר הממשי.
מאחר ומרחק הוא תמיד חיובי או 0 אנו אומרים כי x | ≥ 0 | עבור כל מספר ממשי, ו-  x | = 0 | אם ורק אם  x=0 .

נוסיף כי המרחק בין x ל- y שווה   | x - y | על הציר הממשי.
ערך מוחלט מציין מרחקים בין נקודות על ציר המספרים
ערך מוחלט מציין מרחקים בין נקודות על ציר המספרים

תכונות הערך המוחלט:

אם a ו- b שני מספרים ממשיים אזי מתקיים:
| -a | = | a |
|aᐧb| = | a |ᐧ| b |
| a / b | = | a | / | b |
| a + b | ≤ | a | + | b | 
האי שוויון האחרון  | a + b | ≤ | a | + | b |  נקרא אי שיוויון המשולש. 
דוגמאות:

| -3 + 5 | = | 2 | = 2 < | -3 | + | 5 | = 8
| 3 + 5 | = | 8 | = 8 = | 3 | + | 5 |
| -3 - 5 | = | -8 | = 8 = | -3 | + | -5 |

האי שיוויון  x | < a |  מציין שהמרחק של x מ- 0 קטן מהמספר החיובי a. המשמעות היא כי x נמצא בין a- ל- a. ראה סקיצה להלן:
הערך המוחלט של x קטן מ- a , כלומר x נמצא בין a- ל-a
הערך המוחלט של x קטן מ- a , כלומר x נמצא בין a- ל-a

להלן מספר תכונות נוספות של ערך מוחלט הנובעים מהגדרת הערך המוחלט ושימושיים לפתרון משוואות אי שיוויונים עם ערך מוחלט:

ערכים מוחלטים ואינטרוולים
אם a מספר חיובי אז:
| x | = a  if and only if  x = ±a
| x | < a  if and only if  -a < x < a
| x | > a  if and only if  x > a or x < -a
| x | ≤ a  if and only if  -a ≤ x ≤ a
| x | ≥ a  if and only if  x ≥ a or x ≤ -a
הביטוי " if and only if" משמעותו "אם ורק אם".

אי שיוויונים - דוגמאות פתורות

תרגיל 1
פתור את האי שיוויון הבא והראה את קבוצת הפתרון על הישר הממשי:  2x - 1 < x + 3

פתרון תרגיל 1

2x - 1 < x + 3
2x < x + 4
x < 4

הפתרון הוא קבוצה פתוחה בקטע (אינטרוול) :   (4 , ∞-)

הצגה נוספת של הפתרון: {4 > x | x }

ניתן גם להציג את הפתרון בצורה גיאומטרית:
הצגת גיאומטרית של קבוצה על הישר הממשי
הצגת גיאומטרית של קבוצה על הישר הממשי

תרגיל 2
פתור את האי שיוויון הבא והראה את קבוצת הפתרון על הישר הממשי:   x/3 < 2x +1-

פתרון תרגיל 2

נבצע פעולות אלגבריות לפתרון האי שוויון:
-x/3 < 2x +1

הכפלת שני האגפים ב- 3:
-x < 6x + 3
הוספת x לשני האגפים:
0 < 7x + 3
הפחתת 3 משני האגפים:
-3 < 7x
חלוקה ב- 7:
-3/7 < x
הפתרון הוא קבוצה פתוחה באינטרוול:
{x | x > -3/7} = (-3/7 , ∞ )
הצגה גיאומטרית של הפתרון:

תרגיל 3

פתור את האי שיוויון והצג את הפתרון על הישר הממשי:  
| 2x - 3 | ≤ 1
פתרון תרגיל 3:

נשתמש בתכונות ערך מוחלט באי שיוויון, נפתח ונקבל: 
| 2x - 3 | ≤ 1
-1 ≤  2x - 3 ≤ 1
2 ≤ 2x ≤ 4
1 ≤ x ≤ 2

הפתרון עבור x הוא הקבוצה [1,2] , בהצגה נוספת:  
{x | 1 ≤ x ≤ 2}
נציג את הפתרון על הישר הממשי:


קטע - אינטרוול

תת קבוצה על הישר הממשי נקראת אינטרוול (קטע) אם היא מכילה לפחות שני מספרים ומכילה את כל המספרים בין שני כל אלמנטים שלה. לדוגמה קבוצת כל המספרים הממשיים עבור x >6 נקראת אינטרוול. אך קבוצת כל המספרים הממשיים למעט אפס אינה אינטוול משום לדוגמא שבין 1, 1- יש את האפס שאינו בקבוצה.

אינטרוול סופי נקרא סגור אם הוא מכיל את שתי נקורות הקצה שלו, אם הוא מכיל רק נקודה אחת ואת השניה לא הוא נקרא אינטרוול חצי פתוח, אם אינו מכיל את שתי נקודות הקצה האינטרוול נקרא פתוח.
נקודות הקצה נקראות גם נקודות הגבול, הן יוצרות את גבול האינטרוול.שאר נקודות האינטרוול נקראות נקודות פנים האינטרוול.

אינטרוול אינסופי נקרא סגור אם הוא מכיל את נקודת הקצה, אם אינו מכיל אותה הוא נקרא אינטרוול אינסופי פתוח

כל הישר הממשי R הוא אינטרוול אינסופי שהוא גם סגור וגם פתוח.


סוגי אינטרוולים (קטעים) הצגה גיאומטרית

סוגי אינטרוולים (קטעים) הצגה גיאומטרית
סוגי אינטרוולים (קטעים) הצגה גיאומטרית


מספרים ממשיים, אי שיוויונים וקבוצות

במתמטיקה, מספר ממשי הוא מספר הנכלל בשדה המספרים הממשיים, כמו 3.2 , 1/3 , 1.6- או . אינטואיטיבית, המספרים הממשיים החיוביים הם האורכים האפשריים של קטעים על ישר אינסופי (הקרוי, לפיכך, הישר הממשי). אורכה של הנקודה קרוי אפס, ולכל מספר חיובי מתאים גם מספר שלילי באותו גודל, המודד את אותו קטע, כביכול, בכיוון ההפוך.

לאחר שקובעים את אורכה של יחידה המידה היסודית, האורך של מספר יחידות כאלה נקרא מספר שלם. מספר ממשי שאפשר לבטא כיחס בין שני מספרים שלמים הוא מספר רציונלי, אך רוב המספרים הממשיים אינם כאלה - עוצמתה של קבוצת המספרים הממשיים היא עוצמת הרצף, ואילו אוסף המספרים הרציונליים הוא בן-מניה. המספרים הממשיים שאינם רציונליים, כגון שורש 2, פאי או e, נקראים אי-רציונליים.

 המספרים הממשיים מיוצגים בצורה גיאומטרית כנקודות על ציר מספרים  בנקרא הישר הממשי:

ישר ממשי - ייצוג גיאומטרי של מספרים ממשיים
ישר ממשי - ייצוג גיאומטרי של מספרים ממשיים

חוקי אי שיוויון:

אם a , b ו- c מספרים ממשיים אזי:

1.  אם a < b אז:   a + c < b + c
2.  אם a < b אז:   a - c < b - c
3.  אם a < b ו- c > 0 אז:   ac < bc
4.  אם a < b ו- c < 0 אז:   ac > bc מקרה מיוחד: אם a < b אז  a > -b-

5. אם a > 0 אז  0 <  a/ן1

6. אם a, b שניהם חיוביים או שניהם שליליים אז: אם a < b אז
1/b < 1/a

אנחנו מבחינים בשלשה תתי קבוצות של מספרים ממשיים:

1. מספרים טבעיים: 1,2,3,4,5..

2. מספרים שלמים:
0, ±1 , ±2 , ±3 , ±4 , ±5 . . . .

3. מספרים רציונלים
1/4 , -23/56 , -12/4, . . 


המספרים הרציונלים מייצגים את המספרים הממשיים עם הרחבה עשרונית בשני אופנים:
1. הרחבה עשרונית סופית לדוגמא:  3/4 = 0.75
2. הרחבה עשרונית החוזרת על עצמה, לדוגמא:  23/11 =  ...2.090909090

מספרים אי רציונלים - ישנם מספרים על הציר הממשי שאינם רציונלים. לדוגמא לא קיים מספר רציונלי שהריבוע שלו הוא 2. מספרים ממשיים שאינם רציונלים נקראים מספרים אי רציונלים. הם מאופינים בהרחבה עשרונית אינסופית שאינה חוזרת על עצמה. דוגמאות למספרים אי רציונלים:  
𝞹, √2 , . . 
קבוצות

סימון בעזרת קבוצות מאוד שימושי לתאר תת קבוצה מסוימת מהמספרים הממשיים. הקבוצה היא אוסף של אוביקטים הנקראים אלמנטים של הקבוצה.

סימולים לקבוצות:

אם S היא קבוצה הסימול  a ∈ S  מציין כי a הוא אלמנט ב- S
 ו-  a ∉ S מציין כי a אינו אלמנט ב- S

אם S ו- T הן קבוצות אזי הקבוצה  S ∪ T היא האיחוד שלהן ומכילה את כל האלמנטים שב- S וב- T.
החיתוך S ∩ T היא קבוצה המכילה אלמנטים השייכים גם ל- S וגם ל- T.

הקבוצה הריקה   היא קבוצה שאינה מכילה אלמנטים כלל. דוגמא לקבוצה ריקה היא החיתוך בין קבוצת המספרים הרציונלים לקבוצת המספרים האי רציונלים.

ניתן לתאר קבוצה באמצעות האיברים שלה. לדוגמה קבוצת מספרים טבעיים קטנים מ- 6 מתוארת כך:  
A = {1 , 2 , 3 , 4 , 5}


קבוצת המספרים השלמים מתוארת כך:
A = {0, ±1 , ±2 , ±3 , ±4 , ±5 . . . . }


דרך  נוספת לתאר קבוצה היא  לתאר את הקבוצה בתוך סוגריים לדוגמא:

A = { x | x is integer and 0 < x < 6 }

תאור זה הוא קבוצת מספרים טבעיים הקטנים מ- 6.

וקטורים וחיבור וקטורים

גדלים פיסיקליים כגון זמן, טמפרטורה, מסה, צפיפות, יכולים להיות מתוארים על ידי מספר בודד עם יחידה. אבל גדלים פיסיקליים רבים אחרים לא יכולים להיות מתוארים על ידי מספר בודד.דוגמא פשוטה היא תנועה של מטוס: זה לא מספיק לומר מהי מהירות המטוס אלא גם יש לומר מהו כיוון תנועתו. מהירותו של המטוס בשילוב עם כיוון תנועתו יחד מהווה כמות נקראת מהירות.  
דוגמא נוספת היא כוח, אין זה מספיק לומר את גודלו של הכוח אלא יש לומר גם את כיוון פעולת הכוח.
 וכן גם העתקה, תאוצה, שדה חשמלי, ועוד.. 

 כאשר גודל פיסיקלי מתואר ע"י מספר בודד אנו מכנים את הגודל סקלר, כאשר מתואר בנוסף גם הכיוון אנו מכנים את הגודל וקטור.
וקטור מסומן בד"כ באות גדולה עם חץ אופקי או קו מעל האות. לדוגמא:  Ā

חיבור וקטורים


נניח גוף נע העתקה A ולאחר מכן B, מה העתקתו C השקולה (או מיקומו ביחס להתחלה מבחינת כיוון ומרחק)

שיטות חיבור וקטורים בשיטה גרפית
דוגמא:

יוסי הלך 4 צעדים צפונה ואח"כ 4 צעדים מערבה. מה מיקומו ביחס לנקודת ההתחלה.

ניתן לתאר את תנועתו של יוסי בצורה וקטורית.
תנועתו של יוסי בצורה וקטורית
תנועתו של יוסי בצורה וקטורית

ההעתקה שעבר יוסי הוא C מסומן בוקטור בצבע אדום, וכיוונו צפון מערב (קצת יותר צפונה ע"פ הסקיצה)
נחשב את ההעתקה בעזרת משפט פיתגורס:

C² = 4² + 3² = 25
C = 5
אורך ההעתקה (אורך הוקטור C) שעבר יוסי הוא 5

וכיוונו מערב מכוון צפון בזוית שהטנגנס שלה 3/4.

דוגמא 2

נתון וקטור A באורך 7 יחידות ווקטור B בזוית 30 מעלות ביחס אליו באורך 3 יחידות, מהו גודל הוקטור השול ומה כיוונו (ראה סקיצה)
למציאת השקול של הוקטורים A ו- B בונים מערכת שקולה עם וקטורים A ו- B1 . B1 זהה ל- B בגודל ובכיוון ולכן שקול אליו לחלוטין.
וקטור C הוא השקול של A ו- B1 או השקול של הוקטורים A, B.
חיבור שני וקטורים עם זוית כלשהי ביניהם
חיבור שני וקטורים עם זוית כלשהי ביניהם

למציאת הוקטור C נשתמש במשפט הקוסינוסים למציאת אורכו ובמשפט הסינוסים למציאת כיוונו. המערכת שקולה למשולש שאורכי שתיים מצלעותיה הן 7 ו- 3 והזוית ביניהן 150 מעלות. ראה סקיצה

מציאת סכום שני וקטורים בעזרת מערכת שקולה של חישוב צלע וזוית במשולש
מציאת סכום שני וקטורים בעזרת מערכת שקולה של חישוב צלע וזוית במשולש

מציאת אורך הוקטור C בעזרת משפט הקוסינוסים:
c² = a² + b² - 2ᐧaᐧbᐧcos(ɣ)
 נציב ונקבל:





אורך הוקטור C הוא 9.71 יחידות

בסימון וקטורי: 


מציאת כיוון הוקטור c (הזוית β) ע"פ משפט הסינוסים:



ובהצבה:







כיוון הוקטור C הוא בזוית 8.87 מעלות עם הכיוון החיובי של ציר ה- x

החוק הראשון של ניוטון - עיקרון ההתמדה

איך הכוחות הפועלים על גוף משפיעים על תנועתו? כדי לענות על שאלה זאת נבחן תחילה מה קורה כאשר הכח השקול הפועל על גוף הוא אפס. מוסכם כמעט בוודאות שאם גוף נמצא במנוחה, ואם אין כוחות שקולים
שפועלים עליו, הגוף שיישאר במנוחה. אבל מה קורה אם כוח שקול אפס פועל על גוף בתנועה?

כדי לראות מה קורה במקרה זה, נניח שמחליקים דיסקית הוקי לאורך שולחן אופקי ע"י הפעלת כוח אופקי עם היד.  אחרי שמפסיקים לדחוף, הדיסקוס לא ימשיך לנוע ללא הגבלת זמן; אלא יאט עד עצירה . כדי להמשיך את התנועה יש להמשיך לדחוף.

מכאן נוצרה חשיבה כביכול שלקיים תנועה יש להפעיל כוח. אך מה היה קורה אם היינו דוחפים את הדיסקוס על משטח קרח ומשחררים, הדיסקוס היה עובר מרחק גדול יותר עד עצירה. ואם הינו דוחפים את הדיסקוס על כרית אויר הוא היה עובר מרחק רב יותר עד עצירה מאשר משטח קרח.

מה שעוצר את הדיסקוס הוא כוח החיכוך בינו לבין המשטח.  אם לא היה כוח חיכוך הדיסקוס היה ממשיך בתנועתו עד אין סוף.

אנו רואים שכאשר אין כוחות הפועלים על גוף, הגוף נשאר במנוחה או נע עם מהירות קבועה בקו ישר. ברגע שגוף נקבע בתנועה, ואין כוח שקול הפועל עליו הוא ימשיך לנוע במהירות קבועה בקו ישר. אנו קוראים לתצפית זו החוק הראשון של ניוטון.

החוק הראשון של ניוטון או עקרון ההתמדה

 "גוף מתמיד במצב של מנוחה או במצב של תנועה במהירות קבועה בקו ישר (תאוצה אפס) כל עוד אין שום כוח חיצוני שפועל עליו (יכול לפעול עליו כח חיצוני אבל שיקול הכוחות צריך להיות שווה ל- 0).
 
החוק הראשון של ניוטון - ניסוי הדיסק על משטח
החוק הראשון של ניוטון - ניסוי הדיסק על משטח
 

פיסיקה - מכניקה: כוח ואינטראקציה וכוחות נפוצים

בשפה יומיומית, כוח הוא דחיפה או משיכה. הגדרת טובה יותר היא שכוח הוא אינטראקציה בין שני גופים או בין גוף וסביבתו

  כוח הוא דחיפה או משיכה.
כוח היא אינטראקציה בין שני אובייקטים
או בין אובייקט וסביבתו.
כוח היא גודל וקטורי, עם גודל וכיוון.
 
תכונות כוח
תכונות כוח המופעל על מסה
 
 

כוח מגע


בגלל זה מתייחסים לכח שגוף אחד מפעיל על גוף שני. כאשר דוחפים מכונית שתקועה בחול, מפעילים כוח על המכונית. כבל פלדה מפעיל כוח על הקורה שהוא מרים באתר בנייה;
כוח הוא גודל וקטורי; ניתן לדחוף או למשוך גוף בכיוונים שונים בעוצמות (גודל) שונות.
כאשר יש כוח במגע ישיר בין שני גופים, כגון דחיפה או משיכה קוראים לזה כוח מגע.

שלשה כוחות מגע נפוצים:


כוח נורמלי N: כאשר גוף מונח במנוחה או בתנועה על משטח, המשטח מפעיל כוח דחיפה (כוח תגובה) N על הגוף בניצב לפני השטח לא משנה מה זוית המשטח.
כוח נורמלי n
כוח נורמלי N


כוח חיכוך f: כוח החיכוך מופעל על גוף על ידי פני השטח במקביל לפני השטח, בכיוון שמתנגד לכיוון תנועת הגוף.
כוח חיכוך f
כוח חיכוך f
 כוח מתיחה T: מופעל על ידיחבל מתוח או כבל על אובייקט שאליו הוא מחובר נקרא כוח מתיחה. כשמושכים כלב עם רצועה, הכח שמושך בצוואר הכלב הואכוח מתיחה. כיוון כוח ההמתיחה כוא כיוון החבל.
כוח מתיחה T
 כוח מתיחה T
 כוח משיכה W:
בנוסף לכוחות מגע, יש כוחות לטווח ארוכים, הפועלים גם כאשר הגופים מופרדים על ידי חלל ריק. הכוח בין שני מגנטים הוא דוגמא לכוח לטווח ארוך, כפי שהוא הכוח הכבידה. כדור הארץ מושך אובייקט לכיוון הארץ זה למרות שאין קשר ישיר בין האובייקט לארץ. כוח הכבידה שכדור הארץ מפעילה על הגוף נקרא גם משקל.
כוח כובד W
כוח כובד W

כדי לתאר את וקטור כוח, אנחנו צריכים לתאר את הכיוון שבו הוא מופעלכמו גם גודלו, הכודל שמתאר ​​"כמה", או "כמה קשה" הכוח דוחף או מושך.
יחידת SI של סדר הגודל של כוח היא ניוטון, נ 'בקיצור.

יחידות וסטנדרטים - זמן, אורך ומסה

פיזיקה היא מדע ניסויי. לניסויים נדרשים מדידות, ואנחנו בדרך כלל משתמשים במספרים כדי לתאר את תוצאות המדידות. כל מספר שמשמש לתיאור תופעה פיזיקלית כמותית נקרא כמות פיזית. לדוגמא, שתי כמויות פיזיות הם המשקל והגובה של אדם כלשהו. גדלים פיזיקליים בסיסיים אנו מגדירים ממה שקראנו ממכשיר המדידה. הגדרה כזו נקראת הגדרה תפעולית. שתי דוגמאות הן מדידת מרחק באמצעות סרגל ומדידת מרווח זמן באמצעות שעון עצר.

במקרים אחרים אנו מגדירים גודל פיזיקלי מחישוב של מדידות אחרות. כך מוגדרת מהירות ממוצעת של גוף הנע כמרחק שעובר (נמדד עם סרגל)  מחולק בזמן הנסיעה (נמדד עם סטופר).

כאשר אנו מודדים גודל, אנחנו תמיד משווים את זה עם גודל סטנדרטי כלשהו.
כאשר אנו אומרים שמכונית פרארי היא באורך 4.53 מטרים, אנחנו אומר שזה 4.53 פעמים מקל באורך מטר. המספר 4.53 לבדו אינו אומר מאומה.

כדי לבצע מדידות מדויקות, אמינות, אנחנו צריכים יחידות מידה שלא משתנות ונצפות באופן זהה ע"י משקיפים במקומות שונים.
מערכת של יחידות בשימוש על ידי מדענים ומהנדסים ברחבי העולם היא בדרך כלל שיטה בשם בשם "השיטה המטרית" אבל מאז 1960 היא כבר ידועה באופן רשמי כהמערכת הבינלאומית, או SI (הקיצור של השם הצרפתי שלה, International System).

זמן 


משנת 1889 עד 1967, יחידת הזמן הוגדרה כחלק מסוים של יום שמש, הזמן הממוצע בין כניסות הרצופות של השמש בשיא נקודה בשמיים.
הסטנדרט הנוכחי, אומץ בשנת 1967, הוא הרבה יותר מדויק. הוא מבוסס על שעון אטומי, אשר עושה שימוש בהבדל באנרגיה בין שני מצבי אנרגיה הנמוכים ביותר של אטום צזיום. כאשר מוקרן מיקרוגל  בדיוק התדירות הנכונה, אטומי צזיום ממצב אחד לאחר. שנייה אחת מוגדרת כזמן הנדרש ל 9,192,631,770 מחזורים של קרינה מיקרוגלית.

מדידת שניה בשעון אטומי
מדידת שניה בשעון אטומי
השעון אטומי משתמש בתופעה זו לכוון את המיקרוגלים לתדר הזה בדיוק. לאחר מכן הוא סופר שניה אחת כל 9192,631,770 מחזורים.

 אורך


בשנת 1960 הוגדר הסטנדרט למטר אטומי, ע"י שימוש באורך הגל של אור אדום-כתום הנפלט מאטומים של קריפטון בצינור בריק. שימוש בסטנדרט אורך זה, מהירות האור בריק הייתה נמדד להיות 299,792,458 מטרים בשניה.
 בנובמבר 1983, סטנדרט האורך השתנה שוב, כך שמהירות האור בואקום הוגדרה להיות בדיוק  299,792,458 מטר בשניה. מכאן ההגדרה החדשה של המטר היא מרחק שהאור עובר בואקום באחד לחלק  299,792,458 שניות. זה סטנדרט יותר מדויק של אורך יותר מזו המבוססת על אורך גל האור.

מדידת מטר
מדידת מטר

 מסה


הסטנדרט של מסה, קילו (קילוגרם מקוצר), מוגדר כמסה של צילינדר מסוים של סגסוגת הפלטינה אירידיום ונשמר בלשכה הבינלאומית של משקלים ומידות בסוור, ליד פריז . רמת אטומית המסה תהיה יסודית יותר, אבל כרגע לא ניתן למדוד את המסות בקנה מידה אטומי עם דיוק כמו בקנה מידת מאקרוסקופי. גרם
(וזה לא יחידה בסיסית) הוא 0.001 קילו.

הקילוגרם התקני הבינלאומי הוא החפץ המתכתי סגור בזהירות בתוך מיכלי זכוכית
הקילוגרם התקני הבינלאומי הוא החפץ המתכתי סגור בזהירות בתוך מיכלי זכוכית
  

קידומות ליחידות השיטה המטרית SI

 
לאחר שהגדרנו את היחידות הבסיסיות של השיטה המטרית ניתן לקבוע יחידות גדות יותר או קטנות יותר
לדוגמא ליחידת האורך הבסיסית 'מטר' ניתן לקבוע יחידת אורך גדולה יותר 'קילומטר' שהיא אלף מטר, או סנטימטר שהוא מאית מטר.

כלומר למילה מטר אנו מוסיפים קידומת קילו ומקבלים קילומטר או סנטי ומקבלים סנטימטר.

ויש כמובן גם קיצורים במקום קילו נרשום האות ק' ובמקום מטר נרשום האות מ' , וכך נרשום 5 קילומטר בקיצור 5 קמ'.

להלן טבלת מקצת יחידות אורך, זמן ומסה (בשפה האנגלית)

יחידות מהשיטה המטרית: אורך זמן ומסה
יחידות מהשיטה המטרית: אורך זמן ומסה