ימי מדע

הרצאה זו ממחישה בפני הצופים תגובות כימיות מגוונות מתחומי הכימיה השונים, במטרה לעורר את סקרנותם של הצופים לגבי עולם התגובות המופלא וקישורו הישיר ליישומים בתעשייה, ברפואה ובמחקר מתקדם. לסדרת ההדגמות נבחרו בעיקר הדגמות בהן ניתן לדון עם הצופים על עקרונות התהליך, החומרים ופרמטרים קריטיים ליישומם. ההדגמות והדיון מאתגרות את הצופה לחקור ולהבין את עולם הכימיה, בד בבד יוסברו מושגי יסוד חשובים מעולם זה כגון: מצבי צבירה, מהירות תגובה, תגובות מחזוריות, תרמודינמיקה.

הרצאה זו ממחישה בפני הצופים תופעות פיסיקליות מגוונות, במטרה לעורר את סקרנותם של הצופים לגבי תופעות מחיי היום – יום וההסברים העומדים מאחוריהם. סדרת ההדגמות מאפשרת לתלמידים היכרות מוחשית עם חוקי ניוטון,חוק הציפה, לחץ ותת לחץ ועקרונות יסוד בתרמודינמיקה. ההדגמות מוצגות באופן המעודד את הצופים לחשיבה מדעית ודיון בתופעות תוך חשיפה לעקרונות יסוד בפיזיקה.

אור וצבע הם תופעות שאנו פוגשים בכל רגע. האם אנחנו מכירים אותם? מה נראה דרך משקפי הפלא שמבלבלים אותנו והופכים את התמונה שעין קולטת? האם מציאות נראית ורודה אם מאירים מסביב באור ורוד או מסתכלים דרך משקפיים ורודים? הקיים בכלל צבע ורוד? במעבדה מתנסים התלמידים בניסוים רבים של עולם האור והצבע: שבירת אור, סיבים אופטימיים, החזרה ממשטחים שחלקם שקופים, הפרדת צבעים, חיבור צבעים, בנית דמות. חלק מהניסויים מתבצעים בעזרת מכשיר לייזר. במהלך הפעילות בונים התלמידים משקפי תלת-מימד.

נושא הסבונים והתחליבים נחקר במעבדת הכימיה על ידי התלמיד באופן עצמאי, שלב אחר שלב, מהכרת המושגים הנדרשים ועד הפקת סבון ותחליב מעבדתיים. במהלך ההרצאה ידונו הילדים אודות תכונות הסבון, מהו דטרגנט, הידרופיליות, הידרופוביות, קיטוב, קשיות המים והתאמת חומרים לשימוש בטוח ואיכותי. המשתתף יכיר את כלי המעבדה השונים תוך השימוש בהם, יבין את תהליך ההפקה והבקרה מבחינת השפעת פרמטרי הזמן והטמפרטורה.‏

הרצאה זו ממחישה בפני הצופים תגובות כימיות מגוונות מתחומי הכימיה השונים, במטרה לעורר את סקרנותם של הצופים לגבי עולם התגובות המופלא וקישורו הישיר ליישומים בתעשייה, ברפואה ובמחקר מתקדם. לסדרת ההדגמות נבחרו בעיקר הדגמות בהן ניתן לדון עם הצופים על עקרונות התהליך, החומרים ופרמטרים קריטיים ליישומם. ההדגמות והדיון מאתגרות את הצופה לחקור ולהבין את עולם הכימיה, בד בבד יוסברו מושגי יסוד חשובים מעולם זה כגון: מצבי צבירה, מהירות תגובה, תגובות מחזוריות, תרמודינמיקה.

חיידקים הם יצורים המהווים את אחת משלוש העל-ממלכות בביולוגיה ומספרם על-גבי כדור הארץ עולה על זה של כל שאר היצורים גם יחד. על פי ההשערות רק כ- 2% מכל מיני החיידקים זוהו ורק מיעוט מתוך מאות אלפי סוגי החיידקים הם פתוגנים הגורמים מחלות. חיידקים הינם יצורים היחידים המסוגלים לשרוד בכל תנאי הסביבה על פני כדור הארץ. יכולתם של חיידקים לצרוך מגוון רחב של תרכובות מנוצלת על ידי האדם למטרת שמירת הסביבה בתחומים כדוגמת פירוק שפכים, טיהור שפכי נפט, טיפול במתכות כבדות ועד פירוק בטוח של תרכובות סינטטיות כגון פלסטיק וממיסים אורגניים. חיידקים נוצלו מימי ראשית ההיסטוריה לייצור גבינות, יין והשבחת יבול חקלאי. שימוש נוסף של חיידקים היא ניצול חיידקים פטוגנים בהדברה ביולוגית במזיקים. דוגמאות בולטות הן מיני חיידקים הפוגעים בזחלי זבובים ויתושים.

המידע להיווצרות החיים, רביה והתפתחות נמצא במולקולת הדנ”א. דנ”א הוא החומר התורשתי בתא החי, האחראי על העברת תכונות מהורים לצאצאיהם.
בהרצאה נדון באבני הבניין של מולקולת הדנ”א ובמבנה של מולקולת ענק זו. נתמקד בדוגמה המרכזית של הביולוגיה ונציג את תהליכי השעתוק והתרגום באמצעותם נוצרים חלבונים בהתאם למידע התורשתי המקודד בדנ”א.  כמו כן נלמד על הכרומוזום, שהינו המבנה בו ארוזה מולקולת הדנ”א בתאים חיים. לסיכום נסקור את הקשר בין הטלומרים, שהינם רצפים הממוקמים בקצוות הכרומוזומים, למחלת הסרטן ומחלות זקנה.

זיהוי מוקדם של מחלות ממאירות, מיפוי מולקולות דנ”א, איתור רעלנים, אלו רק מקצת משפע היישומים וההיבטים המחקריים של טכנולוגית הננו בתחום החישה וחיווי. ההרצאה סוקרת את התהליך המרתק של התפתחות טכנולוגית הננו ומציגה בפני התלמידים את תכונותיהם הייחודיות של ננו-חלקיקים ואת יישומן בחיי היום יום דרך מגוון שימושים עדכניים. התלמידים ישמעו על שיטות ייצור שונות של מבנים בגודל ננו וניצול תכונותיהם הייחודיות לפיתוח גלאים מתקדמים במגוון של תחומים כגון רפואה, אקולוגיה ורובוטיקה. עוד בהרצאה על מחקר פורץ דרך בו מיישמים חוקרי הטכניון חישה אלקטרונית של ננו-חלקיקים לפתוח יישומים בשירות הרפואה.

הרצאה זו ממחישה בפני הצופים תופעות פיסיקליות מגוונות, במטרה לעורר את סקרנותם של הצופים לגבי תופעות מחיי היום – יום וההסברים העומדים מאחוריהם. סדרת ההדגמות מאפשרת לתלמידים היכרות מוחשית עם חוקי ניוטון, חוק הציפה, לחץ ותת לחץ ועקרונות יסוד בתרמודינמיקה. ההדגמות מוצגות באופן המעודד את הצופים לחשיבה מדעית ודיון בתופעות תוך חשיפה לעקרונות יסוד בפיסיקה.

מה משותף לפירמידה הגדולה בגיזה, המונה ליזה וכרטיס האשראי שלנו? הארכיטקטים הקדמונים שעסקו בתכנון הפירמידות קבעו כי היחס בין הגובה הגאומטרי של צלע הפירמידה למחצית מאורך בסיסה יהיה 1.618. כ-4,000 שנה לאחר מכן צייר ליאונרדו דה וינצ’י את ה”מונה ליזה”. היחס שקבע האמן בין רוחב לאורך פניה של הדמות היה 1.618, וזהו גם היחס בין רוחבה ואורכה של התמונה כולה. כמעט 500 שנה מאוחר יותר החל השימוש בכרטיסי אשראי. היחס בין אורכו לרוחבו של כרטיס אשראי סטנדרטי הוא 1.618. אלו הם רק מעט ממספר עצום של מקרים שבהם מתקשר מספר מסתורי זה ליופי, לאסתטיקה ולפרופורציות נכונות. היוונים אשר הכירוהו היטב, כינו אותו בשם “חתך הזהב” או “יחס הזהב”, והשתמשו בו לתכנון פרויקטים ארכיטקטוניים רבים. בתחילת המאה ה-13 מצא המתמטיקאי ליאונרדו פיבונאצ’י כי היחס בין שני איברים עוקבים בסדרת המספרים השלמים אשר כל אחד מהם שווה לסכום שני קודמיו שואף אף הוא ל….יחס הזהב.ההרצאה “יחס הזהב וסדרת פיבונאצ’י” עוסקת במספר מופלא ומסתורי זה וחושפת את מגוון ההקשרים העצום בו הוא מצוי בטבע, במדע ובאסתטיקה האנושית. ההרצאה משלבת חידות ואתגרי חשיבה שונים ליצירת שיח ואווירה דינמית.

בהרצאה זו נכיר את “השכונה” שלנו ביקום – מערכת השמש. נסקור את גרמי השמים המרכיבים את מערכת השמש, נבחן את מיקומם במערכת ואת מסלול תנועתם. באמצעות דיון אינטראקטיבי, התלמידים יכירו את סדרי הגודל המאפיינים גדלים ביקום, יסקרו את היחידות בהם מודדים מרחקים ביקום וילמדו על ממצאים מעניינים מתחום חקר החלל. לאחר הכרות מעמיקה עם הסביבה הקרובה שלנו, נמשיך אל מעבר למערכת השמש ונכיר, באמצעות תמונות מרהיבות, מעט מכוכבים והגלקסיות סביבנו.

כמה מידע אפשר לאחסן על גרגר אחד של סיליקון? הם ניתן להדפיס את התנ”ך כולו על שטח של פחות מחצי מילימטר מרובע? מדוע חשוב לפתח טכנולוגיות שיאפשרו לאחסן מידע על שטחים כה זעירים?מהפכת המחשוב וההתרחבות העצומה של מקורות מידע אינטרנטיים ואתרים לאגירת נתונים הביאו לגידול חסר תקדים בכמות המידע המופץ בעולם יחד עם צורך הולך וגובר בטכנולוגיות מתקדמות למיון, אחסון ואיתור מידע. בהרצאה זו נדבר על מידע, באיזה צורות הוא מגיע, כיצד הוא מיוצג וכיצד מעבדים אותו. נלמד על העקרונות העומדים מאחורי פיתוח שיטות מתקדמות לקריאה וכתיבה של מידע ננו-מטרי, כיצד ניתן להשתמש בחומרים גנטיים לאחסון מידע, ואיך מצפינים נתונים בעזרת חיידקים.

בהרצאה זו נכיר את הכתובת הקוסמית שלנו ואת מקומו של כדור הארץ בתוך מערכת השמש. נבחן את תנועת כוכבי הלכת בתוך מערכת השמש. לאחר מכן נצא מגבולות מערכת השמש אל גלקסית שביל החלב ונכיר מאפיין ייחודי ומפתיע של תנועת הכוכבים סביב מרכז הגלקסיה, המרמז על קיומו של חומר אפל. חומר אפל אינו ניתן לצפייה ישירה. אם הוא אכן קיים, הוא לא מקיים אינטראקציות אלקטרומגנטיות, אינו מושפע מאינטראקציות גרעיניות ואינו קורן. מהו אם-כן חומר זה? האם הוא אכן קיים ומהי השפעתו על הדינמיקה של היקום? כמענה לשאלות אילו נבחן מודלים שונים לגורל היקום בעתיד ונבחן ממצאים מחקריים שעשויים לתמוך בתיאורית החומר האפל או לסתור אותה.

בועות הסבון הן אחת מתופעות הטבע המרתקות וקוסמות לכולנו. ההרצאה פותחת בהצגת העקרונות המדעיים המסבירים את התופעה ואת הצורות הייחודיות של הבועות. חקר הצורות השונות והמאפיינים המייחדים אותן הוביל לסדרת כללים מתמטיים אשר בעולם ההנדסה יכולים לסייע ולהציע דרכי פתרון של בעיות מגוונות מתחומים שונים: בעיות פיזיקליות, הנדסיות וגיאומטריות. ההרצאה פורסת בפני המאזין סדרה של בעיות שונות מתחומים שונים. פתרון הבעיות יעשה במהלך דיון משותף של המשתתפים בעזרת עקרונות וכללי בועות הסבון.

כ-70% משטח פני כדור הארץ מכוסים מים אולם רובם המכריע של מים אלו הינם מים מלוחים שאינם ניתנים לשתייה או לשימוש חקלאי ותעשייתי. מדינות רבות בעולם סובלות ממצוקה קשה של מים מתוקים ומכאן הצורך ההולך וגובר בפיתוח טכנולוגיות להתפלת מים. בישראל, התפלת מים מהווה פתרון עיקרי לבעיות המים באזורים בהם קיים קושי רב במתן אספקת מים סדירה: אילת, יישובי הערבה והישובים הסמוכים לים המלח. מטרת הרצאה זו היא להמחיש את הצורך בתהליכי התפלה ולהציג את המגוון הרחב של שיטות ההתפלה הקיימות בתעשייה. חלקה הראשון של ההרצאה עוסק בהכרת המושגים המדעים והטכנולוגיים החיוניים להבנת תהליכים של סינון וטיהור, ובהצגת טכנולוגיות התפלה שונות כגון התפלה דרך מחליף יונים, זיקוק אטמוספרי והתפלה סולארית. בחלקה השני של ההרצאה יינתן דגש על טכניקת ההתפלה בעזרת תהליך האוסמוזה ההפוכה ועל העקרונות הכימיים והפיזיקליים עליהם מתבסס תהליך זה. בצד הצגת התועלת הרבה של שימוש בתהליכי התפלת מים, יוצגו היבטים נוספים ומעוררי מחשבה הנוגעים להשלכות סביבתיות של טכניקות ההתפלה והדרכים להתמודד עמן. ההרצאה מתנהלת תוך דיון והשתתפות פעילה של התלמידים.

תעתועי ראיה היא תופעה תפיסתית-קוגניטיבית המאופיינת בתפיסה חזותית מוטעית של צורה, תמונה או עצם במרחב. בהרצאה נלמד על תהליך התפיסה. נכיר את ההיבטים הפיסיולוגיים של התהליך: מבנה העין ואופן פעולתה כמו גם ההיבטים הקוגניטיביים, הקשורים בפרשנות שאנו נותנים לגירויים חזותיים. נדגים סוגים שונים של תעתועי ראיה ונציג הסבר לכל תופעה. למשל, נענה על השאלה מדוע הירח נראה גדול יותר כאשר הוא באופק וקטן יותר כאשר הוא בזנית? תופעה זו קשורה באשליות גודל, הקשורות בתפיסה של עומק. תופעות נוספות שנסקור ונסביר הן: משמעות כפולה, זיהוי תבניות, אשליות צבעים, עיקרון הסגירה, אשליות קווים, אשליות תנועה, עיקרון הסגירה ואובייקטים לא הגיוניים. בהרצאה זו נכיר את תהליך התפיסה האנושית.

כיום, מקורות האנרגיה העיקריים הם דלקי מאובנים (נפט, פחם וגז טבעי). מקורות אלו אוזלים במהירות בעוד שהצורך באנרגיה בעולם התעשייתי – טכנולוגי, בו אנו חיים, הולך ועולה. להתרחבות השימוש בדלקי מאובנים השפעות סביבתיות קשות. בעירת נפט, פחם וגז, גוררת פליטת גזי חממה (תהליך המאיץ את התחממות כדור הארץ), עליה בזיהום האוויר, זיהום הים ומקורות מי השתייה. אנרגיה מתחדשת היא אנרגיה המופקת מניצול האנרגיה האצורה בתהליכים טבעיים מתמשכים כגון אנרגיה סולרית, תנועת אוויר (רוח) וזרימת מים. בישראל מושקעים מיליוני שקלים בשנה במחקרים על מקורות אנרגיה חלופיים, אך למרות השקעה זו, רק אחוז קטן מצריכת האנרגיה בישראל, מקורו באנרגיה מתחדשת. מטרת יום מדע זה היא לחשוף את התלמידים להיבטים השונים של בעיית האנרגיה ולאפשר התנסות וחקירה מעבדתית של שלושה סוגי אנרגיה מתחדשת: אנרגיה סולארית, אנרגיית רוח ואנרגיית מים. התלמידים יבצעו ניסויים בעזרת ערכה ייעודית המאפשרת הפקת חשמל באמצעות פנל סולרי, טורבינת רוח וטורבינת מים. המעבדה מאפשרת הכרות איכותית וכמותית עם מושגי יסוד בתחום, השוואה בין התהליכים ובחינה של היתרונות והחסרונות של כל שיטה כמקור אנרגיה.

ביום המדע גבישים וגידולם יחשפו המשתתפים למדע הקריסטלוגרפיה באופן המותאם לגיל חטיבת הביניים. המשתתפים יכירו מושגים המגדירים את הגבישים, מאפייני הגבישים והמבנה המיוחד להם, תוך התנסות מעבדתית בגידול גבישים, קביעת נקודת התכה של גביש והפקת “גן כימי”. במהלך המעבדה יתנסו המשתתפים וידונו בנושאים הקשורים בקביעת נקודת היתוך של גבישים, זיהוי גבישים, סידור מרחבי ומצבי צבירה אפשריים בחומר. הרצאת המבוא תאפשר למשתתף להכיר מושגים מעולם הקריסטלוגרפיה כגון: דיאגרמת פאזות, תא יחידה והתגבשות.‏

ביום מדע זה נערוך היכרות עם מולקולת החיים – הדנא. גילוי מבנה הסליל הכפול על ידי ווטסון קריק ופרנקלין היה אבן דרך בחקר תהליכים ביולוגיים והבנה של תהליכים תורשתיים. בפעילות זו נכיר את המבנה המורכב של הדנא באמצעות מודל מוחשי שיבנו התלמידים. בתהליך הבנייה יכירו התלמידים את אבני הבניין של סליל הדנא ואת הקשרים ביניהם. בהמשך יפיקו התלמידים דנא מתאים של סלמון, יכירו את שיטת האלקטרופורזה להפרדת מקטעים של דנ”א ויבחינו בתוצרי ההפרדה בעזרת מצלמת ג’לים.

השילוב בין עולם האלקטרוניקה ועולם התקשורת מביא לחזית הקדמה את עולם האלקטרוניקה הספרתי (דיגיטלי), הפעילות תתמקד בנושא זה. בפעילות זו נעסוק ביסודות התקשורת הספרתית. נכיר את השפה הבינרית שהיא הבסיס של קידוד מידע ותקשורת דיגיטלית ונתנסה בהעברת מידע באמצעות סיבים אופטיים. כן נלמד על אותות דיגיטליים לעומת אותות אנלוגיים ובפרט כיצד מיוצגת תמונה באופן דיגיטלי ונתנסה בהמרה של מידע אנלוגי למידע דיגיטלי.

התנגשות עשויה להיות אירוע מורכב ביותר. היא יכולה לכלול עיוותים במבני הגופים המתנגשים ואיבוד אנרגיה. כדי לפשט את התופעות האפשריות השונות אנו עורכים התנגשויות מבוקרות על גבי מסלול חסר חיכוך כמעט לחלוטין. מעבדה זו עוסקת בהתנגשויות של גופים ובחוקי השימור הבאים לידי ביטוי בהתנגשויות אלו. מתי שני גופים שמתנגשים נעצרים לחלוטין ומתי אחד דוחף את השני? מה קורה לגוף המתנגש בקיר ומה אם הוא מתנגש בקפיץ? במה תלויות התשובות לשאלות אלו? כדי להגיע לפתרונן יש להכיר מושג מרכזי במכניקה – “תנע”. בהרצאת ההכנה נבין את המושג תנע ונלמד על חוק שימור התנע. במעבדה נראה סוגים שונים של התנגשויות וננתח אותן באמצעות העקרונות שנלמדו בהרצאה. מעבדה זו אינה עוסקת במדידות כמותיות אלא חותרת להבנה איכותית ולהפנמה של מושג התנע דרך הניסויים המבוצעים.

אור וצבע הם תופעות שאנו פוגשים בכל רגע. האם אנחנו מכירים אותם? מה נראה דרך משקפי הפלא שמבלבלים אותנו והופכים את התמונה שעין קולטת? האם מציאות נראת ורודה אם מאירים מסביב באור ורוד או מסתכלים דרך משקפיים ורודים? הקיים בכלל צבע ורוד? במעבדה מתנסים התלמידים בניסוים רבים של עולם האור והצבע: שבירת אור, סיבים אופטימיים, החזרה ממשטחים שחלקם שקופים, הפרדת צבעים, חיבור צבעים, בנית דמות. חלק מהניסויים מתבצעים בעזרת מכשיר לייזר. במהלך הפעילות בונים התלמידים משקפי תלת מימד.

יום המדע העוסק בכימיה של זיהוי פלילי יחשוף את משתתפיו לעולם הכימיה הפורנסית, עקרונותיה ותהליכי הזיהוי הכימי והביולוגי. בכל אחד מן המקרים מושם דגש על הבנת העקרונות המדעיים העומדים מאחורי תהליכי הזיהוי, דרכי יישומם והתגובות הכימיות המורכבות המיושמות בתהליכים אלו. במהלך היום יערכו התלמידים הכרות עם תהליכי זיהוי המתבססים על שוני בין חומרים, השפעות אקלימיות וביולוגיות. המשתתפים ילמדו כיצד המחקר האקדמי וחוקרי זירות הפשע מתמודדים עם התהליכים הכימיים, תוך דגש על חידושים בתחום. יום המדע ייפתח בהרצאת סקירה בה יוצגו הנושאים הבאים: היכרות עם עולם הכימיה הפורנסית, כימיה של טביעות אצבע ותגובות כימיות מתקדמות בעולם הזיהוי הפלילי. לאחר ההרצאה מתנסים התלמידים, בקבוצות קטנות, בעבודת החוקר; תהליכי פיתוח של טביעת אצבע בתנאי סביבה שונים על ידי תגובות כימיות מגוונות.

בפעילות זו יחשפו התלמידים להיבטים סביבתיים וטכנולוגיים המשפיעים על איכות מי השתייה שאנו צורכים. הפעילות כוללת שני שלבים:א. שלב תיאורטי הכולל הרצאה החולשת על נושא טיהור מי השתייה וזאת כולל את הנושאים: מקורות מים בישראל בדגש על הכנרת, מצב משק המים בישראל,גורמים לזיהום מי השתייה, שיטות לזיהוי הגורמים וכן שיטות לטיפול וטיהור המים. ההרצאה מתמקדת בטיפולי מים כגון שיקוע לאחר קואגולציה ופלוקולציה, ספיחה על פחם פעיל, סינון בעזרת חול ושחלוף יונים. ב. שלב מעשי הכולל שלוש פעילויות שונות: 1.זיהוי מזהמים בעזרת אינדיקטורים- בפעילות זו התלמידים מקבלים מים “מזוהמים” בסוגים שונים של מזהמים אשר נידונו בהרצאה, לאחר מכן, מגלים את סוג המזהם על פי תגובתם עם האינדיקטורים היעודיים לכל מזהם. 2.המחשה של טיפול בסוגי מזהמים שונים- בפעילות זו התלמידים מתנסים בדרכי טיפול ואופן הרחקת המזהמים השונים מהמים בשיטות פיזיקליות שונות (סינון חול, ספיחה על גבי פחם פעיל) ובונים קולונה להרחקת יוני נחושת מהמים בעזרת שחלוף יונים ספציפיים על גבי מצע תעשייתי. 3.המחשה של טיפול בעכירות – בפעילות זו נעשה שימוש בקואגולנט תעשייתי (עליו דיברנו בהרצאה) והתלמידים יכולים לראות הלכה למעשה מהו תהליך ההפתתה והשלבים בהם הוא מתרחש. כמו כן נושא אופטימיזצית התהליך מומחשת ע”י הוספת כמויות שונות של קואגולנט, והתוצאות מנותחות ע”י מדידת מידת העכירות בספקטרופוטומטר, כך שהתלמידים נחשפים גם לכלי אנליזה חשוב בתחום טיהור המים.

פעילויות יום המדע בנושא כרומוטוגרפיה יחשפו את המשתתף לשיטות אנליטיות להפרדת חומרים המצויים בתערובת, זיהויים וקביעת איכותם. המשתתף יבצע את הניסויים באופן עצמאי ויתנסה במספר טכניקות של הפרדה: כרומוטוגרפית עמודה, כרומוטוגרפיה ברובד דק וכרומוטוגרפית נייר. הרצאת המבוא והניסויים במעבדה מדגישים את השימושים השונים של תהליכי הפרדה בתחומים יישומיים מעולם הכימיה והביולוגיה.‏

זהו יום מדע ייחודי ובו, התלמידים ייחשפו לעולם של הנדסת מבנים, לשיקולים המנחים את המהנדס, ויתנסו בעצמם בתכן ובבניית גשר. במהלך ההרצאה, התלמידים ילמדו בעזרת הדגמות והמחשות, מושגי יסוד מורכבים בתורת המבנה, ויכירו מונחים מקצועיים כמו: מפתח, סמכים, כוחות, מאמצים, עומסים, שקיעה והרס. התלמידים ילמדו את העקרונות הבסיסיים בהנדסה ובטכנולוגיית בנייה ותערך השוואה בין סוגי גשרים: גשר קורה, גשר קשת, גשר תלוי וגשר מסבך. בהמשך יישמו התלמידים את המושגים והעקרונות שלמדו. הם יתחלקו לקבוצות ויהפכו למהנדסים בעצמם: יתנסו בתכן וישרטטו גשר לפי קנה מידה, יבנו בעצמם גשר, יתחרו מול קבוצות אחרות וינוקדו לפי: מידת שיתוף הפעולה, שרטוט בקנה מידה, משקל מינימלי של הגשר ושקיעת הגשר אחרי העמסתו במשקולות.

נושא הסבונים והתחליבים נחקר במעבדת הכימיה על ידי התלמיד באופן עצמאי, שלב אחר שלב, מהכרת המושגים הנדרשים ועד הפקת סבון ותחליב מעבדתיים. במהלך ההרצאה ידונו הילדים אודות תכונות הסבון, מהו דטרגנט, הידרופיליות, הידרופוביות, קיטוב, קשיות המים והתאמת חומרים לשימוש בטוח ואיכותי. המשתתף יכיר את כלי המעבדה השונים תוך השימוש בהם, יבין את תהליך ההפקה והבקרה מבחינת השפעת פרמטרי הזמן והטמפרטורה.‏

הסוכרים הם חומרים אורגנים המופיעים בכל היצורים החיים בטבע ולהם שלל מופעים ותפקודים החל במבנה ועד ייצור אנרגיה. ניצול תכונותיהם של הסוכרים לתועלת גוף האדם מחייב את קליטתם על ידי מערכת העיכול ופירוקם ליחידות קטנות (פירוק רב-סוכרים לחד-סוכרים). בפעילות זו, התלמידים יעברו הכרות עם היבטים כימיים, ביולוגיים ופיזיולוגיים של תהליכי פירוק סוכרים בגוף החי, ויתנסו בטכניקות שונות של פירוק סוכרים תוך שימת דגש על ההבדל בין פירוק אנזימטי לפירוק כימי, ועל התנאים הפיזיולוגיים המאפשרים את כל אחד מסוגי התהליכים. המעבדה כוללת שלושה חלקים ניסיוניים: חלק א’: פירוק דו-הסוכר סוכרוז לחד-הסוכרים פרוקטוז וגלוקוז על ידי האנזים אינברטאז השמרי. התלמידים יפיקו את האנזים משמרים וישתמשו כזרז לפירוק הסוכרוז. מעקב אחר התהליך יעשה על ידי סימון התוצר גלוקוז בסמן צבע ומדידת העלייה ברמתו. חלק ב’: פירוק סוכרוז בשיטות כימיות. התלמידים ישתמשו בחומרים כימיים ותנאי טמפרטורה מתאימים כדי לפרק את דו-הסוכר תוך בחינת השאלה האם שיטות אלו ישימות לגוף החי. חלק ג’: פירוק רב-הסוכר עמילן בעזרת האנזים עמילאז. מעקב אחר תהליך הפירוק יעשה על ידי עליית רמת התוצרים במקביל לירידת רמת המגיבים.

לרוב בעלי החיים ישנם חמישה חושים מרכזיים. אנו, בני האדם שמים לב בעיקר לחוש הראייה והשמיעה ומיחסים להם את החשיבות הגדולה ביותר. אם זאת, מחקרים מדעיים אחרונים מוכיחים כי חוש הריח הינו המגוון והמשמעותי מכולם. ככלל חוש הריח היא היכולת לחוש ולזהות חומרים כימיים נדיפים הנישאים באוויר. חוש הריח מעניק את היכולת לזהות מזון, רעל, חיידקים לתקשר ולקבוע התאמת בני זוג. בפעילות “על טעם וריח” התלמידים יחשפו לחשיבות עולם הריחות בממלכת החי והצומח והמנגנון הביוכימי לזיהוי חומרים אלה. במהלך המעבדה יתנסו המשתתפים בשלוש שיטות למיצוי, הפרדה ואמצעי זיהוי לשמן אתרי: סחיטה, זיקוק ומירתח ואף יוכלו לקחת דוגמאות לביתם.‏

כולם אוהבים מוזיקה, אבל כיצד היא נוצרת? בעזרת ניסויים והדגמות נכיר את אופיים של גלי הקול בדרך ציורית ולא פורמלית. כיצד רעידות קטנטנות של מיתרי הנבל שעל הבמה ממלאות נפח ענק של אולם קונצרטים בגלי קול? מה קורה באותו רגע באוזנו של אדם בקהל? למה קולו של הצ’לו נמוך וקולה של הוויולה גבוה? מה קורה לכינור בזמן הנגינה? מהי מהירות הקול ואיך מודדים אותה? האם קיימים קולות שאי אפשר לשמוע ומה ניתן לראות באמצעותם? פעילות מלאה מוזיקה וצלילים, כלי נגינה שונים ומוזרים. בצד היכרות חווייתית עם תופעות מעולם הצלילים נוכל גם לחקור כמותית את תדר הצליל באמצעות מערכת ממוחשבת.

מעבדה זו עוסקת במערכות הנדסיות ומתמקדת בנושאי המנגנונים המכאניים והבקרה. במהלך הרצאת ההכנה מוסבר מודל מערכת הבקרה, חלוקה לתת-מערכות ולמנגנונים. בנוסף מוצגות מערכות בקרה שונות והשימושים בהן בחיי היום-יום. במהלך המעבדה יחקרו מנגנונים הנדסיים כגון ממסרת רצועה, ממסרת גלגלי שיניים, ממסרת תנועה קווית ומנוע. נושאי המעבדה: בניית מכונית וחקר הפעולה של מנגנונים הנדסיים תוך השוואה בין המנגנונים השונים.

המידע להיווצרות החיים, רבייה והתפתחות נמצא במולקולת הדנ”א. המידע שצופן הדנ”א, מתועתק לרנ”א שליח ומתורגם לחלבון לפי התיאוריה הקלאסית של התורשה הגנטית, דנ”א הוא החומר התורשתי בתא החי, שאחראי על העברת תכונות מהורים לצאצאים. בשנים האחרונות מתגלים מנגנוני בקרה שלא משנים את רצף הדנ”א עצמו. מנגנוני בקרה אלה, גורמים לשינויים בפעילות החומרים המשפיעים על ביטוי הגנים. אלו הם שינויים אֶפּיגֶנֶטיים, כלומר “מעל לגֶנים” וחלקם עוברים בתורשה. אומנם חלקים גדולים מהדנ”א הם הוראות לייצור חלבונים, אבל השינויים האֶפּיגֶנֶטיים, הם אלה שייקבעו אילו חלבונים ייצר התא בכל רגע ובאיזו כמות. במהלך ההרצאה יוצגו  מחקרים שיתארו מנגנונים אֶפּיגֶנֶטיים שונים ואת השפעתם על תורשה, גיוון גנטי, ומחלות, דרכם ייחשפו התלמידים לתחום הנמצא כיום בחזית המחקר.

הביואינפורמטיקה הינה תחום חדש בו המשלב כלים חישוביים וממוחשבים לצורך פתרון שאלות מחקר ביולוגיות. כלי תוכנה ומודלים חישוביים שימשו ביולוגים מאז שנות השישים ואף לפני כן, אולם החל משנות התשעים של המאה ה-20 חלה פריחה ההולכת ומתעצמת בענף מחקר זה, בזכות עוצמות החישוב הגבוהות שהתפתחו ובזכות כלים חדשים בביולוגיה הניסויית ובראשם ה- PCR ונגזרותיו. שילוב ופיתוח הטכנולוגיות האלו אפשר למשל בשנים האחרונות את פיתוח שיטות ה- NGS (“ריצוף מהדור הבא”) לריצוף גנום שלם של אדם בתוך דקות במכשיר בודד ובעלות של מאות שקלים בלבד, תהליך שבעבר דרש משאבים עצומים בזמן, בכוח אדם ובמימון. כיום ניתן לפתח תרופות חדשות על ידי הדמיות מחשב המחשבות את האינטראקציות המורכבות בין חלבונים שונים ומולקולות שונות, לזהות בניסוי בודד את כלל הגנים המופעלים ברגע מסוים בתא, ואף המחקר הבסיסי בתחום האבולוציה קיבל חיים חדשים בזכות גילויים שהתאפשרו עם הכלים החדשים. בהרצאה זו נכיר את היסודות הביולוגים עליהם מושתתת הביואינפורמטיקה, נציץ, על קצה המזלג, לנבכי היסודות החישוביים, ונכיר כמה דוגמאות מרתקות ליישומי הביואינפורמטיקה.

המח האנושי הינו האיבר המשוכלל בטבע. הבנת יכולות המח הסעיר את דמיונו של האדם אך רק בתחילת המאה ה-20 יכל האדם לחשוף פיסות מסודותיו. במהלך ההרצאה יכירו התלמידים את מבנה המח ויצאו למסע עם החוקרים ותגליות מתחילת המאה עד תקופה ימנו אנו. מחקרים להבנת תפקוד המח, מחלות ויישום פתרונות טכנולוגים.

בשנת 1959 נשא הפיזיקאי פרופ’ ריצ’רד פיינמן הרצאה ובה העלה לראשונה את חזון הננו-טכנולוגיה על פיו ניתן יהיה להנדס מבנים משוכללים בממדים ננומטרים שינוצלו לטובתם של האדם וסביבתו. באותה הרצאה מפורסמת, התנבא הפיזיקאי כי בעתיד ישייטו בגופינו “ננורובוטים” בעלי תפקודים רפואיים מורכבים שיבוצעו באופן מבוקר. כיום, בעידן בו ננו-חלקיק יחיד מסוגל להעביר שלוש תרופות שונות בו-זמנית ליעדן, נראה חזונו של פיינמן מציאותי מתמיד. בהרצאה זו יקבלו התלמידים סקירה המציגה את מושג הננו, כיצד ניתן לראות חלקיקים בגודל ננו ומהם העקרונות המדעיים וההנדסיים העומדים בבסיס טכנולוגיה זו. לבסוף ישמעו התלמידים על מגוון רחב של פיתוחי ננו חדשניים בתחומי הכימיה, הביולוגיה, הרפואה וההנדסה.

הרפואה התפתחה בצורה מסחררת במאה השנים האחרונות. נראה כי אנשים מעולם לא חיו חיים ארוכים ובריאים יותר. הכוח שאפשר התפתחות זו הוא המחקר הרפואי. מחקר רפואי עוזר לנו לרפא מחלות, להאריך את תוחלת החיים ולחיות טוב יותר, אולם עדיין ישנם אתגרים רבים העומדים בפני הרפואה, והצורך בפיתוח שיטות וטיפולים חדשים אינו פוסק. בהרצאה זו ילמדו התלמידים כיצד עולם המחקר הרפואי מתמודד עם שלושה נושאים מרכזיים -הנדסת רקמות, רפואה מותאמת אישית וחקר הסרטן. נושאים אלו מדגימים את הצורך המתמיד במחקר על מנת להתמודד עם הבעיות הקיימות בטיפולים הנוכחיים, וכן מראים כיצד חדשנות וטכנולוגיה לצד הסתמכות על ידע קיים יכולות לקדם את העולם הרפואה מספר צעדים קדימה.

חורים שחורים הם גופים שמימיים בלתי נראים שאפשר להיכנס לתוכם אך לא ניתן לצאת מהם בחזרה. איך אנחנו יודעים על קיומם? למה חשוב לנו לחקור את מה שאנחנו לא רואים? ההיסטוריה של חורים שחורים התחילה לפני כמאתיים שנים כרעיון תיאורטי שלא רבים האמינו בו, אך קיבלה מפנה בשנים האחרונות כאשר החלו להתגלות חורים שחורים בחלל. כיום חקר החורים השחורים הוא תחום מחקר פעיל ומרתק. דרך התבוננות בגופים אלו ניתן לבחון את התיאוריות שלנו אודות כוח הכבידה, ראשית היקום וסופו האפשרי. בהרצאה זו נכיר מקרוב את הכוכבים, שלבי חייהם ומותם. נכיר סוגים שונים של חורים שחורים ונראה איך אפשר לגלות את מה שאי אפשר לראות. הרצאה מלווה בתמונות וסרטים מרהיבי עין.

בהרצאה נכיר את מבנה הגרעין והכוחות הפועלים בו. נלמד על סוגי ההתפרקויות הרדיואקטיביות, המאפיינים שלהן וכיצד מודדים אותן. נכיר את המושג זמן מחצית חיים, נתנסה בסימולציה הממחישה מושג זה ונלמד על יישומים לתיארוך של שרידים מהעבר ואבחון רפואי. נכיר את התנאים לביקוע גרעיני מאולץ, נתנסה בסימולציה הממחישה תהליך זה בפצצת ביקוע ובכורים גרעיניים. נכיר את המבנה של כור גרעיני ואת הסכנות הטמונות בתאונות גרעיניות. בהמשך נלמד על תהליך המיזוג הגרעיני בשמש ומבנה פצצת המימן. נסיים את הפעילות בסקירת יישומים העושים שימוש בפיזיקה גרעינית בתחום הרפואה לצורכי אבחון וטיפול.

פיתוח לוויינים וכלי טייס מתקדמים דורש יידע נרחב בעקרונות המדעיים וההנדסיים של תחום האווירונאוטיקה. הבנה מעמיקה של הכוחות הפועלים על כלי טיס הינה תנאי הכרחי עבור כל מהנדס או חוקר המבקש לעסוק בהיבטים המרתקים של מדעי הטייס וטכנולוגית התעופה. יום המדע בנושא הגרר מאפשר הכרות מעמיקה עם כוח יסודי זה. הפעילות המעבדתית מתרכזת בכוחות הגרר הפועלים על גופים שונים ועל גורמים המשפיעים עליהם כגון, מהירות התנועה, שטח חתך, צורה ועוד. הפעילות כוללת ביצוע מדידות מעשיות ומלווה בהדגמות רבות. הניסויים מתבצעים תוך שימוש במנהרות הרוח של היחידה בשילוב עם כלים בהם משתמשים בניסויים אמת בתעשייה ובמחקר

כוח העילוי הינו אחד הכוחות היסודיים הפועלים על כל כלי טיס. הבנה מעמיקה של כוח זה הינה חיונית לפיתוח כלי טייס מתקדמים וטכנולוגיות חלל. היחידה לנוער שוחר מדע מציעה פעילות מעבדתית בנושא העילוי המאפשרת הבנה של הגורמים המשפיעים על כוח זה ועל האופן בו הוא משפיע על כלי הטיס. במסגרת הפעילות, התלמידים מבצעים מדידות של פילוג לחצים, עילוי וגרר, והשפעת זוויות התקפה שונות. הפעילות כוללת ביצוע מדידות מעשיות ומלווה בהדגמות רבות. הניסויים מתבצעים תוך שימוש במנהרות הרוח של היחידה בשילוב עם כלים בהם משתמשים בניסויי אמת בתעשייה ובמחקר. הבנה מעמיקה של כוח העילוי הינה תנאי הכרחי עבור כל מהנדס או חוקר המבקש לעסוק בהיבטים המרתקים של מדעי הטייס וטכנולוגית התעופה.

בכל רגע נתון אנו מוקפים בהמונים טפילים העלולים לפלוש לגופנו. אם זאת, רוב הזמן אנו בריאים וכלל לא מודעים למלחמה שמנהלת מערכת החיסון נגד גורמים אלה. הפעילות בנושא אימונולוגיה נפתחת בהרצאה הסוקרת את מנגנוני הגוף נגד פולשים: מערכת החיסון הכללית והייחודית, מנגנון יצירת נוגדנים, תגובה נגד סרטן והתאים המעורבים בתהליכים אלו. במהלך המעבדה המשתתפים יבדקו נוכחות תכונה בדוגמאות אישיות. בדיקת נוכחות התכונה – החלבון – תעשה באלייזה בעזרת נוגדנים ראשוניים ושניוניים וקבלת תוצאה חיובית על-ידי שינוי צבע.

אחת מאותן “עובדות מדעיות” שהייתה מקובלת ללא מחלוקות הייתה ש”צאצאים דומים להוריהם”. עם המצאת המיקרוסקופ, יכלו החוקרים להבחין כי כל היצורים החיים עשויים מאותן יחידות בסיס דומות, וליחידה זו קראו “תא”. רק בשנת 1944 גילו כי החומצה הדאוקסיריבונוקלאית המכונה בשם DNA היא החומר התורשתי בכל התאים החיים ורק בו מוצפן המידע לחיים. כמבוא לפעילות העוסקת בהפקת DNA תועבר למשתתפים הרצאה המציגה את המהלך ההיסטורי של המחקר בתחום הגנטיקה על שלביו השונים. מסע מרתק המתאר את המחקר הראשון בתחום התורשה דרך פיצוח מבנה ה-DNA ועד לשיבוט וההנדסה הגנטית של ימינו. הפעילות תתמקד בבצל – אורגניזם בעל דופן סוכרית עבה ובו גרעין DNA. במהלך המעבדה יחקרו המשתתפים את מבנה התא של הבצל ויפיקו ממנו את סליל ה-DNA. לסיום הפעילות יוצגו בפני המשתתפים תהליכים טכנולוגיים מתקדמים המשמשים לזיהוי, בידוד וקביעת גודל של מקטעי DNA.

לא ניתן להגזים בחשיבותה של התופעה הגלית. תופעה זו שבה ומופיעה כמעט בכל תחום במדעי הטבע, ההנדסה והמתמטיקה. פעילות זו מציגה תופעות גליות. היא פורשת את מושגי היסוד בגלים: אורך גל, זמן מחזור, תדירות, מהירות גל, משרעת, גלים אורכיים ורוחביים וקיטוב. בנוסף לומדים התלמידים מהי התאבכות בונה והתאבכות הורסת ומכירים דרכה את הניסוי המפורסם של יאנג – ניסוי שני סדקים. במעבדה נבצע את ניסוי יאנג באמבט גלים ונראה את ההתאבכויות המתקבלות במים.לאחר מכן נחזור ונבצע את ניסוי יאנג באור ונמדוד בדיוק גבוה את אורך גל האור של הלייזר. הניסוי המשולב הזה (מים ואור) מציג ומוכיח את האופי הגלי של האור ומדגים את הכלליות של התופעה הגלית.

קינמטיקה היא המדע המתאר את תנועתם של גופים באמצעות שפה המורכבת ממילים, מושגים מוסכמים, מספרים, תרשימים ומשוואות. המטרה הראשית של פעילות זו היא הכרת השפה של הקינמטיקה, העקרונות והמושגים המרכזיים בה. במהלך המעבדה ילמדו המשתתפים כיצד לתאר תנועה באמצעות המושגים העיקריים ובעיקר בעזרת תרשימים של מקום, העתק, מרחק, מהירות ותאוצה כתלות בזמן. המעבדה המצוידת במכשירים למדידת תנועה ואיסוף הנתונים במחשב, מאפשרת רישום הגרפים תוך כדי עריכת ניסויים, ומקנה למשתתפים משוב מיידי. המשוב המיידי מאפשר הבנה עמוקה יותר של מושגים כגון מהירות ותאוצה ואופן הגדרתם הגרפי. המשתתפים בודקים מצבי תנועה שונים של גופים וביניהם – תנועה ללא חיכוך על מסלולי אוויר. נושאי המעבדה: 1.תנועה קצובה והחוק הראשון של ניוטון 2.הכוח ושינוי המהירות.‏

יום המדע העוסק בהפרדת תערובות יחשוף את משתתפיו לתהליכים עיקריים המתרחשים בתעשייה הכימית בארץ ובעולם, עם דגש על הבנת העקרונות המדעיים העומדים מאחורי התהליך ודרכי יישומם. במהלך היום ייערכו התלמידים הכרות עם תהליכי הפרדה המתבססים על שוני בין חומרים. המשתתפים ילמדו כיצד האדם משתמש בידע זה על מנת להפריד תערובות לחומרי הייסוד מהם הם מורכבים. תהליכי ההפרדה שבהם יתמקד היום הינם זיקוק ומיצוי. ‏יום המדע ייפתח בסקירה בה יוצגו הנושאים הבאים:‏ 1.תהליכי ההפרדה בתעשייה הכימית.‏ 2.הגדרת שיווי משקל והגדרת פאזות ביניהן מתקיים שיווי משקל.‏ 3.הצגת תהליך הזיקוק, דרכי פעולתו, סקירה היסטורית והתעמקות במערכת הזיקוק המעבדתית בה יערכו התלמידים את הניסוי.‏ 4.הצגת תהליך המיצוי כולל הסבר כיצד פועל עקרון שיווי המשקל בתהליך זה ובאיזה אופן משתמשים בתעשייה הכימית על מנת לנצלו.‏ לאחר ההרצאה מתנסים התלמידים, בקבוצות קטנות, בעבודה עם עמוד זיקוק מעבדתי, בו יזקקו יין אדום למרכיביו. לאחר מכן יבדקו התלמידים את תוצרי הזיקוק באמצעות גז כרומטוגרף. בהמשך המעבדה יעבדו התלמידים על מיצוי של בטא-קרוטן מגזר.

טרנספורמציה גנטית היא יצירת שינוי גנטי בתא על-ידי החדרה של דנ”א זר לתוכו. טכניקה זו יכולה להיעשות בחיידקים וגם ביצורים אאוקריוטים.בביולוגיה מולקולארית נעשה שימוש נרחב בטכניקה זו ככלי להבנת תפקודי גנים ותהליכים בתא. ההרצאה תכלול הסברים מעמיקים על תהליך הטרנספורמציה הגנטית על כל שלביו. בנוסף יוסבר על הגן והחלבון GFP, וכן על אופרון הארבינוז כדוגמא לבקרת הביטוי הגנטי. בנוסף ילמדו התלמידים על אנטיביוטיקות כגורם סלקציה בסיסי בתהליך הטרנספורמציה. פעילות התלמידים יתנסו בתהליך טרנספורמציה של פלסמיד המכיל את הגן לזהירה בירוק GFP ממדוזה אל חיידקי E.coli. בפלסמיד זה הגן GFP נמצא תחת הבקרה הגנטית של אופרון הארבינוז, המאפשרת את השליטה בביטוי החלבון. בסוף הפעילות יוכלו התלמידים לצפות תוצאות הניסוי (שהוכן מבעוד מועד) וייווכחו בעצמם בחיידקים הירוקים הזוהרים המבטאים את הגן, ובאלו שבהם שאינם מבטאים אותו בשל בקרה מכוונת מראש. ניתן לשלב יום מדע זה עם פעילות יום מדע “בידוד והרצת חלבונים” לקבלת ה”תמונה המלאה”- הכנסת פלסמיד המכיל את הגן ל-GFP לחיידקים בתהליך של טרנספורמציה גנטית ולאחר מכן בידודו של החלבון המבוטא והרצה בג’ל פוליאקריל אמיד לקבלת החלבון הנקי.

פעילויות בנושא יישומים בספקטרופוטומטריה חושפות את המשתתפים לתהליכי אנליזה באמצעות מכשור מעבדתי כמותי, תוך הבנה של מושגי הבסיס בנושא אינטראקציה של אור וחומר, מבנה המכשור ויישום של השיטה. הפעילות המעבדתית מבוססת על הקניית הידע והבנת המושגים המוגדרים ומוסברים במהלך הרצאת ההכנה. מוסברים מושגים בנושאי האור והגלים, אינטראקציה בין אור וחומר, הקשר בין בליעה וריכוז, מכשור מעבדתי אנליטי (ספקטרופוטומטר) ואנליזה כמותית. המשתתפים מתנסים ודנים באופן הפעולה של מכשיר הספקטרופוטומטר, בעקרונות שיטה כמותית למול איכותית, ויצירת גרף כיול כשיטת עבודה מעבדתית. במהלך המעבדה מתבצע ניסוי המבוסס על פעילות חקר ומיומנויות אנליזה כמותית ממוחשבת. כל משתתף יבצע באופן עצמאי את הניסוי ויכיר את המערכות הכימיות הנדרשות והכושר הסלקטיבי שלהן לבליעת האור, במטרה להגיע לקביעה כמותית של ריכוז מרכיבים נבחרים המצויים בתמיסה הדורשת בדיקה מדוקדקת.‏

אנחנו יודעים כי מהירות האור היא בדיוק 299,792.458 קילומטר לשנייה. איך מדדו את המספר העצום הזה? האם נוכל אי פעם לשפר את דיוק המדידה? במעבדה זו נכיר שיטות למדידת מהירות האור ונמדוד את ערכה.מהירות האור נמדדה לראשונה בשנת 1676 על ידי מדען דני דגול, מתמטיקאי של חצר המלכות, אולה רמר. מאז ועד סוף המאה העשרים בוצעו מאות מדידות בדיוק הולך וגדל. הניסויים מתבססים על עקרונות שונים ובוצעו בשיטות שונות. חשיבות לידיעת ערך מהירות האור רבה: זהו אחד מקבועי הטבע העולמיים והוא חלק בלתי נפרד של תורות שונות בכל תחומי פיזיקה. במהלך הרצאת ההכנה נראה את הניסויים שהיו לציוני דרך, נכיר את העקרונות הפיזיקליים שביסוד הניסויים האלו ואת המדענים שמאחוריהם. במעבדה נמדוד את מהירות האור בשלוש שיטות ונשווה את רמת הדיוק שלהן: 1.האור המאופנן (היפוליט פיזו) 2.אינרפרומטר (אלברט מייקלסון) 3.תיבת תהודה (לויס אסן)

מתמטיקה ויופי ויזואלי הם שני תחומים אשר הקשר הישיר ביניהם אינו טריוויאלי. אף על פי כן, כבר לפני אלפי שנים זיהו בני האדם כי ניתן לבטא פרופורציות הרמוניות ואסתטיות דרך תרגומם של יחסים מתמטיים שונים ולעקרונות גאומטריים. בסדנה זו יתנסו התלמידים בגילוי הפרופורציות האסתטיות של יחסים מתמטיים תוך דגש על יחס מיוחד הנקרא “יחס הזהב” אשר בא לידי ביטוי במקומות רבים: בקונכיות, בתפרחות של חמניות, אצטרובלי אורן, בצורותיהן של גלקסיות, ביצירות אמנות, באדריכלות. כמו כן, בעזרת פעילויות הסדנה ניתן לראות כיצד הפרופורציות האסתטיות באות לידי ביטוי ביופי האנושי ובתחומים רבים מחיינו. הפעילות משלבת חידות ואתגרי חשיבה שונים ליצירת שיח ואווירה דינמית.

בשנת 1897 גילה ג’וזף תומסון חלקיקים קטנים מאטום והבין כי הם חלק ממבנה האטום. לראשונה התגלה כי אטומים אינם באמת אבני היסוד של החומר אלא מורכבים בעצמם מחלקיקים יסודיים יותר. החלקיקים שגילה הם האלקטרונים, ועל כך זכה תומסון בפרס נובל בשנת 1906. במהלך פעילות מעבדתית זו נשחזר את אחד הניסויים שערך תומסון למדידת היחס בין מטען האלקטרון למסתו. ניסוי זה מבוסס על הבנת כוח לורנץ, הכוח המגנטי הפועל על מטען חשמלי בתנועה. נשתמש במערכת המאפשרת לראות תנועה מעגלית של אלקטרונים בשדה מגנטי. הערך הלימודי של פעילות זו הוא כפול – היא מציגה את אחד הניסויים היפים בתולדות המדע שאִפשר להכיר חלקיק חדש ויחד עם זאת מחזקת את הבנת הכוח המגנטי, נושא שנלמד גם כחלק מלימודי הפיזיקה בבית-הספר. במהלך הפעילות יכירו התלמידים מושגים: שדה מגנטי, מטען חשמלי וכוח לורנץ. ידע קודם נדרש: תנועה מעגלית

מעבדה זו עוסקת במערכות הנדסיות ממוחשבות ומתמקדת בנושאי הבקרה והחיישנים. במהלך הרצאת ההכנה יוסבר מודל מערכת הבקרה, חלוקה לתת-מערכות, למנגנונים וחיישנים. יוצגו סוגי מערכות בקרה שונות והשימושים בהן בחיי היום-יום. במהלך המעבדה יחקרו סוגי חיישנים שונים, תפקידם ותרומתם להליך הבקרה. נושאי המעבדה: הכרות עם תוכנת הבקרה, בניית מכונית הנעה במסלול נתון וחקר הפעולה של החיישנים, בניית מערכת הנדסית ממוחשבת העונה על צורך נתון.

בניסוי של חקירת רמות האנרגיה באטום נכיר את אחד הגילויים המדעיים הראשונים שהעיד על קוונטיזציה בטבע. תורת הקוונטים נחשבת לאחת המהפכות המדעיות החשובות של המאה העשרים ואנו נזהה במהלך הלימוד את חותמם של גדולי הפיזיקאים. במעבדה אנו נראה כיצד ניתן באמצעות ניתוח האור הנפלט מן החומר ללמוד רבות על מבנה האטום. בשיטה שנלמד כאן משתמשים המדענים על מנת לגלות אילו חומרים מרכיבים כוכבים רחוקים.