קרניים שבורות

למה כפית שמונחת בתוך כוס מים נראית לנו שבורה? ומה זה באמת פטה-מורגנה? לכבוד חג האור, מגיש ערוץ המדע סדרת כתבות על תכונותיו המיוחדות של האור, בליווי מדריכי המוזיאון הלאומי למדע "מדעטק" ורקדני להקת "פירומניה"

 

 

אור מתנהג גם כחלקיק וגם כגל, המתקדם בקו ישר, כל עוד הוא נמצא בתווך (חומר) אחיד. אבל מה קורה כשאור עובר מתווך אחד, לתווך אחר בו צפיפות החלקיקים שונה?

 

מהירות תנועת האור בריק שונה ממהירות תנועתו בתווך כלשהו והיחס ביניהן נקרא "מקדם שבירה". כאשר עוברת קרן אור מתווך אחד לאחר מתרחש שינוי במהירות הקרן, שגורם לשינוי בכיוון תנועת האור. האור המשנה את כיוון תנועתו יוצר תופעה אופטית אותה אנו מכנים "שבירה". ניתן להבחין בתופעה זו כשמתבוננים בחפץ שחציו מצוי בתוך מים וחציו מחוץ להם.

 

מקדם השבירה של האוויר הוא 1.0003 בקירוב ומקדם השבירה של המים הוא כ- 1.33, אם אדם מסתכל על חפץ שחציו נימצא בתוך המים אז החפץ יראה לו שבור ומחולק לשניים בדיוק באזור קו המים העליון. התופעה נגרמת מכיוון שהקרניים שיוצאות מהחפץ הישר ועוברות לתווך האחר שהוא האוויר מגיעות בזווית שונה מאשר הקרניים שמגיעות מהחפץ ועוברות אל המים. ה"שבירה" תלויה בזוית בה מגיעה קרן האור אל נקודת המעבר בין תווך אחד לשני. ככל שהזוית מתחדדת, האור נשבר במידה רבה יותר, עד שאנחנו מגיעים לזווית הקריטית, היא הזווית שבה האור כבר לא נשבר, אלא מוחזר – ממש כמו במראה, חזרה אל תוך החומר ממנו הוא הגיע.

 

דוגמא יפה לשבירה היא כפית שנמצאת בתוך כוס מים ונראית "שבורה". דוגמא יפה להחזר אפשר לראות ביום חם כשמסתכלים למרחק ורואים "פטה מורגנה" – זה נראה כמו מים אבל אלו בעצם קרני אור שהגיעו ממרחק ופגשו את האוויר החם והדליל שעולה מהקרקע בזווית נמוכה מהזווית הקריטית של המפגש הזה.

 

איך משתמשים בתכונת השבירה של האור? בעדשות, שם האור נשבר פעמיים – במעבר מהאוויר אל הזכוכית או הפלסטיק, ובמעבר הבא מהעדשה החוצה אל האוויר.

 

קבוצת פירומניה, משלבת ריקוד, אקרובטיקה, להטוטנות ואפקטים של אור ואש. לכבוד חג האור- חנוכה הכינה הקבוצה תכנית מיוחדת למדעטק שתשלב קטעים ממופעי הקבוצה עם הסברים מדעיים על האור והתנהגותו ועל אשליות ויזואליות של אור וחושך. בתוכנית נראה כיצד ניתן לעשות שימוש בידע מדעי על האור, מרכיביו והתנהגותו, על מנת ליצור אפקטים בימתיים מרהיבים, אשליות ויזואליות וקסם.

 

הפרק הבא, ביום חמישי: אור ותנועה