אופטיקה

עמוד:107

אשליית המטבע בעקבות שבירת האור . קרני האור היוצאות מקצות המטבע , המונח על קרקעית כוס מלאה במים , נשברות ו " מתכופפות " כאשר הן יוצאות מהמים לאוויר . לכן העין רואה את המטבע כאילו הוא גדול יותר וגבוה יותר מהמטבע האמיתי . אופטיקה מדע מתהום הפיסיקה החוקר את תופעות האור . האופטיקה מתארת את מהלך קרני האור ואת תופעות הההזרה , השבירה , ההתאבכות והעקיפה שקרני האור עוברות במהלכן . כדי לראות צריך אור . האור נפלט ממקור אור כלשהו , כמו למשל השמש או פנס , פוגע בעצמים הנמצאים מולנו ומחזר מהם אל עינינו . רשתית העין מעבירה מידע על האור הפוגע בה אל המח באמצעות עצבי הראיה , והמח בונה מהמידע הזה את תמונת העולם הנראה . האופטיקה היא המדע החוקר את תופעות האור המתרחשות בין מקור האור לרשתית העין . יש בה שני חלקים עקריים : אופטיקה גאומטרית , החוקרת תופעות כמו החזרה ושבירה של האור , ואופטיקה פיסיקלית , החוקרת תופעות כמו התאבכות ועקיפה של האור . היונים הקדמונים הכירו כמה מעקרונות האופטיקה הגאומטרית , אולם היא זכתה לפתוח משמעותי רק במאה ה - 17 . האופטיקה הפיסיקלית , המדיקת יותר מהאופטיקה הגאומטרית , התפתחה במאה ה - 19 . אופטיקה גאומטרית האופטיקה הגאומטרית מתארת את האור כמרכב מקרנים , שהן קוים דקים היוצאים ממקור האור אל העין . בדרך כלל מהלך קרן האור הוא בקו ישר . לדגמה , אם גוף כלשהו נמצא מול העין שלנו וגוף אחר נמצא בדיוק מאחוריו - על אותו קו ישר שהעין והגוף הראשון נמצאים עליו - יסתיר הגוף הראשון את הגוף האחר ולא נוכל לראותו . כאשר קרן האור פוגעת בפניו של גוף כלשהו , היא יכולה לחזר ממנו ולנוע לכוון אתר מכוון תנועתה המקורי . משטחים כמו מראת זכוכית או פנים חלקות של גוש מתכת , מחזירים את קרני האור הפוגעות בהם באפן מסדר . קרן הפוגעת במראה בזוית מסימת , חוזרת ממנה כשהיא נעה באותו מישור ובאותה זוית ביחס למראה כמו הקרן המקורית . לכן קרני אור היוצאות מגופים כלשהם ומחזרות במראה אל עינינו שומרות על המבנה שלהן , ומאפשרות לנו לראות במראה את דמיותיהם של הגופים האלה . משטחים אתרים מפזרים לכל עבר את קרני האור הפוגעות בהם ולכן אינם יכולים לשקף דמיות . שבירת קרני האור קרן האור יכולה לנוע דרך חמרים שקופים כמו אויר , מים וזכוכית . אולם היא נבלעת ונעצרת כשהיא פוגעת בגוף אטום כמו קיר או פסת בד . אם קרן האור עוברת מחמר שקוף אחד לחמר שקוף אחר , מהלך תנועתה יכול " להתכופף " ולשנות את כוונו . תופעה זו נקראת " שבירת קרני האור". לדגמה , אם נתבונן במטבע הנמצא על קרקעית של כוס מלאה במים , הוא יראה לנו גדול יותר וקרוב יותר אלינו מאשר אם הכוס תהיה ריקה . תופעה זו נגרמת משום שקרני האור היוצאות מהמטבע משנות את כוון מהלכן כאשר הן עוברות מהמים לאויר , והמח מקבל מידע מטעה על המקום שממנו הגיעו הקרנים . על שבירת קרני האור מבססת פעלתן של העדשות , שהן פסות זכוכית או פלסטיק שקוף שלטשו לצורה מתאימה . העדשות שוברות את קרני האור העוברות דרכן באפן המאפשר לנו להשתמש בהן כדי לראות עצמים קטנים בצורה מגדלת , ועל ידי כך לתקן לקויי ראיה הנגרמים בגלל פגם בעדשת העין . אופטיקה פיסיקלית תורת האופטיקה הפיסיקלית מתארת את האור כגלים , שהם תנודות קטנות המתרחשות בתוך הממלא את כל המרחב וחודר גם לתוך גופים חמריים . התוך הזה נקרא במאה ה - 19 " אתר", וכיום קוראים לו " שדה". על פי התאור של האופטיקה הפיסיקלית , האטומים של מקור האור מנדנדים את התוך הסמוך להם , והתנודה עוברת מחלק אחד של התוך לחלק הסמוך לו , כמו גלים על פני המים , עד שהיא מגיעה אל עינינו . בסוף המאה ה - 19 התגלה שהתוך האופטי שגלי האור נעים בו מעביר גם את ההשפעות הגורמות לתופעות החשמל והמגנטיות , ולכן קוראים לו היום " שדה אלקטרומגנטי". האופטיקה הפיסיקלית מצליחה להסביר את כל תופעות האופטיקה הגאומטרית , כמו מהלכן הישר של קרני האור ותופעות ההחזרה והשבירה . אבל היא מתארת גם תופעות אחרות , שיש צרך להשתמש במכשירים מדיקים כדי לראותן , ושהתגלו בתחלת המאה ה - 19 . אלה הן תופעות ההתאבכות והעקיפה האפיניות לגלים . בתופעת ההתאבכות , גל אחד מצטרף לגל אחר כשהוא מחזק או מחליש אותו . בתופעת העקיפה , הגל עובר סביב מכשול קטן ומתפזר ממנו לצדדים . אופטיקה מודרנית מכשירים וחלקי מכשירים רבים מבססים כיום על השמוש בחקי האופטיקה , ובמיחד האופטיקה הפיסיקלית , ביניהם מכשירי ליזר , עדשות צלום מדיקות ביותר , מכשירים אלקטרו - אופטיים המשמשים לראית לילה או קסדות משחק המיעדות להקרין לעין תמונה של מציאות מדמה . אולם האופטיקה הפיסיקלית של ימינו שונה מזו של המאה הקודמת בכך שהיא מתארת את האור לא רק כגלים אלקטרומגנטיים , אלא גם כזרם של חלקיקים קטנים

קודם  |  הבא