ניסוי מדעי פשוט ומלומד שגם ילדים בגיל יסודי וגן יכולים לעשות כקסם פיזיקלי למופע קסמים - המצרכים הדרושים:
- כוס זכוכית
- מים
- כרטיסיה
- טוש
מה לעשות?
- למלא את כוס הזכוכית במים
- לצייר חץ אנכי לשמאל או לימין
- באיטיות העבר את הכרטיסיה מאחורי כוס המים משמאל לימין או ההפך הלוך ושוב וצפו בחץ - מה קורה?
לגרסה אחרת של הקסם:
- ציירו על הכרטיסיה חץ אנכי נוסף הפונה לאותו הכיוון אליו החץ הקיים פונה.
- תציבו אותו מאחורי כוס זכוכית ריקה
- מלאו את הכוס במים עד שהמים עוברים את החץ התחתון וצפו בשינוי - מה קורה?
בסרטון המצורף אנו רואים תופעה מוזרה - כאשר מוסיפים מים לכוס, כיוונו של אחד החצים מתהפך! הפיזיקה באה לסייע לנו להסביר את התופעה!
אם נחשוב על האור כקרניים המתקדמות במרחב על פני קווים ישרים, נוכל להבין את מה שקרה כאן במסגרת תופעת השבירה של האור. באופן כללי, כאשר אור עובר מתווך כלשהו (כמו אוויר, זכוכית או מים) לתווך אחר, מהירות ההתפשטות של האור משתנה בגודלה ובכיוונה, לפי חוק סנל. תופעת השבירה מאפשרת לנו לעקם את מסלול האור ובפרט, למקד את קרני האור לנקודה אחת, אשר נקראת "מוקד" או "פוקוס". על סמך עובדה זו נבנות כיום עדשות שונות הן למשקפי ראייה והן לעדשות מגע. העין שלנו בעצמה עדשה כדורית ממקדת, שניתן "לעזור לה" לבצע את פעולתה על ידי הרכבת העדשות המלאכותיות. בחזרה לניסוי – החיצים שאנו רואים דרך כוס הזכוכית נראים לנו מעוותים ובצדק! זוהי עדות לעיוות שעברו קרני האור אשר פגעו בחצים ועברו דרך משטח הזכוכית של הכוס. אלא שעיוות זה אין בו כדי לגרום עדיין להיפוך התמונה לחלוטין, בין היתר היות ומקדם השבירה של זכוכית אינו גדול כמו זה של מים זורמים וכן בעקבות הנפח הקטן יחסית של הזכוכית בה עברו קרני האור.
כאשר האור עובר דרך מים הסיפור שונה לגמרי – מקדם השבירה גדול והנפח האפקטיבי בו נשברות קרני האור גם הוא גדול יחסית לדפנות הזכוכית. כתוצאה מאלו, קרני האור המגדירות את קצוות החץ התחתון מוסטות כל כך חזק יחסית למסלוליהם המקוריים, עד שהן חולפות אחת ליד השניה ומחליפות מיקום אצלנו בעין. דרך אחרת להסביר את המתרחש היא להבין שהמים גרמו למיקוד של קרני האור, בנקודת פוקוס הממוקמת בדרך שבין הכוס לבין העיניים שלנו. הקרניים אמנם מתכנסות כשהן מגיעות לאותו מוקד ביניים, אך לאחר מכן מתרחקות ורק כשהן מגיעות לעינינו הן מתמקדות שוב ליצירת התמונה ההפוכה.
ומה היה קורה אם היינו מציבים בשדה הראיה עוד כוס אחת מלאה במים? אתם מוזמנים לענות בתגובות!
אין תגובות:
הוסף רשומת תגובה