בניסוי הנוכחי נלמד איך להקרין דמות של כל חפץ שנרצה על קיר או על מסך.
ציוד
- זכוכית מגדלת
- מנורת שולחן
- קיר או מסך לבן בחדר חשוך
- כל חפץ שאתם מעוניינים להקרין את דמותו על הקיר
מהלך הניסוי
את מהלך הניסוי אפשר לראות בסרטון הבא:
הסבר
הניסוי זה הוא זהה במידה רבה לניסוי הקודם שפרסמנו: איך לבנות מקרן וידאו מטלפון וזכוכית מגדלת. מבחינה פיזיקלית זכוכית מגדלת היא למעשה עדשה (דו-)קמורה או מרכזת. מה שמאפיין עדשה כזאת זה שהיא ממקדת את קרני האור בצד הנגדי שלה. אם מגיעות אליה קרני אור ישרות ומקבילות (למשל מהשמש) הם מתרכזות בנקודה שנקראת מוקד העדשה, שהמרחק שלה מהעדשה תלוי בקימור שלה. בכל צד של העדשה יש מוקד, כך שאפשר להפוך אותה והיא עדיין תתפקד. הקו שמחבר בין שתי נקודות המוקד נקרא "הציר האופטי של העדשה".
אולם איך עדשה מרכזת יוצרת דמות? הדרך הטובה להבין מה קורה לדמות של אובייקט היא לשרטט דיאגרמת קווים שתציג איך יתנהגו קרני האור שחוזרות מהאובייקט. כיוון שהאור נע בקווים ישרים, נוח לשרטט קרני אור כקווים ישרים. לצורך ההסבר נשתמש במונחים "ציר אופטי" ו"נקודת מוקד" שהזכרנו קודם.
גוף שנמצא בין המרחק לנקודת המוקד לפעמיים המרחק מנקודת המוקד. הדמות שנוצרת גדולה מהגוף והפוכה לו | תרשים: ויקיפדיה
כדי לייצג באופן גרפי את ההקרנה של עצם (החץ השחור בשרטוט, בצד שמאל) המאונך לציר האופטי מצד אחד של עדשה לצדה השני, נהוג לשרטט שלוש קרני אור שנשברות לפי כללי האופטיקה של עדשות מרכזות (העדשה בציור במרכז, בצבע סגול):
1. הקרן שמצויירת בצבע אדום: קרן שיוצאת מראש העצם ומקבילה לציר האופטי. היא פוגעת בעדשה וסוטה / נשברת / משנה את כיוונה, כך שהיא עוברת דרך המוקד בצד השני (כאמור זו הקרן האדומה בשרטוט).
2. הקרן שמצויירת בצבע ירוק: קרן שפוגעת במרכז העדשה ממשיכה במסלולה בלי סטייה.
3. הקרן שמצויירת בצבע ורוד: קרן שיוצאת מהחלק העליון של הדמות ועוברת דרך המוקד בצד אחד של העדשה. היא פוגעת בעדשה וסוטה / 'נשברת' / משנה את כיוונה - כך שהיא מקבילה לציר האופטי אחרי שהיא עוברת את העדשה.
התוצאה היא שקרני האור מתרכזות בצד השני של העדשה – שם נוצרת הדמות, שבנוייה מריכוז של קרני אור. שימו לב שבדוגמה למעלה ביצענו את ניתוח שבירת קרני האור רק לראש החץ, אבל אפשר לבצע ניתוח דומה לכל נקודה ונקודה שבחץ, כך נוצרת כל הדמות. כפי שרואים בניתוח - הדמות שנוצרת היא הפוכה (החץ פונה כלפי מטה).
בדוגמה הנוכחית דמות החץ יצאה גדולה יותר מגודל החץ המקורי. גודל הדמות נקבע על פי המרחק של האובייקט מנקודת המוקד, וכפי שרואים בסרטון אפשר גם ליצור דמות מוקרנת קטנה יותר – נסו בעצמכם להזיז את העצם שאתם מקרינים ואת זכוכית המגדלת, או התנסו בצורה ממוחשבת בישומון אופטיקה גיאומטרית. אובייקט שנמצא רחוק מאוד מהעדשה ייצור דמות קטנה יותר מהאובייקט עצמו, קרוב למוקד השני. בנוסף, הדמות תהיה הפוכה.
למעשה קיימים חמישה אזורי מיקום שונים של חפץ ביחס לנקודת המוקד, שקובעים אם הדמות שתיווצר תהיה גדולה, קטנה או זהה בגודלה לדמות החפץ, או שבכלל לא תיווצר דמות כלל (להרחבה ראו בקישור).
מעניין לציין
העין ומערכת הראייה, וכך גם מצלמות, עובדות בדיוק באותה שיטה שהדגמנו בניסוי: עדשה מרכזת ("זכוכית מגדלת") שמקרינה את הדמויות הנוצרות על "מסך" בצד השני של העדשה. בעין הדמויות מוקרנות על החלק האחורי של גלגל העין, שנקרא רשתית ומכיל תאים רגישים לאור שמעבירים את המידע למוח. מצלמה מקרינה את התמונה על חיישנים רגישים לאור.
אם אתם מעוניינים להרחיב על הנושא – קראו את הכתבה "איך עדשה דו-קמורה מגדילה". או קראו על יצירת דמויות באמצעות עדשות מרכזות בוויקיפדיה.
