האור הנראה הינו חלק מספקטרום הגלים האלקטרומגנטי. האור הנראה, הנקרא גם 'אור לבן' מכיל את אוסף כל הצבעים: מאדום ('חלש') ועד סגול ('חזק'). צבעים אלו נבדלים למעשה באורך הגל שלהם (או בתדירות). צבעים אלו נראים לנו כאשר אור לבן עובר, לדוגמא, דרך מנסרה משולשת. כאשר האור הלבן עובר דרך המנסרה הוא מתפרק לצבעים- אדום, כתום, צהוב, ירוק, כחול וסגול. 'הפרדת האור הלבן' לשלל הצבעים המרכיבים אותו נקראת פיזור (dispersion). לכל צבע יש את התדירות (אורך הגל) האופיינית לו; ותדירויות שונות של האור הנראה 'יתעקמו' בזווית מסוימת כאשר יעברו דרך המנסרה.
אור לבן מתפרק לצבעים ע"י מנסרה משולשת. תמונת האנימציה לקוחה מויקיפדיה
מדוע אם כן תדירויות שונות של אור מתעקמות (או נשברות) בצורה שונה במעברם דרך המנסרה?
ננסה להסביר זאת בצורה אינטואיטיבית ופשוטה.
חומרים שונים נבדלים זה מזה, בין היתר, ע"י 'הצפיפות האופטית' שלהם. 'צפיפות אופטית' היא מדד לנטייה של חומר להאט את האור העובר דרכו. אור העובר דרך חומר שקוף נמצא באינטרקציה עם האטומים של אותו חומר. כאשר גל אור 'מתנגש' באטום החומר, הוא למעשה נבלע ע"י האטום. האנרגיה הנספגת גורמת לאלקטרונים באטום להתנודד. אם תדירות גל האור אינה תואמת את תדירות התהודה של האלקטרונים המתנודדים, אז האור יפלט מהאטום באותה תדירות שבה הוא פגע בו. גל האור ינוע בואקום (ריק) שבין האטומים לעבר האטום השני שבחומר. ברגע שגל האור יפגע באטום השני, התהליך של ספיגה ופליטה יחזור על עצמו.
'הצפיפות האופטית' של חומר היא תוצאה של הנטייה של האטומים של החומר לשמור את האנרגיה הנספגת של גל האור בצורה של תנודות אלקטרונים לפני שהוא משתחרר שוב בצורה של הפרעה אלקטרומגנטית. על כן, בעוד גל אור מתקדם בואקום (ריק) במהירות C, הוא נע דרך חומר שקוף במהירות שהינה קטנה מ C. ערך מקדם השבירה (n) מעניק ביטוי כמותי ל'צפיפות האופטית' של החומר (תווך) הנתון. לחומרים עם מקדם שבירה שערכו גבוה יש נטייה לשמור את אנרגיית האור הנספג לאורך זמן ארוך יותר עד שהוא נפלט שוב לואקום הבין-אטומי (שבחומר). ככל שהתדירות של גל האור מתאימה יותר לתדירות התהודה של תנודות האלקטרונים של האטומים בחומר, כך גדולה יותר ה'צפיפות האופטית' ובכלל זה מקדם השבירה של אותו חומר. גל אור יאט בהרבה כאשר הוא יעבור דרך חומר שכזה.
ערך מקדם השבירה תלוי בתדירות האור. עבור האור הנראה, הערך n אינו מראה שינו מהותי עם התדירות, אך הוא עדיין מראה על שינוי. לדוגמא, הערך n עבור תדירויות של אור סגול הוא 1.53; והערך n עבור תדירויות של אור אדום הוא 1.51. תהליך הספיגה והפליטה גורם לתדירויות הגבוהות יותר של אור סגול לנוע לאט יותר דרך זכוכית מאשר התדירויות הנמוכות של האור האדום. זה השינוי בערך של n עבור התדירויות המשתנות (ואורכי הגל) אשר גורמים לפיזור (dispersion) האור ע"י המנסרה. כאשר אור לבן פוגע בדפנת המנסרה המשולשת, תתרחש הפרדה קטנה של האור הלבן לרכיבי הצבע של הספקטרום הנראה. וכשהאור יוצא מהמנסרה המשולשת בדפנה השניה, ההפרדה הופכת ליותר גדולה.
זווית הסטייה:
את הכמות הכוללת של השבירה הנגרמת ע"י מעבר האור דרך המנסרה אנו לפעמים מבטאים ע"י זווית הסטיה. זווית הסטיה היא הזווית המתקבלת בין קרן האור הפוגעת שנכנסת לדופן הראשונה של המנסרה והקרן הנשברת שיוצאת מהדופן השנייה של המנסרה. בשל השוני של מקדמי השבירה עבור אורכי הגל השונים של האור הנראה, זווית הסטיה משתנה עם אורך הגל. צבעים של ספקטרום האור הנראה, שלהם אורך גל קצר (תדירות גבוהה) יסטו יותר מאשר צבעים בעלי אורך גל ארוך יותר. התופעה של צבעים שונים ממנסרה משולשת בזוויות שונות גורמת לצופה לראות את רכיבי האור הנראה מופרדים אחד מהשני.
אור כחול נשבר בזוית גדולה יותר מאשר אור אדום בגלל ההבדל באורך הגל. דבר זה גורם לאור הכחול לסטות בהרבה ממסלולו הראשוני בזווית גדולה יותר מאשר האור האדום.
מאת: חיים ברק
המחלקה לפיזיקה של חלקיקים ואסטרופיזיקה
מכון ויצמן למדע
הערה לגולשים
אם אתם חושבים שההסברים אינם ברורים מספיק או אם יש לכם שאלות הקשורות לנושא, אתם מוזמנים לכתוב על כך בפורום. אנו נתייחס להערותיכם. הצעות לשיפור וביקורת בונה תמיד מתקבלות בברכה.