בניסוי הנוכחי נלמד איך להקרין תמונה מצג הטלפון על קיר או על מסך.

ציוד

  • זכוכית מגדלת
  • טלפון נייד או טאבלט (כל מכשיר עם מסך מאיר)
  • קיר או מסך לבן בחדר חשוך
  • כדאי גם להוריד ולהתקין בטלפון אפליקציה שמבטלת את היפוך תצוגת המסך כשמסובבים אותו, למשל Rotation Locker

מהלך הניסוי

את מהלך הניסוי אפשר לראות בסרטון הבא:

הסבר

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 מקבילות (למשל מהשמש) הם מתרכזות בנקודה שנקראת מוקד העדשה, שהמרחק שלה מהעדשה תלוי בקימור של העדשה. בכל צד של העדשה יש מוקד, כך שאפשר להפוך אותה והיא עדיין תתפקד. הקו המחבר בין שתי נקודות המוקד נקרא "הציר האופטי של העדשה".

אולם איך עדשה מרכזת יוצרת דמות? הדרך הטובה להבין מה קורה לדמות של עצם (אובייקט) היא לשרטט דיאגרמת קווים שתציג איך יתנהגו קרני האור שחוזרות מעצב. 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 לנקודת המוקד. הדמות שנוצרת גדולה יותר מהגוף והפוכה לו | תרשים: ויקיפדיה

כדי לייצג באופן גרפי את ההקרנה של עצם (החץ השחור בשרטוט) המאונך לציר האופטי מצד אחד של עדשה לצדה השני, נהוג לשרטט שלוש קרני אור שנשברות לפי כללי האופטיקה של עדשות מרכזות:

1. קרן שיוצאת מראש העצם ומקבילה לציר האופטי. היא פוגעת בעדשה וסוטה כך שהיא עוברת דרך המוקד בצד השני (הקרן האדומה בשרטוט).
2. קרן שפוגעת במרכז העדשה ממשיכה במסלולה בלי סטייה (הקרן הירוקה).
3. קרן שיוצאת מהחלק העליון של הדמות ועוברת דרך המוקד בצד אחד של העדשה. היא פוגעת בעדשה וסוטה כך שהיא מקבילה לציר האופטי (הקרן הסגולה בשרטוט למטה).

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).

בדוגמא הנוכחית דמות החץ יצאה גדולה יותר מגודל החץ המקורי. גודל הדמות נקבע על פי המרחק של העצם מנקודת המוקד, וכפי שרואים בסרטון אפשר גם ליצור דמות מוקרנת קטנה יותר (הדמות שמוצגת בסביבות זמן 1:20 בסרטון) – נסו בעצמכם עם הטלפון וזכוכית המגדלת, או התנסו בצורה ממוחשבת בישומון אופטיקה גיאומטרית. עצם שנמצא רחוק מאוד מהעדשה ייצור דמות קטנה יותר מהעצם עצמו, קרוב למוקד השני. בנוסף, הדמות תהיה הפוכה.

למעשה קיימים חמישה אזורי מיקום שונים של חפץ ביחס לנקודת המוקד, שקובעים אם הדמות שתיווצר תהייה 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 "כיצד עדשה דו-קמורה מגדילה".  או קראו על יצירת דמויות באמצעות עדשות מרכזות - בויקיפדיה.

8 תגובות

  • תהילה

    היי הצלחתי לבצע את הניסויי

    היי הצלחתי לבצע את הניסויי הזה אבל לא הבנתי ממש למה מה שהעדשה מקרינה זה הפוך איך זה מתהפך?

  • מומחה מצוות מכון דוידסוןאבי סאייג

    שבירת קרני האור בעדשה

    היי תהילה
    דבר ראשון - אני שמח שניסית והצלחת לבצע את הניסוי :-)
    בקשר ללמה הדמות מתהפכת - זה קשור לחוקי מעבר אור דרך עדשה, שניסיתי להסביר בכתבה. תנסי להסתכל שוב בציור שבכתבה למעלה, שמראה את מעבר קרני האור מחפץ - דרך עדשה ועד מסך שנמצא בצד השני באופן כללי תשימי לב שקרן אור שעוברת במרכז העדשה (הקרן הירוקה בציור), למשל -ממשיכה באותו כיוון - כך שאם היא מתחילה מלמעלה, היא ממשיכה באלכסון למטה - זה כבר מראה שהדמות צריכה להתהפך. אני ממליץ גם להתנסות ביישומון 'גיאומטריה אופטית' אצלנו באתר - זה עובד רק במחשב (לא בטלפון) -והוא ממש מדגים איך קרני האור עוברות דרך עדשה, וממש אפשר לראות למה נוצרת דמות הפוכה:
    http://davidson.weizmann.ac.il/online/tikshuv/physics/%D7%90%D7%95%D7%A4...
    את יכולה גם לראות סרט הסבר כאן:
    https://www.youtube.com/watch?v=iN7LsfRuRCU

    אם גם זה לא ברור - כנראה תצטרכי להמתין לבית הספר, לשיעורי פיזיקה - שם לומדים בהרחבה על עדשות ודמויות.

    בברכה
    ד"ר אבי סאייג
    מכון דוידסון לחינוך מדעי
    מכון ויצמן למדע

  • אנונימי

    מה קןרה אנשים ניסוי לא טוב

  • מומחה מצוות מכון דוידסוןאבי סאייג

    סבלנות והתמדה

    אני כותב שוב את אותה תגובה שהגבתי למגיב שהגיב שתי דקות לפניך:
    לא כל הניסויים פשוטים - זה ניסוי שצריך בו טיפה סבלנות כדי למצוא את המרחק המתאים בין הטלפון, לזכוכית המגדלת ולקיר. גם אם לא הצלחת בהתחלה -אל תתיאש, תמשיך לנסות מרחקים עד שתצליח.
    עדיף לנסות מרחקים גדולים על פני קטנים. ראשית תנסה לעשות הקרנה קטנה על הקיר, ואחר כך תנסה את הגדולה.
    בהצלחה

    ד"ר אבי סאייג
    מכון דוידסון לחינוך מדעי
    מכון ויצמן למדע

  • אנונימי

    הניסויים הם טריקים

  • מומחה מצוות מכון דוידסוןאבי סאייג

    במדע צריך סבלנות והתמדה

    לא כל הניסויים פשוטים - זה ניסוי שצריך בו טיפה סבלנות כדי למצוא את המרחק המתאים בין הטלפון, לזכוכית המגדלת ולקיר. גם אם לא הצלחת בהתחלה -אל תתיאש, תמשיך לנסות מרחקים עד שתצליח.
    עדיף לנסות מרחקים גדולים על פני קטנים. ראשית תנסה לעשות הקרנה קטנה על הקיר, ואחר כך תנסה את הגדולה.
    בהצלחה

    ד"ר אבי סאייג
    מכון דוידסון לחינוך מדעי
    מכון ויצמן למדע

  • תום

    מה המרחק בין הזכוכית מגדלת

    מה המרחק בין הזכוכית מגדלת לטלפון?

  • מומחה מצוות מכון דוידסוןאבי סאייג

    המרחק תלוי

    היי תום,
    המרחק תלוי בזכוכית המגדלת שלך, ליתר דיוק בנקודת המוקד שלה.
    כדי ליצור דמות מוקרנת, חובה שהמרחק בין הטלפון לזכוכית המגדלת יהיה גדול יותר (הטלפון רחוק יותר) מנקודת המוקד של הזכוכית.
    כיוון שלכל זכוכית מגדלת יש נקודת מוקד שונה – לפי הליטוש שלה, אני לא יכול לתת לך מספר.
    אתה יכול למדוד בקלות מה נקודת המוקד של זכוכית המגדלת שלך – פשוט תפנה צד אחד של זכוכית המגדלת שלך לעבר השמש, כאשר הצד השני מופנה לעבר נייר שנמצא על הריצפה, תתחיל לקרב או להרחיק את הזכוכית מהנייר, עד שתופיע עליון נקודה צהובה קטנה בודדת (שהיא למעשה ההקרנה של דמות השמש על הנייר). המרחק בין הנייר לזכוכית המגדלת במצב הזה הוא רוחק המוקד של העדשה / זכוכית המגדלת שלך. כלומר אם המרחק הוא 30 ס"מ אז המרחק בין הטלפון חייב להיות גדול מ-30 ס"מ כדי להקרין.
    אבל יותר מהיר פשוט לעמוד בחדר חשוך במרחק של כ-2 מטרים מהקיר, ופשוט 'לשחק' עם המרחקים בין הטלפון והזכוכית עד שנוצרת דמות.
    בהצלחה!
    ד"ר אבי סאייג
    מכון דוידסון לחינוך מדעי
    מכון ויצמן למדע