כיצד לבנות לבד מעין מצלמה המקרינה דמויות על מסך

בניסוי הנוכחי נבנה מעין מצלמה קטנה שמקרינה דמויות על מסך נייר ומאפשרת הגדלה והקטנה של הדמות. המצלמה מבוססת על התקן עתיק שנקרא "קמרה אובסקורה", ובעברית: לשכה אפלה.

ציוד

  • 2 גלילי קרטון (החלקים הפנימיים של נייר טואלט)
  • נייר אפייה או נייר פרגמנט
  • רדיד ("נייר") אלומיניום
  • מספריים
  • נייר דבק
  • עט או עפרון מחודד
  • מהדק משרדי

מהלך הניסוי

את מהלך הניסוי תוכלו לראות בסרטון הבא:

 

הסבר

כדי לראות חפצים בעולם, צריך שקרני אור שיוצאים מהחפצים יגיעו לעיננו. מקורות אור, כמו מנורה, פנס או להבה של נר – מיצרים בעצמם קרני אור, ואילו רוב החפצים האחרים פשוט מחזירים אור שמוקרן אליהם ממקורות אור. יוצאים מהכלל הם חפצים שחורים – שבולעים את על האור המוקרן עליהם, כך שמה שאנחנו רואים כ"שחור" הוא בעצם היעדר אור.

עקרון פעולתה של המצלמה שבנינו מבוסס על העובדה שהאור נע בקווים ישרים בלבד. כיסינו את הגליל החיצוני של המצלמה בנייר אלומיניום עם נקב זעיר. נייר האלומיניום אטום לאור, ולכן רק קרן אור שנעה בדיוק לכיוון הנקב יכולה להיכנס למצלמה. כל קרן אחרת תיבלם ולא תוכל לחדור פנימה, כפי שממחישה התמונה הבאה:

לכן, אם מול המצלמה ניצב חפץ מואר, קרני האור שיוצאות ממנו עוברות דרך הנקב וממשיכות משם בקו ישר עד שהן פוגעות בנקודה בודדת על המסך שפרסנו על הגליל הפנימי של המצלמה. מכל נקודה בחפץ יוצאת קרן אור אחת שעוברת דרך החריר ופוגעת במקום אחר במסך. אוסף רצף קרני האור הללו הוא מה שיוצר על המסך את ההעתק הדו-ממדי של החפץ. אולם כיוון שהאור נע בקווים ישרים, קרן אור שיוצאת מראש החפץ ועוברת דרך החריר פוגעת בחלק התחתון של המסך, וקרן אור שיוצאת מתחתית החפץ פוגעת בחלק העליון של המסך. התוצאה היא שהקרניים "מתהפכות" בדרכן מהחפץ למסך דרך החריר, (ימין-שמאל ולמעלה-למטה) והדמות שמתקבלת יוצאת הפוכה:

כאשר מרחיקים את המסך מהחריר, קרני האור עוברות מרחק נוסף בתוך המצלמה ומתרחקות זו מזו – כך שהדמות שמתקבלת על המסך גדלה:

גודל החריר קובע את הבהירות והחדות של התמונה שעל המסך. ככל שהחריר גדול יותר, יותר קרני אור נכנסות למצלמה ומתקבלת דמות בהירה יותר, אולם במצב הזה כמה קרני אור יכולות להגיע למקומות שונים על המסך, ולכן הדמות שנוצרת יוצאת פחות חדה ויותר מטושטשת. המצב הקיצוני ביותר הוא מסך ללא חריר בכלל – אז המסך בהיר מאוד, אבל לא רואים עליו שום דמות.

מעניין לציין

הלשכה האפלה היא המצאה עתיקה ביותר ועקרון פעולתה היה ידוע כבר ליוונים הקדמונים. בצורתה הנוכחית היא הייתה קיימת כבר בימי הביניים ובתור הזהב של האסלאם (לפני יותר מאלף שנה).

בנוסף – אם אתם קצרי ראייה ומרכיבים משקפיים, תוכלו לנסות את הטריק הבא, המבוסס על אופן פעולתה של הקמרה אובסקורה, כדי לראות בצורה חדה ללא משקפיים: הניחו את האגודל על האצבע, צרו חריר קטנטן בין האצבעות והסתכלו דרכו. שככל שהחריר יהיה קטן יותר כך התמונה תיראה חדה יותר, עד שתוכלו לראות חד בלי צורך במשקפיים.

הניסוי צולם במיוחד לכבוד שבוע החינוך המדעי (9-3 באפריל 2016) וילדי פר"ח.

ברצוני להודות לחברי תוכנית קמ"צ על הרעיון לבניית קמרה אובסקורה בעיצוב שהוצג בסרט.

2 תגובות

  • ל

    טעות כבר בשורה הראשונה

    חפצים בעולם פולטים קרני אור?!?!?!?!!? חפצים משקפים! לא פולטים קרני אור!

  • מומחה מצוות מכון דוידסוןאבי סאייג

    לא טעות

    מבחינה פיזיקלית, כל חפץ שאתה רואה, פולט קרני אור – גם תופעת הפיזור והשיקוף – אפילו של ראי, מערבות בליעה של אור, ופליטה שלו חזרה (גם ככה אתה רואה את כל החפצים שעל השולחן שמולך) – זהו ההסבר הקוונטי לתופעת אלו. אבל בכל זאת יש צדק בדבריך: כיוון שמדובר בכתבה לילדים אני אשנה את הניסוח לרמה המקובלת.
    אז כדי לא לבלבל, שינתי המשפט הראשון בהסבר ל- " כדי לראות חפצים בעולם, צריך שקרני אור שיוצאים מהחפצים יגיעו לעיננו. "
    תודה
    ד"ר אבי סאייג
    מכון דוידסון לחינוך מדעי
    מכון ויצמן למדע