התקדמות אור בקו ישר
- כיתה ז’
- אור ואופטיקה
- 5 דקות קריאה
איך יודעים שאור נע בקו ישר, איך נוצרים צל וחצי צל, ואיך אפשר למדוד גובה של עץ בעזרת הצל שלו — עם תרגיל פתור.
התשובה בקצרה
התקדמות אור בקו ישר פירושה שבחומר אחיד, כמו אוויר, האור נע בקווים ישרים ולא מתעקם סביב מכשולים. מזה נובעות שלוש תופעות מוכרות:
- צל: נוצר מאחורי גוף שחוסם את האור.
- אי אפשר לראות מעבר לפינה: האור מהצד השני לא מגיע לעין.
- ליקויים: ליקוי חמה וליקוי ירח הם צללים ענקיים בחלל.
למי זה מיועד: התקדמות אור בקו ישר נלמדת בכיתה ז’, בפרק הראשון על אור. היא הבסיס להחזרה, לשבירה ולכל מה שתלמדו על אור בהמשך.
איך יודעים שאור נע בקו ישר
קחו פנס ושלושה קרטונים עם חור קטן במרכז כל אחד. אם שלושת החורים מסודרים בקו ישר, האור יעבור דרכם ויגיע לקיר. מספיק להזיז קרטון אחד קצת הצידה — והאור ייעצר. האור לא “מחפש” את החור, הוא ממשיך ישר.
רואים את זה גם כשקרן אור נכנסת לחדר חשוך דרך סדק בתריס. הקרן נראית כמו מוט ישר, כי חלקיקי אבק באוויר מחזירים מעט מהאור אל העיניים. בפיזיקה מציירים את מסלול האור כקו ישר עם חץ, שנקרא קרן אור.
צל, ואיך מודדים בעזרתו גובה
צל נוצר כשגוף אטום חוסם את קרני האור. הקרניים שעוברות ליד הקצוות של הגוף ממשיכות ישר, והאזור שמאחוריו נשאר חשוך. בגלל זה לצל יש צורה של הגוף: הקצוות שלו מסומנים בדיוק על ידי הקרניים שכמעט נגעו בו.
השמש כל כך רחוקה, שהקרניים שלה מגיעות אלינו כמעט מקבילות. לכן, באותו רגע, היחס בין גובה של גוף לאורך הצל שלו זהה לכל הגופים. אם יודעים את היחס עבור מקל קטן, אפשר לחשב גובה של עץ או בניין — בלי לטפס עליו.
H / S = h / s
[H], [S], [h], [s] = m
- H
- הגובה של העץ
- S
- אורך הצל של העץ
- h
- הגובה של המקל
- s
- אורך הצל של המקל
תרגיל פתור
הנתונים: מקל באורך מטר אחד, שעומד זקוף, מטיל צל באורך חצי מטר. באותו רגע, צל של עץ סמוך הוא באורך 4 מטר.
השאלה: מה גובה העץ?
- מוצאים את היחס בין גובה לצל אצל המקל. הגובה גדול פי שניים מהצל: h / s = 1 / 0.5 = 2
- אותו יחס מתקיים גם לעץ, כי קרני השמש מקבילות. כופלים את אורך הצל של העץ ב־2: H = 2 · S = 2 · 4 = 8
התשובה: גובה העץ הוא 8 מטר — פי שניים מאורך הצל שלו, בדיוק כמו המקל. H = 8 m
חצי צל וליקויים
כשמקור האור קטן, כמו נורה קטנה, הצל חד. כשמקור האור גדול, הצל מקבל שוליים מטושטשים. באזור הזה מגיע רק חלק מהאור, כי הגוף מסתיר רק חלק ממקור האור. האזור החשוך לגמרי נקרא צל, והאזור המואר חלקית נקרא חצי צל.
בליקוי חמה, הירח עובר בין השמש לכדור הארץ, והצל שלו נופל על חלק קטן מכדור הארץ. מי שנמצא בצל רואה את השמש מוסתרת לגמרי. מי שנמצא בחצי הצל רואה רק חלק ממנה מוסתר. בליקוי ירח זה הפוך: כדור הארץ נמצא בין השמש לירח, והצל שלו מכסה את הירח.
אנחנו רואים כי יוצא אור מהעיניים?
לא. זה מה שחשבו כמה מהפילוסופים של יוון העתיקה, וזו טעות שנשארה עד היום אצל תלמידים רבים. בפועל, אור מגיע ממקור — שמש, נורה או מסך — פוגע בחפצים, ומוחזר מהם אל העין. העין רק קולטת אור, היא לא שולחת אותו. לכן בחדר חשוך לגמרי לא רואים כלום, גם עם עיניים פקוחות.
איפה רואים את זה בחיים
-
הצל בצהריים
בצהריים השמש גבוהה, והצל שלכם קצר. בבוקר ובערב היא נמוכה, והצל מתארך — כי הקרניים מגיעות באלכסון.
-
עיגולי אור מתחת לעץ
הרווחים הקטנים בין העלים פועלים כמו חורים קטנים, ומטילים על הקרקע תמונות עגולות של השמש.
-
קרן אור באבק
קרן שמש שנכנסת לחדר מאובק נראית כמו מוט ישר. האבק מחזיר חלק מהאור אל העין, ומגלה את המסלול שלו.
שאלות נפוצות
האם אור תמיד נע בקו ישר?
בחומר אחיד — כן. כשהאור עובר מחומר אחד לאחר, למשל מאוויר למים, הוא משנה כיוון. וכשהוא פוגע במראה, הוא מוחזר. אבל גם אז, בכל קטע של הדרך, הוא נע בקו ישר.
מה ההבדל בין צל לחצי צל?
בצל, הגוף מסתיר את כל מקור האור, ולכן אין שם אור בכלל. בחצי צל, הגוף מסתיר רק חלק ממקור האור, ולכן מגיע לשם מעט אור. חצי צל נוצר רק כשמקור האור גדול.
כמה מהר נע האור?
כ־300,000 קילומטר בשנייה. זה מהר כל כך, שבחיי היומיום נדמה שהאור מגיע מיד. מהשמש, למשל, הוא מגיע אלינו בערך ב־8 דקות. עוד על זה במאמר על מרחקים ביקום.
שאלות על צל וחצי צל מפילות אתכם?
בקורס הפיזיקה לכיתה ז’ כל נושא מוסבר בסרטון, עם תרגילים פתורים לאורך הדרך. משלמים פעם אחת, והקורס נשאר אצלכם.
לקורס כיתה ז’או מתחילים בחינם: חוברת הפיזיקה לכיתה ז’, להורדה