פיזור אור במנסרה: למה אור לבן מתפרק לצבעי הקשת

• כיתה ז’
• אור ואופטיקה
• 7 דקות קריאה

מה גילה ניוטון עם מנסרת זכוכית, איך נוצרת קשת בענן, למה לחולצה אדומה יש צבע אדום, ומה ההבדל בין ערבוב אורות לערבוב צבעים. עם שני תרגילים פתורים.

התשובה בקצרה

פיזור אור הוא הפירוק של אור לבן לצבעים שמרכיבים אותו:

1. אור לבן הוא תערובת: אור השמש מכיל את כל צבעי הקשת יחד.
2. כל צבע נשבר אחרת: כשהאור עובר במנסרה, האדום נשבר הכי מעט והסגול הכי הרבה, ולכן הצבעים נפרדים זה מזה.
3. לחפצים יש צבע כי הם בוחרים: חפץ מחזיר חלק מהצבעים ובולע את השאר, ואנחנו רואים רק את מה שהוחזר.

למי זה מיועד: לתלמידי כיתה ז׳ שלומדים את פרק האור, ולכל מי שתהה מאיפה מגיעה הקשת. כדאי להכיר קודם את התקדמות אור בקו ישר ואת שבירת האור.

הניסוי של ניוטון: מנסרה ואור לבן

מנסרה היא גוש זכוכית שקוף בצורת משולש. כשאייזק ניוטון העביר דרכה קרן צרה של אור שמש בחדר חשוך, על הקיר שממול הופיעה רצועה של צבעים: אדום, כתום, צהוב, ירוק, כחול וסגול. זו התופעה שנקראת פיזור אור. בספרים תפגשו לפעמים גם את השם נפיצת אור, וזו אותה תופעה.

בזמנו רבים חשבו שהזכוכית צובעת את האור. ניוטון העביר צבע אחד, למשל ירוק, דרך מנסרה שנייה, והוא נשאר ירוק. המסקנה: המנסרה לא מוסיפה צבעים, היא רק מפרידה צבעים שכבר היו באור הלבן.

למה כל צבע נשבר אחרת

כשאור עובר מאוויר לזכוכית בזווית, הוא משנה כיוון, כי בזכוכית הוא נע לאט יותר. זו שבירת האור. בזכוכית כל צבע נע במהירות קצת אחרת: הסגול מואט יותר מהאדום, ולכן משנה כיוון יותר. במנסרה האור נשבר פעמיים, בכניסה וביציאה, וההבדל גדל.

אור הוא גל, ומה שמבדיל צבע אחד מאחר הוא אורך הגל שלו. העין שלנו רואה רק תחום צר של אורכי גל:

תרגיל פתור: כמה גלים נכנסים במילימטר

השאלה: אורך הגל של אור אדום הוא 700 ננומטר, ושל אור סגול 400 ננומטר. כמה אורכי גל של כל צבע נכנסים בקטע של מילימטר אחד, ופי כמה יש יותר גלים סגולים?

שלב 1, ממירים יחידות: במטר יש מיליארד ננומטר, ובמילימטר יש אלפית מזה: 1 mm = 1,000,000 nm.

שלב 2, אור אדום: 1,000,000 / 700 ≈ 1,429 גלים.

שלב 3, אור סגול: 1,000,000 / 400 = 2,500 גלים.

שלב 4, היחס: 2,500 / 1,429 ≈ 1.75.

התשובה: בערך 1,429 גלים אדומים ו־2,500 גלים סגולים, כלומר פי 1.75 יותר גלים סגולים.

איך נוצרת קשת בענן

קשת בענן היא פיזור אור בטבע, וטיפות הגשם הן המנסרות. אור השמש נכנס לטיפה ונשבר, מוחזר מהצד האחורי שלה, ונשבר שוב ביציאה. כל צבע יוצא בזווית קצת אחרת.

• השמש מאחוריכם: קשת רואים רק כשהשמש בגב שלכם והגשם לפניכם. מרכז הקשת נמצא בדיוק בכיוון ההפוך לשמש, בכיוון של הצל של הראש שלכם.
• זווית של כ־42 מעלות: הקשת היא חלק ממעגל ברדיוס זוויתי של כ־42 מעלות סביב הנקודה הזו. לכן כשהשמש גבוהה בשמיים יותר מ־42 מעלות, הקשת כולה מתחת לאופק ולא רואים אותה. בגלל זה קשתות מופיעות בעיקר בבוקר ואחר הצהריים.
• אדום בחוץ, סגול בפנים: לפעמים רואים מעל הקשת קשת שנייה וחלשה, שבה הסדר הפוך, כי האור מוחזר בה פעמיים בתוך הטיפה.

למה לחפצים יש צבע

רוב החפצים לא מייצרים אור. אנחנו רואים אותם כי הם מחזירים אל העין את האור שפוגע בהם. חפץ בולע חלק מהצבעים ומחזיר את השאר, והצבע שאנחנו רואים הוא הצבע שהוחזר.

• עלה ירוק: מחזיר בעיקר אור ירוק, ובולע את רוב האדום והכחול.
• דף לבן: מחזיר את כל הצבעים.
• בגד שחור: בולע כמעט את כל הצבעים. האור שנבלע הופך לחום, ולכן בגד שחור מתחמם בשמש יותר מבגד לבן. עוד על זה במאמר על מעבר חום.

מסנן צבע, כמו צלופן אדום, עובד על אור שעובר דרכו: הוא מעביר רק אדום ובולע את כל השאר.

תרגיל פתור: חולצה אדומה באור ירוק

השאלה: בחדר חשוך מאירים בפנס ירוק על חולצה אדומה ועל חולצה לבנה. באיזה צבע תיראה כל חולצה? ומה יקרה אם נעביר אור לבן דרך מסנן אדום ואחריו דרך מסנן ירוק?

שלב 1, מה מגיע לחולצות: הפנס שולח רק אור ירוק. אין באור הזה אדום בכלל.

שלב 2, החולצה האדומה: היא מחזירה רק אדום ובולעת את שאר הצבעים, כולל ירוק. אין לה מה להחזיר, ולכן היא תיראה שחורה או כהה מאוד.

שלב 3, החולצה הלבנה: היא מחזירה כל צבע שפוגע בה. מגיע אליה רק ירוק, ולכן היא תיראה ירוקה.

שלב 4, שני מסננים: המסנן האדום מעביר רק אדום. המסנן הירוק מעביר רק ירוק, ולכן הוא בולע את האדום שהגיע אליו. בסוף לא עובר כמעט אור.

התשובה: החולצה האדומה נראית שחורה, הלבנה נראית ירוקה, ושני המסננים יחד חוסמים כמעט את כל האור. הצבע של חפץ תלוי גם באור שמאיר עליו.

ערבוב אורות וערבוב צבעים

אם מאירים על קיר לבן בפנס אדום, ירוק וכחול, במקום שבו שלושתם נפגשים רואים לבן, ואדום וירוק יחד נותנים צהוב. זה חיבור אורות: כל פנס מוסיף אור. כך עובד כל מסך, שבו כל נקודה בנויה משלוש נקודות זעירות, אדומה, ירוקה וכחולה.

בצבעים של מכחול ומדפסת זה הפוך. כל צבע בולע חלק מהאור, ולכן ערבוב של הרבה צבעים נותן כמעט שחור. במדפסת משתמשים בתכלת, מג׳נטה וצהוב.

איפה רואים את זה בחיים

• קשת בממטרה

  בבוקר שמשי עומדים עם הגב לשמש ומתיזים מים מצינור. בתוך הרסס מופיעה קשת קטנה, כי כל טיפה פועלת כמו מנסרה זעירה.

• מסך הטלפון

  טיפת מים קטנה על המסך פועלת כמו זכוכית מגדלת. דרכה אפשר לפעמים לראות שהמסך בנוי מנקודות זעירות באדום, ירוק וכחול.

• בגדים בקיץ

  בגד שחור בולע כמעט את כל האור שפוגע בו ומתחמם בשמש. בגד לבן מחזיר את רוב האור, ולכן נשאר קריר יותר.

שאלות נפוצות

למה השמיים כחולים?

האוויר מפזר לכל הכיוונים את האור הכחול הרבה יותר מאת האדום, ולכן מכל כיוון בשמיים מגיע אלינו בעיקר כחול. בשקיעה האור עובר דרך הרבה אוויר, הכחול מתפזר בדרך, ונשארים כתום ואדום.

כמה צבעים יש בקשת בענן?

הצבעים עוברים זה לזה ברצף, בלי גבול חד. ניוטון בחר למנות שבעה, ובחלק מהספרים מופיעים שישה. זו רק דרך לתת שמות.

למה צבעי היסוד במסך שונים מצבעי היסוד בציור?

במסך מחברים אורות, ולכן צבעי היסוד הם אדום, ירוק וכחול, ויחד הם נותנים לבן. בציור ובהדפסה כל צבע בולע חלק מהאור, ולכן משתמשים בתכלת, מג׳נטה וצהוב, ויחד הם נותנים כמעט שחור.

רוצים להתחיל את האור מהבסיס?

בקורס הפיזיקה לכיתה ז׳ יש פרק על אור: איך אור מתקדם בקו ישר, צללים וקרני אור. כל נושא מוסבר בסרטון, ולכל תרגיל בחוברת יש סרטון פתרון מלא. משלמים פעם אחת, והגישה ללא הגבלת זמן.

לקורס כיתה ז׳

או מתחילים בחינם: חוברת כיתה ז׳, להורדה