La שבירה אופטית זוהי תופעה המתרחשת כאשר האור נופל באלכסון על משטח ההפרדה של שני אמצעים, כך שהאור משנה כיוון ומהירות. הוא נמצא בשימוש נרחב באופטיקה ובפיזיקה כמו גם באסטרונומיה.
לכן, אנו הולכים להקדיש מאמר זה לספר לכם את כל מה שאתם צריכים לדעת על שבירה אופטית, מאפייניה וחשיבותה.
מהי שבירה אופטית
שבירה אופטית מתייחסת להעברת גלי אור ממדיום חומרי אחד למשנהו במהלך תהליך ההתפשטות, ואז כיוונם ומהירותם משתנים מיד. זהו תהליך הקשור להחזרת האור ויכול להתבטא בו זמנית.
אור יכול לנוע במדיה חומרית כגון ואקום, מים, אוויר, יהלומים, זכוכית, קוורץ, גליצרין וחומרים שונים שקופים או שקופים. בכל מדיום, האור נע במהירויות שונות.
לדוגמה, האור נשבר בעת נסיעה מאוויר למים, כאשר זווית ומהירות הנסיעה משתנות. האלמנטים הבאים משתתפים בכל תופעה של שבירת אור:
- ברק מקרי: הקרן שמגיעה לפני השטח בין שני המדיה.
- קרן נשברת: קרן אור שמתכופפת כאשר גל עובר על פני משטח.
- נוֹרמָלִי: קו דמיוני בניצב לפני השטח, שנקבע מהנקודה שבה שתי קרניים נפגשות.
- זָוִית פְּגִיעָה: הזווית בין הקרן הפוגעת לנורמלי.
- זווית שבירה: הזווית בין הקרן השבורה לנורמלי.
תופעת שבירה אופטית
כאשר אור נופל על משטח המפריד בין שני אמצעי תקשורת, כגון אוויר ומים, חלק מהאור הנכנס מוחזר, בעוד חלק אחר נשבר ועובר דרך המדיום השני.
בעוד שתופעת השבירה חלה בעיקר על גלי אור, המושגים חלים על כל גל, כולל קול וגלים אלקטרומגנטיים.
החוקים שהסיק הויגנס, השולטים בתנועת כל הגלים, מתגשמים:
- התקרית, הקרניים המוחזרות והנשמרות נמצאות באותו מישור.
- זווית הפגיעה וזווית ההשתקפות שוות., הבנת על ידי כך את הזוויות שנוצרות על ידי הקרן הנכנסת והקרן המשתקפת, בהתאמה, בניצב למשטח ההפרדה שצויר בנקודת הפגיעה.
מהירות האור תלויה בתווך שדרכו הוא עובר, עבור כך שככל שהחומר צפוף יותר, כך מהירות האור איטית יותר ולהיפך. אז כאשר האור עובר ממדיום פחות צפוף (אוויר) למדיום צפוף יותר (זכוכית), קרני האור נשברות קרוב לנורמה, כך שזווית השבירה תהיה פחותה מזווית הפגיעה.
באופן דומה, אם קרן אור עוברת ממדיום צפוף יותר למדיום פחות צפוף, ישתקף מהרגיל, כך שזווית הפגיעה תהיה קטנה מזווית השבירה.
משמעות
כבר הזכרנו ששבירה אופטית היא תופעה פיזיקלית המתרחשת כאשר אור עובר ממדיום אחד למשנהו בצפיפות שונה. לתופעה זו חשיבות רבה בחיי היומיום שלנו ובתחומים שונים של מדע וטכנולוגיה.
אחת הדוגמאות הנפוצות ביותר לשבירה אופטית היא היווצרות קשתות בענן. כאשר אור השמש עובר דרך טיפות מים באטמוספרה, האור נשבר ומתפזר באורכי גל שונים, וכך נוצר ספקטרום הצבעים שאנו רואים בקשתות בענן. תופעה זו משמשת גם באופטיקה של עדשות ובייצור מכשירים אופטיים, כגון עדשות מצלמה, מיקרוסקופים וטלסקופים.
בנוסף, שבירה אופטית היא בסיסית בתיקון הראייה האנושית. כאשר האור חודר לעין שלנו, הוא נשבר דרך הקרנית והעדשה ליצירת תמונה על הרשתית. אם העין אינה שוברת אור כראוי, היא עלולה לגרום לבעיות ראייה כגון קוצר ראייה, רוחק ראייה ואסטיגמציה. עדשות מגע מתקנות את בעיות השבירה הללו ומאפשרות שבירה נכונה של האור לתוך העין.
בתעשייה משתמשים בשבירה אופטית בייצור חומרים שקופים ובמדידה של ריכוז התמיסות. ברפואה, שבירה אופטית משמשת למדידת צפיפות ושבירה של רקמות ביולוגיות, המאפשר גילוי מוקדם של מחלות.
ללא שבירה אופטית, הדמיה, תיקון ראייה, ייצור של עדשות ומכשירים אופטיים אחרים, גילוי מחלות והתקדמות מדעית וטכנולוגית רבות אחרות לא היו מתאפשרות לשפר את איכות החיים שלנו.
דוגמאות לשבירה אופטית
כמה דוגמאות נפוצות של שבירה אופטית ניתן למצוא בתופעות הבאות:
- כפית בכוס תה: כשאנחנו שמים כפית בכוס תה, אנחנו יכולים לראות איך היא מתפוררת. ההשפעה של שבירה של האור היא המייצרת את האשליה האופטית הזו. אותה תופעה מתרחשת כאשר אנו שמים עיפרון או קשית למים. אשליות מעוקלות אלו נוצרות עקב שבירת האור.
- קשת בענן: קשתות בענן נגרמות משבירת האור כאשר הוא עובר דרך טיפות מים זעירות התלויות באטמוספרה. כאשר האור חודר לאזור זה, הוא מתפרק ויוצר אפקטים צבעוניים.
- הילה שמש: זוהי תופעה דמוית קשת בענן המתרחשת בחלקים מסוימים של הגלובוס או בתנאים אטמוספריים מאוד ספציפיים. זה נוצר כאשר חלקיקי קרח מצטברים בטרופוספירה, שוברים אור ומפרקים אותו, מה שמאפשר להבחין בין הטבעות הצבעוניות סביב מקורות האור.
- האור נשבר ביהלום: יהלומים גם שוברים את האור, מחלקים אותו למספר צבעים.
- משקפיים ומשקפיים מגדלת: משקפי ההגדלה והעדשות שאנו משתמשים בהם מבוססים על עקרון שבירת האור, מכיוון שעליהם ללכוד את האור ולעוות את התמונה כך שניתן לפרש אותה בעין בלתי מזוינת.
- שמש בים: אנו יכולים לראות את אור השמש משנה זווית ומהירות, ומתפזר כשהוא עובר על פני השטח ויוצא לים.
- אור דרך ויטראז': שבירת האור מתרחשת גם דרך זכוכית או קריסטל, המסננים את האור ומפזרים אותו לסביבה.
אני מקווה שבעזרת המידע הזה תוכלו ללמוד עוד על נסיגה אופטית ומאפייניה.