שבירת אור

מתוך Astropedia

קפיצה אל: ניווט, חיפוש
דוגמא לשבירת אור במים וזכוכית. דמות הקש נראית לא רציפה כתוצאה משבירת האור.
דוגמא לשבירת אור במים וזכוכית. דמות הקש נראית לא רציפה כתוצאה משבירת האור.

שבירת אור (באנגלית: Light Refraction) מתרחשת כאשר קרינה אלקטרומגנטית (למשל אור נראה) עובר מתווך אחד לתווך אחר ומשנה את כיוון תנועתו. למשל כאשר אור עובר מאוויר לזכוכית או כאשר אור חודר מהחלל לאטמוספרה של כדור הארץ (ראו גם: עדשה, שבירת אור באטמוספרה של כדור הארץ). טלסקופים שוברי אור מבוססים על תופעה זו.


תוכן עניינים

שבירה ועיקרון הפעולה המינמלית

דוגמא סכמטית לאופן שבירת האור בתווך וחוק סנל.
דוגמא סכמטית לאופן שבירת האור בתווך וחוק סנל.

תופעת השבירה מתרחשת בהתאם לעיקרון פיזיקלי יסודי הנקרא עיקרון הפעולה המינימלית או עיקרון פרמה (Fermat's principle). בין היתר קובע העיקרון, שקרינה אלקטרומגנטית תעבור מנקודה אחת לנקודה שניה במסלול שבו זמן המעבר בין שתי הנקודות הינו הקצר ביותר. היות שבתווכים שונים מהירות האור שונה ונמוכה ממהירות האור בריק (299,792.458 ק"מ לשנייה) אזי האור משנה את כיוון תנועתו על מנת שישלים את הדרך בזמן הקצר ביותר.

חוק סנל

באיור העליון משמאל, אור נע מנקודה A לנקודה B. באזור הירקרק מהירות האור גדולה ממהירות האור באזור הצהוב. המסלול שבו האור יגמא את הדרך מהנקודה A לנקודה B בזמן הקצר ביותר מתואר ע"י הקו השחור השלם. היחס בין מהירות האור בריק למהירות האור בתווך נקרא מקדם השבירה של החומר או מקדם שבירה (Refraction index) ומסומן באות n. בשל עיקרון הפעולה המינמלי, ניתן להראות כי זווית הכניסה של האור לאזור המחבר בין שני התווכים (a) וזווית היציאה (b), ביחס לאנך למשטח השובר, מקיימות את חוק סנל (Snell law) הניתן ע"י הנוסחא:

n_{1}\sin{\alpha}=\,n_{2}\sin{\beta}

חוק סנל התגלה ע"י סניליוס ווילברורד ( Willwbrord Snel van Royen) בשנת 1621.

מאחר ומהירות האור בחומר תלויה באורך הגל (היחס המתאר את התלות של מהירות האור בחומר באורך הגל נקרא יחס נפיצה). על כן מקדם השבירה של החומר גם הוא תלוי באורך הגל. לדוגמא, מקדם השבירה של אור כחול גדול מזה של אור אדום ועל כן זווית השבירה שלו גדולה יותר (תופעה זו גורמת לאברציה כרומטית בטלסקופים).


בתמונה התחתונה משמאל ניתן לראות דוגמא לשבירת אור במים וזכוכית. דמות הקש המונח בתוך כוס המים איננה נראית רציפה (כאשר הקש נכנס לתוך המים, נראה כי הוא ממשיך בנקודה אחרת). תופעה זו נגרמת ע"י שבירת האור במים ובזכוכית. תופעת השבירה גורמת בין היתר לכך שעצמים שמימים נראים לנו גבוהים יותר ביחס לאופק מאשר גובהם האמיתי (ראו: שבירת אור באטמוספרה של כדור הארץ וזריחה, שקיעה ודמדומים).

מקדמי שבירה של חומרים שונים

בטבלה משמאל מובא מקדם השבירה בחומרים שונים ובזכוכיות אופטיות המשמשות לייצור עדשות אופטיות:


מקדמי שבירה של חומרים שונים
סוג החומר (בלחץ של אטמוספרה אחת) טמפרטורה (צלסיוס) אורך גל (אנגסטרם) מקדם שבירה
אוויר 24 3000 1.00029
אוויר 24 5000 1.00028
אוויר 24 10000 1.00027
חנקן מולקולרי 24 5000 1.00032
מים מזוקקים 24 3000 1.359
מים מזוקקים 24 4000 1.343
מים מזוקקים 24 5000 1.336
מים מזוקקים 24 6000 1.333
מים מזוקקים 24 7000 1.330
מים מזוקקים 24 10000 1.325
מתנול (CH3OH) 24 5000 1.345
זכוכית (BK7) 24 3000 1.553
זכוכית (BK7) 24 5000 1.521
זכוכית (BK7) 24 8000 1.511
זכוכית (BAK1) 24 5000 1.578
זכוכית (BAF10) 24 5000 1.678
זכוכית מסיליקה מותכת 24 5000 1.462
זכוכית (SF5) 24 5000 1.685
זכוכית (SF11) 24 5000 1.803
זכוכית (AMTIR-1) 24 5000 2.559
זכוכית (AMTIR-3) 24 5000 2.623
יהלום 24 5000 2.432
גליצרין 24 5000 1.473
אצטון 24 5000 1.36
קרח 24 5000 1.31



ראו גם

הרצאות וידאו

קישורים חיצוניים

ספרות מקצועית


מחברים


ערן אופק

כלים אישיים