קרני אור ופריסקופ





חומר רקע

האור הנו הבסיס ליכולתנו לראות את העולם הסובב אותנו. כל משטח מחזיר אור במידה מסוימת. דף של נייר לבן, למשל, בולע כחמישית מן האור הנופל עליו ואת כל שאר האור הוא מחזיר. האור המוחזר מן הנייר מתפזר לכל הכיוונים. מאידך אור הנופל על מראה מוחזר באופן אחיד וזאת מכיוון שפני המראה מלוטשת וחלקה.
הראי שבביתנו, אשר פניו הן משטח ישר, יכול לשמש לנו דוגמא של מראה מישורית, זהו לוח זכוכית מלוטשת, אשר צידה האחורי מצופה שכבת כסף, או לחילופין מתכת אחרת בעלת ברק. קרן אור הפוגעת בשכבת הכסף נוהגת ממש ככדור ביליארד הפוגע במעקה שולחן המשחק. הקרן נזרקת חזרה באותה זווית אשר בה פגעה. קרן אור הפוגעת במראה נקראת הקרן הפוגעת, בעוד שהקרן הנשלחת חזרה מהמראה נקראת הקרן החוזרת.
בדרך כלל אין אנו יכולים לראות את הנעשה מעבר לפינה, כיוון שהאור נע בקווים ישרים. לחוק זה יש יוצאים מן הכלל. אפשר לדוגמא לשנות את כיוון קרני האור באמצעות ראי, את קרני האור אפשר להטות בנסיבות מסוימות גם לפי עיקרון הידוע בשם שבירת האור בחיי היום יום. כפית הטבולה בכוס מים נראית כשבורה מתחת לפני המים. קערה מלאה במים נראית עמוקה פחות מאשר היא ריקה. בשני מקרים אלו על האור לעבור דרך שני חומרים (מים ואויר). המעבר מחומר אחד למשנהו, הוא גורם להטיית קרני האור. למים ולאויר תכונות שונות ביחס לאור. האור עובר באויר במהירות רבה יותר מאשר במים. ניתן לומר כי המים צפופים יותר מבחינה אופטית ביחס לאויר. קרני אור העוברות דרך האויר ופוגעות במים בזוית מסויימת, מאיטות לפיכך במפתיע את מהירותן.
פריסקופ
לעיתים נדרשים אנו להתבונן בנעשה מעבר לעצמים אטומים. מפקדה של צוללת השקועה במצולות ים צריך לעקוב אחר הנעשה מעל פני המים. אנשים הנמצאים בשולי קהל גדול רוצים לדעת את הנעשה מעבר לו. לעזרתם של אלו ומקרים אחרים שכאלו בא המכשיר הנקרא פריסקופ.
הפריסקופ מן הטיפוס הפשוט ביותר, אינו אלא צינור שבכל אחת מקצותיו קבועה מראת זכוכית מישורית. שתי מראות אלו מותקנות כאשר הן מקבילות זו לזו ויוצרות זווית של 45 מעלות עם ציר הצינור. בשעה שמכוונים מכשיר זה לעברו של מקור אור, פוגעות הקרניים היוצאות ממקור זה במראה העליונה. ממראה זו מוחזרות הקרניים על פי חוק ההחזרה, כך שהזווית בין הקרן המוחזרת והניצב למישור המראה, שווה לזה שבין הקרן הפוגעת ובניצב. מכיוון שהמראה העליונה קבועה בזווית של 45 מעלות לציר הצינור יהיו הקרניים מוחזרות בכיוון זה.
כתוצאה מכך יפגעו הקרניים המוחזרות במראה התחתונה ותוחזרנה ממנה אל עינו של הצופה שיראה, לפיכך את תמונתו של מקור האור. חסרונו של פריסקופ זה נעוץ בכך שהמראה מחזירה הן משפתה האחורית והן משפתה הקידמית וכתוצאה מכך עלולות להיווצר יותר מתמונה אחת של מקור.
משום חסרון זה נוהגים להשתמש בפריסקופ המכיל מנסרות ישרות זוית במקום מראות. משמעותה של מנסרה בתורת האור, היא גוף מוצק ושקוף שלחתכו צורת משולש.


כדאי לבצע מספר הדגמות לפני הניסוי

1. החזרת קרני אור ממשטחים שונים כגון: מראה שטוחה, נייר לבן, קרטון כהה (שחור).
2. הדגמות שבירה של עפרון בכוס מים.
3. הדגמות של אור וצל.
4. הדגמת הממד השונה במים ע"י השקעת מטבע בכוס מים והמחשת המיקום הנראה של המטבע לעומת מיקומה בפועל.
5. הדגמת שבירת קרני אור במעבר דרך חומרים שונים: עדשה קמורה ועדשה קעורה. בקבוק צר מלא במים כדומא לעדשה. כוס (יותר רחבה מהבקבוק) מלאה במים כדוגמא לעדשה, וכמובן מראה מלוטשת.


בניית פריסקופ

1. קרטון (שנחתך מראש על פי המידות לפי השרטוט המצורף)

2. 2 מראות שטוחות

3. נייר דבק

4. מד זווית

יש לחתוך את הקרטון על פי סימון הקו הרציף, וקיפול הקרטון יתבצע על פי סימון הקווים המקווקוים. כך שבסופו של תהליך יתקבל צינור בצורת מלבו ארוך בעל פתח אחד בכל קצה. את סגירת הצינור המלבני יש לבצע באמצעות נייר הדבק.
כעת יש להחדיר בזהירות את המראות למקומם כאשר הן מקבילות האחת לשניה ופונות זו לזו דרך החריצים שבקרטון. גם את המראות יש להצמיד למקומם באמצעות נייר הדבק.

והנה דוגמה לפריסקופ משוכלל יותר