הדמות הנצפת במראות ובעדשות

כתבו: סמדר לוי, המרכז הארצי למורי הפיזיקה, וזהורית קאפח, צוות אל"פ
ייעוץ מדעי: ד"ר אסתר בגנו

בחודש האחרון הופיעו שתי שאלות "חושבים פיזיקה" בדף הבית העוסקות בנושא "דמות הנוצרת בעדשה מרכזת".
בשאלה הראשונה שאלנו על אחד המאפיינים של הדמות שנוצרת בעדשה מרכזת: האם היא ממשית או מדומה.


התשובה הנכונה היא: הדמות ממשית.
 
האור הנפלט מהעצם נשבר פעמיים כאשר הוא עובר דרך העדשה: כאשר הוא נכנס לעדשה ועובר מהאוויר לזכוכית שממנה עשויה העדשה, ושוב כאשר הוא יוצא מהעדשה לאוויר. בשל צורתה המיוחדת של העדשה, כדורית ודקה, היא מאפשרת היווצרות של דמות חדה וברורה.
דמות של עצם נקודתי הנוצרת ע"י עדשה מוגדרת כנקודת החיתוך של הקרניים הנשברות בעדשה, או של המשכי הקרניים הנשברות. דמות של עצם מורחב היא אוסף כל הדמויות של העצמים הנקודתיים שמהם בנוי העצם המורחב.
כאשר הדמות נוצרת בנקודת החיתוך של הקרניים הנשברות בעדשה הדמות נקראת "דמות ממשית". התרשימים* הבאים מתארים את האופן שבו נוצרת בעדשה מרכזת הדמות הממשית:

 

 כאשר הדמות נוצרת בנקודת החיתוך של המשכי הקרניים הנשברות (כמתואר בתרשים* הבא) הדמות נקראת "דמות מדומה".

האופי של הדמות הנוצרת בעדשה מרכזת תלוי במרחקו של העצם מהעדשה. נאפיין את מרחק העצם מהעדשה, u, בעזרת מרחק המוקד של העדשה f:

 מרחק העצם מהעדשה, u האופי של הדמות ביחס לעצם המקורי 

u<f 

 מדומה, ישרה, מוגדלת

 f<u<2f

 ממשית, הפוכה, מוגדלת

 u=2f

 ממשית, הפוכה, שווה בגודלה

 u>2f

 ממשית, הפוכה, מוקטנת

בהצצה בתמונת המכוניות ההפוכות שצילם עומר רוזנבאום ניתן לראות שהדמות שהתקבלה היא הפוכה ומוקטנת. מצב זה מתאים למתואר בשורה האחרונה בטבלה, מכאן שהדמות היא ממשית.

על מנת לבצע מדידות בניסויים בבית הספר אנחנו דואגים לקבל דמות ממשית על מסך.  אך האם המסך הכרחי על מנת לראות דמות ממשית?

התשובה הנכונה היא: ניתן לראות את הדמות אם מתבוננים ממקום מתאים מאחורי המקום שבו היה קודם המסך.
דרך אחת לראות דמות ממשית היא ע"י קבלתה על מסך. דרך נוספת היא ע"י התבוננות אל עבר העדשה כאשר העין נמצאת מאחורי המקום שבו נוצרת הדמות, כמוראה בתרשים*:

במקרה זה, אור שנפלט למשל מהנקודה A מגיע אל העין מהכיוון של A'. כלומר, על הרשתית של העין הצופה נוצרת בדיוק אותה דמות ממשית שהייתה נוצרת אילו הנקודה A שמפיצה את האור הייתה ב-A'.
נציין שדמות מדומה הנוצרת ע"י עדשה לא ניתן לקבל על מסך. בעוד שלמקום שבו נוצרת דמות ממשית מגיע אור, אל המקום שבו נוצרת דמות מדומה לא מגיע אור. אבל אל המקום שבו נמצאת העין כן מגיע אור, כפי שניתן לראות בתרשים* הבא:

דוגמאות למכשירים אופטיים נוספים בהם נוצרת דמות ממשית או דמות מדומה:
מראה מישורית: הדמות תמיד מדומה
מראה קעורה: הדמות מדומה רק כאשר מרחק העצם מהמראה קטן ממרחק המוקד של המראה. בכל מקרה אחר הדמות היא ממשית.
מראה קמורה: הדמות תמיד מדומה.
עדשה מפזרת: הדמות תמיד מדומה.

השאלה השלישית** עסקה בדמות הנוצרת במערכת מיראז'- מערכת מראות כדוריות.

התשובה הנכונה היא: כן.
עצם ניתן לראות מכל מקום (אלא אם משהו מסתיר אותו). את הדמות ניתן לראות רק מאזור מוגבל הנקרא בשם "שדה ראיה". כשנמצאים מחוץ לאזור זה לא ניתן להבחין בדמות, למרות שאין דבר המסתיר אותה.

התמונות שלפניכם צולמו במסגרת תחרות הצילום 2005.

לחצו על התמונה כדי לצפות בתמונות מתחרות הצילום 2005

בתמונה הימנית ניתן לראות דמות מדומה הנוצרת ע"י עדשה מפזרת שצולמה ע"י התלמידה אור חצור מאולפנת בני עקיבא בערד, ובתמונה השמאלית ניתן לראות דמות ממשית הנוצרת ע"י מראה קעורה שצולמה ע"י הודיה ליה טוגושב מאולפנת בני עקיבא בערד.

 
*מתוך הספר "מודלים של האור" מאת עדי רוזן.

** באדיבות ד"ר דוד זינגר.