מבוא:

בחרנו בתופעות צבעוניות כנושא עבודת המחקר שלנו כיוון שרצינו להבין כיצד קשתות נוצרות ולהבין כיצד הצבעים שאנחנו רואים בהן נוצרים. בעיקר סיקרנו אותנו "חומרים הולוגרפיים" (חומרים המחזירים אור בצבעים שונים, נפוצים בתעשיית הטקסטיל), רצינו לגלות כיצד הם עובדים; ומדוע בכל זווית אנו רואים צבע שונה. לפני שהתחלנו במחקר למדנו על ראיית צבעים, ומה גורם לנו לראות צבעים שונים. כללנו הסבר על ראיית הצבעים ברקע התיאורטי.

מטרות המחקר ושאלות המחקר:

מטרת המחקר היתה להבין כיצד הצבעים שאנחנו רואים נוצרים.

שאלות החקר שחקרנו:

1. למדוד את זוית היציאה של קרן אור צבעונית כתלות בזוית הכניסה (חוק סנל לצבעים)
2. מדידת המרחק בין נקודת השפל בתמונת התאבכות כתלות בזמן המחזור (התאבכות)

עקרונות פיזיקליים מרכזיים

האופי הגלי של האור, מושגי יסוד בגלים (משרעת, אורך גל, זמן מחזור, פאזה), ראיית צבעים, בליה והחזרהחוק סנל, התאבכות, שבירה ונפיצה

ניסויים מקדימים:

1. התבוננות בדיסק מחשב (CD) כדוגמא לחומר שהופך לצבעוני בנוכחות אור לבן
2. חוק סנל
3. מדידת מהירות האור באמצעות מיקרוגל

ניסוי מרכזי:

1. סנל בצבעים
2. התאבכות באמבט גלים
3. התאבכות אור בבועות סבון

מהלך המחקר

בהמשך להתנסות בחוק סנל עם אור בתדר יחיד, רצינו לבדוק אם מקדם השבירה של קרני אור מושפע מתדר האור, ולהמחיש את תופעת הנפיצה. ההשערה שלנו היתה שקרני האור העוברים דרך גוף הפרספקט יישברו בזויות שונות.

העברנו קרני לייזר בשלושה צבעים :אדום 660nm, סגול 504nm וירוק 523nm, דרך חצי גליל של פרספקס שנמצא במרחק קבוע מהקיר שממול. מדדנו את המרחק בין נק' הפגיעה של הצבעים השונים. 

תוצאות הניסוי הראשון:

ניתן לראות כי עבור אורך הגל האדום ישנה נק' הסוטה מישר הריגרסייה כלפי מטה, ועבור אורך הגל הירוק התקבלו שתי נק' שגבוהות משמעותית מהישר. הנקודות הללו הן כנראה הסיבה להבדלים המשמעותיים בשיפועי הישרים שהתקבלו. ננסה להציג את ישרי הריגרסייה בלעדיהם. תיקון נוסף שנבצע הוא העברת הישרים דרך ראשית הצירים, היות ולפי הנוסחה בזוית כניסה 0 נקבל זוית יציאה 0.

מטרת הניסוי השני היתה: מתוך התבוננות בCD בניסוי המקדים שערכנו, עלתה השאלה מדוע מוקרנת על הCD אלומת אור אחת, אך על הקיר מופיעות כמה נקודות. אחת ההשערות שעלו הייתה שהתופעה דומה לזרם של מים שמתפצל כאשר מכשול ניצב בנתיב הזרימה. מתוך ההשוואה הזו, רצינו לבדוק האם התנהגות גלי מים דומה להתנהגות גלי אור.ההשערה שלנו היתה שהתלות של המרחק בין נק' המקסימום בתמונת ההתאבכות בתדירות הגל מקירוב יאנג לזוויות קטנות היא:

מטרת הניסוי בשלישי היתה לנסות ולהבין תופעות צבעוניות שקורות בקרומים דקים, להעריך את עובי הקרום. ההשערה שלנו היתה שכדי לקבל התאבכות בונה עם קרן-D הפרש הדרכים שעושה קרן-G חייב להיות חצי אורך גל, ומ  כיוון שהקרן G עוברת פעמיים דרך הקרום ובחזרה, עובי הקרום חייב להיות (אנו מזניחים את זווית התנועה):

צילמנו קרום סבון באור לבן ובאור מונוכרומטי אדום ( LED) באורך גל של 660nm. השתמשנו בקופסה מלבנית צבועה בשחור, כדי שהחזרת האור מהקופסה תהיה מינימלית, ונוכל לראות את התאבכות הקרניים ללא הרבה החזרות

לפי התאוריה ככל שקצב ההתעבות קטן יותר אורך מופע הצבע יהיה ארוך יותר, במהלך הניסוי ראינו שבאמת בפסגת הקרום אורך הופעת הצבע היה ארוך יותר וככל שירדנו בקרום כך כם עלה קצב ההתעבות שלו כלומר אורך מופעי הצבע קצרים.

דיון ומסקנות:

במהלך העבודה הכרנו את המושגים: ספקטרום האור הנראה, משרעת, אורך גל, תדירות, זמן מחזור, פאזה וחוק סנל. חקרנו גורמים שונים לתופעות צבעוניות כמו: תופעת הבליעה וההחזרה, תופעת הבליעה והמעבר, התאבכות ותופעת הנפיצה. גילינו שכל תופעה מייצרת לנו אור וצבע בצורה שונה, ובנוסף תופעות אלו עזרו לנו להבין יותר טוב איך אנו רואים צבעים שונים וקשתות בטבע. הבנת תופעות אלו עזרה לנו להבין מה קורה בכל אחד מהניסויים שביצענו.

ביבליוגרפיה:

1. Refractive Info website https://refractiveindex.info/?shelf=3d&book=plastics&page=pmma
2. ויקיפדיה "התאבכות" https://he.wikipedia.org/wiki/%D7%94%D7%AA%D7%90%D7%91%D7%9B%D7%95%D7%AA
3. ויקיפדיה "שבירה" https://he.wikipedia.org/wiki/%D7%A9%D7%91%D7%99%D7%A8%D7%94
4. ויקיפדיה "החזרה גמורה" https://he.wikipedia.org/wiki/%D7%94%D7%97%D7%96%D7%A8%D7%94_%D7%92%D7%9E%D7%95%D7%A8%D7%94
5. קרינה וחומר, ד"ר דוד זינגר 2006, 125-130
6. ויקיפדיה "מהירות האור"
7. ויקיפדיה באנגלית , Dispersion https://en.wikipedia.org/wiki/Dispersion_(optics)#Material_dispersion_in_optics
8. color and film thickness . soap bublle wiki/ https://soapbubble.fandom.com/wiki/Color_and_Film_Thickness
9. A study of generation and rupture of soap films Saulnier, L. Champougny, G. Bastien, F. Restagno, D. Langevin et E. Rio Soft Matter, 10, 2899-2906, (2014).