אתר מורי פיזיקה - עמוד הבית

מושגי יסוד

א. יש להבהיר את ההבדל בין חזית הגל ובין כיוון ההתפשטות. יש להסביר מהו צילום סטרובוסקופי ומה ניתן למדוד בעזרתו.

ב. יש לעמוד על ההבדל בין גל ישר הנוצר על ידי מקור גלים ישר ובין גל מעגלי הנוצר על ידי מקור נקודתי. כדאי להדגים כבר בשלב זה גל מישורי שהופך למעגלי לאחר מעבר דרך חריצים שונים.

ג. עיקרון הויגנס מסביר את התקדמות הגל על ידי ההנחה שכל נקודה בחזית הגל מהווה מקור נקודתי לגל זהה לזה שמקור ההפרעה יוצר. עיקרון זה אכן מסביר תופעות הקשורות בגלים אך גם מעורר קשיים. עקרון הויגנס אינו חוק טבע כמותי, אלא מעין עקרון-על יעיל לגבי התהליך הגלי.

השוואה בין החזרה של גלי מים להחזרת אור

א. מומלץ לפתוח את הנושא בהדגמה, באמבט גלים, של גל ישר הנע לעבר מחסום ישר, מתנגש בו ומוחזר ממנו. מן ההדגמה נוכחים לדעת שמהלך הגל לעבר המחסום וחזרתו ממנו דומה מאוד למהלך אור הפוגע במראה ומוחזר ממנה.

ב. מומלץ להציג תצלום של גל ישר במהלך התנגשותו עם המחסום, או להתבונן ולהיווכח באמצעות סרטון וידאו או הדמיה שהזווית בין חזית הגל הפוגע לבין המחסום שווה לזווית שבין חזית הגל המוחזר לבין המחסום.

ג. יש להראות שזוויות הפגיעה והחזרה, כפי שהן מוגדרות עבור גלים, שוות בהתאמה לזוויות הפגיעה וההחזרה כפי שהוגדרו עבור אור.

ד. מומלץ לדון בהחזרה של גל מעגלי ממחסום ישר ולהשוותה ליצירת דמותו של מקור אור נקודתי באמצעות מראה מישורית.

השוואה בין מעבר גל מתווך אחד למשנהו למעבר אור מתווך לתווך

א. באמבט גלים, יש להראות שמהירות הגל במים רדודים תלויה בעומק המים, כלומר שני תחומים של מים שבהם עומק המים שונה יכולים לשמש שני תווכים שונים למעבר גלי מים. ניתן לבצע זאת לפי השלבים האלה:

1. לערוך ניסוי באמבט גלים, שבו גל ישר מחזורי עובר ממים עמוקים למים רדודים בזווית פגיעה השווה לאפס, לראות כי אורך הגל במים הרדודים קצר יותר, ומכאן להסיק כי מהירות הגל במים הרדודים נמוכה יותר.
2. לחזור על הניסוי כאשר זווית הפגיעה שונה מאפס, לצפות בשבירה ולהוכיח, על סמך עקרון הויגנס, כי מתקיים הקשר: .
3. להראותכי מקשר זה נובע כי בתווך שבו מהירות הגל נמוכה יותר – הזווית קטנה יותר, וזאת בהתאמה למה שקורה במעבר אור מתווך לתווך. כאן נוכחים שוב ביתרון בולט של מודל הגלים המכניים על פני המודל החלקיקי.
4. באמצעות מודל הגלים המכניים, יש להסביר את שבירת האור במעבר האור מתווך אחד למשנהו (למשל מאוויר לזכוכית).

השוואה בין נפיצת גלי מים לאור

א. מומלץ להדגים באמבט גלים נפיצה של גלים על ידי מעבר גל מחזורי ממים עמוקים למים רדודים בזווית פגיעה שונה מאפס, ולהיווכח ששיעור השבירה תלוי באורך הגל.

ב. יש לציין בפני התלמידים שתופעת הנפיצה מתקיימת גם באור, אך בהבדל מסוים: באור, ככל שאורך הגל קצר יותר – שיעור השבירה גדול יותר. (הגוון הסגול של האור משנה את כיוון התפשטותו בשיעור גדול מזה של הגוון האדום.) לעומת זאת, בגלי מים, ככל שתדירות הגל גבוהה יותר – שיעור שינוי הכיוון כתוצאה מהמעבר לתווך האחר נמוך יותר.