המודל החלקיקי של האור

הגדרת המודל החלקיקי

אז מהו אור?

אחד מחוקרי תופעת האור המפורסמים ביותר בתקופת הרנסאנס היה אייזיק ניוטון. ניוטון אשר הגדיר במכאניקה הקלאסית את שלושת חוקי התנועה הנושאים את שמו התעניין מאוד גם בחקר תופעת האור ושאף לספק הסבר למהות האור.

בשנת 1704 הוא פרסם את ספרו "אופטיקה". בספר זה הציג ניוטון מודל לתופעת האור. לפי המודל לתופעת האור של ניוטון מורכבת קרן האור מחלקיקים קטנטנים מאוד שניתן לדמות אותם, למשל, לגולות משחק מיקרוסקופיים.

מדמיון מבני זה ניתן יהיה לצפות מקרן האור להתנהגות ולצייתנות פיזיקאלית דומה לזו של זרימה של גולות בקו ישר.

מודל זה עונה יפה על תופעת ההחזרה הנצפית כאשר קרן אור פוגעת במשטח החזרה. כאשר גולה חלקה פוגעת במשטח חלק היא מוחזרת ממנו בזווית החזרה השווה לזווית הפגיעה. תוצאה זו נובעת מהתנגשות אלסטית של הגולה במשטח. כך גם קרן האור, המורכבת לפי המודל החלקיקי מגולות זעירות, מוחזרת ממשטח ההחזרה בזווית החזרה השווה לזווית הפגיעה בו.

תופעת החזרה לפי המודל החלקיקי

המודל החלקיקי של האור שפיתח ניוטון ענה יפה על תופעת ההחזרה, אך בטחונו של ניוטון במודל שפיתח נשען במיוחד על תופעת שבירת האור הנצפית וההסבר שהוא סיפק לה בעזרת המודל החלקיקי שהוא פיתח.

תופעת השבירה של האור נצפית כאשר האור עובר מתווך מסוג חומר אחד לתווך מסוג חומר אחר. לפי ניוטון כאשר האור נע מאוויר למים החלקיקים שמהם עשויה קרן האור נמשכים לחלקיקי המים. משיכה זו דומה לתופעת כוח-הכבידה. המים הכבדים יותר מחלקיקי האור מושכים את האחרונים אליהם מכוח-הכבידה שלהם. כוח-הכבידה שהמים מפעילים פועל כמובן רק בכיוון האנכי למשטח המפגש של המים עם האוויר. כך קורה שבנקודת המפגש בין האוויר למים מקבלים כל חלקיקי האור רכיב מהירות בכיוון אנכי למים. כלומר, בהיכנסם לתוך המים מהירותם של חלקיקי האור גדלה. תוספת זו של רכיב המהירות בציר האנכי גורם לשינוי בכיוון התנועה של קרן האור העשויה חלקיקים בהיכנסה לתוך המים. בתוך המים עצמם, חלקיק האור מוקף כולו בחלקיקי מים מכל צדדיו, לכן סך כוחות המשיכה הפועלים עליו מבטלים זה את זו מכל עבר ושווה לאפס ולכן האצתם נפסקת.

תופעת השבירה לפי המודל החלקיקי

אך תופעת השבירה מלווה גם בהחזרה של חלק מקרן האור. לכך המודל החלקיקי התקשה לתת הסבר מניח את הדעת. כדי להסביר מדוע חלק מהחלקיקים חוזרים ואילו חלק מהם ממשיכים אל תוך התווך האחר ניתנו הסברים שונים ומשונים. פני משטח לא לגמרי חלקים יכולים להסביר מדוע חלק מהחלקיקים מוחזר וחלק לא. אפשרות אחרת שניתנה היא שאולי קיימת איזו תכונה לא ידועה בתוך החלקיק אור הגורמת לו באופן אקראי להיות מושלך חזרה או לא.

את תופעת הנפיצה של האור הלבן למרכיביו הסביר ניוטון בכך שלחלקיקים המרכיבים את האור יש מסה שונה בהתאם לתכונת הצבע שלהם. כך יוצא שאמנם בנקודת היציאה של קרן האור מהפריזמה פועל על החלקיקים אותו כוח הנובע מהבדל התווכים (מזכוכית לאוויר), אך בגלל שמסותיהם שונות האצתם ביציאה תהיה שונה ומכאן התפצלותם.

נפיצה לפי המודל החלקיקי

[לפרק הקודם | לפרק הבא]

[ עמוד ראשי - קרינה וחומר | קרינה וחומר - המודל החלקיקי של האור : תופעת האור | הגדרת המודל החלקיקי | הצדקת המודל החלקיקי | התערערות המודל החלקיקי | סיכום ]