אור וצל לכיתה ג': מקורות אור, יצירת צל ושעון שמש

יצאתם פעם לחצר בצהריים חמים וניסיתם למצוא צל — ולא הצלחתם? הצל שלכם נעלם כמעט לגמרי! אבל בבוקר, אותו צל היה ארוך ומשוך לצד אחד. ובערב — ארוך לכיוון השני. מה קורה כאן? האור, הצל ושינוי מיקום השמשהם הנושא שנלמד היום — אחד הנושאים הכי מעשיים ויפים בכיתה ג', כי אפשר לראות אותו בכל יום, בחצר הבית, ברחוב, ובכל פינה בישראל — מנגב ועד גליל.

בתכנית הלימודים של משרד החינוך לכיתה ג' נלמד נושא "אור וצל" כחלק מיחידת "אור בסביבתנו". נכיר מקורות אור שונים, נבין מה גורם להיווצרות צל, ונגלה כיצד שינוי מיקום השמש משפיע על הצל — ואיך זה עזר לאנשים למדוד זמן לפני אלפי שנים.

מקורות אור — טבעיים ומלאכותיים

כדי שנוכל לראות דברים, אנחנו צריכים אור. אור יכול להגיע ממקורות שונים. מחלקים אותם לשתי קבוצות עיקריות:

• מקורות אור טבעיים — נוצרים בטבע, בלי שבני-אדם יצרו אותם. הדוגמה הגדולה ביותר היא השמש — כוכב ענק שפולט אור וחום. מקורות נוספים: ירח (חשוב להבין — הירח לא מייצר אור בעצמו! הוא מחזיר את אור השמש),ברק בסופת רעמים, ויש חיות שמאירות בעצמן כמו אור-לילה (firefly).
• מקורות אור מלאכותיים — בני-אדם המציאו אותם. לדוגמה:נורת להט (הנורה הישנה עם חוט מתכת), נורת LED (נורות החסכוניות בבית שלנו),פנס, מסך טלפון, מנורת רחוב ואש (נרות, מדורה).

דוגמה מהחיים: כשיש הפסקת חשמל בלילה, אנחנו מחפשים מייד פנס או נר. הדבר הראשון שאנחנו צריכים — זה מקור אור.

מה זה צל ואיך הוא נוצר?

צל הוא אזור חשוך שנוצר כאשר חפץ מונע מאור לעבור. כדי שייווצר צל, צריכים שלושה דברים: מקור אור, חפץ, ומשטח שעליו נופל הצל.

אבל לא כל חפץ יוצר צל באותו אופן. הכל תלוי במה שנקרא שקיפות:

• חפצים אטומים — לא מעבירים אור בכלל. הם יוצרים צל כהה וברור. דוגמאות: לבנה, ספר, עץ, קיר. אם עומדים מאחורי עץ — הצל שלהם מוגדר.
• חפצים שקופים — מעבירים את רוב האור. הם כמעט לא יוצרים צל. דוגמאות: זכוכית נקייה, מים צלולים. תסתכלו על חלון הזכוכית — הוא כמעט לא מטיל צל.
• חפצים שקופים למחצה (מעורפלים) — מעבירים חלק מהאור, אבל לא הכל. יוצרים צל חלש ומטושטש. דוגמאות: נייר שמן, וילון דק, עלה דק של צמח.

נסו בבית: קחו דף נייר רגיל, דף נייר שמן ושקית ניילון שקופה. החזיקו אחד אחד נגד אור פנס. ראו איזה מהם מטיל צל כהה יותר!

הצל משתנה לפי מיקום השמש

השמש לא עומדת במקום. כל יום היא "עוברת" בשמיים — זורחת ממזרח בבוקר, מגיעה לגובה הכי גבוה בצהריים, ושוקעת במערב בערב. בארץ ישראל, השמש בצהריים נמצאת לכיוון הדרום (ולא ישר מעלינו).

כיצד זה משפיע על הצל?

• בבוקר מוקדם: השמש נמוכה ממזרח — הצלים ארוכים מאוד לכיוון מערב. אם עומדים ממוקד מול השמש בבוקר, הצל שלכם יימשך רחוק מאחוריכם.
• בצהריים: השמש גבוהה בשמיים לכיוון דרום — הצלים קצרים מאודונופלים לצד הצפון. כמעט אי-אפשר לברוח מהשמש.
• בערב: השמש נמוכה ממערב — הצלים שוב ארוכים, הפעם לכיוון מזרח.

כלל פשוט: ככל שהשמש נמוכה יותר בשמיים — הצל ארוך יותר. ככל שהשמש גבוהה יותר — הצל קצר יותר.

דוגמה ישראלית: בחופי ים תיכון בישראל, בקיץ בצהריים, הצלים כמעט נעלמים לגמרי. לכן כדאי לשבת תחת שמשייה — הצל של גוף האדם עצמו לא מספיק להגנה!

שעון שמש — ממציאת עתיקה שעדיין עובדת

לפני אלפי שנים, לבני-אדם לא היו שעונים. איך הם ידעו מה השעה? הם השתמשו בשעון שמש — מכשיר שמודד זמן לפי מיקום הצל.

שעון שמש פשוט מורכב ממוט זקוף (שנקרא גנומון) ומלוח עם סימוני שעות. כשהשמש זורחת ועוברת בשמיים, הצל של המוט "מסתובב" לאט על הלוח — ממיקום אחד לשעה מסוימת, למיקום אחר לשעה אחרת.

שעוני שמש בישראל: ניתן למצוא שעוני שמש עתיקים מהתקופה הרומית בחפירות ארכיאולוגיות בכל רחבי הארץ — בבית שאן, קיסריה וירושלים. המצרים הקדמונים, שחיו ממש ליד ישראל, המציאו את שעון השמש לפני יותר מ-3,500 שנה.

חיסרון של שעון שמש: הוא עובד רק בשעות יום ורק כשהשמש זורחת. בעלות עננים, בלילה, ובחורף כשהשמש נמוכה — קשה להשתמש בו. לכן המציאו אחר-כך שעוני מים (קלפסידרה) ולבסוף שעוני מכאניים.

ניסוי ביתי: מדידת הצל בשעות שונות

זה אחד הניסויים הכי פשוטים ומרתקים שאפשר לעשות — וממנו תבינו בדיוק איך עובד שעון שמש.

מה צריך: יתד או עט ארוך, אבנים קטנות, פיסת קרטון גדולה (או ריצוף חצר), טוש.

שלבים:

1. בחרו מקום בחצר או על מרפסת שמוצפת שמש בשעות שונות ביום.
2. הניחו קרטון שטוח על הרצפה. תקעו עט או יתד זקוף במרכזו (אפשר לקבע עם טבלה של פלסטלינה).
3. בכל שעה (למשל 8:00, 10:00, 12:00, 14:00, 16:00) — סמנו בטוש את קצה הצל. כתבו ליד הסימן את השעה.
4. בסוף היום, מדדו בסרגל כמה ארוך הצל בכל שעה. מלאו טבלה פשוטה:
   שעה | אורך הצל (ס"מ) | כיוון הצל
5. ענו על השאלות: באיזו שעה הצל הכי קצר? לאיזה כיוון הצל מצביע בצהריים?

מה תגלו? הצל בצהריים יהיה הכי קצר ויצביע לכיוון צפון (כי השמש מדרום). בבוקר הצל יצביע מערבה, ובערב — מזרחה. בלי לדעת, יצרתם לעצמכם שעון שמש אמיתי!

שאלות שילדים בכיתה ג שואלים — עם תשובות

האם הירח הוא מקור אור?

הירח לא מייצר אור בעצמו — הוא מחזיר אור שמגיע אליו מהשמש, כמו מראה ענקית. לכן הירח נחשב למקור אור משני, לא ראשוני. בלילה שהשמש שוקעת, הירח מאיר כי הוא עדיין "רואה" את השמש מהצד השני.

למה בצהריים הצל כל-כך קצר?

כי בצהריים השמש נמצאת גבוה מאוד בשמיים — כמעט ישר מעל הראש (אם כי בישראל היא נוטה קצת לכיוון הדרום). כשהאור מגיע כמעט מלמעלה, הצל נופל בדיוק מתחת לחפץ ומאוד קצר. זה כמו להאיר עם פנס ישר מלמעלה — הצל מתכווץ.

מה ההבדל בין חפץ שקוף לחפץ אטום?

חפץ שקוף (כמו זכוכית) מעביר את רוב האור דרכו, ולכן כמעט לא מטיל צל. חפץ אטום (כמו קיר אבן) לא מעביר אור בכלל — הוא בולע אותו או מחזיר אותו, ויוצר צל כהה וברור.

האם שמש חייבת להיות כדי שיהיה צל?

לא חייבים שמש — כל מקור אור יכול ליצור צל. פנס, נורה, נר — כולם יוצרים צל. אפילו בחדר חשוך עם נר אחד, הצלליות על הקיר הן בדיוק צלים שנוצרו מהלהבה.

למה בחורף הצלים ארוכים יותר מבקיץ?

בחורף, השמש לא עולה גבוה בשמיים כמו בקיץ — היא נשארת נמוכה יחסית כל היום. שמש נמוכה = צלים ארוכים. בישראל בחורף השמש עולה לגובה מקסימלי נמוך יותר, ולכן גם בצהריים הצלים ארוכים יותר.

איך שעון שמש עוזר לדעת מה השעה?

בשעות שונות של היום, השמש נמצאת במיקום שונה בשמיים. מיקום שונה של השמש = כיוון שונה וגודל שונה של הצל. על ידי סימון מראש איפה הצל נמצא בכל שעה, אפשר "לקרוא" את השעה מהצל.

אור וצל נמצאים איתנו כל יום — בכל פינה בישראל, מהנגב עד הכינרת, מים תיכון עד ים המלח. עכשיו שאתם מבינים מה מקורות האור, מה גורם לצל, ואיך השמש משנה אותו לאורך היום — תתחילו לשים לב לצל שלכם בכל יציאה החוצה. כדאי לנסות את ניסוי מדידת הצל, ולהמשיך לחקור כוחות ותנועה בתרגילי המדע באתר.