Optik - läran om ljuset Hur ljus utbreder sig Hur ljus reflekteras Hur ljus bryts Hur ögat uppfattar ljus Annika Adolfsson

LJUSKÄLLA För att kunna se något måste det finnas en ljuskälla En ljuskälla är ett föremål som sänder ut ljus när föremålet är varmt: tex solen, stearinljus eller en glödlampa Ljus är en form av energi. Energi kan aldrig försvinna bara omvandlas till andra former. I solen är det fusion som skapar energin I stearinljuset är det stearinet och i glödlampan är det den elektriska strömmen

Sänder ögat ut synstrålar? Nej, då skulle vi ju se i mörker (när det är helt mörkt). Men förr trodde man så! Ögat ser för att ljuset från ljuskällor studsar (= reflekteras) på de föremål vi ser. Annika Adolfsson

Ljusets fart Ljus behöver ingen materia för att kunna breda ut sig. Solljuset kommer fram till jorden trots att det är vakuum i rymden. Ljusets hastighet är 300 000 km/s i vakuum/luft. Ljuset går långsammare i tätare ämnen: I vatten:225 000km/s I glas: 200 000 km/s Annika Adolfsson

Ljusets dubbla natur Man kan föreställa sig ljuset på två sätt: 1) som en vågrörelse 2)som en partikel Ibland fungerar det ena sättet bättre, ibland det andra! Annika Adolfsson

Ljus som en våg Elektromagnetisk våg: ström i en ledare ger magnetism en magnet som rör sig ger ström Elektromagnetiska vågor är t ex ljus, radiovågor, gammastrålning, mikrovågor Annika Adolfsson

Hur rör sig ljuset? Ljuset rör sig rätlinjigt, dvs det kan inte gå runt hörn. Det är därför det blir skuggor. Ljus ritas som räta linjer med en pil på så man ser riktningen: Annika Adolfsson

LABB: Reflektera ljus på olika sätt Reflektion på plana ytor, t ex plan spegel: Reflektion på ojämna ytor, t ex papper: Annika Adolfsson

Reflexer En bra reflex reflekterar nästan allt ljus. Mörka kläder reflekterar nästan inget ljus. Om du har mörka kläder upptäcker en bil med halvljus dig på 20-30 meters avstånd Om du har ljusa kläder syns du från 60 meter. Om du bär reflex ser bilen dig redan på 125 meters avstånd. Annika Adolfsson

Reflektionslagen Infallsvinkel = reflektionsvinkel Spegel R I Normalen ritas alltid 90° mot spegeln

Ljus bryts Varför blir det så här? Annika Adolfsson

Brytning i olika medium. Asfalt Lera

Brytning i olika medium. Asfalt Lera

Jämför med ljuset Ljuset är en våg Ljuset går långsammare i vatten än i luft Annika Adolfsson

Brytning i olika medium. Regel En ljusstråle som går från ett tunnare medium till ett tätare bryts mot normalen R I Tunt medium (t ex luft) Normal: vinkelrät mot gränsen mellan materialen I = infallsvinkel R = reflektionsvinkel B = brytningsvinkel Tätare medium ( t ex vatten eller glas) B

Brytning i olika medium. Regel En ljusstråle som går från ett tätare medium till ett tunnare bryts från normalen Brytning i olika medium. Tunt medium B Tätare medium I R

Brytning i glasprisma. Ljuset går från luft - till glas - till luft Ljusstrålen bryts två ggr. Vid första tillfället mot normalen andra tillfället från normalen (se fig)

Sugröret s 233 i boken. Annika Adolfsson

Alltså:brytningsvinkeln blir mindre än infallsvinkeln. Det beror på att ljus har lägre hastighet i vatten än i luft. Föremål ser ut att vara avbrutna eller närmare ytan än de egentligen är. Annika Adolfsson

Totalreflektion Kan ske när ljus går från optiskt tätare till optiskt tunnare medium. Se bild på dykaren i boken. När infallsvinkeln blir större än 50 grader reflekteras allt ljus tillbaka ner i vattnet = totalreflektion. Obs ingen brytning när ljuset går in vinkelrätt mot vatten/luftyytan Annika Adolfsson

Totalreflektion Används i fiberoptik – när vi skickar ljus i fibrer, t ex vid överföring av signaler till datorer. Annika Adolfsson

Linser Ett glas- eller plaststycke som har böjd form. Används i t ex glasögon, kikare, förstoringsglas, mikroskop. Ljuset bryts på ett regelbundet sätt. Annika Adolfsson

Positiv lins Positiv lins kallas också konvex lins eller samlingslins (den samlar strålarna) Tjockast på mitten Annika Adolfsson

bBbryts Brytning i positiva linser Konvex lins Konvex lins Brännpunkt/Fokus

Positiva linser ger förstorad bild och används Brännvidd = avstånd mellan linsens mitt och brännpunkten Konvex lins Brännpunkt/Fokus Positiva linser ger förstorad bild och används exempelvis i förstoringsglas och i glasögon för översynta.

Negativ lins Negativ lins kallas också konkav lins eller spridningslins (sprider strålarna) Tunnast på mitten Om den är märkt -20 så är brännvidden 20 cm. Annika Adolfsson

Negativa linser Konkav lins Fokus/brännpunkt Ger förminskad bild och används exempelvis i glasögon för närsynta

Laboration ”När ljus träffar en lins” Annika Adolfsson

Speglar En spegel är en plan och jämn glasskiva. På baksidan är glaset överdraget med ett tunt metallskikt (Al eller Ag). Metallskiktet reflekterar i stort sett allt ljus. Reflektionslagen gäller. Bilden blir spegelvänd. Annika Adolfsson

Buktiga speglar En spegel som har den blanka sidan inåt i en buktig spegel kallas KONKAV En spegel som har den blanka sidan utåt i en buktig spegel kallas KONVEX

Hur ljus reflekteras Konkav spegel Brännpunkt/Fokus

Konkav spegel Ger förstorad bild. Används i smink- och rakspeglar. En parabolantenn är en konkav spegel. I brännpunkten sätter man enheten som fångar upp signalerna. Brännpunkt/Fokus

Bilstrålkastare Helljus: Om vi placerar en liten ljuskälla i brännpunkten till en konkav spegel, kommer spegeln sända tillbaka ett knippe parallella ljusstrålar. Halvljus: En annan glödtråd kopplas in Den är avskärmad så den belyser bara spegelns övre del. Strålarna reflekteras då så att de träffar vägen närmare bilen. Annika Adolfsson

Konvex spegel Ger förminskad bild och används Konvex spegel exempelvis i backspeglar och trafikspeglar. Konvex spegel

Bild Skenbild Ögat luras att tro att strålarna kommer från en punkt bakom spegeln. I den konkava spegeln får vi en förstorad bild.

Bild Bild i konvex spegel Också i den konvexa spegeln tror ögat att strålarna kommer från en punkt bakom spegeln. Här får vi en förminskad bild.

Några optiska apparater Vi ska titta lite närmare på: Lupp/förstoringsglas Mikroskop Kikare Kamera Annika Adolfsson

Lupp/förstoringsglas Förstoringsglas/lupp är en positiv lins med kort brännvidd. Den ger ett stort synfält men förstorar inte så starkt. Ju kortare brännvidd desto mer förstorar den. Annika Adolfsson

Mikroskop Ett mikroskop har ett/flera objektiv som förstorar bilden kraftigt. Sedan tittar man på den förstorade bilden genom ett okular som förstorar ännu mer. Objektiv och okular är positiva linser. Mikroskop förstorar några tusen gånger. Ska man förstora ännu mer behöver man ett elektronmikroskop som använder elektroner istället för ljus. Annika Adolfsson

Kikare Kikaren uppfanns på 1600-talet. Viktigaste användning då var militär. Galileo Galilei däremot riktade kikaren mot himlen. Han fann stjärnor, berg och kratrar på månen och 4 månar som kretsar runt Jupiter. Detta gjorde honom allt mer övertygad om att modellen där jorden var centrum i universum inte stämde. Annika Adolfsson

Kikare Keplers kikare: Enklaste kikaren som har två positiva linser. Bilden blir upp och ner. Stjärnkikare Kikare som vi oftast använder har två linser – objektivet (som fångar in bilden) och okularet (som du tittar genom). Dessutom prismor som vänder bilden. Annika Adolfsson

Kamera En kamera består av ett objektiv med flera linser, ett kamerahus (en ljustät låda) och en film/bildsensor som registrerar bilden Annika Adolfsson

Kamera Kameran har en slutare som öppnas en kort stund så att ljuset kan komma in. Bländaren bestämmer hur mycket ljus som ska släppas in. Avståndsinställningen ändrar linserna så at bilden blir skarp. Allt detta görs ofta automatiskt om man vill. Annika Adolfsson

Belysning Ljusflöde = hur mycket ljus som kommer från en ljuskälla. Mäts i lumen. Vad betyder siffrorna på kartongen? Annika Adolfsson

Belysning Hur mycket ljus som faller på en viss yta mäts i lux 1 lux = 1 lumen/kvadratmeter Solig dag på sommar: ca 100 000 lux Inomhus på vintern: ca 300 lux Annika Adolfsson

Färger Solljus kallas vitt ljus Vitt ljus är uppbyggt av många olika färger. Regnbågen uppstår när ljus bryts och reflekteras i vattendroppar. Annika Adolfsson

Regnbågen Solen strålar ut ett vitt ljus som består av många olika färger. Alla färger har olika våglängder och bryts därför olika. Eftersom dessa färger bryts olika mycket delas det vita ljuset upp vid brytningen och vi kan se ljusets alla färger. Regnbågens färger är rött, orange, gult, grönt, blått, indigo och violett. Annika Adolfsson

Prisma I ett prisma bryts också ljuset så att man ser olika färger. Experiment visar att ljus med mindre våglängd (violett ljus) har lägre hastighet i medier som glas och vatten än ljus med större våglängd (rött ljus). När ljuset når en vatten- eller glasyta kommer det violetta ljuset att bromsas upp mera än det röda. Därför bryts det violetta ljuset mer än det röda ljuset. Fenomenet då ljus av olika våglängder bryts olika mycket kallas dispersion. Annika Adolfsson

Annika Adolfsson

Färg Olika föremål reflekterar olika våglängder. Blå föremål reflekterar den blå delen av ljuset bäst. Röda föremål reflekterar den röda delen bäst. Annika Adolfsson

Bladen reflekterar det gröna ljuset, absorberar de andra våglängderna. Själva äpplet reflekterar det röda ljuset, absorberar de andra våglängderna. Bladen reflekterar det gröna ljuset, absorberar de andra våglängderna. Annika Adolfsson

Vad har du på dig när det är varmt? Vita saker reflekterar nästan allt ljus. Svarta saker absorberar nästan allt ljus Annika Adolfsson

Annika Adolfsson

Varför är solnedgången röd? Ljuset sprids i atmosfären. Violett sprids mest, rött sprids minst. På kvällen har solljuset en lång väg att gå genom atmosfären. Det violetta/blå ljuset sprids mycket, det röda blir kvar. Annika Adolfsson

Varför är himlen blå? Varför är himlen blå? Luften är ju genomskinlig och rymden bakom himlen är svart? Beror också på att olika färger sprids olika mycket. Blått ljus sprids mest , därför ser himlen blå ut Annika Adolfsson

Varför är molnen vita? Moln består av vattendroppar i olika storlekar. Små droppar ger en blå färg, stora droppar ger en röd nyans o.s.v. En blandning av alla färger blir… ja, , det blir ju vitt! Mörka moln kan vara i skuggan av ett annat moln, eller så tjocka att ljuset inte passerar igenom. Annika Adolfsson