Fysik Föreläsning Optik 2

Ljusets brytning Hur förändras en ljusstråle när den passerar olika materia? Man talar om materia som är optiskt tätare än luft. Exempel på sådana ämnen är t.ex. vatten, glas och diamant. Vakuum har en optisk täthet som är lägre än den för luft.

Det beror på ljusstrålens vinkel En ljusstråle som träffar en optiskt tätare materia vinkelrätt bryts inte. glas

Men om infallsvinkeln är större än 0 grader I själva verket handlar ljusbrytning om en liten ändring av ljusets hastighet. En liten bit av ljusstrålen kommer att träffa glasbiten först. Vilket kommer att få ljusstrålen att vridas mot normalen.

När ljusstrålen kommer ut på andra sidan ändras vinkeln igen.

Regler När en ljusstråle går in i ett optiskt tätare material minskar vinkeln till normalen. luft vatten

Regler När en ljusstråle går från ett optiskt tätare material in i ett mindre tätt material så ökar vinkeln luft vatten normalen

Regler Större vinkel ger större riktningsändring

Regler Ingen vinkel ger ingen riktningsändring

När ljuset passerat igenom När en ljusstråle passerar t.ex. genom en glasbit kommer det att ha samma utgångsvinkel som ingångsvinkeln ingångsvinkel reflektionsvinkel

Med andra ord När en ljusstråle går in i ett optiskt tätare material bryts strålen mot normalen. När en ljusstråle går in i ett optiskt mindre tätt område bryts strålen från normalen. luft vatten

Hastighetsändring När en ljusstråle träffar ett annat material ändras hastigheten. Ljusets hastighet i vakuum = c Brytningsindex n v = hastigheten i materialet n = c/v Vakuum 1 Luft 1,0029 Vatten 1,33 Glas 1,5 c ≈ 2,99792 ·108 m/s cluft ≈ 2,98925 ·108 m/s cvatten ≈2,25048 ·108 m/s cglas ≈1,99861 ·108 m/s

När märker man det?

Totalreflektion Tidigare sa jag att riktningsändringen ökar ju större infallsvinkeln är. Vad händer om infallsvinkeln är stor? Om infallsvinkeln är tillräckligt stor kommer reflektionen att ske tillbaka in i materialet.

Exempel på användning av totalreflexion Reflexen i ett kattöga (cykel) Fiberoptik

Brytning i prismor Tidigare sa jag att en ljusstråle som passerar ett material t.ex. en glasbit har samma ingångsvinkel som utgångsvinkel. Detta stämmer så länge glasbitens sidor är parallella Vad händer om sidorna inte är parallella?

Två olika normaler När ljuset går in i det tätare materialet minskar vinkeln till normalen. När ljuset går ut i det mindre täta materialet ökar vinkeln till normalen

Totalreflexion Om vinkeln är den rätta uppstår totalreflexion.

Fiberoptik I en fiberoptisk kabel utnyttjar man fenomenet totalreflektion. Genom att göra infallsvinkeln tillräckligt stor kommer en ljusstråle att studsa inuti materialet. En sändare omvandlar elektriska impulser till optiska signaler som skickas genom kabeln. En mottagare tolkar det optiska signalerna och omvandlar de till elektriska impulser. På så sätt kan information skickas.

Fiberoptik Kopparledningar Blir varma. När värmen stiger sjunker hastigheten. 2,5mbit/s Signalen kan avlyssnas. Känslig för störning Mindre bandbredd Fiberoptik Temperatur påverkar mycket mindre. 280 mbit/s Moderna kan skicka Miljoner mbit/s Signalen kan inte avlyssnas utan att den påverkas. Påverkas inte av elektromagnetiska störningar Större bandbredd (mer data) Billigare än koppar

Bredband via fiber I Stockholm är i stort sett hela innerstan klar. Alla skolor är anslutna. Målet är att 90% av hela Sverige ska ha bredband via fiber senast 2020. Standardhastigheten kommer att vara ca 40GB/s inom 10 år.

Inom sjukvården Optiska fiber har även andra användningsområden t.ex. sjukvård. Gastroskopi En slang med optiska fibrer sväljs. En del av dem fungerar som lampor en del som kameror. Kan undersöka t.ex. magsäcken.

Linser Konvexa linser är tjockast på mitten. Konkava linser är smalast på mitten.

Konvexa linser Finns t.ex. i ögat, förstoringsglas, kameror, kikare och vissa glasögon. Kallas även samlingslins. Betecknas + Ger en förstorad bild. Ljusstrålarna kommer att samlas i en brännpunkt. Brännpunkten kallas även fokus. Avståndet från linsen till brännpunkten kallas brännvidd

Konvex lins (positiv lins) Ljusstrålarna möts i brännpunkten, f f brännvidd

Konkava linser Konkava linser kallas även spridningslins. Konkava linser används i vissa glasögon Ger en förminskad bild Betecknas -

Konkav lins (negativ lins) Ljusstrålarna ser ut att komma från brännpunkten, f f brännvidd

Vad ser man i linserna? I en konvex lins ser man två bilder. Om avståndet mellan lins och föremål är litet ser man en rättvänd förstorad bild. Om avståndet mellan lins och föremål ökar blir bilden upp och ned samt spegelvänd

Konkav lins Bilden blir alltid förminskad och rättvänd

Avbildning på papper En konvex bild kan användas för att ge en bild på en yta t.ex. papper. En konkav lins ger inga bilder på en yta. Man måste titta genom den för att se en bild. En konvex lins ger reella bilder En konkav lins ger virtuella bilder. Läroboken kallar detta för skenbild.

Jämförelse speglar och linser Var hamnar brännpunkten?

Brännpunkten Konkava speglar och linser har brännpunkten framför materialet. Konvexa speglar och linser har brännpunkten bakom materialet

Spridningslins och samlingslins Konkav lins Negativ - Spridningslins Konvex lins Positiv + Samlingslins

Läxa Till nästa onsdag läs sid138-143 Testa dig själv 5:2