läran om ljusets utbredning och brytning

En presentation över ämnet: "läran om ljusets utbredning och brytning"— Presentationens avskrift:

1 läran om ljusets utbredning och brytning
Optik läran om ljusets utbredning och brytning

2 Hur kan vi se föremål? För att kunna se något måste det finna en ljuskälla En ljuskälla är ett föremål som sänder ut ljus: solen, stearinljus, 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 i glödlampan är det den elektriska strömmen

3 → ljusstrålar sänds ut i alla riktningar → strålarna träffar föremål
Det finns en ljuskälla → ljusstrålar sänds ut i alla riktningar → strålarna träffar föremål → en del av ljuset reflekteras (studsar) → en del av ljuset når våra ögon → det uppstår en bild på näthinnan → bilden bearbetas av hjärnan → vi ser! Utomhus är oftast solen ljuskällan och solens strålar reflekteras i allt vi ser!

4 Ljus förr Ända in på 1500 talet trodde man att ögat sände ut osynliga ”synstrålar” och att det var därför som man såg. Man trodde att ögat fungerade som en ficklampa och det var därför som man inget såg när man blundade.

5 Ljus då och nu Förr använde man sig av brasor, lägereldar, oljelampor, fotogenlampor och gaslyktor… … men idag har vi moderna ljuskällor som lampor, lysrör och lysdioder. Diskutera! Ge exempel på olika ljuskällor? Tidsepok? Långt in på 1800-talet var brasan den enda ljuskällan, på vissa håll hade man oljelampor som bestod av olja från t.ex. fisk. I mitten av 1800-talet kom en nyhet – gasljus. Detta användes mästadels till gatubelysning. I slutet av 1800-talet kom det elektriska ljuset, men det dröjde ända till början av 1900-talet innan det blev vanligare i hemmen. Från början hade man endast en lampa per rum men från 1930 talet och framåt blev det vanligare med flera lampor. Fördelar: Dessa är effektiva och inte så brandfarliga. Tända och släcka på ett ögonblick.

6 När kom det elektriska ljuset?
I slutet av 1800-talet kom det elektriska ljuset, men det dröjde ända till början av 1900-talet innan det blev vanligare i hemmen: Fördelar: effektiva och inte så brandfarliga tända och släcka på ett ögonblick . Från början hade man endast en lampa per rum men från 1930 talet och framåt blev det vanligare med flera lampor.

7 Ämnen som är svåra att se
Det finns alltså ämnen som är omöjliga att se t.ex. luft. Anledningen till detta är att luften inte reflekterar något ljus. Vissa andra ämnen, t.ex. vatten och glas, är också svåra att se trots att de faktiskt reflekterar ljus, dessa släpper igenom det mesta av ljuset. Vi säger att de är genomskinliga. När ett fönster börjar bli smutsigt ser vi glaset tydligare, men då är det smutspartiklarna som reflekterar ljuset. Ljusstrålar som har skickats ut från en ljuskälla går rakt fram tills det att de träffar ett föremål- Då kan de antingen reflekteras mot del, eller gå igenom föremålet. När du ser något betyder det att ljuset har reflekterats och sedan nått ditt öga.

8 Ljusets egenskaper Ljus rör sig rätvinkligt- det färdas rakt fram.
Hastighet ca km/s i luft och vakuum. Det tar 8 minuter för solljuset att nå jorden. Från månen tar det 1,3 sekunder innan ljuset når oss. Det tar 4,3 år för ljuset från vår närmsta stjärna (förutom solen) att nå oss. Vi säger att stjärnan befinner sig 4,3 ljusår bort. Det tar 8 minuter för solljuset att nå jorden, när ljuset kommer fram till jorden ser vi alltså ljus från solen som sändes ut 8 minuter tidigare.

9 Skuggor Ljuset går ju rakt fram. Om ljusstrålarna hindras blir det skugga. (Se bild sidan 152). Men det finns även suddiga skuggor och dessa framträder då det är molnligt ute. Molnen får strålarna att ändra riktning och de ljusstrålar som når marken kommer därför ifrån alla möjliga riktningar. Samma sak sker i en vanlig glödlampa. Glaset på glödlampan är ofta ganska matt detta för att ljusstrålarna ska spridas i alla möjliga riktningar i ett rum. På så sätt skapas ljus som ge mjuka skuggor.

10 Olika sätt att mäta ljus:
1. Ljusstyrkan mäts i Candela (cd). Anger hur starkt ljuset är. Candela betyder stearinljus på latin 1 cd är ungefär lika mkt ljus som ett stearinljus sänder ut. ljusstyrka = hur mycket ljus en ljuskälla skickar ut = enheten candela, cd. Candela betyder stearinljus på latin och 1 cd är ungefär lika mkt ljus som ett stearinljus sänder ut. En stark lampa kan ge flera tusen candela, men ändå inte räcka för att lysa upp ett klassrum, man behöver ett högre belysningsvärde!

11 2. Belysningsvärde mäts i Lux (lx)
Anger hur tätt ljusstrålarna kommer på ett ställe Lux betyder ljus på latin. Om du håller ett papper en meter ifrån ett stearinljus, blir belysningen på pappret 1 lux. Bra arbetsbelysning = 500 lux. Mäts med en luxmeter

12 Ljusets reflektion Den vanligaste reflektionen kallas för diffus reflektion och sker när ljuset når en oregelbunden yta och reflekteras lite hur som helst.

13 Regelbunden reflektion
När ljuset träffar en spegel studsar det utifrån spegeln precis lika snett eller rakt som den träffade. Denna ”studsande” egenskap, som ljuset har, fann Isac Newton ( ) då han experimenterade med ljuset. Han fann att ljuset betedde sig som partiklar, t ex en studsboll. Detta resultat fick dock mothugg då andra forskare i slutet av 1600-talet genom sina experiment kom fram till att ljus egentligen var vågor! Läran om ljuset varierade sedan under följande århundranden mellan partikelteorin och vågteorin. Idag vet man att ingen av teorierna är fullkomliga och att de båda behövs för att komplettera varandra. Faktum är att vi kan se på grund av att ljuspartiklar träffar ögat, men vi kan inte se själva ljuspartiklarna. Vad det gäller ljusvågorna så kan vi observera ljusets vågegenskaper men inte se själva vågorna.

14 Reflektionslagen: Reflektionsvinkeln är alltid lika stor som infallsvinkeln.
Spegel i r Vinklarna mäter man mot spegelns normal, den linje som är vinkelrät mot spegelns yta. (samma som när du studsar en boll lite snett mot ett plant underlag eller när du slår en innebandyboll mot sargen eller en biljardkula mot vallen). Normalen ritas alltid 90° mot spegeln

15 Olika typer av speglar Plana speglar
I en planspegel blir spegelbilden lika stor som föremålet, men spegelvänd. När du speglar dig i en plan spegel uppfattar du spegelbilden lika långt från spegeln som du själv står från spegeln.

16 Buktiga speglar bild bild En konkav spegel buktar inåt och förstorar bilden när föremålet är nära. En konvex spegel buktar utåt och förminskar bilden. Bilden kommer också närmare spegeln än föremålet

17 Ljusstålar i en konkav spegel
När ett strålknippe träffar en konkav spegel, reflekteras strålarna mot en och samma punkt framför spegeln = brännpunkt/fokus. Konkava speglar samlar alltså ljus!

18 Användningsområde för konkav spegel:
En parabolantenn samlar ihop tv-signalerna från en satellit till brännpunkten där mottagaren sitter - mottagaren får en starkare signal. Sminkspeglar I en strålkastare sätts glödlampan i brännpunkten: strålkastaren lyser starkt på ett bestämt område i stället för att sprida ut ljuset över hela rummet. I en solugn placeras en kastrull med vatten i brännpunkten.

19 Ljusstrålar i en konvex spegel
När ett strålknippe träffar en konvex spegel, reflekteras strålarna mot en och samma punkt bakom spegeln = brännpunkt/fokus. Konvexa speglar sprider alltså ljus!

20 Användningsområde för konvex spegel:
I backspeglar eller som trafikspeglar för att kunna se så mycket som möjligt. I en solugn placeras en kastrull med vatten i brännpunkten.

21 Ljusets brytning Säkert har du någon gång stått på stranden med vatten till knäna. Kanske har du då lagt märke till att dina ben tycks vara för korta men även att fötterna ser konstiga ut. Orsaken till detta är att ljus ändrar riktning när det passerar vattenytan.

22 Ljus i vatten När en ljusstråle går ifrån luft (300 000 km/s) till vatten (225 000 km/s) ändrar ljustrålen riktning vid vattenytan, samtidigt reflekteras en del av ljuset.

23 Ljuset bryts mot normalen.
Att ljuset bryts på detta sätt beror på att vattnet är mycket tätare än luft och bromsar ljuset. Ljuset bryts mot normalen. i b Tunt medium Tätare medium

24

25 Orsaken till att benen ser korta ut är alltså att ljusstrålar reflekteras i fötterna går ifrån vatten till luft innan de träffar våra ögon. Strålarna bryts från normalen i vattenytan innan de träffar ögonen. Men eftersom ögat tror att ljuset färdas rätlinjigt från fötterna och då ser benen kortare ut än vad de egentligen är.

26 Ljus i glas Glas är ett tätare ämne än både vatten och luft.
Ljusets hastighet i glas är därför lägre än i både luft och vatten ca km/s.

27 Totalreflexion Inträffar när infallsvinkeln blir tillräckligt stor (större än 49°) och då reflekteras inget ljus tillbaka utan allt ljus reflekteras tillbaka in i glaset.

28 Fiberoptik Totalreflektion används för att skicka ljus genom tunna fibrer av glas eller plast: sända signaler över stora avstånd fotografera detaljer inuti kroppen utan att göra stora kirurgiska ingrepp. I ena änden av fibern sitter det en sändare som omvandlar de elektriska signalerna till ljussignaler, i andra ändan sitter det en mottagare som omvandlar ljussignalerna till elektriska signaler igen. Användningsområde: Sjukvård: ont i magen- gastroskopi- patienten får svälja en slang med optiska fibrer. Skicka meddelanden: det går att skicka telefonsamtal, kabel-tv och data genom optiska fibrer. Idag skickas telefonsamtal i optiska fibrer mellan de föesta städer i sverige.

29 Fördelar med fiberoptik:
Jämfört med en elektriskledning är dessa: mindre känsliga för störningar tunnare och lättare kan överföra mer information per sekund → färre kablar krävs kan skicka information längre sträckor utan förstärkning omöjliga att avlyssna

30 Linser Linser är buktiga skivor av plast eller glas, när ljuset träffar linsen så bryts det på olika sätt och detta utnyttjas i olika optiska apparater; kameror, kikare och mikroskåp. Linser kan antingen vara konvexa eller konkava. Samlingslins = positivlins Spridningslins=negativlins

31 En konvex lins samlar inkommande ljus
Brännvidd En konkav lins sprider ljuset. fokus Brännvidd (t ex förstoringsglaset som samlar ihop solens strålar till en brännpunkt som kan antända materialet i fokus)

32 Färger Den synliga delen av solens spektrum kan delas upp i rött, orange, gult, grönt, blått, indigo och violett. (ROGGBIV) Det röda ljuset bryts minst och det violetta mest.