LJUS OCH LJUD. Del 1, Ljud I den här delen lär du dig om Vad är ljud? Hur sprider sig ljud? Hur uppfattar vi ljud? Vad kan man använda ljud till?

En presentation över ämnet: "LJUS OCH LJUD. Del 1, Ljud I den här delen lär du dig om Vad är ljud? Hur sprider sig ljud? Hur uppfattar vi ljud? Vad kan man använda ljud till?"— Presentationens avskrift:

1 LJUS OCH LJUD

2 Del 1, Ljud I den här delen lär du dig om Vad är ljud? Hur sprider sig ljud? Hur uppfattar vi ljud? Vad kan man använda ljud till?

3 Ljud är en vågrörelse Vad är en vågrörelse?

4 Ord: Vågrörelse En vågrörelse är en rörelse som förflyttar sig genom ett medium. Ett medium är det material som vågrörelsen rör sig genom

5 En vågrörelse är en regelbunden rörelse som förflyttar sig genom ett material Materialet kan vara vad som helst, t.ex. vatten eller luft Det är bara rörelsen som förflyttar sig, inte själva materialet

6 Exempel på vågrörelser…

7

8

9 Vågor i vatten: Vågen rör sig framåt genom vattnet. Men vattnet stannar egentligen på samma ställe (havet förflyttar sig ju inte upp på land) Vattnet är materialet som vågen rör sig genom Själva vågen är rörelseenergi som flyttar sig framåt

10 Även människor kan vara materialet som en våg rör sig genom…

11 I ljud är vågrörelsen fram och tillbaka. Luften komprimeras och tunnas ut om vartannat.

12 I vattenvågor

13 Ljud kan förflytta sig genom många olika material Luft Vatten Sten Metall Många andra

14 Ljud kan inte förflytta sig genom material som stoppar vågen Vakuum (ingen luft alls), stoppar helt ljudet. Det är helt tyst i rymden! Lösa material (kudde, glasull, skumgummi, bomull, t.ex.) stoppar ljudet. Sådant material kan användas för att stänga ute ljud som man inte vill höra

15 Ljud börjar med att ett föremål vibrerar

16 Till exempel en gitarrsträng

17 Klicka för att redigera dispositionstexten s format  Andra dispositionsnivå n Tredje dispositionsni vån  Fjärde dispositions nivån Femte dispositio nsnivån Sjätte dispositio nsnivån Sjunde dispositio nsnivån Åttonde dispositio nsnivån Nionde dispositionsnivånK licka här för att ändra format på bakgrundstexten Nivå två Nivå tre Nivå fyra Nivå fem När man knäpper på en gitarrsträng uppstår en vibration i strängen. (vibration = snabb rörelse fram och tillbaks)

18 Om vi tittar på vibrationen i slow motion ser det ut så här:

19 Om bara strängen och inget annat vibrerade skulle det inte bli så starkt ljud För att förstärka ljudet monteras strängen på en låda (gitarrkroppen) som kan överföra mer rörelse till luften än bara strängen Gitarrlådan vibrerar samtidigt. Detta kallas resonans, och gör ljudet starkare

20 Ord: resonans Resonans kommer från latin och betyder ”låta igen” Om ett föremål vibrerar kan vibrationen överföras till ett annat. Detta kallas resonans. Exempel: trälådan i en gitarr som vibrerar med samma hastighet som strängen Exempel: ett glas som vibrerar i takt med en ton

21 Om en ton är tillräckligt stark kan resonansen i ett glas få glaset att gå sönder! (se video på nästa sida)

22 Resonans i ett glas får glaset att gå sönder http://www.youtube.com/watch?v=1 0lWpHyN0Ok http://www.youtube.com/watch?v=1 0lWpHyN0Ok

23 Ord: frekvens Frekvens är hur många gånger per sekund något vibrerar. Frekvens mäts i enheten Hertz. 1 hertz = en vibration per sekund.

24 Skillnad mellan en ”hög” och ”låg” ton En hög ton (t.ex. flöjt) vibrerar många gånger per sekund. Den har hög frekvens En låg ton (t.ex. en basgitarr) vibrerar inte så många gånger per sekund. Den har låg frekvens.

25 Ju högre ton, desto högre frekvens Människans hörselområde ligger mellan ungefär 20 000 Hz och 20 Hz. Utanför detta område uppfattar vi inte ljudet

26 Många djur kan uppfatta frekvenser utanför människans hörselområde

27

28 Ord: våglängd Avståndet mellan vågtopparna i en vågrörelse kallas för våglängden Våglängd och frekvens hör alltid ihop Ju högre frekvens desto kortare våglängd

29 Våglängd

30 Samband mellan våglängd och frekvens Kort våglängd, hög frekvens Lång våglängd Låg frekvens

31 Ljudstyrka Hur starkt ljudet är avgörs av ”höjden” på vågen (precis som högre havsvågor har mer energi har högre ljudvågor mer ljudstyrka) Höjden på en våg kallas ”amplitud”

32 ORD: Amplitud = avstånd mellan vågtopp och vågdal amplitud

33 Mer om ljudstyrka Amplitud är skillnaden i tryck mellan förtätningar och förtunningar i luften Ljudstyrka mäts i en enhet som heter Decibel, förkortning dB

34 Ord: Decibel Decibel är namnet på enheten som används för att mäta ljudstyrka. Förkortning dB

35 Om decibel Det mänskliga örat kan uppfatta ett otroligt stort antal olika ljudstyrkor Det starkaste ljudet som vi kan uppfatta är 1 000 000 000 000 gånger starkare än det svagaste Ett ljud som i verkligheten är 100 gånger starkare uppfattas kanske bara som dubbelt så starkt Måttet decibel tar med detta i beräkningen

36 Exempel från decibelskalan Viskning = 20 decibel Normal konversation = 60 decibel Normal konversation uppfattas kanske som dubbelt så stark som en viskning. Egentligen är det 10000 gånger starkare! Decibelskalan har anpassats till detta så att den stämmer med hur vi uppfattar det snarare än hur det egentligen är

37 Fler exempel Nästa total tystnad - 0 dB Viskning - 20 dB Normal konversation - 60 dB Gräsklippare - 90 dB Biltuta - 110 dB Rockkonsert eller jetflygplan 120 dB Pistolskott eller smällare - 140 dB

38 smärta flygplan rockkonsert åska tunnelbana klassrum

39 Över en viss nivå (decibel) kan ljud orsaka hörselskador DecibelTid innan hörselskada uppstår 85 db8 tim 88 db4 tim 91 db2 tim 94 bd1 tim 97 db30 min 100 db15 min 103 db7,5 min 106 db3,5 min 109 db1,8 min 115 db1 min 120 db30 sek

40 MP3 spelare och hörselskador Många MP3 spelare kan spela upp ljud över 85 db Maxvolym kan vara upp till 120 db 60% av maxvolymen brukar anses som säkert

41 Om en MP3 spelare kan höras på över 1 meters avstånd kan den orsaka hörselskada

42 Tinnitus (öronsusning) http://ringinginears.net/2007-10-10/the- sounds-of-tinnitus-work-out-what-kind-of- tinnitus-you-have/

43 Om olika sorters ljud Hur hög tonen är beror på frekvensen och mäts i Hz (Hertz) Hur stark tonen är beror på amplituden och mäts i db (decibel)

44 Vad är det som gör att en viss ton på en flöjt och samma ton på en violin låter olika? Varför låter olika människors röst olika, även om de sjunger samma ton?

45 Ord: överton När en viss ton låter, så låter även andra högre toner samtidigt De högre tonerna uppfattas inte direkt De högre tonerna avgör vilken sorts ljud vi hör (flöjt eller violin t.ex.) Vilka övertoner som hörs beror på vilket instrument eller vilken person det kommer ifrån

46 Om människorösten Om en människa sjunger hör vi bara en viss ton Egentligen finns det många högre toner i rösten Dessa toner avgör ”hur vi låter” – skillnaden mellan olika personers röst

47 Vissa speciella sångare kan få ”övertonerna” att låta starkare än grundtonen, så att vi kan höra dem Tekniken kallas ”throat singing” På nästa sida får du höra ett exempel

48 Kongar-ol Ondar on David Letterman's Late Show (Kongar-ol Ondar with Bady-Dhorzhu Ondar on the Chevy Chase http://www.youtube.com/watch?v= ElwKydsd0e8&feature=related

49 Vad händer i örat? Efter att ljud förflyttat sig från ljudkällan genom luften och till vårt öra, hur uppfattar vi ljudet?

50 Först kommer ljudet till trumhinnan och får den att vibrera Trumhinna Ljudvåg

51 Detta får benen i örat att vibrera hammaren städet stigbygeln trumhinnan

52 Stigbygeln vibrerar mot ”ovala fönstret” hammaren städet stigbygeln trumhinnan Ovala fönstret

53 Ljudvågen förs vidare in i hörselsnäckans vätska hammaren städet stigbygeln trumhinnan Ovala fönstret ljudvåg vätska

54 Hårceller i snäckan känner av vibrationerna hammaren städet stigbygeln trumhinnan Ovala fönstret ljudvåg vätska hårceller

55 Och hörselnerven skickar signalen vidare till hjärnan hammaren städet stigbygeln trumhinnan Ovala fönstret ljudvåg vätska hårceller hörselnerv

56 Ljud i rörelse Har du varit med om att en ambulans åker förbi och att ljudet ändras? Tonen blir lägre när ambulansen åkt förbi. Vad är det som händer?

57 Hur hög tonen är bestäms av frekvensen Frekvensen och våglängden hänger ihop Om ett föremål som låter befinner sig i rörelse trycks ljudvågorna ihop eller dras isär, men andra ord så ändras våglängden

58 Stillastående I rörelse Samma frekvens Högre frekvens Lägre frekvens

59 Ord: Dopplereffekten Dopplereffekten är när frekvensen blir högre eller lägre på grund av föremålets rörelse Dopplereffekten kan även förekomma med andra sorters vågor (t.ex. ljus)

60 Ljudvallen Om ett föremål rör sig med ljudets hastighet kommer det att hinna ikapp sitt eget ljud. Ljudvågorna trycks då fullständigt ihop Resultatet blir en kraftig smäll just när ljudhastigheten uppnås Överljudsflygplan får därför inte bryta genom ljudvallen över bebyggda områden

61 Ord: ljudvallen Den barriär av komprimerad luft som ett flygplan måste bryta igenom för att överstiga ljudets hastighet

62 Flygplan som bryter igenom ljudvallen(ej på riktigt)

63 Ord: Mach 1 Mach är ett annat ord för ljudets hastighet Ordet används för bland annat flygplan och missiler Ett flygplan som flyger i Mach 2 flyger 2 gånger ljudets hastighet (=680 m/s)

64 Praktiska användningar av ljud Ultraljud (ljud med högre frekvens än vi kan uppfatta) kan användas för att ”se” inuti fasta föremål, t.ex. för att se hur ett foster utvecklas

65 Ultraljudsbild

66 Ord: sonar Ljud kan användas för att ”se” genom vatten Det går till så att ett ljud skickas ut och sedan mäter man ekot som kommer tillbaks Sonar används i U-båtar Ekolod

67 Sonar Ljud skickas ut Reflekterat ljud Ljud tas emot

68 Vissa djur använder sonar för att navigera

69 Fladdermus-sonar En fladdermus har så bra sonar att den kan flyga genom en fläkt utan att skada sig!

70 Även delfiner använder sonar En delfin har så bra sonar att den kan ”se” ett föremål inte större än en pingisboll i totalt mörker på 100 m avstånd!

71 Ljud, sammanfattning Ljud börjar som en vibration hos ett föremål Vibrationen förs vidare genom ett material t.ex. luft Ljudets hastighet är 344 m/s Frekvens = antal svängningar per sekund=Hertz (Hz) Hur hög eller låg ton det är bestäms av frekvensen

72 Ljud, sammanfattning, forts. Människan kan höra mellan 20 och 2000 svängningar per sekund Ljudstyrkan bestäms av amplituden hos vågen Amplituden hos ljud=skillnaden i tryck mellan komprimerad och utspädd luft Typen av ljud bestäms av övertoner Ljudet når slutligen örat

73 Ljud, sammanfattning, forts. I örat träffar ljudet trumhinnan och omvandlas till vibrationer i hörselsnäckan Nerver i hörselsnäckan skickar signalen till hjärnan Ljudkällor i rörelse ändrar frekvensen hos ljudet = Dopplereffekt Ljudets hastighet kallas för Mach 1 Ultraljud används för att ”se” in i fasta föremål

74 Ljud, sammanfattning, forts. Sonar används i U-båtar för att navigera Vissa djur använder sonar för att navigera, t.ex. fladdermus och delfin Resonans betyder att ljudets vibration överförs till ett annat föremål som då också låter Resonans används bl.a. i musikinstrument

75 Del 2, Ljus

76 Ljus är också en vågrörelse Ljus är en transversell vågrörelse

77 Till skillnad från andra vågor behöver ljus inte ett material att röra sig genom. Ljus kan röra sig genom tomma rymden

78 Ljusets hastighet Ljusets hastighet är 300 000 km/sek i vakuum (= i tomma rymden) 300 000 km motsvarar 7,5 varv runt jorden I material som vatten eller glas rör sig ljuset aningen långsammare

79 Ljusets färg beror på vilken våglängd det har

80 Hur uppfattar vi ljus?

81 Ljuset kommer från en ljuskälla

82 Ljuset träffar ett föremål och reflekteras

83 Ord: reflektion Reflektion är när ljuset träffar ett föremål och studsar bort från det

84 Det reflekterade ljuset når ögat

85 Ljuset går genom linsen och träffar näthinnan längst bak i ögat. Näthinnan skickar en elektrisk signal till synnerven som för signalen vidare till hjärnan Lins näthinna synnerv

86 Ord: Spektrum Ett spektrum är ett band av färger Om vi låter vitt ljus passera genom ett prisma (trekantig glasbit) delas ljuset up i sju olika färger. De ligger alltid i samma ordning: rött, orange, gult, grönt, blått indigo och violett

87 Spektrum Vitt ljus Prisma

88 Ljuset kan även delas upp i ett spektrum av regndroppar

89 Ljusets färg beror på vilken våglängd det har Rött ljus har lång våglängd Blått ljus har kort våglängd Grönt ligger mitt emellan

90 Ljus kan ha andra våglängder än synligt ljus Ultraviolett ljus (”UV”) har kortare våglängd än violett ljus. UV strålning gör att vi blir solbrända Infraröd strålning har längre våglängd än rött ljus. Det används bland annat i fjärrkontroller och i värmare

91 Ord: elektromagnetisk strålning Ett gemensamt namn för alla ”färger” både synliga och osynliga är elektromagnetisk strålning Det synliga ljuset är bara en ytterst liten del av alla våglängder Alla dessa våglängder brukar kallas det elektromagnetiska spektrumet (bild nästa sida)

92 Osynligt Gamma strålning röntgen UV synligt Infrarött mikrovåg TV sändning Radiovågor De flesta våglängderna i det elektromagnetiska spektrumet är osynliga. Många våglängder har att göra med saker som vi normalt inte tänker på som en sorts ”ljus” t.ex. TV, radio, mikrovåg, gamma strålning

93 Reflektion Om en ljusstråle träffar ett föremål (som inte är genomskinligt) reflekteras det, vilket betyder att det studsar Om ytan är ojämn sprids strålarna. Om ytan är jämn reflekteras strålarna rakt

94 Reflektion från jämn yta

95 Reflektion från ojämn yta

96 Hos en jämn och rak yta är infallsvinkeln alltid = reflektionsvinkeln 45° infallsvinkelreflektionsvinkel

97 Speglar kan vara böjda inåt eller utåt En inåtböjd spegel kallas konkav En utåtböjd spegel kallas för konvex KonvexKonkav

98 En konvex spegel sprider ljuset En konkav spegel samlar ljuset konkavkonkav konvexkonvex

99 Ord: brytning När ljus går från ett material och fortsätter genom ett annat byter det riktning Detta kallas att ljuset bryts Det händer till exempel när ljus går från luft till glas, eller från vatten till luft

100 Ljuset som kommer från vattnet till luften byter riktning och får pennan att se böjd ut

101 Ljus som går genom ett prisma byter riktning två gånger = bryts två gånger

102 Ord: lins En lins är ett (vanligtvis runt) glasföremål som är tjockare eller tunnare på mitten Tjockare på mitten kallas konvex Tunnare på mitten kallas konkav Linser konvexkonkav

103 En konvex lins samlar ljuset Konvex lins brännpunkt brännvidd Orden brännpunkt och brännvidd förklaras på nästa sida

104 Två nya ord Brännpunkt: där ljusstrålarna samlas Brännvidd: avståndet från linsen till brännpunkten

105 En konkav lins sprider ljuset

106 Svårt att komma ihåg konvex och konkav? Här är en enkel minnesregel Konvex ”växer” på mitten Regeln stämmer för både speglar och linser

107 Speglar och linser har motsatt verkan på ljuset Konvex spegel sprider ljuset, men konvex lins samlar det Konkav spegel samlar ljuset, men en konkav lins sprider det

108 Användning av konvexa linser Konvexa linser används bland annat i förstoringsglas och kikare

109 Parabolantenn En parabolantenn är som en konkav ”spegel”. Den samlar TV vågor från en sattelit till en punkt

110 Linser används även i glasögon Om ögat är för ”kort” används konvexa linser för att samla ljuset längre fram Om ögat är för långt används konkava linser för att samla ljuset längre bak

111 Närsynt öga Normalt ögaÖversynt öga Lusstrålar når näthinnanLusstrålar samlas för långt bak Konvex lins korrigerar Korrigerad syn Konkav lins korrigerarLjusstrålar samlas för långt fram Närsynt öga Korrigerad syn

112 Polariserat ljus Ljusvågor vibrerar normalt i alla riktningar Om ljuset får passera ett speciellt filter som ser ut som ett mikroskopiskt galler släpps bara vibrationer i en riktning igenom Polariserade solglasögon används för att ta bort reflektioner från till exempel vatten när man fiskar

113 Polariseringslinsen ser ut som vanliga solglasögon i verkligheten Vanligt ljus Polariseringslins Polariserat ljus

114 Utan polariserade linser Med polariserade linser

115 Om färger Hur uppfattar ögat färger? Vad är färg? Vad händer när man blandar färger?

116 näthinna lins synnerv En bild av omvärlden når näthinnan

117 På näthinnan finns syncellerna Det finns två sorts synceller, stavar, och tappar Stavarna kan uppfatta färg Tapparna kan bara uppfatta svartvitt

118 tappar stavar nerver

119 Tapparna ser färg

120 Stavarna ser svartvitt

121 När det är mörkt är det bara stavarna som fungerar, för tapparna behöver mera ljus, därför ser vi inte färger när det är mörkt

122 I mitten av ögat finns det mest tappar och längre ut finns det fler stavar Om du vill se när det är mörkt ute är det bäst att titta lite bredvid föremålet du vill se!

123 Tapparna är känsliga för tre olika färger Rött, grönt och blått är de färger tapparna egentligen uppfattar Andra färger är en blandning av de tre, och hjärnan kan tolka intrycken från nervcellerna

124 Färgblindhet Hos vissa människor uppfattar de gröna och röda tapparna ett större färgområde, och då kan rött och grönt blandas ihop På nästa sida är ett test för färgblindhet. Kan du läsa vad det står i rutorna?

125 TEST FÖR FÄRGBLINDHET

126 Blandning av färger Om man blandar ljus av olika färger får man inte samma resultat som om man blandar olika målarfärger

127 Ord: pigment När man pratar om det som ger färg åt t.ex. målarfärg eller kritor brukar man kalla det pigment Vi har också pigment i huden – det blir brunt när man är solbränd

128 Blandning av ljusBlandning av pigment

129 Ord: optisk illusion På grund av hur ögat och hjärnan fungerar kan man ibland luras att se fel. Det kallas en optisk illusion På de följande sidorna får du se lite optiska illusioner Det är bara för skojs skull. Du behöver inte lägga det på minnet

130 Vilken ruta är mörkast, A eller B?

131 Är linjerna raka? Titta från sidan!

132 Titta på svarta fläcken i mitten en stund. Vad händer med det gråa området runt?

133 Rör sig bilderna eller står de stilla?

134 Titta nära (15 cm). Vad föreställer bilden? Backa 2 meter. Vad ser du nu?

135 Stirra på krysset i mitten. Vad händer med de röda fläckarna? Flytta huvudet lite. Vad händer? Fläckarna är egentligen hela tiden röda!