LJUS OCH LJUD.

En presentation över ämnet: "LJUS OCH LJUD."— 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 En våg kan röra sig på olika sätt
På tvären. Sådana vågor kallas TRANSVERSELLA. Exempel: gitarrsträng, rep som man svänger fram och tillbaks, Fram och tillbaks (på längden). Sådana vågor kallas LÅNGITUDINELLA. Exempel: ljud

12 Transversell vågrörelse

13 I ljud är vågrörelsen fram och tillbaka (longitudinell)
I ljud är vågrörelsen fram och tillbaka (longitudinell). Luften komprimeras och tunnas ut om vartannat.

14 I vattenvågor är det en blandning av olika rörelser

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

16 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

17 Ljud börjar med att ett föremål vibrerar

18 Till exempel en gitarrsträng

19 När man knäpper på en gitarrsträng uppstår en vibration i strängen
När man knäpper på en gitarrsträng uppstår en vibration i strängen. (vibration = snabb rörelse fram och tillbaks)

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

21 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

22 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

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

24 Resonans i ett glas får glaset att gå sönder

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

26 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.

27 Ju högre ton, desto högre frekvens
Nästa sida visar frekvenser mellan Hz (Hertz=svängningar per sekund) och 1 Hz. Människans hörselområde ligger mellan ungefär Hz och 20 Hz. Utanför detta område uppfattar vi inte ljudet

28

29 Många djur kan uppfatta frekvenser utanför människans hörselområde

30

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

32 Våglängd

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

34 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”

35 ORD: Amplitud = avstånd mellan vågtopp och vågdal

36 Mer om ljudstyrka Ljud är en longitudinell våg
Amplitud är skillnaden i tryck mellan förtätningar och förtunningar i luften Ljudstyrka mäts i en enhet som heter Decibel, förkortning db

37 Ord: Decibel Decibel är namnet på enheten som används för att mäta ljudstyrka. Förkortning db

38 Om decibel Det mänskliga örat kan uppfatta ett otroligt stort antal olika ljudstyrkor Det starkaste ljudet som vi kan uppfatta är 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

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

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

41 smärta rockkonsert flygplan åska tunnelbana klassrum

42 Över en viss nivå (decibel) kan ljud orsaka hörselskador
Tid innan hörselskada uppstår 85 db 8 tim 88 db 4 tim 91 db 2 tim 94 bd 1 tim 97 db 30 min 100 db 15 min 103 db 7,5 min 106 db 3,5 min 109 db 1,8 min 115 db 1 min 120 db 30 sek

43 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

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

45 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)

46 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?

47 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

48 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

49 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

50 Kongar-ol Ondar on David Letterman's Late Show

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

52 Först kommer ljudet till trumhinnan och får den att vibrera
Ljudvåg

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

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

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

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

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

58 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?

59 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

60 Samma frekvens Stillastående Högre frekvens Lägre frekvens I rörelse

61 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)

62 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

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

64 Flygplan som bryter igenom ljudvallen

65 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 (=790 m/s)

66 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

67 Ultraljudsbild

68 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

69 Sonar Ljud tas emot Reflekterat ljud Ljud skickas ut

70 Vissa djur använder sonar för att navigera

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

72 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!

73 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

74 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

75 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

76 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

77 Del 2, Ljus

78 Ljus är också en vågrörelse
Ljus är en transversell vågrörelse

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

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

81 Ljusets färg beror på vilken våglängd det har

82 Hur uppfattar vi ljus?

83 Ljuset kommer från en ljuskälla

84 Ljuset träffar ett föremål och reflekteras

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

86 Det reflekterade ljuset når ögat

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

88 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

89 Spektrum Vitt ljus Prisma

90 Ljuset kan även delas upp i ett spektrum av regndroppar

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

92 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

93 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)

94 De flesta våglängderna i det elektromagnetiska spektrumet är osynliga.
Gamma strålning 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 röntgen Osynligt UV synligt Osynligt Infrarött mikrovåg TV sändning Radiovågor

95 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

96 Reflektion från jämn yta

97 Reflektion från ojämn yta

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

99 Speglar kan vara böjda inåt eller utåt
En inåtböjd spegel kallas konkav En utåtböjd spegel kallas för konvex Konkav Konvex

100 En konvex spegel sprider ljuset En konkav spegel samlar ljuset

101 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

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

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

104 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 konvex konkav

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

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

107 En konkav lins sprider ljuset

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

109 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

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

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

112 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

113 Normalt öga Översynt öga Korrigerad syn Närsynt öga Närsynt öga
Konvex lins korrigerar Lusstrålar når näthinnan Lusstrålar samlas för långt bak Närsynt öga Närsynt öga Korrigerad syn Ljusstrålar samlas för långt fram Konkav lins korrigerar

114 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

115 Polariseringslinsen ser ut som vanliga solglasögon i verkligheten
Vanligt ljus Polariserat ljus

116 Utan polariserade linser
Med polariserade linser

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

118 En bild av omvärlden når näthinnan
lins synnerv

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

120 tappar stavar nerver

121 Tapparna ser färg

122 Stavarna ser svartvitt

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

124 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!

125 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

126 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?

127 TEST FÖR FÄRGBLINDHET

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

129 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

130 Blandning av ljus Blandning av pigment

131 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

132 Vilken ruta är mörkast, A eller B?

133 Är linjerna raka? Titta från sidan!

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

135 Rör sig bilderna eller står de stilla?

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

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