Optik
läran om ljusets utbredning och
brytning
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
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
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!
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.
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.
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
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.
Ljusets egenskaper
Ljus rör sig rätvinkligt- det färdas
rakt fram.
Hastighet ca. 300 000 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.
Skuggor
Ljuset går ju rakt fram.
Om ljusstrålarna
hindras blir det skugga.
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.
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.
Ljusets reflektion
Den vanligaste reflektionen kallas för diffus
reflektion och sker när ljuset når en
oregelbunden yta och reflekteras lite hur
som helst.
Regelbunden reflektion
När ljuset träffar en spegel studsar det utifrån
spegeln precis lika snett eller rakt som den
träffade.
Reflektionslagen:
Reflektionsvinkeln är alltid lika
stor som infallsvinkeln.
i
r
Spegel
Normalen ritas alltid 90° mot spegeln
Olika typer av speglar
1.
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.
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
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!
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.
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!
Användningsområde för
konvex spegel:
I backspeglar eller som trafikspeglar för att kunna se så
mycket som möjligt.
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.
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.
Att ljuset bryts på detta sätt beror på att
vattnet är mycket tätare än luft och bromsar
ljuset.
Ljuset bryts mot normalen.
Tunt medium
i
b
Tätare medium
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.
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 200 000 km/s.
Totalreflexion
Inträffar när infallsvinkeln blir tillräckligt stor
(större än 49°) och då reflekteras inget ljus
tillbaka utan allt ljus reflekteras tillbaka in i
glaset.
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.
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
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
En konvex lins samlar
inkommande ljus
Brännvidd
En konkav lins sprider
ljuset.
fokus
Brännvidd
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.
