Fysik - Learnify

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
