Optik
Läran om ljuset
Vad är ljus?
• Ljus är en form av energi. Ljus är elektromagnetisk
strålning. Energi kan inte försvinna eller nyskapas.
• Ljuskälla – Föremål som skickar ut ljus. I alla ljuskällor sker
en energiomvandling
t.ex. I solen: Kärnenergi → ljus
I glödlampa: Elektrisk energi → ljus
I stearinljus: Kemisk energi → ljus
• Föremål som inte är ljuskällor måste reflektera från en
ljuskälla för att vi ska kunna se föremålet.
Ljus
•
•
•
•
Ljus sprider sig bara rakt fram.
Ljus kan aldrig gå bakom ett hörn
Ljusstrålar är osynliga i vatten och i luft
Ljusstrålar kan man se i grumligt vatten och i ett
dammigt rum.
• Ljus reflekteras i olika riktningar i en skrovlig yta.
Speglande reflektion
(plan yta)
Diffus reflektion
(skrovlig yta)
Att rita ljus
• Man ritar ljus som linjer med pilar
Spegelyta
Reflektionslagen
• Infallsvinkeln (i) = reflektionsvinkeln (r)
i
normal
r
Spegelyta
Buktiga speglar
•
• Konkav spegel
(buktar inåt)
• Parallella strålar som
träffar en konkav
spegel reflekteras så
att de möts i
brännpunkten (fokus, f)
•
• Konvex spegel
(buktar utåt)
• Parallella strålar som
träffar en konvex spegel
reflekteras så att det ser
som de kommer från en
bestämd punkt bakom
spegeln, brännpunkten
Exempel på buktiga speglar
• Konvexa speglar finns i butiker och
backspeglar på en bil
• Konkava speglar är tex sminkspegel och
reflektor till strålkastare.
Ljusets brytning
n
tunnare
tunnare
tätare
tätare
n
tätare
tunnare
n
Ljusets brytning och reflektion
Luft
Vatten
När en ljusstråle
går vinkelrät mot
gränsen mellan två
ämnen ändrar
ljuset inte riktning.
Totalreflektion: Om ljus går från ett tätare till ett tunnare
medium och infallsvinkeln är tillräckligt stor kommer inget
ljus alls att passera ut. I stället reflekteras allt ljus tillbaka
in.
Fiberoptik
• Tack vare totalreflektion kan man
skicka ljus genom en tunn tråd eller
fiber av t.ex. glas.
• I optiska fiber skickar vi
telefonsamtal, kabel-tv och data.
• Fiberoptik kan användas för att
belysa, filma eller fotografera i
trånga utrymmen t.ex. i
människokroppen.
Linser – Konkav lins
• Linser är buktiga skivor av genomskinligt
material, t.ex. glas eller plast.
• I linser bryts ljuset på olika sätt, dvs
ändrar riktning.
• Konkav lins är en spridningslins. Parallella
strålar bryts så att de ser ut att komma
från linsens brännpunkt.
• Konkav lins ger rättvänd bild och
förminskad.
• Konkav lins kan inte avbilda föremål
• Konkav lins används i glasögon
Konvex lins
• Samlingslins. När parallella strålar
träffar en konvex lins, bryts de så
att de samlas i linsens brännpunkt.
• Avståndet från brännpunkten till
linsens mittpunkt kallas brännvidd.
• På nära håll ger konvex lins
rättvänd och förstorad bild.
• På långt avstånd ger konvex lins
förminskad och upp- och nervänd
bild.
• Linsen i våra ögon är en konvex
lins
• Används till förstoringsglas, kikare
och glasögon
Ögat
Pupillen – en öppning som
släpper igenom ljuset. Är
det ljust är den liten och
släpper in lite ljus. Är det
mörkt är den stor och
släpper in mycket ljus.
Linsen – Samlar ljuset längst
bak i ögat.
Näthinnan – Längst bak i
ögat. Där finns speciella
celler som känner av färger
och ljusstyrka. De cellerna
skickar signaler till ögat.
Hjärnan tolkar vad vi ser.
Näthinnan består av två typer av celler:
Stavar: Mycket ljuskänsliga men kan de inte skilja mellan
olika färger och de har dålig synskärpa.
Tappar: Hög synskärpa under goda ljusförhållanden och kan
urskilja olika färger.
Fortsättning ögat
• Linsen som finns i ögat sitter fast med små
muskler.
• Dessa muskler gör att linsen kan bli smal eller
tjock. Den behöver kunna göra det för att vi ska
kunna se på långt håll ibland och på nära håll
ibland.
• När vi blir äldre stelnar denna muskel och man
kan behöva ha läsglasögon. Har någon i er närhet
det?
• När man har åldersynthet fungerar det på samma
sätt som översynthet.
Närsynt
• När man är närsynt ser man dåligt på långt håll.
• Det är ofta så att ögongloben är för lång och
ljuset fokuseras före näthinnan.
• Detta avhjälps med en konkavlins som sprider
ljuset.
Översynt
• När man är översynt ser man dåligt på nära håll.
• Det är ofta så att ögongloben är för kort och
ljuset fokuseras efter näthinnan.
• Detta avhjälps med en konvexlins som samlar
ljuset.
Kameran
• En kamera fungerar ungefär som ett
öga.
• I objektivet kommer ljuset in – det
kan motsvara linsen i ögat
• Bländaren säger hur mycket ljus som
ska komma in i kameran – det kan
motsvara pupillen
• Slutaren bestämmer hur länge en
kameran ska vara öppen. Olika
slutartider ger olika mycket ljus i
bilder.
• I en digitalkamera finns ingen film
utan där finns en platta med
miljontals fotoceller. Den reagerar på
ljus som näthinnan i ögat. Bilden
skickas till ett dataminne.
Kikaren
• En kikare är en kombination
av en kamera och ett
förstoringsglas.
• Linsen mot det man tittar på
kallas för objektiv.
• Linsen närmast ögat kallas
okular.
• Om man bara skulle ha linser
i en kamera skulle vi se upp
och nervänt.
• Nu finns det två prismor i
kikaren som gör att vi ser
rättvänt.
Färger
• När man skickar vitt ljus mot ett prisma får
man fram ett spektrum av färger
• Då kan man se att vitt ljus egentligen
innehåller alla regnbågens färger.
• När det vita ljuset går genom prismat bryts de
olika färgerna olika mycket och vi får ett
spektrum av färger.
Regnbågen
• När solljuset träffar
vattendroppar i
luften kan det bildas
en regnbåge.
• Vattendropparna
fungerar på samma
sätt som prismat.
• Det vita ljuset från
solen bryts två
gånger i
vattendroppen så
att färgerna sprids.
Hur kan en tröja upplevas som grön?
• Denna tröjan ser du som grön.
Det som händer är att när ljuset
träffar tröjan absorberas rött och
de andra färgerna reflekteras
tillbaka. Det du ser blir grönt.
Rött och grönt är komplement
färger.
• Samma gäller tex färgerna gul
och blå.
• Svart färg absorberar alla färger .
Du ser svart för att du ser det
som är runtomkring det svarta.
Färgblandningar
• Om man har tre strålkastare med var sin färg
kan man få denna bild.
• Blandar man rött och grönt blir det gult.
• Blandar man rött, blått och grönt blir det vitt.
• Så fungerar en TV.
Ljusets dubbla natur
• Ljus kan beskrivas som en vågrörelse eller en svärm av
partiklar som kallas fotoner.
• Olika färger kan beskrivas som vågor med olika våglängd
eller frekvens (svängningar/sekund).
• Olika fotoner har olika mycket energi.
• Exempel:
Rött ljus har längre
våglängd än blått ljus.
Fotoner hos blått ljus
innehåller mer energi än
fotoner hos rött ljus.
Polariserat ljus
• Ljusvågor från t.ex. solen svänger i alla
riktningar.
• Om solljus reflekteras mot en vattenyta eller
en vägbana så svänger ljuset bara i en riktning,
lodrätt. Vi säger att ljuset har polariserats.
• Polaroidglasögon används för att stoppa de
besvärande reflexerna, de innehåller ett galler
som inte släpper igenom det reflekterade
ljuset (se bild i fysik direkt s. 108).
Laserljus
• I enfärgat ljus har alla vågor samma våglängd.
• Laserljus är enfärgat men dessutom rör sig
vågorna i samma riktning och i takt med
varandra. Ljuset förstärks. (se s. 108)
• Laser används till att svetsa och skära metaller,
avlägsna tatueringar och födelsemärken,
laserpekare, kikarsikten, m.m.
