File

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?

Ljud är en vågrörelse
Vad är en vågrörelse?
Ord: Vågrörelse

En vågrörelse är en rörelse som förflyttar
sig genom ett medium. Ett medium är det
material som vågrörelsen rör sig genom



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
Exempel på vågrörelser…
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

Även människor kan vara
materialet som en våg rör sig
genom…
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

Transversell vågrörelse
I ljud är vågrörelsen fram och
tillbaka (longitudinell). Luften
komprimeras och tunnas ut om
vartannat.
I vattenvågor är det en blandning
av olika rörelser
Ljud kan förflytta sig genom många
olika material
Luft
 Vatten
 Sten
 Metall
 Många andra

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

Ljud börjar med att ett föremål
vibrerar
Till exempel en gitarrsträng
När man knäpper på en gitarrsträng uppstår en
vibration i strängen. (vibration = snabb rörelse
fram och tillbaks)
Om vi tittar på vibrationen i slow
motion ser det ut så här:
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

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


Om en ton är tillräckligt stark kan
resonansen i ett glas få glaset att gå
sönder! (se video på nästa sida)
Resonans i ett glas får glaset att gå
sönder
Ord: frekvens
Frekvens är hur många gånger per sekund
något vibrerar.
 Frekvens mäts i enheten Hertz. 1 hertz =
en vibration per sekund.

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.

Ju högre ton, desto högre frekvens
Nästa sida visar frekvenser mellan 10000
Hz (Hertz=svängningar per sekund) och 1
Hz.
 Människans hörselområde ligger mellan
ungefär 20 000 Hz och 20 Hz. Utanför
detta område uppfattar vi inte ljudet

Många djur kan uppfatta frekvenser
utanför människans hörselområde
Ord: våglängd
Avståndet mellan vågtopparna i en
vågrörelse kallas för våglängden
 Våglängd och frekvens hör alltid ihop
 Ju högre frekvens desto kortare våglängd

Våglängd
Samband mellan våglängd och frekvens
Kort våglängd,
hög frekvens
Lång våglängd
Låg frekvens
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”

ORD: Amplitud = avstånd mellan
vågtopp och vågdal
amplitud
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

Ord: Decibel
Decibel är namnet på enheten som
används för att mäta ljudstyrka.
 Förkortning db

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

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

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

smärta
rockkonsert
flygplan
åska
tunnelbana
klassrum
Över en viss nivå (decibel) kan ljud
orsaka hörselskador
Decibel
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
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

Om en MP3 spelare kan höras
på över 1 meters avstånd kan
den orsaka hörselskada
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)

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?
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

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

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
Kongar-ol Ondar on David
Letterman's Late Show
Vad händer i örat?

Efter att ljud förflyttat sig från ljudkällan
genom luften och till vårt öra, hur uppfattar
vi ljudet?
Först kommer ljudet till trumhinnan
och får den att vibrera
Trumhinna
Ljudvåg
Detta får benen i örat att vibrera
hammaren
städet
stigbygeln
trumhinnan
Stigbygeln vibrerar mot ”ovala
fönstret”
hammaren
städet
Ovala
fönstret
stigbygeln
trumhinnan
Ljudvågen förs vidare in i
hörselsnäckans vätska
hammaren
städet
vätska
Ovala
fönstret
stigbygeln
trumhinnan
ljudvåg
Hårceller i snäckan känner av
vibrationerna
hammaren
städet
vätska
Ovala
fönstret
stigbygeln
trumhinnan
hårceller
ljudvåg
Och hörselnerven skickar signalen
vidare till hjärnan
hörselnerv
hammaren
städet
vätska
Ovala
fönstret
stigbygeln
trumhinnan
hårceller
ljudvåg
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?

Hur hög tonen är bestäms av
frekvensen
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

Samma frekvens
Stillastående
Högre
frekvens
Lägre
frekvens
I rörelse
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)

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

Ord: ljudvallen

Den barriär av komprimerad luft som ett
flygplan måste bryta igenom för att
överstiga ljudets hastighet
Flygplan som bryter igenom
ljudvallen
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)

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
Ultraljudsbild
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

Sonar
Ljud tas emot
Reflekterat ljud
Ljud skickas ut
Vissa djur använder sonar
för att navigera
Fladdermus-sonar
En fladdermus har så bra
sonar att den kan flyga
genom en fläkt utan
att skada sig!
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!
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

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

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

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

Del 2, Ljus
Ljus är också en vågrörelse

Ljus är en transversell vågrörelse
Till skillnad från andra vågor
behöver ljus inte ett material att
röra sig genom. Ljus kan röra
sig genom tomma rymden
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

Ljusets färg beror på vilken
våglängd det har
Hur uppfattar vi ljus?
Ljuset kommer från en ljuskälla
Ljuset träffar ett föremål och
reflekteras
Ord: reflektion

Reflektion är när ljuset träffar ett föremål
och studsar bort från det
Det reflekterade ljuset når 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
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

Spektrum
Vitt ljus
Prisma
Ljuset kan
även delas
upp i ett
spektrum av
regndroppar
Ljusets färg beror på vilken
våglängd det har
Rött ljus har lång våglängd
 Blått ljus har kort våglängd
 Grönt ligger mitt emellan

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

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)

Gamma
strålning
De flesta våglängderna
i det elektromagnetiska
spektrumet är osynliga.
röntgen
UV
Osynligt
synligt
Infrarött
mikrovåg
TV sändning
Radiovågor
Osynligt
Många våglängder har
att göra med saker som
vi normalt inte tänker
på som en sorts ”ljus”
t.ex. TV, radio, mikrovåg,
gamma strålning
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

Reflektion från jämn yta
Reflektion från ojämn yta
Hos en jämn och rak yta är
infallsvinkeln alltid = reflektionsvinkeln
infallsvinkel
45°
reflektionsvinkel
45°
Speglar kan vara
böjda inåt eller utåt
En inåtböjd spegel kallas konkav
 En utåtböjd spegel kallas för konvex

Konkav
Konvex
En konvex spegel sprider ljuset
 En konkav spegel samlar ljuset

k
o
n
k
a
v
k
o
n
v
e
x
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

Ljuset som
kommer från
vattnet till luften
byter riktning och
får pennan att se
böjd ut
Ljus som går genom ett prisma
byter riktning två gånger = bryts två
gånger
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
En konvex lins samlar ljuset
Konvex lins
brännpunkt
brännvidd
Orden
brännpunkt och
brännvidd
förklaras på
nästa sida
Två nya ord
Brännpunkt: där ljusstrålarna samlas
 Brännvidd: avståndet från linsen till
brännpunkten

En konkav lins sprider ljuset
Svårt att komma ihåg konvex och
konkav? Här är en enkel
minnesregel

Regeln stämmer för både speglar och
linser
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

Användning av konvexa linser

Konvexa linser används bland annat i
förstoringsglas och kikare
Parabolantenn

En parabolantenn
är som en konkav
”spegel”. Den
samlar TV vågor
från en sattelit till
en punkt
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

Normalt öga
Lusstrålar når näthinnan
Närsyntöga
öga
Närsynt
Ljusstrålar samlas för långt fram
Översynt öga
Lusstrålar samlas för långt bak
Korrigerad syn
Konvex lins korrigerar
Korrigerad syn
Konkav lins korrigerar
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

Polariseringslinsen ser ut som
vanliga solglasögon i verkligheten
Polariseringslins
Vanligt ljus
Polariserat ljus
Utan polariserade linser
Med polariserade linser
Om färger
Hur uppfattar ögat färger?
 Vad är färg?
 Vad händer när man blandar färger?

En bild av omvärlden når näthinnan
näthinna
lins
synnerv
På näthinnan finns syncellerna
Det finns två sorts synceller, stavar, och
tappar
 Stavarna kan uppfatta färg
 Tapparna kan bara uppfatta svartvitt

tappar
stavar
nerver
Tapparna ser färg
Stavarna ser svartvitt
När det är mörkt är det bara
stavarna som fungerar, för tapparna
behöver mera ljus, därför ser vi inte
färger när det är mörkt
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!
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

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?

TEST FÖR FÄRGBLINDHET
Blandning av färger

Om man blandar ljus av olika färger får
man inte samma resultat som om man
blandar olika målarfärger
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

Blandning av ljus
Blandning av pigment
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
Vilken ruta är mörkast, A eller B?
Är linjerna raka? Titta från sidan!
Titta på svarta fläcken i mitten en stund.
Vad händer med det gråa området runt?
Rör sig bilderna eller står de stilla?
Titta nära (15 cm). Vad föreställer bilden?
Backa 2 meter. Vad ser du nu?
Stirra på krysset i mitten. Vad händer med de
röda fläckarna? Flytta huvudet lite. Vad händer?
Fläckarna är egentligen hela tiden röda!