Optik - läran om ljuset
•Hur ljus utbreder sig
•Hur ljus reflekteras
•Hur ljus bryts
•Hur ögat uppfattar ljus
Annika Adolfsson
LJUSKÄLLA
För att kunna se något måste det finnas en
ljuskälla
En ljuskälla är ett föremål som sänder ut ljus när
föremålet är varmt:
tex solen, stearinljus eller en 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
och i glödlampan är det den elektriska strömmen
Sänder ögat ut synstrålar?
• Nej, då skulle vi ju se i mörker (när det är helt
mörkt).
• Men förr trodde man så!
• Ögat ser för att ljuset från ljuskällor studsar (=
reflekteras) på de föremål vi ser.
Annika Adolfsson
Ljusets fart
• Ljus behöver ingen materia för att kunna
breda ut sig.
• Solljuset kommer fram till jorden trots att det
är vakuum i rymden.
• Ljusets hastighet är 300 000 km/s i
vakuum/luft.
• Ljuset går långsammare i tätare ämnen:
I vatten:225 000km/s
I glas: 200 000 km/s
Annika Adolfsson
Ljusets dubbla natur
•
•
•
•
Man kan föreställa sig ljuset på två sätt:
1) som en vågrörelse
2)som en partikel
Ibland fungerar det ena sättet bättre, ibland
det andra!
Annika Adolfsson
Ljus som en våg
• Elektromagnetisk våg:
ström i en ledare ger magnetism
en magnet som rör sig ger ström
• Elektromagnetiska vågor är t ex ljus, radiovågor,
gammastrålning, mikrovågor
Annika Adolfsson
Hur rör sig ljuset?
• Ljuset rör sig rätlinjigt, dvs det kan inte gå runt
hörn.
• Det är därför det blir skuggor.
• Ljus ritas som räta linjer med en pil på så man
ser riktningen:
Annika Adolfsson
LABB: Reflektera ljus på olika sätt
Reflektion på plana ytor, t ex plan spegel:
Reflektion på ojämna ytor, t ex papper:
Annika Adolfsson
Reflexer
• En bra reflex reflekterar nästan allt ljus.
• Mörka kläder reflekterar nästan inget ljus.
Om du har mörka kläder upptäcker en bil med halvljus dig på
20-30 meters avstånd
Om du har ljusa kläder syns du från 60 meter.
Om du bär reflex ser bilen dig redan på 125 meters avstånd.
Annika Adolfsson
Reflektionslagen
Infallsvinkel =
reflektionsvinkel
Spegel
I
R
Normalen ritas alltid 90° mo
spegeln
Ljus bryts
• Varför blir det så här?
Annika Adolfsson
Brytning i olika medium.
Asfalt
Lera
Brytning i olika medium.
Asfalt
Lera
Jämför med ljuset
• Ljuset är en våg
• Ljuset går långsammare
i vatten än i luft
Annika Adolfsson
Brytning i olika medium.
Regel
En ljusstråle som går
från ett tunnare
medium till ett tätare
bryts mot normalen
R
I
Tunt medium
(t ex luft)
Tätare medium
( t ex vatten eller glas)
B
Normal: vinkelrät mot gränsen
mellan materialen
I = infallsvinkel
R = reflektionsvinkel
B = brytningsvinkel
Regel
En ljusstråle som går från ett
tätare medium till ett tunnare
bryts från normalen
Brytning i olika medium.
Tunt medium
B
Tätare medium
I
R
Brytning i glasprisma.
Ljuset går från luft - till glas - till luft
Ljusstrålen bryts två ggr. Vid första tillfället mot
normalen andra tillfället från normalen (se fig)
Sugröret s 233 i boken.
Annika Adolfsson
• Alltså:brytningsvinkeln blir mindre än
infallsvinkeln.
• Det beror på att ljus har lägre hastighet i
vatten än i luft.
• Föremål ser ut att vara avbrutna eller närmare
ytan än de egentligen är.
Annika Adolfsson
Totalreflektion
• Kan ske när ljus går från optiskt tätare till optiskt
tunnare medium.
• Se bild på dykaren i boken. När infallsvinkeln blir
större än 50 grader reflekteras allt ljus tillbaka ner i
vattnet = totalreflektion.
Annika Adolfsson
Totalreflektion
• Används i fiberoptik – när vi skickar ljus i
fibrer, t ex vid överföring av signaler till
datorer.
Annika Adolfsson
Linser
• Ett glas- eller plaststycke som har böjd form.
• Används i t ex glasögon, kikare,
förstoringsglas, mikroskop.
• Ljuset bryts på ett regelbundet sätt.
Annika Adolfsson
Positiv lins
• Positiv lins kallas också konvex lins
eller samlingslins (den samlar strålarna)
• Tjockast på mitten
Annika Adolfsson
bBbryts
Brytning i positiva linser
Konvex
Konvexlins
lins
Brännpunkt/Fokus
Brännvidd = avstånd mellan linsens mitt
och brännpunkten
Konvex lins
Positiva linser ger
förstorad bild och
används
exempelvis i
förstoringsglas
och
i glasögon för
översynta.
Brännpunkt/Fokus
Negativ lins
• Negativ lins kallas också konkav lins eller
spridningslins (sprider strålarna)
• Tunnast på mitten
• Om den är märkt -20 så är brännvidden 20 cm.
Annika Adolfsson
Negativa linser
Konkav lins
Fokus/brännpunkt
Ger förminskad bild och
används
exempelvis i glasögon för
närsynta
Laboration
• ”När ljus träffar en lins”
Annika Adolfsson
Speglar
• En spegel är en plan och jämn glasskiva. På
baksidan är glaset överdraget med ett tunt
metallskikt (Al eller Ag). Metallskiktet
reflekterar i stort sett allt ljus.
• Reflektionslagen gäller.
• Bilden blir spegelvänd.
Annika Adolfsson
Buktiga speglar
En spegel som har den blanka
sidan inåt i en buktig spegel
kallas KONKAV
En spegel som har den blanka
sidan utåt i en buktig spegel
kallas KONVEX
Hur ljus reflekteras
Konkav spegel
Brännpunkt/Fokus
Konkav spegel
Ger förstorad bild. Används i
smink- och rakspeglar.
En parabolantenn är
en konkav spegel. I
brännpunkten sätter
man enheten som
fångar upp
signalerna.
Brännpunkt/Fokus
Bilstrålkastare
Helljus: Om vi placerar en liten ljuskälla i
brännpunkten till en konkav spegel,
kommer spegeln sända tillbaka ett
knippe parallella ljusstrålar.
Halvljus: En annan glödtråd kopplas in
Den är avskärmad så den belyser bara
spegelns övre del. Strålarna reflekteras då
så att de träffar vägen närmare bilen.
Annika Adolfsson
Konvex spegel
Ger förminskad bild
och används
exempelvis i
backspeglar och
trafikspeglar.
Konvex spegel
Bild
Skenbild
Ögat luras att tro att strålarna kommer från en
punkt bakom spegeln.
I den konkava spegeln får vi en förstorad bild.
Bild
Bild i konvex spegel
Också i den konvexa spegeln tror ögat att strålarna
kommer från en punkt bakom spegeln.
Här får vi en förminskad bild.
Några optiska apparater
Vi ska titta lite närmare på:
• Lupp/förstoringsglas
• Mikroskop
• Kikare
• Kamera
Annika Adolfsson
Lupp/förstoringsglas
• Förstoringsglas/lupp är en positiv lins med
kort brännvidd. Den ger ett stort synfält men
förstorar inte så starkt. Ju kortare brännvidd
desto mer förstorar den.
Annika Adolfsson
Mikroskop
• Ett mikroskop har ett/flera objektiv som
förstorar bilden kraftigt. Sedan tittar man på
den förstorade bilden genom ett okular som
förstorar ännu mer.
• Objektiv och okular är positiva linser.
• Mikroskop förstorar några tusen gånger. Ska
man förstora ännu mer behöver man ett
elektronmikroskop som använder elektroner
istället för ljus.
Annika Adolfsson
Kikare
• Kikaren uppfanns på 1600-talet.
• Viktigaste användning då var militär.
• Galileo Galilei däremot riktade kikaren mot
himlen. Han fann stjärnor, berg och kratrar på
månen och 4 månar som kretsar runt Jupiter.
Detta gjorde honom allt mer övertygad om att
modellen där jorden var centrum i universum
inte stämde.
Annika Adolfsson
Kikare
• Keplers kikare: Enklaste kikaren som har två
positiva linser. Bilden blir upp och ner.
Stjärnkikare
• Kikare som vi oftast använder har två linser –
objektivet (som fångar in bilden) och okularet
(som du tittar genom).
• Dessutom prismor som
vänder bilden.
Annika Adolfsson
Kamera
• En kamera består av ett objektiv med flera
linser, ett kamerahus (en ljustät låda) och en
film/bildsensor som registrerar bilden
Annika Adolfsson
Kamera
• Kameran har en slutare som öppnas en kort
stund så att ljuset kan komma in.
• Bländaren bestämmer hur mycket ljus som
ska släppas in.
• Avståndsinställningen ändrar linserna så at
bilden blir skarp.
• Allt detta görs ofta automatiskt om man vill.
Annika Adolfsson
Belysning
• Ljusflöde = hur mycket ljus som kommer från
en ljuskälla. Mäts i lumen.
• Vad betyder siffrorna
på kartongen?
Annika Adolfsson
Belysning
• Hur mycket ljus som faller på en viss yta mäts i
lux
• 1 lux = 1 lumen/kvadratmeter
• Solig dag på sommar: ca 100 000 lux
• Inomhus på vintern: ca 300 lux
Annika Adolfsson
Färger
Solljus kallas vitt ljus
Vitt ljus är uppbyggt av många olika färger.
Regnbågen
uppstår när ljus
bryts och
reflekteras i
vattendroppar.
Annika Adolfsson
Regnbågen
• Solen strålar ut ett vitt
ljus som består av många
olika färger.
• Alla färger har olika
våglängder och bryts
därför olika.
• Eftersom dessa färger
bryts olika mycket delas
det vita ljuset upp vid
brytningen och vi kan se
ljusets alla färger.
• Regnbågens färger är rött,
orange, gult, grönt, blått,
indigo och violett.
Annika Adolfsson
Prisma
I ett prisma
bryts också
ljuset så att
man ser olika
färger.
Experiment visar att ljus med mindre våglängd (violett ljus) har
lägre hastighet i medier som glas och vatten än ljus med större
våglängd (rött ljus). När ljuset når en vatten- eller glasyta kommer
det violetta ljuset att bromsas upp mera än det röda. Därför
bryts det violetta ljuset mer än det röda ljuset. Fenomenet då
ljus av olika våglängder bryts olika mycket kallas dispersion.
Annika Adolfsson
Annika Adolfsson
Färg
• Olika föremål reflekterar olika våglängder.
• Blå föremål reflekterar den blå delen av ljuset
bäst.
• Röda föremål reflekterar den röda delen bäst.
Annika Adolfsson
• Själva äpplet
reflekterar det röda
ljuset, absorberar de
andra våglängderna.
• Bladen reflekterar
det gröna ljuset,
absorberar de andra
våglängderna.
Annika Adolfsson
Vad har du på dig när det är varmt?
• Vita saker reflekterar
nästan allt ljus.
• Svarta saker absorberar
nästan allt ljus
Annika Adolfsson
Annika Adolfsson
Varför är solnedgången röd?
• Ljuset sprids i atmosfären.
• Violett sprids mest, rött sprids minst.
• På kvällen har solljuset en lång väg att gå
genom atmosfären.
• Det violetta/blå ljuset
sprids mycket, det röda
blir kvar.
Annika Adolfsson
Varför är himlen blå?
• Varför är himlen blå? Luften
är ju genomskinlig och rymden bakom himlen
är svart?
• Beror också på att olika färger sprids olika
mycket.
• Blått ljus sprids mest , därför ser himlen blå ut
Annika Adolfsson
Varför är molnen vita?
• Moln består av vattendroppar i olika storlekar.
• Små droppar ger en blå färg, stora droppar ger
en röd nyans o.s.v.
• En blandning av alla färger blir… ja, , det blir
ju vitt!
• Mörka moln kan vara i skuggan av ett
annat moln, eller så tjocka att ljuset
inte passerar igenom.
Annika Adolfsson
