EXPERIMENT 1
LINSER
Du kommer i kontakt
med linser varje dag
antingen du vet det
eller ej. Kameror
använder linser för att
fokusera bilden på
filmen, filmprojektorer
har rörliga linser för att
få en skarp bild på
filmduken. Dina ögon
har en lins som skapar
en bild på näthinnan.
Bilden på näthinnan är
upp och ner men din
hjärna vänder bilden
rätt så du kan få en
korrekt bild av din
omgivning.
?
Objekt
Bild på en vit skärm
Lins
Ficklampa
Avståndet mellan objektet och linsen bör vara cirka 0,5
meter.
Utrustning:
Linserna A, B och C
Meterlinjal
Ficklampa
Vit kartong (skärm)
Klädnypa
Objekt (papper med
stor bokstav)
Dela ut linserna (A, B och C), en meterlinjal och två vita
kartongbitar.
Visa (om nödvändigt) hur man justerar lins och skärm för
att erhålla en bild.
För att försöket ska lyckas se till att belysningen i rummet
är svag.
Ett bra objekt att studera är antingen
1) en kraftigt belyst stor bokstav (kan belysas framifrån
eller bakifrån)
2) ett fönster med ett upplyst landskap utanför
När eleverna ska bestämma brännvidden hos linserna bör
de placera linsen ett par meter från objektet för bäst
resultat.
Utförande:
1
I ett svagt upplyst rum, placera lins A
minst en meter från objektet (pappret
med bokstaven). Belys objektet med
ficklampan. En bild kan fångas på
skärmen på ett visst avstånd från linsen.
Flytta skärmen fram och tillbaka tills en
skarpt fokuserad bild erhålles.
Fråga1: Är det någon skillnad i storlek
mellan objekt och bild? Är bilden
rättvänd eller uppochner? Ser du några
andra skillnader?
3
Fråga3: Vilken effekt har denna
förändring på bilden?
Svar3: När avståndet objekt-lins minskar
ökar avståndet lins-skärm och bilden blir
större.
4
Svar1: Bilden som skapas av lins A är
uppochner och förminskad. Den är även
höger-vänster-vänd
2
Upprepa försöket med lins B och C.
Svar2: Lins B ger en bild liknande lins A
men mindre och närmare linsen. Lins C
kan inte skapa någon bild på skärmen.
Svar4: En typisk förutsägelse är att övre
eller undre halvan av bilden försvinner.
Eftersom varje del av linsen avbildar hela
objektet kommer bilden fortfarande att
visa hela objektet. Det blir bara mycket
svagare. Detsamma inträffar om man
täcker över undre halvan av linsen.
Diskussionsfråga
Varför ger lins C ingen bild på skärmen?
Även en konkav lins ger en bild men den
kan man inte projicera på en skärm. Om
man tittar genom en konkav lins ser man
en rättvänd, förminskad bild. Denna typ
av bild kallas virtuell bild. En bild som
projiceras på en skärm kallas reell bild.
Använd lins A så du har en skarp bild av
objektet. Vad tror du händer om man
täcker för övre halvan av lins A? Skriv ner
vad du tror händer med bilden.
Täck övre halvan av lins A med en
kartong och studera bilden.
Fråga4: Blev det som du tänkt dig?
Förklara vad som hände. Vad händer om
du täcker undre halvan av linsen?
Fråga2: Beskriv skillnaderna mellan de
olika linserna.
Lins C har ett annat
utseende än lins A och
B. Linserna A och B är
tjockast på mitten och
konvex konkav
kallas konvexa (kallas
även positiva, konvergerande) medan
lins C är tunnast på mitten och kallas
konkav (negativ lins, divergerande,
spridningslins).
Använd lins A och minska avståndet
mellan objektet och linsen.
5
När en bild skapas av ett mycket avlägset
objekt kommer bilden att hamna i linsens
fokalplan. Avståndet mellan linsens
centrum och bilden kallas linsens
fokalvidd eller brännvidd.
Fråga5: Bestäm brännvidderna hos
linserna A och B.
Svar5: A:s brännvidd är cirka 12,5 cm och
B:s cirka 3,5 cm.
Diskussionsfrågor
Flera aktiviteter
Vad händer med bilden då den konvexa
linsen flyttas närmre objektet?
1) Flera saker kan fungera som linser. Låt
eleverna bestämma brännvidden hos en
glaskula, en vattenfylld glasflaska, en
plastpåse med vatten.
Bilden flyttas längre och längre bort och
blir större tills den så småningom
”försvinner”. Detta inträffar då objektet
ligger inom en brännvidd från linsen.
Bilden har inte försvunnit, den har bara
bytt från reell bild till virtuell bild. Den
kan man se om man på objektet genom
linsen.
Har den konkava linsen en brännvidd?
En konkav lins har vad som kallas en
virtuell brännvidd vilken betecknas med
ett negativt värde.
Vad finns det för samband mellan
bildens läge och den konvexa linsens
brännvidd?
Bildens läge varierar beroende på
avståndet mellan lins och objekt. Det
finns en ekvation som beskriver detta
samband. Om (a) är avståndet mellan
objekt och lins, (b) är avståndet mellan
lins och bild och (f) är linsens brännvidd
kan ekvationen skrivas
1 1 1
+ =
𝑎 𝑏 𝑓
Här ser man att om avståndet till
objektet är mycket stort blir 1/a≈0.
2) Linsformeln ovan kan användas genom
att beräkna bildens läge då man känner
linsens brännvidd och avståndet till
objektet eller beräkna linsens brännvidd
genom Att mäta avstånden lins-objekt
och avståndet lins-bild.
EXPERIMENT 2
FÖRSTORINGSGLAS
Förstoringsglas hjälper
oss att se små saker
tydligt. Vissa kan vara
uppbyggda av flera linser
och kan förstora upp till
1000 gånger.
Utrustning:
Linserna A, B och C
Små kristaller av salt,
socker och sand.
Lins
Linjal
Utöver de tre linserna bör varje elev ha en linjal för att
mäta storleken på objekt och bild samt några kristaller av
olika material t.ex. salt, socker och sand.
Utförande
1 Lägg var och en av linserna på en boksida med text och lyft
linserna sakta och betrakta texten genom linserna.
Fråga1: Beskriv bilden av bokstäverna du se genom linserna
då du lyfter linserna från boksidan.
Svar1: Linserna A och B ger rättvända förstorade bokstäver.
Förstoringen ökar då linsen flyttas från pappret. Lins C ger
en rättvänd, förminskad bild som minskar då linsens
avstånd till sidan ökar.
2 Flytta linserna så att avståndet till
textsidan blir längre än linsens brännvidd.
Fråga2: Beskriv förändringarna då du för
linsen längre från objektet mot ögat.
Notera skillnaderna i bildens utseende hos
de tre linserna.
Svar2: För lins A och B gäller: då avståndet
till objektet närmar sig linsens brännvidd
blir bilden väldigt stor, suddig och
distorderad. Ökar avståndet ytterligare blir
bilden uppochnervänd och förminskad och
minskar om avståndet ökar ytterligare.
Lins C ger hela tiden en rättvänd bild
vilken minskar då avståndet till objektet
ökar.
3 Om linsen skapar en bild större än
objektet kan linsen användas som
förstoringsglas. Håll linsen nära ögat och
närma dig textsidan tills bilden blir skarp.
Det är så man använder ett
förstoringsglas.
Fråga3: Vilka linser förstorar?
4 Använd lins A eller B och studera några
olika kristaller.
Fråga4: Beskriv skillnaden mellan
kristallerna hos salt, socker och sand.
Svar4: Saltkristallerna ser likadana ut
medan sockerkristallerna har olika form.
Sand ser man ha kristaller av olika
material.
5 Välj ett mycket litet objekt som en tryckt
bokstav och studera den med de båda
förstoringsglasen. Rita av bokstaven så
stor som du ser den i förstoringsglaset.
Fråga 5: Mät bildens storlek. Hur många
gånger förstorar linsen?
Svar5: Dem maximala förstoringen är 4
gånger för lins A och 7 gånger för lins B.
Svaren kan variera mycket då det är svårt
att noga mäta förstoringen. Ett sätt är att
titta på objektet genom linsen med ena
ögat och samtidigt rita av bilden vid sidan
av med hjälp av det andra ögat.
Svar3: Linserna A och B förstorar. Lins C
gör det inte.
Diskussionsfrågor
Vilken egenskap hos linsen bestämmer om den kan användas dom förstoringsglas?
Det är bara positiva (konvexa) linser som kan användas som förstoringsglas.
Under vilka omständigheter kan en konvex lins fungera som förstoringsglas?
Linsen måste hållas mindre än en brännvidd från objektet. När avståndet mellan lins och
objekt är mellan en och två brännvidder får man en förstorad bild men den är uppochner
och svår att se på grund av sitt läge.
Varför gav lins A och B rättvända bilder i detta experiment men uppochnervända i
föregående?
Bildens utseende beror på avståndet mellan objekt och lins. Vid experiment 1 var avaståndet
stort så linserna producerade en omvänd bild.
Varför får eleverna olika förstorning trots att de använder samma lins?
Svårigheten att rita av bilden i rätt storlek ger variationer i svaret. Bildens storlek beror på
avståndet mellan lins och objekt. Förstoringen refererar till den största bild som kan erhållas
utan förvrängning.
Flera aktiviteter
1) Skaffa ett mikroskop och låt eleverna undersöka några objekt som är för små för att se
med förstoringsglas. Låt eleverna undersöka vilken typ av linser som finns i mikroskopet.
2) Låt eleverna studera audiovisuella utrustningar och identifiera de linser som används.
EXPERIMENT 3
GALILEIKIKAREN
Kikare eller teleskop kan
utformas på flera sätt
genom att kombinera
olika linser. Varje typ har
någon fördel samt även
någon nackdel. Vissa ger
en uppochnervänd bild
medan andra en rättvänd.
Vissa förstorar mer och
andra ger ett större
synligt område.
Linserna i teleskop och
mikroskop är monterade i
rör som håller linserna på
plats och hindrar
distraherande ljus från
andra ljuskällor att störa
bilden.
Galileikikaren har fått sitt
namn från Galileo Galilei
(1564-1642) trots att han
inte var uppfinnaren. Han
lyckades dock bygga en så
kraftfull kikare att han
kunde göra sina berömda
astronomiska
observationer.
Utrustning
Lins A och C
Linsränna
Avlägset
objekt
Lins A
Lins C
Att göra ett teleskop av linserna A och C kan vara lite
knepigt så pröva först själv så du kan hjälpa eleverna.
För att lyckas börja med att hålla lins C tätt intill ögat.
Placera lins A tätt framför lins C.
Flytta lins A sakta från lins C tills du får en skarp bild. Detta
sker då avståndet mellan linserna är cirka 10 cm.
Genom att fästa klädnypor i linserna så att linserna kan stå
på bordet blir det lättare för eleverna att teckna av
bilderna de ser.
Utförande:
1 Håll lins C så nära ögat att den nuddar ditt ögonbryn.
Placera lins A direkt framför lins C så du kan se genom båda
samtidigt och sikta mot ett avlägset objekt. (VARNING!!
TITTA EJ PÅ SOLEN!). Flytta nu lins A från ögat tills du får en
skarp bild.
Fråga1: Beskriv bilden du ser jämfört med det verkliga
objektet.
Svar1: Bilden är rättvänd och förstorad. Vissa elever kan se
färger runt bildens kontur.
2 Rita en bokstav på svarta tavlan och ställ
dig minst två meter från tavlan. Studera
bokstaven genom kikaren på samma sätt
som förut. Öppna det andra ögat. Du ser
nu två bilder av bokstaven, en genom
kikaren och en direkt. Låt en kamrat rita
ett streck på tavlan i över och underkant
på bokstaven du ser i kikaren. Mät de
båda höjderna och beräkna förstoringen.
Fråga 2: Vilket vetenskapligt instrument
använder linserna på detta sätt?
Svar2: Ett teleskop.
Fråga3: Hur måste avståndet mellan
linserna ändras om du vill betrakta ett mer
avlägset objekt?
Svar3: Ju avlägsnare ett objekt är desto
närmare måste linserna vara varandra, till
ett visst läge då man inte behöver justera
mer. Man har skärpa på mycket avlägsna
föremål.
Diskussionsfrågor
Varför är linser i teleskop och mikroskop
monterade i rör?
Rören håller linserna på plats och hindrar
ströljus att komma in mellan linserna och
förstöra kontrasten i bilden.
När du studerar objekt som befinner sig
på olika avstånd måste avståndet mellan
linserna ändras för att fokusera bilden.
Hur måste avståndet mellan linserna
ändras då du betraktar ett mer avlägset
objekt?
Ju längre bort objektet är ju närmre måste
linserna vara varandra, till en viss gräns då
skärpa erhålles till oändligt avstånd.
Vad händer om du vänder på teleskopet
och betraktar ett objekt? (lins A närmast
ögat)
Man ser objektet förminskat och rättvänt
och större än om man tittar med endast
lins C.
Fråg4: Förklara vad som inträffar om du
vänder teleskopet och tittar genom det. (Lins
A närmast ögat)
Svar4: Man ser objektet förminskat och
rättvänt och större än om man tittar med
endast lins C.
Fråga5: Varför ser man ibland färger kring
objektets kontur?
Svar5: Denna distorsion orsakas av att de olika
färgerna i ljuset inte bryts lika mycket i linsen.
Vill du veta mera så sök på Internet på
”Kromatisk abberation”.
Flera aktiviteter
1) Låt eleverna studera en systemkamera,
där man fokuserar genom att se genom
linsen, och se hur linsen flyttas då man
fokuserar på olika avstånd.
2) Låt eleverna skriva en rapport om hur
en projektor fungerar.
3) Låt eleverna läsa om Galileo Galilei och
de upptäckter han gjorde med sitt
teleskop.
4) Låt eleverna bestämma något yrke där
man jobbar mycket med linser. Bjud in
någon att berätta om det.
EXPERIMENT 4
KEPLERS TELESKOP
Nu när du vet hur en
Galileikikare fungerar ska
du få lära dig hur ett
annat teleskop skapat av
en tysk astronom
Johannes Kepler(15711630), Keplers teleskop.
Avlägset
objekt
Om man har två
teleskoptyper vilket är då
bäst? Inom optiken beror
svaret på en annan fråga.
Vad ska du använda
teleskopet till? Om du ska
studera planeter och
stjärnor är Keplers
teleskop det rätta.
Lins A
Lins B
Det kan vara svårt för eleverna att hitta bilden de söker.
Utrustning
Lins B måste hållas nära intill ögat.
Lins A och B
Om lins A hålles tätt intill lins B on sedan sakta flyttas från
B kommer en skarp bild att synas då avstånden mellan
linserna är cirka 16 cm.
Linsränna
Utförande
1 Håll lins B mycket nära ögat och placera lins A omedelbart
framför lins B så du kan se genom båda linserna samtidigt.
Rikta in linserna mot ett avlägset objekt som du vill
studera (VARNING!! TITTA INTE PÅ SOLEN!) och blunda på
det andra ögat. Flytta sakta lins A bort från lins B samtidigt
som du tittar genom linserna. I ett visst läge ser du en
skarp fokuserad bild.
.
2
Fråga1: Beskriv bilden du ser genom
linserna jämfört med objektet.
Fråga3: Hur många gånger förstorade
teleskopet?
Svar1: Bilden är uppochner och förstorad.
Man kan även se färger kring konturerna.
(se diskussionen till experiment 3).
Svar3: Förstoringen blir cirka 3 gånger.
Elevsvaren kan avvika beroende på
noggrannheten vid ritande av uppfattade
bildens storlek.
Rita en bokstav på ”svarta tavlan” och
förflytta dig minst 2 meter från tavlan och
fokusera så du ser bokstaven skarpt i
teleskopet. Öppna det andra ögat och du
ser bokstaven både genom teleskopet och
direkt. Låt en kamrat gå fram till tavlan
och markera övre och undre kanten på
bokstaven du ser i teleskopet. Du kan nu
mäta hur stor förstoringen var.
Teleskopskillnader: Keplers teleskop är
längre.
Bildskillnader: Keplers teleskop ger en
uppochnervänd bild. Förstoringen är
mindre än hos Galileis teleskop.
Diskussionsfråga
Diskussionsfrågor
Bilden i Keplerteleskopet blir uppochner men
blid den även höger-vänster-vänd?
Ja det blir den. Dessa två egenskaper hör
ihop.
Vad händer om du titta i teleskopet bak
och fram (lins A närmast ögat)?
Bilden blir fortfarande uppochner och
förminskad.
Vilket teleskop är bäst och varför?
Det beror på vad man skall använda det
till. Ska man studera något avlägset i sin
omgivning vill man ha bilden rättvänd
medan om man studerar himmelsobjekt
gör det inget att man ser dem uppochner.
Flera aktiviteter.
1) Låt eleverna söka information om
andra typer av teleskop. Varför använder
vissa kupade speglar?
Fråga2: Vad skiljer detta teleskop från
Galileis teleskop?
Svar2: Bilden blir uppochner i
keplerteleskopet. Förstoringen blev något
mindre än med Galileis teleskop.
2) Låt eleverna undersöka skillnader i
design mellan teleskop och mikroskop.
EXPERIMENT 5
FRESNEL-LINS
Att tillverka linser är en
komplicerad process.
Glassort, tjocklek, linsens
krökning påverkar linsens
brännvidd. Nu ska vi testa
en helt annorlunda lins
nämlingen Fresnel-linsen.
Fresnel-linsen är en tunn
lins. Linsen består av ett
stort antal koncentriska
cirkelringar där varje
cirkelring har samma
lutning som motsvarande
glaslins har.Fresnel-linsen
används där stora lätta
linser är att föredra.
Utrustning:
Fresnel-lins
Linserna A, B och C
Linjal
Vit kartong (skärm)
Objekt (stearinljus)
Fresnel-lins
Vit skärm
Från avlägset
objekt
Fresnel-linsen är ingjuten i en rektangulär plastskiva.
Man kan svagt se cirkulära ringar på
linsen.
Om man tittar på kanten på linsen med
förstoringsglas ser man att ringarna har
olika lutning, samma lutning som
motsvarande glaslins.
Om klassrummet inte har något fönster så kan man
använda ett ljus vid bestämning av linsens brännvidd.
Utförande.
1 Närstudera noggrant Fresnel-linsen
Fråga1: Hur avviker Fresnel-linsen i utseende jämfört med
glaslinserna?
Svar1: Linsens diameter är större, den är flat och tunn och
har koncentriska cirklar.
Fråga2: Fungerar Fresnel-linsen som ett
förstoringsglas?
Svar2: Ja,och den förstorar cirka 4 gånger.
2
I experiment 1 bestämde du brännvidden
hos linser. Använd ett litet avlägset
objekt(INTE SOLEN) för att bstämma
brännvidden hos Fresnel-linsen.
Fråga3: Bestäm brännvidden hos Fresnellinsen.
Svar3: Brännvidden är cirka 7,5 cm.
Diskussionsfrågor
Fråga4: Undersök vilka linser som
tillsammans med Fresnel-linsen ger ett
Kepler-teleskop eller ett Galilei-teleskop.
Svar4: Följande kombinationer fungerar:
Galilei: Lins C nära ögat Fresnel-linsen mot
objektet.
Kepler: Lins B nära ögat Fresnel-linsen mot
objektet.
Fresnel-linsen nära ögat lins A mot
objektet.
Blir bilden rättvänd är teleskopet Galileis
Blir bilden omvänd är teleskopet Keplers.
Alla andra kombinationer där Fresnellinsen ingår ger en förminskad bild och då
är det inte ett teleskop.
Vilken av de andra linserna liknar Flesnellinsen mest?
Den liknar mest lins A, har nästan samma
brännvidd och kan avbilda ett föremål på
en skärm.
När är Fresnel-linsen ett bättre val än en
vanlig lins?
Den är att föredra då man behöver en lätt
lins med stor yta.
Flera aktiviteter
1) Låt eleverna undersöka var positiva
Fresnel-linser används.
(Overheadprojektorer, trafikljus)
2) Låt eleverna undersöka var negativa
Fresnel-linser används. (i bakre vinrutan
på vissa bilar)
3) Låt eleverna ta reda på hur olika linseer
tillverkas.
3
Fresnel-linsen kan användas tillsammans
med andra linser för att skapa ett
teleskop. Välj att göra ett teleskop med
någon av de andra linserna.
EXPERIMENT 6
DIGITALKAMERAN
Nästan alla moderna
kameror är digitalkameror. En kameras lins
används för att skapa en
bild på filmen. I digitalkameran finns det i stället
för film en elektronisk
krets kallad CCD (chargecoupled detector) CCD:n
är uppbyggd av många
mycket små
ljusdetektorer, var och en
kallad en pixel (picture
element). Bilden som
fångas på CCD:n lagras i
ett minne och visas på
kamerans display.
Utrustning
Lins A
En 12,5 cm lång ask (se
instruktionen på nästa
sida hur man bygger den)
Klart lysande bild (en
overheadprojektor kan
användas för att visa en
klart lysande bild i ett i
övrigt nedsläckt klassrum)
En datorskärm
Lins A
Avlägset
objekt
Gör en kameralåda. som är 12,5 cm lång.
1 Titta på smörgåspappret i ett mörklagt rum med linsen
riktad mot en ljus vy ut genom fönstret (EJ SOLEN) eller
mot dörren till ett upplyst rum
Fråga1: Beskriv bilden jämfört med objektet. Vad är det för
skillnad på denna bild och den du skulle ha sett på
displayen på en digitalkamera?
Svar1: Bilden är mindre än objektet och uppochner.
Digitalkamerans elektronik sänder en rättvänd bild till
displayen.
2 Använd en lampa eller ficklampa som objekt. Starta med
kameran 2 meter från lampan och flytta kameran närmre
och närmre lampan.
Fråga2: Vad händer med bilden då du kommer närmre
lampan?
Svar2: Bilden blir större men när man kommer nära lampan
är det ingen skärpa i bilden.
3 I en kamera som använder film finns det
en slutare som bara öppnas för att släppa
in ljus på filmen då du tar ett kort. För att
bilden inte ska bli för mörk eller för ljus är
det viktigt att slutaren är öppen precis rätt
tid.
Svar4: Datorskärmen är uppbyggd av små
kvadrater där var och en är en pixel.
Fråga 3: Det finns ingen slutare i en
digitalkamera. Varför tror du att bilden
ända blir korrekt exponerad?
Med en filmkamera får man inte se bilden
förrän man har framkallat den, vilket
vanligtvis tar en vecka. Man har ingen
chans att ta en ny bild om bilden blev
dålig. Med digitalkameran ser man direkt
resultatet och kan ändra sådant man inte
var nöjd med. Filmen ger fortfarande
bättre upplösning än digitalkameran.
Svar3: Kamerans elektronik kopplar in
ljusdetektorn rätt tid för att få en bra bild.
Sedan stängs detektorn av.
4 Digitalkameran lagrar bilder i färg. Varje
pixel har tre detektorer med färgfilter
framför vilka lagrar styrkan av de tre
färgerna RGB.
Fråga4: Vad ser du om du tittar på det vita
på en datorskärm med ett förstoringsglas?
Diskussionsfrågor
Vad är fördelen med en digitalkamera
jämfört med en kamera med film?
Om storleken på en CCD är 2,5cm x 2 cm
och varje pixel är 0,01mm x 0,01 mm, hur
många pixel innehåller då en bild tagen
med denna kamera?
(2500 x 2000 = 5000000 ) 5 M pixel
Kameratillverkning
21 cm
7 cm
Klipp till en rektangulär kartong 21x26,5 cm
Dra streck parallellt med varje sida 7 cm in
från sidan.
26,5
cm
7 cm
7 cm
7 cm
Rita en cirkel stor som en 5-krona 2 cm från
kanten. Skär eller klipp ut cirkeln.
2 cm
Skär ut en kvadrat med sidan 5 cm mitt i
denna kvadrat.
Klistra fast ett smörgåspapper på insidan av
det kvadratiska fönstret.
Om du vill Kan du rita ett rutmönster på
smörgåspappret där varje ruta skall
motsvara en pixel.
Klipp upp här!
Och här!
Vik längs de streckade linjerna så du får en
liten låda. Tejpa ihop den eller håll ihop
den med gem.
Tejpa fast lins A framför det runda hålet
och kameran är klar!
Lins A
EXPERIMENT 7
GITTER
När ett material
reflekterar eller sänder ut
ljus är färgerna i ljusets
spektrum unika för detta
material. Vetenskapsmän
försöker matcha
färgmönstret från ett
okänt material mot
färgmönster hos kända
material. Detta kallas
spektroskopi. Detta
används för att
bestämma vilka ämnen
stjärnor består av utan att
man behöver åka dit. Det
kan också lösa brottsfall
där material från
brottsplatsen kan kopplas
till gärningsmannen.
Om man låter en
ljusstråle passera ett
gitter delas ljuset upp i
färgband (spektrum). Ett
gitter ser ut som en
plastfilm som i
verkligheten har tusentals
parallella ritsar så små att
man inte kan se dom med
förstoringsglas.
Utrustning
Gitter
Färgade filter
Ficklampa
Rött
Blått
Blått
Rött
Gitter.
Den korta sidan
skall hållas
vertikalt.
Är du inte bekant med hur ett gitter delar upp ljus i färger
kan du läsa i en fysikbok för gymnasiet. (Den kunskapen är
inte nödvändig för kommande försök).
De osynliga ritsarna på gittret är parallella med gittrets
kortsidor så var noga med att eleverna håller gittret rätt.
Gittrets kortsidor skall vara vertikala.
Titta genom gittret som om det vore ett fönster.
Färgbanden syns ganska långt till höger och vänster om
ljuskällan.
Rakt mot lampan syns inga färger.
Har ni tillgång till andra ljuskällor(neonrör, lysrör ) måste
man placera ljuskällan så röret blir vertikal.
Utförande
1 Mörklägg rummet förutom en klart lysande lampa. Håll
gittret tätt intill ögat och titta genom det på lampan. Håller
du gittret så att ritsarna går vertikalt (Gittrets kortsidor
skall vara vertikala) ser du lampan samt färgade band till
höger och vänster en bra bit från lampan.
Titta på andra ljuskällor som neonrör, gatlyktor, lysrör.
Fråga1: Notera vilka färger du ser och i
vilken ordning de uppträder.
Svar1: På båda sidor om lampan med start
inifrån lampan. blå, grön, gul, orange och
röd.
Fråga2: Har andra ljuskällor samma
färger?
Svar2: Lysröret har även violett före det
blå. De andra rören kan sakna vissa färger.
Diskussionsfråga
Svar3: Rött filter:
Släpper igenom rött
orange och lite gult.
Blockerar violett, blått
och lite gult.
Grönt filter: Släpper igenom gult
grönt och lite blått..
Blockerar rött orange
lite blått och violett.
Blått filter: Släpper igenom
violett, blått och lite
grönt.
Blockerar rött orange
och gult.
Gult filter:
Eftersom den första ljuskällan utsänder
vitt ljus, vilka färger måste alltså vitt ljus
bestå av?
Släpper igenom rött
orange gult och grönt.
Blockerar violett och
blått.
Diskussionsfråga
Vitt ljus består av alla färger ( violett, blått,
grönt, gult, orange och rött )
Glödlampljus ser lit gult ut därför att
violett ljus saknas. Har man rött (R) grönt
(G) och blått (B) ljus i lämplig styrka
uppfattar ögat det som vitt. Genom att
använda RGB kan alla färger skapas i en
färgTV eller dataskärm.
2 Ett färgfilter släpper bara igenom ljus av
en viss färg. Placera ett färgfilter direkt
framför gittret och titta på glödlampan.
Fråga3: Vilka färger blockeras och vilka
färger släpper filtret igenom?
Om du placerar det röda och det blå
filtret framför ögat och tittar på det vita
ljuset vad förväntas du se då?
Då rött filter stängde ut violett, blått och
grönt och blått filter stängde ut rött,
orange och gult finns inget ljus kvar som
kan passera filtren. Man ser ingenting.
Flera aktiviteter.
1
Både prismor och gitter kan dela upp ljus i färger till ett spektrum. Låt eleverna ta reda
på om det är några skillnader i de spektra som skapas.
2
Låt eleverna ta reda på hur gitter tillverkas.
3
Bjud in någon som jobbar med spektralanalys att berätta om sitt jobb.
4
Man kan studera absorptionsspektrum från en färgad kemisk lösning. Skicka vitt
ljusstråle genom lösningen och studera ljusstrålen efter passagen av lösningen med ett
gitter.
EXPERIMENT 8
POLAROIDER
Ljus är en elektromagnetisk
vågrörelse som färdas i
rummet.
Ljus reflekterat i
blank yta
En polaroid är ett slags filter
som endast släpper igenom
ljus som svänger i en
riktning.
Viste du att polaroider
används i vissa solglasögon
för att minska reflexer i
horisontella ytor. Polaroider
används även av tekniker
för att studera spänningar
som uppstår i modeller vid
belastning för att hitta
svagheter innan man bygger
originalet.
De två gråa plastfilmerna är
polaroider. De har
skyddande plastfolie på
båda sidorna vilken skall
avlägsnas. Var försiktig så
ytorna inte repas.
Utrustning
Två polaroider
Celofan (Skyddsplast som
finns kring vissa varor i
affären)
Vrid polaroiden
Parallella
polaroider
Korsade
polaroider
Plast mellan korsade
polaroider
En ljusstråle består av en massa ljuspartiklar (fotoner) vilka
svänger i slumpvisa riktningar. En polaroid släpper endast
igenom ljuspartiklar som svänger i en viss riktning.
De två gråa plastfilmerna är polaroider. De har skyddsplast på
båda sidorna vilka skall avlägsnas. Var försiktig så ytorna inte
repas.
Om polarioderna är rektangulära måste ljuset svänga parallellt
med de längre sidorna för att passera genom polaroiden.
Är polaroiderna kvadratiska måste man först bestämma filtrets
polarisationsriktning,
Leta rätt på en blänkande horisontell yta som ett bonat golv eller
en blank bordsyta. Titta på den blänkande ytan genom
polaroiden och vrid polaroiden tills reflexerna blir minimala.
Markera med en spritpenna ett lodrätt streck i kanten av filtret
vilket markerar att ljus som svänger i denna riktning passerar
polaroiden.
1
Utförande
Diskussionsfråga.
Sök upp ett par blänkande ytor och titta på
dem genom polaroiden. Vrid polaroiden ett
helt varv och notera vad som händer.
Vilken riktning skall polaroiden ha för att
stoppa reflexerna en horisontell yta?
Fråga1: Beskriv hur den blänkande ytan
förändras då du vrider polaroiden ett varv.
Svar1: Det reflekterade ljuset från ytan
varierar och blir svagare två gånger då man
vrider polaroiden ett varv. Det beror på arr
reflektion i en yta polariserar ljuset.
Diskussionsfråga
Hur kan man med hjälp av en polaroid
bestämma om ett visst ljus är polariserat?
Ljus som inte är polariserat svänger i alla
riktningar. Tittar man på det med en polaroid
så blir det inga variationer i ljusstyrkan då man
vrider polaroiden ett varv. Om ljuset däremot
är polariserat så kommer inget ljus alls igenom
polaroiden om den hålles vinkelrätt mot
ljusets polariseringsriktning.
2
Placera den andra polaroiden framför den
första och titta igenom båda.
Ljus reflekterat från en horisontell yta svänger
huvudsakligen horisontellt. Ljuset blir alltså
horisontellt polariserat. För att slippa bländas
av reflexerna skall alltså polaroidens axel vara
vertikal.
3 Justera de två polaroiderna så att inget ljus
kommer igenom:
Utan att ändra deras läge, placera en bit
celofan mellan polaroiderna. Låt någon dra i
celofanpalsten medan du tittar.
Fråga3: Vad observerade du?
Svar3: Då plasten sträcktes syntes ljusa fält
(kanske även färgskiftningar).
Flera aktiviteter
1) Låt eleverna studera naturen en solig dag
för att se om något ljus är polariserat. TITTA
INTE IN I SOLEN!
2) Är ljuset från en datorskärm, mobil, TV
polariserat?
Fråga2: Vad händer om du vrider den ena
polaroiden ett helt varv?
Svar2: Då de båda polaroiderna är lika
placerade kan man se genom dem . När en av
den vrids kommer mindre ljus igenom och då
vridningen är 90 grader kommer inget ljus
igenom.
3) Klistra genomskinlig tape kors och tvärs i
några lager på en glasskiva. Håll glasskivan
mellan korsade polaroider och titta mot en
ljuskälla. Vrid glasskivan.
EXPERIMENT 9
SPEGLAR
En spegel är ett objekt med
reflekterande yta tillräckligt
slät för att forma en bild.
Den vanligaste typen är den
plana spegeln. Krökta
speglar används för att
förstora eller förminska
bilder eller att fokusera ljus.
Speglar används bland
annat i teleskop, lasrar,
kameror.
1 – 2 meter
Utrustning
Böjbar plastspegel
Konvex-konkav spegel
Penna
Spegelytan kräver bara en lätt böjning för att visa på effekter.
Utförande
1 Håll den böjliga spegeln så plant som möjligt en bit framför ditt
ansikte. Du kan böja spegeln så att sidokanterna kommer från
dej. Spegeln kallas då konvex. Böjer du den så att sidokanterna
kommer mot dig får du en konkav spegel. Det krävs endast en
mycket lätt böjning för att uppnå effekten.
Gem
Fråga1: Kan du skapa en bild på ditt ansikte som är rättvänt men
mycket smalare? Förklara hur du gjorde.
Cylindrisk anamorfos
Svar1: Man kan se ett smalare men rättvänt ansikte på två sätt.
Antingen böjer man spegeln så att höger- och vänstersidan
kommer mot dig (konkav spegel) eller så att höger- och
vänstersidan kommer från dig(konvex spegel).
Fråga2: Kan du få ansiktsbilden uppochner?
Svar2: Bilden blir uppochner om du böjer spegeln så att överoch underkanten kommer mot dig (konkav spegel).
Fråga3: Kan du få fram en bild med fyra ögon?
Svar3: Bilden med fyra ögon är lite knepig. Böj
spegeln så den blir konkav med över- och
underkanten mot dig så kan du få fram två
ögonpar efter lite trixande. Det går även att få
en bild med fyra ögon om du böjer den konkav
med höger- och vänsterkanten mot dig.
Fråga4: Kan du få din ansiktsbild rättvänd men
kortare än normalt?
Svar4: En kortare, rättvänd bild får man då
man böjer spegeln så över- och underkanten
kommer från dig (konvex spegel)
Ja! Bilden i den konkava spegeln hade vänster
och höger bytt plats medan i den konvexa
blev det inte så.
Kan bilden i en spegel projiceras på en
skärm?
Det beror på. Har man en plan spegel eller en
konvex så går det inte- bilden är virtuell.
Har man en konkav spegel och objektet ligger
utanför spegelns brännvidd blir bilden reell
och kan därför fångas upp på en skärm.
2 Studera bilden av en pennspets i den konkava
spegeln. Börja med pennspetsen tätt intill
spegeln och flytta den sakta bort från spegeln.
Diskussionsfrågor
Fråga 5: Vad hände med bilden?
Hurudan bild får man i en konvex spegel?
Svar5: När pennspetsen var mycket nära den
konkava spegeln var bilden rättvänd och
förstorad. Då penna kom långt från spegeln
blev bilden uppochner och mycket mindre.
Bilden blir alltid rättvänd. Den blir även
mindre i höjd eller bredd eller bådedera.
Vad får man för bild i en konkav spegel?
När objektet är mycket nära spegeln blir
bilden rättvänd och förstorad. När objektet är
längre från spegeln blir bilden omvänd. Den
kan då bli både större eller mindre än
objektet.
I det första försöket fick du fram en smalare
rättvänd bild med både konkav och konvex
spegel. Var det någon skillnad på de båda
bilderna?
Använd den konvexa spegeln och gör på
samma sätt som förut.
Fråga6: Vad hände med bilden?
Svar6: Nu blir det bara en typ av bild. Oavsett
på vilket avstånd pennan har till den konvexa
spegeln blir bilden rättvänd och förminskad.
Rulla spegeln till en cylinder med 3 cm
diameter. Använd ett gem för att fästa
spegeln så den inte rulla upp. Placera spegeln
på den medföljande cylindriskt anamorfosa
bilden och studera bilden i cylindern.
Fråga7: Hur ändras bilden efter spegling i
cylindern?
Diskussionsfråga
Svar7: Bilden som syns i cylindern har korrekta
proportioner.
Hur ska en cylindrisk anamorfos bild vara
förvrängd i horisontalplanet för att få en
korrekt bild i den reflekterande cylindern?
För att skapa en cylindrisk anamorfos bild
med hjälp av en reflekterande cylinder måste
bilden sträckas ut cirkulär riktning så at
spegeln kan minska förstärkningen och visa
bilden korrekt.
Flera aktiviteter
1) I vilka situationer använder man speglar?
2) Berätta hur speglar använts i magiska trix, historiskt (Arkimedes) speglar i litteraturen.
3) Rita en labyrint på papper och låt en elev rita en väg genom labyrinten genom att bara se
labyrinten i en plan spegel.
4) Om du har en stor glaskula kan du göra ett kalejdoskop genom att rulla den böjbara spegeln inuti
ett papprör. Håll glaskulan i ena ändan och titta i den andra.
5) Eleverna kan göra egna cylindriskt anamorfosa bilder genom att använda mallen på nästa sida.
Varje kvadrat i den rektangulära bilden motsvaras av en böjd rektangel i den anamorfosa bilden.
6) Eleverna kan ta egna bilder och göra om dem till anamorfosa. Vissa bildbehandlingsprogram kan
göra om bilder med en ”polär transformation”. Glöm inte att vända bilden uppochner först.
7) Eleverna kan söka på Internet efter cylindrisk anamorfos. Andra sökord anamorph, anamorphic,
anamorphsis.
Cylindrisk anamorfos
EXPERIMENT 10
HOLOGRAM
Ett hologram ger en 3dimentionell bild från en
plan yta. Hologrammet
skapar bilden i reflekterat
ljus (reflektionshologram)
eller i passerande ljus
(transmissionshologram).
Hologrammen kan visa
många sidor av ett objekt
och ger en stark känsla av
djup i bilden genom att
visa olika perspektiv för
betraktarens båda ögon.
Hologram används i
industrin för att studera
rörelser och vibrationer,
förhindra förfalskning.
Utrustning
Hologram
Hologram
Vrid kring
denna axel
Olika labbsatser innehåller olika hologram beroende på när
de inköptes. En klassuppsättning som innehåller 16
labbsatser kan innehålla olika hologram vilka kan växlas
mellan eleverna.
Bästa sättet att betrakta hologrammen är att ha en stark
lampa, en strålkastare eller en projektor. Stora ljuskällor
som lysrör ger en lite suddig bild.
Solen duger bra som ljuskälla. Titta bara inte in i solen!
Klar ljuskälla
Demonstrera gärna för eleverna hur man ska titta i
hologrammet för att få bästa 3-D effekt.
Kartong
Utförande
1 Håll hologrammet med fingertopparna och med en lampa
eller solen lätt bakom och över dig.
Vrid hologrammet tills du får en maximalt klar bild.
Fråga1: Beskriv bilden av det objekt som visas, notera även
bakgrunden.
Ser någon del av bilden ligga bakom hologrammet eller
framför det?
Svar1: Eleverna bör se ett eller flera
primära objekt samt objekt i bakgrunden.
Bakgrunden kan vara lite ofokuserad.
Fråga3: Rör sig avlägsna föremål snabbare
eller långsammare då du rör huvudet fram
och tillbaka?
Hologram kan skapa bilder som tycks ligga
långt bakom hologrammet så som man ser
i en plan spegel eller genom ett fönster in i
ett rum.
Svar3: Om hologrammet är stilla medan
eleven ändrar sin betraktningspunkt
kommer föremålen i hologrammet också
att ändra sig relativt varandra. Detta är en
optisk metod att mäta avstånd på djupet
kallad Parallaxskift. Parallaxskift används
av astronomer för att mäta avstånd i
universum. När jorden rör sig i sin bana
kommer närliggande objekt att röra sig
mera än mer fjärran objekt.
Vissa hologram kan skapa en bild som
tycks ligga framför hologrammet och
liksom sväva i luften.
Vissa hologram klarar av att visa båda
typer av bilder samtidigt.
2 Vrid hologrammet fram och tillbaka enligt
bilden på första sidan medan du håller det
med fingertopparna. Föremålen i bilden
ser ut att röra sig åt vänster och höger
med olika hastighet beroende på det djup
de ser ut att befinna sig på. Detta syns
bäst om du bara tittar med ett öga.
Fråga2: Rör sig avlägsna objekt fortare
eller långsammare då du vrider
hologrammet?
Svar2: Man testar bilddjupet genom att
vrida hologrammet. Det är som att hålla
ett litet rum och titta in genom ett fönster.
Ju längre bort föremålen är i rummet ju
snabbare rör de sig då man vrider
rummet.
3 Håll hologrammet stilla och vrid huvudet
fram och tillbaka medan du betraktar
bilden i hologrammet. Det är enklast att
bara titta med ett öga.
Detta kan ses genom att hålla huvudet
stilla och först titta med ena ögat och
sedan med det andra. Man kan också titta
med ett öga och flytta huvudet lite till
vänster och höger. Resultatet av
parallaxskiftet är att avlägsna föremål bara
rör sig lite grann medan närmre föremål
rör sig mera.
Varje öga ser ett annat perspektiv av
bilden. Det är möjligt för höger öga att se
delar som vänster öga inte kan se.
4 Titta i hologrammet med höger öga sedan
med vänster öga medan du håller huvudet
helt stilla. Studera bilden noga.
Fråga4: Ser båda ögonen samma bild? Om
inte förklara skillnaderna.
Svar4: Vardera ögat ser ett annat
perspektiv av bilden. Det är möjligt för
höger öga att se delar som vänster öga
inte ser. Denna skillnad mellan höger och
vänster öga kallas ”binokulärt seende”.
Vår hjärna utnyttjar dessa skillnader för
att skapa en känsla av djup i bilden.
Diskussionsfrågor
Beskriv hur man avgör om en bild är 3dimensionell.
Om man ser förändringar i perspektivet
eller parallax skiftningar så får man en
stereoskopisk känsla av djup i bilden
skapat av vårt ”binokulära seende”.
Hur stort är djupet i bilden?
Grundskoleeleven uppskattar djupet som
”det känns som en eller flera centimeter”.
Gymnasieeleven kan försöka placera
föremål (tex en penna) bakom
hologrammet för att se om detta föremål
skiftar till höger och vänster med samma
parallax som delar i hologrammet.
Om penna rör sig med samma parallaxskift
som en del i hologramscenen ligger de på
samma djup.
Flera aktiviteter
1) Låt eleverna söka reda på hur hologram
tillverkas med laser och interferens.
2) Låt eleverna utforska olika typer av
hologram och vilka material de kan
tillverkas av. (aluminium, fotografisk film,
kristaller och till och med godis), bildtyper
och tillämpningar.
3) Om ni har utrustning låt eleverna göra
ett eget hologram.
Här är en enkel förklaring hur hologram
tillverkas.
Hologram tillverkas med hjälp av laserljus.
Laser är en speciell ljuskälla som bara
innehåller en färg. Tittar man på laserljus
med ett gitter blir spektrum endast en
punkt. (se experiment 7) Ljuset från lasern
har även andra speciella egenskaper.
För att göra ett hologram måste
laserstrålen delas i två strålar, den ena
belyser objektet som skall visas i
hologrammet. Ljuset reflekteras från
objektet till en fotografisk film som är
placerad i närheten av objektet. Den andra
laserstrålen belyser filmen direkt. På
filmen blir det ett speciellt mönster kallat
interferensmönster. Någon lins framför
filmen behövs inte.
EXPERIMENT 11
OPTISK FIBER
Varför följer ljuset den optiska
fibern utan att läcka ut då fibern
böjs? Ljuset går i glaskärnan av
fibern och reflekteras varje gång
det når fiberns yta. Denna
speciella typ av reflektion kallas
totalreflektion. Plasthöljet är
bara till för att skydda fibern så
att glasytan inte får repor för då
kan ljus läcka ut. Plasten hindrar
även andra ämnen att komma i
kontakt med glaset vilket kan
försämra totalreflektionen.
Information kan sändas med
ljuspulser genom fibern. Det
finns ljuskänsliga microchips
som kan läsa upp till 9 miljarder
ljuspulser per sekund. Optiska
fibrer kan förmedla många
telefonsamtal samtidigt. Läkare
kan föra fibrer via blodbanorna
och titta in i patientens hjärta.
Utrustning
Optisk fiber
Liten stark lampa eller ficklampa
Lins A
Klädnypa
Modellera
Vitt pappersark
Penna
Hörn
Lampa
eller
solen
Den optiska fibern är en plastöverdragen glasfiber
I experimentet behöver man en 1 meter lång fiber
Köper man en klassuppsättning får man en fiber som
är 16 meter lång. Fibern klipps i 1 meters längder
med en vanlig sax.
När eleverna använder fibern skall de ha var sin
ljuskälla i ett i övrigt mörkt rum.
VARNING! Fiber går av om man böjer den för
kraftigt. Eleverna måste tillsägas att handskas
varsamt med fibern!
Utförande:
1 Den optiska fibern är delvis gjord av glas. Försök böja
den försiktigt för att se om den är styv eller böjlig.
Fråga1: Är fibern styv som en glasbit?
Svar1: Fibern är ganska böjlig, ej som glas brukar
vara. Den är dock känslig för slag och kraftiga
böjning. Glasfibern är omgiven av ett plasthölje som
skydd.
Diskussionsfråga
Diskussionsfråga
Vad har fiberns plasthölje för funktion?
Kan du få ljus att gå runt ett hörn på
något annat sätt än att använda fiber?
Plasthöljet skyddar glaset så att glasytan
inte får repor eller så att andra ämnen
kommer i kontakt med glaset vilket kan
påverka reflektionen i fibern.
2
Håll fiberns ena ända mot en kraftig
ljuskälla och titta in i den andra ändan.
Normalt brukar ljus bara gå rakt fram men
här kommer ljuset ut ur den krokiga
fibern.
Fråga2: Förklara vad som händer om du
böjer mitten av fibern lite.
Svar2: Ljusstyrkan påverkas inte om man
böjer fibern svagt.
Diskussionsfråga
Varför följer ljuset fibern och inte läcker
ut genom fiberns sidor i böjarna?
Ljuset färdas i glaskärnan av fibern. När
ljuset totalreflekteras det vill säga 100% av
ljuset reflekteras och inget ljus försvinner
ut genom fiberns vägg.
3
Placera en penna mot änden av fibern som
är närmast ljuskällan.
Fråga3: Kan man se i andra änden av
fibern om pennan hålls mot fiberns ände
eller inte. Kan man på detta sätt skicka ett
kodat meddelande i fibern?
Svar3: Det blir en klar skillnad i ljusstyrka
från fibern då pennan skuggar och tas bort
från fiberns andra ända. Man kan alltså
skicka Morsekodade meddelande på detta
enkla sätt.
Man kan placera en eller flera speglar så
att ljuset kan reflekteras runt ett hörn.
4 Det är svårt att hålla fibern stilla mot
ljuskällan. Ett sätt att hålla den stadigt är
att använda en klädnypa vilken kantryckas
ner i en klump modell-lera.
Fråga4: Placera ett vitt papper mot den
andra änden av fibern. Du ser nu en ljus
fläck på pappret. Flytta pappret bort från
fibern och betrakta ljusfläcken. Vad
händer?
Svar4: När pappret flyttas bort från fibern
blir ljusfläcken större. Ljuset färdas alltså
inte som en parallell ljusstråle i fibern som
man kunde tro utan studsar hela tiden så
att man får ett divergent strålknippe.
Flera aktiviteter
1) Låt eleverna tänka ut hur man kan
sända mer än ett meddelande genom
fibern samtidigt. Sedan kan de få ta reda
på hur det sker i verkligheten.
2) Låt eleverna undersöka hur optiska
fibrer används i telefonsystem.
3) Låt eleverna undersöka andra exempel
på totalreflektion. I prismorna hos en
kikare eller i undersidan av vattenytan i ett
akvarium.
