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

r

Spegelyta

normal

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

tunnare

tätare

tunnare

tätare

tätare tunnare

n n

n

Ljusets brytning och reflektion

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.

Luft Vatten

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.