Optik

läran om ljusets utbredning och brytning

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

i glödlampan är det den elektriska strömmen

Hur kan vi se föremål?För att kunna se något måste det finna en ljuskälla

En ljuskälla är ett föremål som sänder ut ljus:

solen, stearinljus, glödlampa

1. Det finns en ljuskälla

2. → ljusstrålar sänds ut i alla riktningar

3. → strålarna träffar föremål

4. → en del av ljuset reflekteras (studsar)

5. → en del av ljuset når våra ögon

6. → det uppstår en bild på näthinnan

7. → bilden bearbetas av hjärnan

8. → vi ser!

Ljus förr

Ända in på 1500 talet trodde man att ögat sände ut osynliga ”synstrålar” och att det var därför som man såg.

Man trodde att ögat fungerade som en ficklampa och det var därför som man inget såg när man blundade.

Ljus då och nu

Förr använde man sig av brasor, lägereldar, oljelampor, fotogenlampor och gaslyktor…

… men idag har vi moderna ljuskällor som lampor, lysrör och lysdioder.

När kom det elektriska ljuset?

I slutet av 1800-talet kom det elektriska ljuset, men det dröjde ända till början av 1900-talet innan det blev vanligare i hemmen:

Fördelar: effektiva och inte så brandfarliga tända och släcka på ett ögonblick

Ämnen som är svåra att seDet finns alltså ämnen som är omöjliga att se t.ex. luft.

Anledningen till detta är att luften inte reflekterar något ljus.

Vissa andra ämnen, t.ex. vatten och glas, är också svåra att se trots att de faktiskt reflekterar ljus, dessa släpper igenom det mesta av ljuset. Vi säger att de är genomskinliga.

När ett fönster börjar bli smutsigt ser vi glaset tydligare, men då är det smutspartiklarna som reflekterar ljuset.

Ljusets egenskaper

Ljus rör sig rätvinkligt- det färdas rakt fram.

Hastighet ca. 300 000 km/s i luft och vakuum.

Det tar 8 minuter för solljuset att nå jorden.

Från månen tar det 1,3 sekunder innan ljuset når oss.

Det tar 4,3 år för ljuset från vår närmsta stjärna (förutom solen) att nå oss. Vi säger att stjärnan befinner sig 4,3 ljusår bort.

Skuggor

Ljuset går ju rakt fram. Om ljusstrålarna hindras blir det skugga.

Olika sätt att mäta ljus:

1. Ljusstyrkan mäts i Candela (cd).

Anger hur starkt ljuset är.

Candela betyder stearinljus på latin 1 cd är ungefär lika mkt ljus som ett

stearinljus sänder ut.

2. Belysningsvärde mäts i Lux (lx)

Anger hur tätt ljusstrålarna kommer på ett ställe

Lux betyder ljus på latin. Om du håller ett papper en meter ifrån

ett stearinljus, blir belysningen på pappret 1 lux.

Bra arbetsbelysning = 500 lux.

Ljusets reflektion

Den vanligaste reflektionen kallas för diffus

reflektion och sker när ljuset når en

oregelbunden yta och reflekteras lite hur

som helst.

Regelbunden reflektion

När ljuset träffar en spegel studsar det utifrån

spegeln precis lika snett eller rakt som den

träffade.

Reflektionslagen: Reflektionsvinkeln är alltid lika stor som infallsvinkeln.

ir

Normalen ritas alltid 90° mot spegeln

Spegel

Olika typer av speglar

1. Plana speglar

I en planspegel blir spegelbilden lika stor som föremålet, men spegelvänd.

När du speglar dig i en plan spegel uppfattar du spegelbilden lika långt från spegeln som du själv står från spegeln.

Buktiga speglar

En konkav spegel buktar inåt och förstorar bilden när föremålet är nära.

En konvex spegel buktar utåt och förminskar bilden. Bilden kommer också närmare spegeln än föremålet

bild

bild

Ljusstålar i en konkav spegel

När ett strålknippe träffar en konkav spegel, reflekteras strålarna mot en och samma punkt framför spegeln = brännpunkt/fokus.

Konkava speglar samlar alltså ljus!

Användningsområde för konkav spegel:

En parabolantenn samlar ihop tv-

signalerna från en satellit till brännpunkten

där mottagaren sitter - mottagaren får en

starkare signal.

Sminkspeglar

I en strålkastare sätts glödlampan i

brännpunkten: strålkastaren lyser starkt på

ett bestämt område i stället för att sprida ut

ljuset över hela rummet.

Ljusstrålar i en konvex spegel

När ett strålknippe träffar en konvex spegel, reflekteras strålarna mot en och samma punkt bakom spegeln = brännpunkt/fokus.

Konvexa speglar sprider alltså ljus!

Användningsområde för konvex spegel:

I backspeglar eller som trafikspeglar för att kunna se så

mycket som möjligt.

Ljusets brytning

Säkert har du någon gång stått på stranden

med vatten till knäna. Kanske har du då lagt

märke till att dina ben tycks vara för korta

men även att fötterna ser konstiga ut.

Orsaken till detta är att ljus ändrar riktning när

det passerar vattenytan.

Ljus i vatten

När en ljusstråle går ifrån luft (300 000 km/s)

till vatten (225 000 km/s) ändrar ljustrålen

riktning vid vattenytan, samtidigt reflekteras

en del av ljuset.

Att ljuset bryts på detta sätt beror på att

vattnet är mycket tätare än luft och bromsar

ljuset.

Ljuset bryts mot normalen.

i

b

Tunt medium

Tätare medium

Orsaken till att benen ser korta ut är alltså att ljusstrålar reflekteras i fötterna går ifrån vatten till luft innan de träffar våra ögon.

Strålarna bryts från normalen i vattenytan innan de träffar ögonen.

Men eftersom ögat tror att ljuset färdas rätlinjigt från fötterna och då ser benen kortare ut än vad de egentligen är.

Ljus i glas

Glas är ett tätare ämne än både vatten och

luft.

Ljusets hastighet i glas är därför lägre än i

både luft och vatten ca 200 000 km/s.

Totalreflexion

Inträffar när infallsvinkeln blir tillräckligt stor (större än 49°) och då reflekteras inget ljus tillbaka utan allt ljus reflekteras tillbaka in i glaset.

FiberoptikTotalreflektion används för att

skicka ljus genom tunna fibrer

av glas eller plast:

sända signaler över stora

avstånd

fotografera detaljer inuti

kroppen utan att göra stora

kirurgiska ingrepp.

Fördelar med fiberoptik:

Jämfört med en elektriskledning är dessa: mindre känsliga för störningar tunnare och lättare kan överföra mer information per sekund → färre

kablar krävs kan skicka information längre sträckor utan

förstärkning omöjliga att avlyssna

LinserLinser är buktiga skivor av plast eller glas, när ljuset träffar linsen så bryts det på olika sätt och detta utnyttjas i olika optiska apparater; kameror, kikare och mikroskåp.

Linser kan antingen vara konvexa eller konkava.

Spridningslins=negativlins

Samlingslins = positivlins

En konvex lins samlar inkommande ljus

Brännvidd

fokus

Brännvidd

En konkav lins sprider ljuset.