Transcript Ljus/optik
Ljus/optik Ljuskällor För att vi ska kunna se något måste det finnas en ljuskälla En ljuskälla är ett föremål som själv sänder ut ljus t ex solen, ett stearinljus eller en glödlampa Föremål som inte själva sänder ut ljus kan vi bara se om de reflekterar ljus Ljus är en form av energi. Energi kan aldrig försvinna bara omvandlas till andra former. I solen är det fusion som sänder ut energin, i stearinljuset är det stearinet och i glödlampan är det den elektriska strömmen Vad är ljus? • Ljus är elektromagnetisk strålning, samma typ av strålning som bl a röntgenstrålning, uv-ljus eller infrarött ljus • Ljus kan beskrivas som en partikelstråle, en stråle av fotoner, energiknippen • Ljus kan också beskrivas som en vågrörelse våglängd Hur bildas ljus? Olika energiformer, t ex kemisk energi eller elektrisk energi kan omvandlas till ljusenergi, dvs till elektromagnetisk strålning. Ett ämne kan avge ljus när dess atomer har blivit exciterade, dvs när dess elektroner har lyfts till en högre energinivå. Då elektronerna faller tillbaka till sin ursprungliga energinivå avger de sin överskottsenergi i form av ljus. Ljusets egenskaper • Ljus rör sig rätlinjigt det vill säga att det färdas rakt fram. De av solens strålar som når jorden är parallella. (Det är därför skuggor bildas) • Ljusets hastighet i vakuum är 300 000 km/s, vilket motsvarar ca 7,5 varv runt jorden per sekund! • Ljus färdas långsammare i optiskt tätare medium, t ex luft, vatten eller glas Ljusets reflektion i speglar Spegel I R Normalen ritas alltid 90° mot spegeln Ljusets reflektion i speglar Plan spegel Reflektionsvinkel Infallsvinkel 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 Ljusstålar i en konkav spegel Parallella strålar reflekteras in mot brännpunkten. Kan ge en förstorad bild och används exempelvis i sminkspeglar. Ljusstrålar i en konvex spegel Ger förminskad bild och används exempelvis i backspeglar, trafikspeglar och varuhusspeglar. Parallella strålar sprids vid reflektion, som om de kom från ett fokus bakom spegeln. Konkav spegel När man skall förstå hur en bild blir i en konkav spegel kan man rita. Som ni vet finns det massor av ljusstrålar från vårt objekt men 4 strålar är särskilt användbara för att se vilken bild vi kommer att få. Optisk axel Dubbla fokus 2F Fokus = F Konkav spegel föremål utanför 2F 1. In parallellt med optiska axeln, ut via F 2. In genom fokus, ut parallellt med optiska axeln 3. In genom dubbla fokus, tillbaka samma väg 4. In där optiska axeln skär spegel, ut med lika stor vinkel. I=R Ger en förminskad, upp- och nedvänd bild Konkav spegel föremål på 2F 1. In parallellt med optiska axeln, ut via F 2. In genom fokus, ut parallellt med optiska axeln 3. In genom dubbla fokus, tillbaka samma väg (går ej) 4. In där optiska axeln skär spegel, ut med lita stor vinkel. I=R Ger en upp- och nedvänd bild i naturlig storlek Konkav spegel föremål i fokus 1. In parallellt med optiska axeln, ut via F 2. In genom fokus, ut parallellt med optiska axeln (går ej) 3. In genom dubbla fokus, tillbaka samma väg 4. In där optiska axeln skär spegel, ut med lika stor vinkel. I=R Ingen bild alls Konkav spegel innanför fokus Skenbild 1. In parallellt med optiska axeln, ut via F 2. In genom fokus, ut parallellt med optiska axeln 3. In genom dubbla fokus, tillbaka samma väg Ger en förstorad, rättvänd skenbild 4. In där optiska axeln skär spegeln, ut med lika stor vinkel. I=R Konvex spegel föremål utanför 2F 1. In parallellt med optiska axeln, ut via F 2. In genom fokus, ut parallellt med optiska axeln 3. In genom dubbla fokus, tillbaka samma väg Ger en förminskad, rättvänd skenbild 4. In där optiska axeln skär spegeln, ut med lika stor vinkel. I=R Viktiga begrepp Reflektion: strålar studsar tillbaka Speglande reflektion: När ljusstrålarna reflekteras jämnt, som i en spegel Diffus reflektion : När ljusstrålarna sprids, som när ljus faller på möbler, kläder eller en blomma Parallella ljusstrålar: strålar som aldrig korsar varandra Fokus: punkten där ljusstrålarna samlas efter reflektion i en spegel eller efter att ha passerat genom en lins Brännpunkt: fokus Brännvidd: avståndet från spegeln eller linsen till brännpunkten Optiska axeln: normalen till en spegel eller lins (från en punkt i centrum) Konvex: Konkav: Fotoner: energiknippen, ljuspaket Mäta ljus • Ljusstyrkan (hur starkt ljuset är) mäts i Candela (cd). 1 cd motsvarar ungefär ljusstyrkan hos ett stearinljus. • När ljuset träffar en yta blir den belyst. Belysningen, hur mycket ljus det kommer fram till bänkytan, mäts i lux. Belysningen i solsken är ca 100 000 lux, medan belysningen i månsken bara är ca 0,2 lux. Belysningen på din arbetsplats bör vara 500 lux. Brytning i olika medium. R I Tunt medium Regel Tätare medium B En ljusstråle som går från ett tunnare medium till ett tätare bryts mot normalen Brytning i olika medium. Tunt medium B Tätare medium I R Regel En ljusstråle som går från ett tätare medium till ett tunnare bryts från normalen Hur ljus bryts Infallsvinkel Brytningsvinkel Luft Vatten Marscherande soldater, eller ljusstrålar genom en glasbit…? Brytning i olika medium Ljusstrålen bryts två ggr. Vid första tillfället mot normalen, andra tillfället från normalen. Allt ljus bryts inte lika mycket; violett ljus bryts mest, rött bryts minst. Linser Ex på beteckning +15 Konvex lins X Det betyder konvex lins med brännvidden 15 cm X Fokus eller brännpunk Brännvidd Bilder i konvexa linser Ger en upp- och nedvänd bild X X In parallellt med optiska axel ut genom fokus In genom fokus ut parallellt med optiska axeln In genom skärningspunkten mellan linsen och optiska axeln, rakt igenom Bilder i konvexa linser Ger en förstorad, rättvänd skenbild X X In parallellt med optiska axel ut genom fokus In genom skärningspunkten mellan linsen och optiska axeln, rakt igenom Bilder i konkava linser Ger en förminskad, rättvänd skenbild X X In parallellt med optiska axel ut genom fokus In genom skärningspunkten mellan linsen och optiska axeln, rakt igenom In genom bortre fokus ut parallellt Rita Hur ögat uppfattar ljus Normalt öga Gula fläcken Hur ögat uppfattar ljus Översynt öga Hur ögat uppfattar ljus Översynt öga Hur ögat uppfattar ljus Närsynt öga Hur ögat uppfattar ljus Närsynt öga Synbart ljus för människor Med våra ögon kan vi se ljus som har våglängderna 400 – 700 nm. (1 nm = 1 nanometer = 1 miljarddels meter =0,000000001 m = 0,000001 mm) Ögat uppfattar olika våglängder som olika färger. Varför olika färg på saker? Olika föremål absorberar olika färger (våglängder). När en färg absorberas så är det ofta komplementfärgen man ser. T ex om grönt absorberas så ser man en rödaktig färg. Ett objekt som reflekterar alla våglängder uppfattas som vit. Ett objekt som absorberar alla våglängder uppfattas som svart. Spektra Vitt ljus är en blandning av alla färger (våglängder). Ljus kan delas upp med hjälp av ett prisma till de olika färgerna. Spektrumets färger är röd, orange, gul, grön, blå, indigo och violett. Regnbågen är ett exempel på ett spektra där alla färger syns. Vattendroppar fungerar då som prisma. Solstrålarna reflekteras och bryts i miljontals regndroppar i luften. Additiv färgblandning Egentligen finns det bara tre färger Röd, grön och blå En kombination av dessa gör att vi kan se olika färger Detta utnyttjas t ex i tvapparater Om vi blandar rött ljus med blått ljus så får vi både röda och blåa ljusstrålar. Blandar man olika målarfärger så kallas det subtraktiv färgblandning Ju fler färger man blandar i desto mindre ljus reflekteras Om vi blandar röd målarfärg med blå målarfärg så absorberas både röda och blåa ljusstrålar. Additiv färgblandning Subtraktiv färgblandning Man kan avgöra vilken typ av ljuskälla som har sänt ut ljuset, genom att undersöka vilka färger ljuset innehåller. Blå himmel Solnedgång över Köpenhamn