Kap 1 - Vad är ljus? - Kriterier Ljus&Ljud år8

Ljus består av ljuspartiklar som kallas fotoner. Ljusenergi är fotoner. Om fotoner krockar med något så kan

de studsa (reflektera) eller omvandlas till värmeenergi (absorbera). Till exempel; när du solar så är det

ljuspartiklar som träffar din kropp och omvandlas till värme. Ljuspartiklar kan röra sig både som vågor (likt

ljudvågor) och i raka linjer (partikelrörelse). Jag kommer att utgå från att ljusets rör sig i raka linjer i vissa

exempel och vågrörelse i andra. Ljuset har en dubbelnatur (som vi inte går in på). Fotoner kan ha olika

mycket energi. Energimängden hos fotonerna beror på dess våglängd. Människor kan bara se en viss typ av

ljus, synligt ljus. Andra typer av ljus med annan energinivå kan du läsa om under elektromagnetisk

strålning.

Varför blir svarta föremål varmare än vita?

Spektrum

Det synliga ljuset brukar kallas ”vitt ljus”. Det består egentligen av flera olika färger. Du kan se dem i

regnbågen (Rött, Orange, Gul, Grön, Indigo, Violett) ROGGBIV. Anledningen till att de kan ses där är att

ljuset bryts i vattendroppar. De olika färgerna består av fotoner med olika energi, d.v.s olika våglängd.

Film om ljus genom prisma (Youtube, engelska 3.22)

Anledningen till att du ser olika färger är att föremål absorberar (”suger upp”) färgernas våglängder olika.

Ett rött föremål absorberar alla färger utom den röda våglängden. Den röda våglängden studsar på

föremålet och in i dina ögon. Du uppfattar föremålet som rött. Om något är svart så absorberas alla färger.

Lägger du ett svart föremål i solen blir det varmt snabbare än ett vitt föremål. Ljusenergin omvandlas till

värmeenergi. I det vita föremålet reflekteras (”studsar”) alla färger. Anledningen till att du ser

föremål beror på att fotoner studsar på föremål och sedan in i dina ögon. Hjärnan tolkar intrycket och en

bild dyker upp i huvudet. Växter absorberar alla färger utom grönt. Därför upplever vi växter som gröna.

Så bildas regnbågen.

Varför har inte växter svarta blad?

Vilket är det svartaste materialet som finns?

Testa dig : Små söta frågor.

Kap 2 - Reflektion

När ljus studsar mot en reflekterande yta (t.ex. spegel) kallas det reflektion, (ljuset reflekteras.) Hur det

reflekteras förklarar

reflektionslagen,

V1 = vinkel 1= infallsvinkel

V2 =vinkel2 = reflektionsvinkel

Reflektionslagen: Infallsvinkeln är lika stor som reflektionsvinkeln. V1 = V2

(Normal är ingen verklig linje utan till för att enklare se att V1= V2. Normal är alltid vinkelrät på

underlaget.)

Det är alltså på samma sätt om du sparkar en boll snett mot en vägg. Den studsar ut med samma vinkel som

den kom in. Likadant för biljardspelare.

Testa dig själv : Små söta frågor.

Kap 3 - Speglar

Reflektionslagen fungerar bra på speglar som är platta. Speglar kan dock vara böjda d.v.s de kan bukta utåt

eller de kan bukta inåt. Det gör att ljuset studsar annorlunda och ger lite roliga effekter. Gå in i spegelhuset

på Grönan så förstår du.

Vanlig (plan) spegel: När det gäller speglar så är vår hjärna inte så smart. Den tror i princip att vi tittar in i

en glasruta och på andra sidan glasrutan finns en enäggstvilling med exakt samma rörelsemönster som dig

själv. Den förstår inte att det är ljus som har reflekteras. Hjärnan tror alltid att ljuset går rakt och fattar det

som att ljuset kommer inne från spegeln. Människor fattar, av andra anledningar, att det är en spegel. Alla

djur gör det inte och det händer kanske att även du sprungit in i en spegel nån gång.

Om spegeln buktar utåt kallas den konvex. Bilden du ser i spegeln ser förminskad ut. Sådana speglar hittar

man i affärer som övervakning eller som trafikspeglar.

1. Parallella strålar faller in mot spegeln och reflekteras. Reflektionslagen gäller även här och gör att de inte

reflekteras rakt bakåt eftersom spegeln buktar. De sprids. På bilden nedan är spegeln på vänstra sidan. På

högra sidan är det inte ögonfranshår utan de små strecken markerar att det inte är spegelsidan.

2. För tydlighetens skull ritar jag bara de strålar som reflekteras. Vår hjärna fattar inte att strålarna har

reflekteras utan tror att de kommer inne från spegeln. Om du följer linjerna bakåt, bakom spegeln, ser man

en förminskad bild. I en konvex spegel blir du förminskad.

Om spegeln är konkav kan två händelser uppstå beroende på om spegelns fokus ligger framför eller bakom

ditt öga. Ifall så ser på bild 1 nedan förstår du att de reflekterande strålande är på väg att mötas i en punkt.

Den punkten där strålarna möts kallas fokus. I det första exemplet ligger fokus bakom ditt öga. Strålarna

hinner inte gå ihop innan de når ditt öga. Den här typen av speglar finns i sminkspeglar, badrumsspeglar

och . Även på gymmet där det är trevligt med extra stora muskler.

1. Parallella strålar faller in mot spegeln och reflekteras. Reflektionslag, you know. Strålarna är på väg att

mötas i ett fokus men i detta fall ser ditt öga strålarna innan den händelsen.

2. Här finns bara de reflekterande strålarna med för enkelhetens skull. Åter igen fattar inte hjärnan att

strålar reflekteras utan tror att de kommer inne från spegeln. Följer du strålarna bakåt in i spegeln så ser

du att gubben förstoras. Ju större krökning desto större förstoring så länge ögat är mellan fokus och

spegeln.

Här är sista möjligheten. Det är en konkav spegel där fokus är framför ögat.

2. Ovanstående med reflektionslag och följa strålar bakåt gäller fortfarande. Här ser man att alla strålar är

tvärtom och att den som träffar ögat "överst" är längst ner på gubben (som förstoras.) Titta i en matsked så

är du upp och ner. Ifall du har en stor sked och lyckas ha den nära ögat, innan fokus, blir du rättvänd.

Testa dig själv : Små söta frågor

Kap 4 - Hur ljus bryts mellan olika material.

När ljus åker genom genomskinliga material med olika densitet (luft, glas och vatten) så bryts det. Det

innebär att ljusstrålen byter riktning. Ljuset bryts endast om strålen kommer in snett mot det nya materialet.

Ju större vinkel in desto mer bryts det. Regeln kring detta är att om en ljusstråle går från ett material med

låg optiskt täthet (typ densitet) till ett med högre optiskt täthet (luft -> glas) så bryts ljuset mot normalen.

En normal är en påhittad linje som skrivs ut för att tydligare se hur ljuset bryts. Normalen är alltid vinkelrät

(90 grader) mot ytan. Den tjocka strålen som kallas "infallande stråle" bryts mot normalen när den bryts till

ett tjockare materiel. Efter att den brutits kallas den bruten stråle. Ofta bryts inte hela strålen utan en del av

den reflekteras. Därför är "reflektionsvinkel" och "reflekterad stråle" utritad. Man kan se att strålen har

brutits genom att jämföra infallsvinkeln och brytningsvinkeln. De är olika stora.

Om det går från ett material med högre optisk täthet (densitet) till ett med lägre optisk täthet (glas ->luft)

bryts det från normalen. Samma som ovan fast tvärtom.

Den klassiska förklaringen för ljusbrytning är en rad soldater som marscherar snett in mot en rak

gränslinje till en leråker. Soldaternas marschhastighet minskar när de kommer till leråkern. För att bevara

den snygga räta linjen med soldater bredvid varandra, så måste de ändra riktning lite mot normalens

riktning. Om vi sedan har en rad med kortbenta soldater som har ännu mindre hastighet i leråkern, så

behöver dessa avvika ännu mer från utgångsvinkeln. (Vi vill bara inte tänka på vad som skulle hända om vi

blandade långbenta och kortbenta soldater i en rad .(Förklaring från NRCF:s frågelåda)

En förklarande film om ljusets brytning. (Youtube, 1.42, engelska)

En lite längre förklarande film (youtube, 9,35, Engelska). Går igenom ljusets brytning (schnells lag) noga.

Ljusbrytning ger upphov till en del roliga effekter eftersom hjärnan inte fattar att ljusets bryts utan gör en

egen tolkning.

Kan förklaras så här.

Du ser fisken i vattnet och eftersom hjärnan inte tar hänsyn till ljusbrytning uppfattar den att fisken är på ett

annat ställe än vad den egentligen är. (se ovan)

Kul om ljusbrytning (youtube, 2 min)

Totalreflektion

Om man tar det sista exemplet kan totalreflektion uppstå. Det innebär att ljuset inte bryts utan att allt ljus

reflekteras. När det går från tätare till tunnare material så bryts ljuset från normalen. Om nu ljuset har en

väldigt stor infallsvinkel kommer det inte kunna brytas utan reflekteras. (se nedan).

1. När ljuset faller in rakt bryts det inte.

2. När ljuset faller in snett bryts det från normalen i detta fall.

3. Ju större infallsvinkel desto mer bryts det.

4. Infallsvinkel är så stor att strålen inte kan brytas. Den reflekteras.

Detta används i fiberoptik. Ljus kan förmedla information och det i ljusets hastighet. Användbart när man

vill ha snabbt bredband.

Testa dig själv - Små söta frågor.

Kap 5 - Linser

En lins är en slipad glasbit (eller plast) som bryter ljus på olika sätt. De används i kameror, glasögon m.m.

Det finns två olika typer.

Konvex lins (växer på mitten) = samlingslins = positiv lins

Konkav lins (kavlas på mitten) = spridningslins = negativ lins

I konvexa linser samlas ljusstrålarna ihop till en punkt. Den kallas brännpunkt (=fokus). Avståndet från

linsen till brännpunkten kallas brännvidd. Linser har alltid två brännpunkter, en på varje sida av linsen.

(Strålar kan falla in på linsen från båda håll). I brännpunkten samlas strålarna och därför blir det varmt där.

Om man har en stor lins blir det ännu varmare. (Youtube, 2,54, engelska)

I en konkav lins så sprids ljuset. Ljusstrålen i mitten, som går rakt in mot linsen, bryts inte alls. Den

strålen som träffar linsen på kanten bryts mest eftersom där är vinkeln mellan glaset och strålen som störst.

Även en konkav lins har både brännpunkt och brännvidd. Hur då när strålarna inte möts? Jo man följer

strålarna bakåt så kommer de sammanstråla innan linsen.

Kap 6- Ögats funktion

1. Ljuset, som träffar ögat går först igenom hornhinnan sedan går det igenom hålet i regnbågshinnan

som kallas pupillen. Pupillens storlek ändras automatiskt av ögat så det kommer in lagom mycket

ljus.

2. Ljuset åker igenom den konvexa linsen som samlar ihop ljusstrålarna. Muskler runt linsen kan få

den att ändra form så man ser skarpt på både långt och kort håll.

3. Ljusstrålarna åker igenom glaskroppen (genomskinlig gelé) och träffar sedan näthinnan. På

näthinnan finns sinnesceller, tappar och stavar. Med tapparna ser man färger och med stavarna

svartvitt.

4. Ljusstrålarna omvandlas från ljusenergi till elektrisk energi och skickas upp till hjärnan för

tolkning. Det ljus som träffar den gula fläcken ser man med bäst skärpa. I den blinda fläcken har

man inga sinnesceller.

Problem med ögat.

Synfel är vanligt och det handlar om att ljusstrålarna inte bryts på korrekt sätt. Förklaring på vanliga synfel.

Närsynthet (suddigt på långt håll): Glaskroppen är för lång. Ljusstrålarna bryts före näthinnan. Här

används en konkav lins framför ögat så ljusstrålarna kan spridas lite innan de träffar näthinnan.

Långsynthet/översynthet(suddigt på nära håll). Glaskroppen är för kort. Ljusstrålarna bryts bakom

näthinnan. Här använder man en konvex lins så ljusstrålarna samlas ihop och träffar näthinnan.

Är du astigmatisk? Läs mer här.

Testa dig själv: Små söta frågor.

Kap 7- Elektromagnetisk strålning (Ems)

Fotoner kan ha olika mycket energi. Ju högre energi desto kortare våglängd. Människor kan bara se synligt

ljus men det finns: (börjar med lägst energi)

Radiovågor - Används för att skicka olika typer av signaler. Radio, mobiltelefoner, TV fungerar

med hjälp av radiosignaler. En militär uppfinning, radar, använder radiovågor.

Mikrovågor - Används i mikron. Hur funkar den?

Infraröd strålning - Kallas också värmestrålning. Man kan också se om hus läcker energi med

detta. Kan finnas i fjärrkontroller också. Hur fungerar en fjärrkontroll? Man kan se i mörker med

IR-ljus och i tullen kan vakterna se genom kläder. (youtube 2,41 engelska)

Synligt ljus eller vitt ljus består av många färger.

Ultraviolett strålning - Det ultravioletta ljuset gör oss solbrända. Vårt pigment i huden ändrar färg

för att skydda oss från solen som bland annat sänder ut UV-ljus. Ultraviolettljus kan inte passera

genom en glas. Tips! Det går inte att sola genom en glasruta. Ultraviolett strålning används också

får att se om sedlar är äkta. En del ämnen tar upp UV-ljus och sänder ut det som vanligt vitt ljus.

På dansgolvet på ett disko kan du ibland se att dina tänder blivit extra vita. Om du tvättat dina

kläder med tvättmedel som innehåller optiskt vitmedel så kommer det ämnet omvandla UV-ljus till

synligt ljus. Din t-shirt kommer lysa i mörkret om den belyses med UV-ljus. (Youtube, 2.39,

engelska) Hur blir föremål självlysande?

Röntgenstrålning - Används på sjukhus för att se hur skelettet ser ut. Handens mjuka delar släpper

igenom mer strålning än skelettet. Därför syns skelettet på bilden. Konstiga saker på hittat på

röntgenstrålning. (Youtube, 6.36, engelska)

Gammastrålning - denna strålning innehåller extremt mycket energi och är direkt farlig. Den bildas

vid händelser i rymden t.ex. gammablixtar eller vid sönderfall av radioaktiva ämnen (atombomber,

kärnkraft).

Bra film om EMS(Youtube, 5 min, engelska).

The EMS- song (1 miljon visningar på youtube)

Kap 9 - Diverse

Laser

En Laser används idag till en mängd olika saker. Man stoppar fortkörare med laserpistol, ögonläkare kan

fixa din närsynthet, du kan lyssna på CD-skivor m.m. I vitt ljus finns alla regnbågens färger . Det innebär

många våglängder som rör sig lite olika. I laserljuset finns bara en färg (en våglängd) t.ex. grön eller rött.

Alla ljusvågor går i samma riktning och i samma takt. Ljuset koncentreras. 10 saker du inte visste om laser.

Frågor kring laser.

Hur stark är den starkaste lasern?

Hur kan man operera med laser?

Är strålar från laserpekare farliga?

Starkaste lasern som säljs (youtube). Här pangas 100 ballonger. (youtube). Mer lek med

"lasersvärd" (youtube)

Belysning - det finns flera enheter för ljus.

Lumen - (Candela) Mäter ljusflödet vilket är ljusets intensitet.

Lux. Mäter ljusintensitet per yta.

Polaroidglas

Har du tröttnat på irriterande ljus från vattenblänk när du är på sjön eller reflexer när du kör bil (körkort?)

kan du skaffa dig ett par sådana glasögon. De kommer att minska ljusreflexerna.

Ljus består av fotoner med olika våglängd. Våglängder är också olika vridna. En färdas med vågtopp och

vågdal horisontellt, andra har vågtopp och vågdal vertikalt och sedan finns det allt där i mellan.

Ett polaroidglas fungerar som ett galler. Bara våglängder som färdas i en riktning kommer i mellan. Om

man lägger två polaroidglas mot varandra kan roliga effekter uppstå. (youtube)

Ljusets hastighet

Ljusets hastighet är 300 000 km/s (ljudets hastighet är 340 m/s). Ett ljusår är hur långt ljusets färdas på ett

år. På ett år finns det så här många sekunder: 365 dagar * 24 timmar * 60minuter * 60 sekunder.

365*24*60*60 sekunder. = 31536000 sekunder. Varje sekund färdas ljuset 300 000 km. Ett ljusår =

31536000 *300 000 = rätt många km. Vår närmsta stjärna ligger ungefär 4,5 ljusår bort.

Osynlighetsmantel

Funkar det? Förutsättningen för att se föremål är att ljuset studsar på dem och sedan in i våra ögon. Om

ljuset som träffar manteln inte reflekteras tillbaka så kan våra ögon inte se den. Man kan tänka att ljusets

åker runt manteln likt vattnet åker runt en sten i en flod. Det skulle funka. Tyvärr får Harry lite problem

med att se ut eftersom det kräver att fotoner studsar in i hans ögon. Än så länge krävs det helt enkelt magi

för att det ska funka. (Läs mer)

Stealth är en miltär term där man vill att så lite ljus ska reflekteras tillbaka. Då handlar det om att man vill

undvika att synas på radar. Radar är ett sätt att upptäcka farkoster med radiovågor. De sänds ut och studsar

tillbaka och en bild tolkas. Om radiovågorna inte studsar tillbaka så syns inte farkosten på radarn.

Hologram.

Hologram är en bild i tre dimensioner. Den finns på kontokort nuförtiden. Prinsessan Leia i Star Wars gör

ett klassisk holografisk inhopp i fjärde filmen. Svår förklaring (youtube).

Synvillor. Det är relativt lätt att lura ögat. Här är lite klassiska exempel.

www.synvillor.nu

www.faktabanken.nu

Blandade frågor

Varför är det lättare att isolera mot ljus än mot ljud?

Varför är glas genomskinligt?

Varför blir det våta mörkt?

Testa dig själv : Små söta frågor