Ljusstrålar, reflexion, avbildning i speglar
Vad är ljus?,
Ljuskällor
Föremål som sänder ut ljus kallas för ljuskällor. Exempel på ljuskällor är solen, stjärnorna, glödlampor och datorskärmar.
Vi ska här använda strålar som en modell för ljus. I verkligheten består inte ljuset av strålar, men det är mycket praktiskt att använda denna modell för att förstå hur t.ex. kikare och speglar fungerar. Vi nöjer alltså med denna förenklade modell av ljuset för tillfället.
En ljuskälla är också materia och varje punkt på ljuskällan sänder ut ljus åt olika håll. Detta att ljuset sprider sig kallas divergens, man säger att ljuskällans alla ljusstrålar är divergenta ljusknippen.
Solen är vår viktigaste ljuskälla och vi befinner oss mycket långt från den. De ljusknippen solen sänder ut divergerar precis som vilken lampa som helst. Men p.g.a. av jordens litenhet och det stora avståndet blir divergensen mellan solens strålar som träffar oss mycket liten. Man brukar därför betrakta dessa strålknippen som parallella. Man kan också åstadkomma parallella strålknippen med hjälp av speglar och linser.
Med speglar och linser kan man också få strålknippen att falla in mot en gemensam punkt. De kallas då konvergenta.
Med speglar och linser kan man omvandla de olika typerna av strålknippen till varandra. Det är detta som görs i t.ex. en kamera och ett mikroskop.
ljusets hastighet
Ljusets hastighet i vakuum, c, är en fysikalisk konstant och är 299 792 458 m/s. Denna hastighet är oberoende av observatörens rörelse – två olika observatörer kommer alltid att uppmäta samma hastighet, oavsett hur de rör sig i förhållande till varandra. Som en mera åskådlig föreställning om ljushastighetens värde kan nämnas att hastigheten motsvarar sträckan jorden runt sju och en halv gång på en sekund.
Texten i ovanstående avsnitt kommer från Wikipedia.se
ljusstrålars utbredning
Kärnskugga och halvskugga
En skugga kan ses som bestående av två delar, kärnskuggan och halvskuggan. Detta gäller under förutsättning att ljuskällan som skapar skuggan inte är punktformig, utan har en synlig utsträckning, sedd från den plats där skuggan faller. Perfekt punktformiga ljuskällor finns egentligen inte i sinnevärlden, men stjärnor brukar betraktas som sådana, eftersom det ända tills helt nyligen har varit omöjligt att från jorden urskilja att en stjärna har en utsträckning. Fr Wikipedia
reflektion
När ljuset träffar på materia studsar ljuset mot föremålet och byter riktning - det reflekteras. Det är genom ljusets reflexioner som vi kan se de föremål omkring oss som inte sänder ut något eget ljus.
Det kan tyckas så självklart att det inte behöver någon närmare undersökning. Låt oss ändå titta närmare på detta. Om man riktar en strimma ljus mot en vit vägg ser man en ljus prick på väggen. Om man istället riktar ljuset mot en ren spegelyta ser man däremot ingen ljusprick. Orsaken till detta beror på hur ljuset reflekteras mot ytan. Mot den vita väggen sker en diffus reflexion men mot spegeln sker en regelbunden reflexion.
<clear>
Regelbunden reflektion
Ljuset träffar en plan yta i en punkt. Den linje som går rätt ut från ytan i den punkten kallas för punktens normal. Ljuset bryts mot ytan så att dess infallsvinkel gentemot normalen blir lika stor som dess reflexionsvinkel. Detta kan vi formulera som en fysikalisk lag. Om vi döper infallsvinkeln till i och reflexionsvinkeln till r får vi sambandet:
- i = r
Vi kan kontrollera att verkligheten verkligen följer detta samband i ett experiment. Genom att undersöka vilka infallsvinklar som ger vilka reflexionsvinklar kan vi konstatera att sambandet verkligen stämmer. Åtminstone för ljusreflexioner i speglar. {clear}}
Diffus reflektion
Till skillnad från en spegel utgör en vit vägg inte en helt plan yta. Den består av små ojämnheter. När vi riktar vårt ljus mot väggen bryts dess strålar mot den skrovliga ytan och reflekteras åt olika håll. Man kan betrakta den vita väggen som en mängd pyttesmå plan, som var och en reflekterar ljuset åt olika håll. Det är detta som gör att vi kan se den ljusa punkten från olika håll. När ljuset träffade spegeln bröts ljusets strålar åt endast ett håll och blev därför bara synligt från ett håll.
Avbildning i plan spegel
I en spegel reflekteras ljuset så regelbundet att vi ser en bild av de föremål som ljuset kommer ifrån. Reflexionen i en spegel följer samma fysikaliska lag som reflexioner på andra ytor. Man kan använda detta faktum till att göra en konstruktion som visar hur en spegelbild uppkommer.
Buktiga speglar
Konkava speglar
Länkar
Konkava sfäriska speglar på Kursnavet
Uppgift
http://commons.wikimedia.org/wiki/Concave_mirror innehållermedia om fyra fall av avbildning med konkava speglar. Det finns texter att klippa in i respektive bild. Bilderna ska in här men bör även läggas in på sv och eng wikipedia. Bildtexterna på wikimedia bör översättas till svenska
Praktisk övning
Praktisk övning i att rita strålar vid reflektion i en konkav spegel. Vi använder förstorade papperskopior på övningen i boken. linjal behövs.
GeoGebra
Strålar och reflektion i GeoGebra
Hur går det till när en bild uppstår, var ser man den och varför. Är det en förminskning eller en förstoring?
Se filmen till höger innan ni gör övningen nedan!
| Uppgift |
|---|
|
Rita reflektioner i GeoGebra Du bör med lite vägledning kunna åstadkomma något som liknar det här:
|
Fortsatta undersökningar
Efter detta kan vi gå vidare med de olika konstruktionerna i denna bok på GeoGebraTube där vi testar.