Fysik A Optik

Från Wikiskola
Hoppa till navigering Hoppa till sök

Diverse

Mona Lisa, by Leonardo da Vinci, from C2RMF retouched

Många av texterna nedan har hämtats från Wikibooks om Fysik: Optik

GeoGebra-länkar

Du behöver ladda ner GeoGebra för att använda dessa:

Länkar

http://sv.wikipedia.org/wiki/Ljus

Hur gör man? - Wikimarkup

Kort om Wikimarkup

Vad är ljus?, s 189-197

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

ljusstrålars utbredning

Blender3D LightPointMediumSSS

Kärnskugga och halvskugga

Uppkomsten av kärnskugga och halvskugga bakom en skymmande kropp

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

Load video
YouTube

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.


Regelbunden reflektion

Regelbunden reflektion (plan spegel)

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.

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.


Diffus reflektion

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

Konkava sfäriska speglar på Kursnavet

Konvexa speglar

Förstoring

Ljusets brytning, s198-203

Ljusets brytning

ljusbrytning
Ljuset reflekteras i samma vinkel och bryts in mot normalen.


Load video
YouTube


Snells lag

Ljusbrytning i den horisontella gränsytan mellan två medier med olika brytningsindex

Snells lag är den enkla formeln som används för att beräkna vinklarna vid refraktion (ljusbrytning) då ljus färdas mellan två medier med olika brytningsindex. Den är uppkallad efter dess holländske upptäckare Willebrord Snell (1580-1626). fr Wikipedia

Minnesregel

En bra minnesregel för att bestämma ljusbrytningens riktning är det faktum att ljusstrålen i det tätare mediet alltid befinner sig närmare normalen. Ett praktiskt sätt att komma ihåg detta är att tänka sig ljusstrålen som en bil som kör från en asfalterad yta (det tunnare mediet) och in på lerigt underlag (det tätare mediet). Beroende på vinkeln kommer då antingen det högra eller det vänstra hjulet att passera gränsen först vilket gör att bilen svänger. fr Wikipedia

Snells lag

n1*sin θ1 = n2*sin θ2

Läs mer

Läs om Snells lag på eng WP.

Totalreflektion

När en ljusstråle färdas från ett tätare medium till ett tunnare (dvs n1 > n2) kan man lätt konstatera att ekvationen saknar lösning då θ1 överstiger ett visst kritiskt värde kallat gränsvinkeln θg. Detta beroende på att sin(θ1) alltid är mindre än (eller lika med) 1.

[math]\displaystyle{ \theta_{g} = \arcsin\left( \frac{n_2}{n_1} \right) }[/math]

Då θ1 > θg lyckas inget ljus passera gränsytan och totalreflexion inträffar, dvs. allt infallande ljus återspeglas. Detta kan till exempel inträffa när ljus färdas från vatten till luft, eftersom vatten är ett optiskt tätare medium än luft (nvatten > nluft), om infallsvinkeln samtidigt överstiger θg.

Texten i ovanstående avsnitt kommer från Wikipedia.se

Brytningsindex

Brytningsindex är ljusets hastighet i materialet dividerat med ljushastigheten i vakuum. 

[math]\displaystyle{  n = \frac{c}{b} }[/math]

där n är brytningsindex, c är ljushastigheten i vakuum och v är ljushastigheten i materialet.

Reflektion, brytning och totalreflektion

GeoGebra. Ljusets brytning när det går från ett material till ett annat. Snells lag. Du kan använda glidarna för att variera brytningsindex i första och andra materialet.

<ggb_applet width="1093" height="601" version="4.0" ggbBase64="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" showResetIcon = "false" enableRightClick = "true" errorDialogsActive = "true" enableLabelDrags = "false" showMenuBar = "false" showToolBar = "false" showToolBarHelp = "false" showAlgebraInput = "false" useBrowserForJS = "false" allowRescaling = "true" />

Färger, s 204-207

Classic diagram of a dispersion prism
RGB illumination
Load video
YouTube

Linser, s 208-211

vv

Linsens förstoring, s 212-215


Load video
YouTube


Kameran och ögat, s 215-219

Optiska instrument, s 220-225

Optiska fibrer

total internal reflection

laboration

repetition

prov

Hämtad från ”https://wikiskola.se/index.php?title=Fysik_A_Optik&oldid=13013”