FY SIK - Liber AB

ISBN 978-91-47-08596-5© 2013 Lennart Undvall, Anders Karlssonoch Liber ABRedaktion: Conny WelénFormgivare: Patrik SundströmBildredaktör: Mikael MyrnertsTeckningar: Typoform, Anders NybergProduktion: Adam DahlFjärde upplagan1Repro: Repro 8 AB, NackaTryck: Kina 2013KOPIERINGSFÖRBUDDetta verk är skyddat av upphovsrättslagen. Kopiering,utöver lärares och elevers rätt att kopiera förundervisningsbruk enligt BONUS-avtal, är förbjuden.BONUS-avtal tecknas mellan upphovsrättsorganisationeroch huvudman för utbildningsanordnare, t.ex. kommuneroch universitet.Intrång i upphovsmannens rättigheter enligtupphovsrättslagen kan medföra straff (böter ellerfängelse), skadestånd och beslag/förstöring avolovligt framställt material. Såväl analog som digitalkopiering regleras i BONUS-avtalet. Läs mer på www.bonuspresskopia.se.Liber AB, 113 98 StockholmTfn 08-690 92 00www.liber.sekundservice tfn 08-690 93 30, fax 08-690 93 01e-post: kundservice.liber@liber.se

När vi surfar på internet använder vifiberoptiska kablar. Det är kunskaper omljusets egenskaper som har gjort det möjligt.8.ljusDriver våra elektroniska motorvägarSolens strålar har märkliga egenskaper. De syns inte, men ändå lyser de upp ochsätter färg på vår tillvaro. Solens UV-strålning kan vi inte heller se direkt, men ändåger den oss bruna ben på stranden. Idag har vi lärt oss att skicka information medhjälp av ljus, snabbare än någonsin tidigare. Ledningar av glas håller på att ersättavåra teleledningar av koppar. Vi kan också skapa ljus som inte förekommer naturligt,nämligen laser. Med laser kan vi till exempel mäta avstånd och operera närsynthet.

Känner du igen fenomenet? Solen lyserigenom och regnbågens alla färger bildas.Har du något glasföremål hemma som dettafungerar med? Fungerar det även med enlampa som ljuskälla?Är det farligt att värma mat i mikrovågsugn?En del tror det. Men har man kunskaper ifysik vet man vilken strålning som är farligoch vilken som är ofarlig.här får du lära dig• hur ljuset reflekteras i olika slags speglar• varför en ljusstråle ändrar riktning när denpasserar en vattenyta• hur ljuset bryts i olika slags linser• hur ljus färdas i en optisk fiber• hur en kamera och kikare fungerar• hur regnbågen uppkommer• hur vi kan se olika färger• vad strålningsenergi och kemisk energi ärINNEHÅLL8.1 Ljusets utbredning och reflektion8.2 Ljusets brytning8.3 Optiska instrument8.4 Ljus och färg8.5 Strålningsenergi och kemisk energiPERSPEKTIV93

8. ljusFörr trodde man att ögonensände ut osynliga ljusstrålar ochnär man blundade blev det mörkt.Idag vet vi att det behövs enljuskälla för att vi ska se något.8.1Ljusets utbredningoch reflektionI vårt språk använder vi uttryck som ”kasta en blick på...”eller ”hennes onda blick...”. Förr var det här ett vanligtsätt att tänka. Fram till 1500-talet trodde man attögonen var en slags ljuskälla. På samma sätt somelden sänder ljus trodde man att ögonen sändeut osynliga ”synstrålar” och att det var därförsom man såg föremål. Och just därför såg maninget när man blundade. Nu vet vi att det integår till på det viset.Så tänker vi idagTänk dig att du befinner dig i ett rum som är heltsvart. Du kan inte se någonting omkring dig. Men närdu tänder ett stearinljus ser du plötsligt detaljer i rummet.Hur går det egentligen till när vi ser saker?För att vi ska kunna se måste det finnas en ljuskälla som tillexempel ett stearinljus som brinner. Den brinnande lågan sänder utljusstrålar i alla riktningar. Strålarna träffar möbler, lampor och andrasaker i rummet. En del av strålarna träffar till exempel klockan på väggen.När ljusstrålarna träffar klockan studsar ljuset åtalla möjliga håll. Vi säger att ljuset reflekteras. En delav det reflekterade ljuset når våra ögon. Inne i ögat, pånäthinnan, uppstår en bild av klockan. Bilden bearbetasav hjärnan, vilket gör att vi ser klockan.På samma sätt ser vi hus, träd, bilar och tusentalsandra detaljer när vi är utomhus. Men då är det solensom är ljuskällan, även om det är molnigt. Solens strålarreflekteras i allt vi ser.Stearinljuset är en gammalljuskälla som används än idag.94

Ämnen som är svåra att seDet finns ämnen som är omöjliga att se, till exempel luft. Anledningentill att vi inte kan se luft, är att luften inte reflekterar något ljus.Andra ämnen, som glas och vatten, kan ibland vara svåra att se trotsatt de faktiskt reflekterar ljus. Men en ren glasruta reflekterar bara enliten del av det ljus som träffar glaset. Det gör att ögat kan ha svårt attuppfatta glasrutan. När ett fönster börjar bli smutsigt ser vi glaset tydligare.Men då är det smutspartiklarna, snarare än själva glaset, som reflekterarljuset.Så bildas skuggorPå grund av att ljuset rör sig rakt fram, rätlinjigt, bildasskuggor som ibland kan vara skarpa. Men iblandblir skuggorna suddiga. Det inträffar när det är molnigteftersom molnen då får strålarna att ändra riktning.De ljusstrålar som når marken kommer därförfrån alla möjliga håll.Även en vanlig glödlampa kan ge suddiga skuggor.Det gör den om lampan har så kallat matt glas.Strålarna sprids då i alla möjliga riktningar i rummet.På så sätt skapas ljus som ger mjuka skuggor.Om lampan däremot har klart glas så blir skuggornaskarpa.Om man torkar bort skummet kandet vara svårt att se glasrutan.Ljuset från solen rör sig rätlinjigtoch därför skapas skarpa skuggor.95

8. ljusI en plan spegel blirspegelbilden lika storsom föremålet, menspegelvänd.sets infalls- och reflektionsvinkel 6:4i = infallsvinkelr = reflektionsvinkelirnormalInfalls- och reflektionsvinkelnär lika stora.Infallsvinkel och reflektionsvinkelNär ljus träffar en oregelbunden yta så reflekteras ljuset åt alla möjligahåll. Men när ljus träffar en plan och blank yta, exempelvis en spegel,studsar det ut från spegeln precis lika snett eller rakt som det träffade.Låt oss titta på en enda ljusstråle som träffar en spegel. I den punktstrålen träffar spegeln ritar vi en vinkelrät linje mot spegeln. Linjenkallas för normal. Den vinkel, som bildas mellan den infallande ljusstrålenoch normalen, kallas för infallsvinkel. Den vinkel som bildas mellanden reflekterade strålen och normalen kallas för reflektionsvinkel.Ljusstrålen reflekteras alltid på ett sådant sätt att reflektionsvinkelnär lika stor som infallsvinkeln. Samma princip gäller när du slår eninnebandyboll mot sargen eller en biljardkula mot vallen.8.7Ögat ser en bild som tycks finnasbakom spegeln. Spegelbilden finnslika långt bakom spegeln somföremålet finns framför.Plana speglarOm du står framför en plan spegel, ser du en bild av dig själv. Bilden ärlika stor som du är i verkligheten och tycks finnas bakom spegeln, påsamma avstånd som mellan dig och spegeln. Men spegelbilden är intehelt riktig. Höger och vänster har bytt plats. Bilden av verkligheten ärspegelvänd.Hur uppkommer då bilden? För att förklara det tar vi hjälp av ettstearinljus som vi placerar framför spegeln. Ljuset sänder ut strålar ialla riktningar. De strålar som träffar spegeln reflekteras. Om vi till exempeltittar på de reflekterade strålarna från lågans spets och förlängerdem bakom spegeln, skär de varandra i en punkt. I den punkten servårt öga en bild av lågans spets. På så sätt luras vi att tro att det finnsett ljus bakom spegeln.96

8. ljusBuktiga speglarAlla speglar är inte plana. En del buktar åt något håll. Om spegeln buktarinåt, kallas den för en konkav spegel. Om den buktar utåt är spegelnkonvex. För att komma ihåg vilken spegel som är vilken, kan du tänkadig en kupad hand. På den konvexa sidan växer det hår. Handflatan ärden konkava sidan.FkonkavspegelBrännpunktLjusstrålar som har samma avstånd från varandra hela tiden kallas förparallella ljusstrålar. När de träffar en konkav spegel reflekteras strålarnaoch skär varandra i en punkt framför spegeln. Punkten kallas för brännpunkteller fokus.En konvex spegel har sin brännpunkt bakom spegeln. KonvexaFspeglar sprider inkommande ljusstrålar. Om strålarna som träffar spegelnär parallella, reflekteras de så att de ser ut att komma från brännpunktenbakom spegeln.F = Brännpunkt, fokusAlla buktiga speglar har en brännpunkt. Avståndet från brännpunktentill spegeln kallar vi för brännvidd.Hur man använder konkava speglarOm vi låter ljus från solen träffa en konkav spegel så blir det mycketvarmt i spegelns brännpunkt. Det kan vi utnyttja ien solugn. Om vi placerar en kastrull med vatteni brännpunkten kan vi få vattnet att börjakoka.På hustak kan du se ett annatexempel på ett slags konkava speglar– parabolantenner. När det gällerradio- och TV-signaler behöverytan inte vara blank. Signalernafrån en satellit reflekteras utmärktändå. I antennens brännpunkt sittersjälva mottagaren av signalerna.F = Brännpunkt, fokusF = Brännpunkt, fokusEn konkav spegel samlar ljus,medan en konvex spegelsprider ljus.FkonvexspegelEn parabolantenn är konkavoch samlar inkommandesignaler i en mottagare, somsitter i antennens brännpunkt.97

8. ljusI en bilstrålkastare 8.12 ärlampan placerad i spegelnsbrännpunkt. De strålar somlämnar strålkastaren ärparallella. Lägg märke till detsom sitter framför lampan.Anordningen hindrar de strålarsom inte reflekteras i spegelnatt lämna strålkastaren.Så fungerar en strålkastareBåde i en solugn och i en parabolantenn utnyttjar vi det faktum attparallella strålar, som träffar en konkav spegel, reflekteras och möts ibrännpunkten. I många lampor gör vi det motsatta. Istället för att samlastrålarna i brännpunkten sänder vi ut strålarna därifrån. Genom attplacera en lampa i en konkav spegels brännpunkt får vi till exempel enbra strålkastare. De strålar som träffar spegeln reflekteras så att de blirparallella. På så sätt sprids inte ljuset åt alla håll från strålkastaren. Vifår ett riktat och bra ljus, vilket är nödvändigt från till exempel en bilstrålkastare.Bilden i buktiga speglarOm du speglar dig i en konkav spegel blir bilden förstorad, om du hållerspegeln nära ansiktet. Men om du håller spegeln en bit bort, serdu en upp och nervänd spegelbild av ditt ansikte. Dessutom är bildenmindre än i verkligheten. Konkava speglar används ispeglar där man vill ha en förstorad bild av sitt ansikte.Det blir då lättare att sminka eller raka sig.Om du speglar dig i en konvex spegel blirbilden alltid förminskad. Konvexa speglarfinns till exempel i gatukorsningarmed dålig sikt och i backspeglar tillbilar. Genom att bilden blir förminskadsyns en betydligt större del avkorsningen eller vägen bakom bilenjämfört med om man använder enplan spegel.Den konvexa spegeln gör att duser mer av gatukorsningen än vaddu skulle gjort i en plan spegel.98

8. ljusFÖRDJUPNINGHur bilden uppkommer i buktiga speglarVarför blir bilden förstorad eller förminskad i buktiga speglar?Vi kan visa det med hjälp av till exempel ett stearinljus. Frånspetsen av ljuslågan går det ut strålar i alla riktningar. Viritar ut två av dessa strålar. De reflekteras i spegeln så attinfallsvinkel och reflektionsvinkel blir lika stora. Om vi förlängerde reflekterade strålarna bakåt så skär de varandra. Där finnsbilden av ljuslågans spets. Som du ser blir bilden i den konvexaspegeln förminskad, medan den blir förstorad i den konkavaspegeln. I båda fallen ser det ut som om bilden finns bakomspegeln.8.148.14testa dig själv 8.1förklara begreppen• ljuskälla • reflektera • normal • infallsvinkel • reflektionsvinkel• konvex spegel • konkav spegel • brännpunkt • brännvidd1. Vilken hastighet har ljus i luft?2. Blir bilden förstorad, förminskad eller oförändrad om du speglardig i ena) plan spegel?b) konvex spegel?c) konkav spegel på nära håll?3. Ge exempel på hur man kan ha nytta ava) konkava speglar.b) konvexa speglar.4. Rita en bild som visar vad som händer när en ljusstråle träffar enplan spegel.5. Förr i tiden trodde man att man såg föremål för att det sändesut osynliga synstrålar från ögonen. Idag vet vi att det inte är så.Förklara varför du kan se föremål runt omkring dig.6. Vatten är ett genomskinligt ämne. Varför kan vi ändå se vatten?8. a) Vad för slags spegel är det här?b) Rita av bilden och rita strålarnasfortsatta väg.c) Hur lång är spegelns brännvidd?9. Bilden föreställer en bilstrålkastare.a) Var är lampan placerad?b) Rita av bilden, rita ut några strålaroch hur de reflekteras.10. Ett ljus står framför en plan spegelenligt bilden. Rita strålgången ochden spegelbild som uppkommer.11. Rita av bilderna.Rita strålarnas fortsatta väg.F7. a) Vad för slags spegel är det här?b) Rita av bilden och rita strålarnasfortsatta väg.c) Hur lång är spegelns brännvidd?FB99

8. ljus8.2Ljusets brytningVi använder Internet mer och mer. För att allt ska fungerafinns kablar av glas nedgrävda i marken och på havensbottnar. För att informationen i till exempel ett fotografiinte ska försvinna när det skickas över internet måstesignalerna förstärkas. Nu jobbar forskarna, blandannat på Tekniska högskolan i Stockholm (KTH) medatt uppfinna framtidens kablar. De försöker förfinaglaset i kablarna så att kablarna kan böjas merutan att ljus läcker ut och så att ljussignalerna kanfärdas längre sträckor innan de behöver förstärkas.Men hur kommer det sig egentligen att ljus kanfärdas inuti glastrådar? För att förklara det måste vilära oss lite om hur ljuset bryts.luftvattenLjus kan färdas i kablar av glas— optiska fiber.i = infallsvinkelinormalbr = reflektionsvinkelrb = brytningsvinkelNär ljus träffar en vattenyta såreflekteras en del av ljuset. Annars skullevi inte kunna se vattnet. Resten av ljusetfortsätter in i vattnet, men i en annanriktning. Ljusstrålen bryts mot normalen.Ljusets strålar bryts i en vattenytaLjus ändrar riktning när det passerar en vattenyta. Det beror påatt ljus har lägre hastighet i vatten än i luft. Hastigheten i luft är300 000 km/s, men den är bara 225 000 km/s i vatten. Att ljusets hastighetär lägre i vatten beror på att vatten har högre densitet än luft.Man brukar säga att vatten är ett tätare ämne än luft. Ju tätare ett ämneär, desto lägre är ljusets hastighet.Den vinkel som bildas mellan den infallande strålen och normalenkallas för infallsvinkel. Den vinkel, som bildas mellan normalenoch ljusstrålen i vattnet, kallas för brytningsvinkel. När en ljusstråle gårfrån luft till vatten, bryts den mot normalen. Brytningsvinkeln blir dåmindre än infallsvinkeln. En ljusstråle som istället går från vatten tillluft bryts från normalen. Brytningsvinkeln blir då större än infallsvinkeln.Det är alltid så att ljusets strålar bryts mot normalen när det går ini ett tätare ämne. När ljus går in i ett tunnare ämne bryts strålarna frånnormalen.100

8. ljusDen avbrutna skedenSäkert har du stått på stranden med vatten upp till knäna och tittat nerpå dina fötter. Kanske har du då sett att benen tycks vara för korta ochatt fötterna ser konstiga ut. En tesked som är nerstucken i ett glas medvatten ser också konstig ut. Den ser ut att vara avbruten vid vattenytan.När ljuset går in i ett tätare medium bryts det mot normalen. Menögat tror att ljuset går rakt fram och vi blir lurade. Benen i vattnet serdärför för korta ut och skeden i glaset ser ut att vara av.TotalreflektionVi fortsätter att undersöka ljus som går från vatten till luft. Vi kommerdå att störa på ännu ett intressant fenomen.Ju större infallsvinkeln är, desto större är också brytningsvinkeln.När infallsvinkeln är 49° så blir brytningsvinkeln så stor som den kanbli, 90°. När infallsvinkeln är större än 49° kommer inget ljus att fortsättaupp i luften. Allts ljus reflekteras ner i vattnet. Fenomenet ka llastotalreflektion.Ljus i glasGlas är ett tätare ämne än både luft och vatten. Ljusets hastighet i glasär därför lägre – omkring 200 000 km/s.För att se vad som händer när ljus passerar från glas tillbaka till luften,låter vi en ljusstråle träffa ett tresidigt prisma. När ljusstrålen gårin i prismat, bryts den mot normalen. Sedan när ljusstrålen går ut i luftenigen, bryts den från normalen. På sin väg genom glasprismat ändraralltså ljusstrålen riktning två gånger.När en ljusstråle träffar en glasruta ändrar den också sin riktningtvå gånger. Först bryts ljusstrålen mot normalen och sedan lika mycketfrån normalen. Det gör attljuset har samma riktningefter att det passerat glasetsom före. Det enda somhänt är att strålen har förflyttatsen aning parallellt.Ljus på väg från vatten till luft brytsfrån normalen. Eftersom ögat troratt ljuset färdas rakt fram blir vilurade. Skeden verkar vara av vidvattenytan.Prisma 6.15luftglasLjus på väg in i ett prisma av glasbryts mot normalen. Ljus på väg utur prismat bryts från normalen.101

8. ljusLjusstrålarna går först rakt fram ini prismat utan att brytas. När ljusstrålarnasedan ska färdas ut urprismat är infallsvinkeln 45°. Detgör att det uppstår en totalreflektion.Efter den andra totalreflektionenlämnar strålarna prismat.Totalreflektion i glasÄven när ljus går från glas till luft kan det bli totalreflektion. Det skernär infallsvinkeln överstiger 45°.Med hjälp av ett glasprisma kan vi därför få ljusstrålar att vända tillbakaåt samma håll varifrån de kom. Men vi ser också att strålarna byterplats när de kommer ut från prismat. Den stråle som var överst är nuunderst och tvärtom. På så sätt kan man med hjälp av ett prisma vändaen upp- och nervänd bild så att den blir rättvänd. Prismor användsdärför i vanliga kikare för att ge rättvända bilder.FiberoptikI så kallad fiberoptik utnyttjas egenskapen att ljus kan totalreflekteras.Ordet optik kommer från grekiskans optiko´s och betyder ungefär ”somhör till synen”. Optiska fibrer är tunna trådar av glas som används tillatt skicka ljussignaler genom. Ljuset totalreflekteras hela tiden motglasytan och stannar därför kvar i tråden. Ljuset så att säga studsarfram och tillbaka inne i glaset på sin färd genom fibern tills det kommerut på andra sidan.I en optisk fiber studsar ljusetfram på grund av totalreflektion.Men om infallsvinkeln är förstor, lämnar ljuset glasfibern(den streckade strålen).102

8. ljusFiberoptiska kablarInnan fiberoptiken fanns skickades alla telefonsamtal, faxmeddelandenoch elektroniska brev med hjälp av elektriska signaler i kopparledningar.Nu kan vi istället skicka all denna information med hjälp av ljussignaleri fiberoptiska kablar, vilket går väsentligt snabbare.I ena änden av fibern sitter det en sändare som omvandlar de elektriskasignalerna vi vill sända till ljussignaler. I andra änden av fibernsitter det en mottagare som omvandlar ljussignalerna till elektriska signalerigen.Optiska fibrer har många fördelar framför elkablar. En av dem äratt optiska fibrer kan överföra mycket mer information per sekund änvad elledningar kan. Det går därför åt färre kablar. De är också lättareatt placera ut, kan skicka information längre sträckor utan förstärkning,är omöjliga att avlyssna samt är miljötåliga. Det är med de optiskafibrerna vi bygger våra elektroniska motorvägar.HöghastighetsinternetUtvecklingen går snabbt och idag har många hushåll höghastighetsuppkopplingvia optisk fiber ända in i bostaden. I många hushåll harman slutat använda vanliga telefoner som är kopplade till de gamlakopparledningarna. Istället använder man endast mobiltelefoner ellertelefoner som helt och hållet använder sig av Internet.Allt fler hushåll har idag möjlighet att använda nyatjänster via Internet. Förutom snabbare uppkopplingmot Internet kan vi med nya tjänster till exempel bestämmaexakt när vi vill se olika TV-program, hyraprogramvara eller filmer via Internet, ringa med bildtelefoneller sända egna TV-program.Idag har mycket av datatrafiken i degamla elledningarna flyttats övertill optiska fibrer – datatrafikensmotorvägar.GastroskopiPå sjukhus används optiska fibrer i flera sammanhang,till exempel i så kallade gastroskop. De används blandannat när läkarna vill titta ner i magsäcken hos en patient,så kallad gastroskopi. Efter lokalbedövning fårpatienten svälja en slang som innehåller optiska fibrer.En del av dem lyser upp magsäcken, medan andrafungerar som filmkameror. På en TV-skärm ser läkarenhur det ser ut i magen.Läkaren förbereder en gastroskopi.103

8. ljusKonvex linsKonkav linsFF = Brännpunkt, fokusEn konvex lins samlar inkommandeljus, medan en konkav lins spriderljuset. Ljuset bryts egentligen tvågånger när det passerar genomlinsen. För enkelhetens skull ritar viendast en brytning linsen.brännpunktFF = Brännpunkt, fokusFFbrännpunktKonvexa och konkava linserLinser används till exempel i glasögon, kameror, kikare och mikroskop.En lins är tillverkad av glas eller plast och kan vara konvex eller konkav.En konvex lins är tjockast på mitten, medan en konkav lins är tunnastFFpå mitten.En lins har två brännpunkter, en på vardera sidan om linsen.Avståndet från linsens mittpunktF = Brännpunkt, fokustill brännpunkten kallas brännvidd.En konvex lins kallas också samlingslins, eftersom den samlar ihopinkommande strålar. Parallella strålar som passerar genom en konvexlins bryts och skär varandra i brännpunkten.Ytterligare ett namn på en konvex lins är positiv lins. Om det till exempelstår +12 på kanten av en lins, så är det en konvex lins med brännvidden12 cm.Konkava linser kallas även för spridningslinser eller negativa linser.Parallella strålar som passerar genom en konkav lins sprids. En linssom är märkt med beteckningen –10, är en konkav lins med brännvidden10 cm.Bilder med konvexa linserVi placerar ett ljus framför en konvex lins. Bakom linsen placerar vi envit skärm. Om vi håller skärmen på ett visst avstånd från linsen, kan vipå skärmen se en bild av ljuset. Men bilden är upp- och nervänd. Enbild, som vi på det här sättet kan fånga upp på en skärm, kallas för enverklig bild. Om bilden blir förstorad eller förminskad beror på hur näralinsen som ljuset är. Ju närmare linsen är, desto större blir bilden.Om den konvexa linsen kommer så nära att ljuset hamnar innanförbrännpunkten, syns ingen bild påskärmen. Däremot kan vi se en bildav ljuset, om vi tittar genom linsen.Vi ser då en bild som är förstoradoch rättvänd. En sådan här bild, sominte kan fångas upp på en skärm,kallas skenbild. Linsen fungerar i dethär fallet som ett förstoringsglas, enlupp.brännpunktbrännpunkt104

8. ljusBilder med konkava linserOm vi upprepar försöket med en konkav lins blir resultatet helt annorlunda.Vi kan då inte fånga någon verklig bild på skärmen. En konkavlins kan nämligen inte ge någon verklig bild utan bara en skenbild.Skenbilden ser vi genom att titta på ljuset genom linsen. Skenbilden ären förminskad och rättvänd bild av ljuset.Det är kunskapen om hur linser skapar bilder som gjort att vi kankonstruera kikare och mikroskop.testa dig själv 8.2Kan du begreppen?• ljusets brytning • tätare ämne • optisk fiber • konvex lins • konkav lins • verklig bild • skenbild1. Rita en bild som visar vad som händer när en ljusstråle går frånluft och vidare ner i vatten.2. Varför ändrar en ljusstråle riktning när den går till exempel frånluft till glas?3. Vilka av linserna nedan är konvexa?7. Hur fungerar optiska fibrer?8. a) Vad för slags lins är det här?b) Hur lång är brännvidden?c) Rita av bilden och rita strålarnas fortsatta väg.FFA B C D E4. Nämn ett annat namn för ena) konkav linsb) konvex lins5. Vilken typ av lins används som förstoringsglas?6. Bilden visar hur några ljustrålar träffar en vattenyta underifrån.Rita av bilden och rita strålarnas fortsatta väg.luftvatten9. Parallella strålar träffar en lins med brännvidden 3 cm. Rita vadsom händer med strålarna om det är en konkav lins.10. Du avbildar ett ljus med en lins. På en skärm ser du en bild.a) Är bilden rättvänd eller upp- och nervänd?b) Hur förändras bilden när du flyttar linsen närmare ljuset?11. Förklara skillnaden mellan verklig bild och skenbild.12. Om du tittar på en fisk som finns i vatten så ser fisken ut att varanärmare vattenytan än vad den är. Den ser även större ut. Försökatt förklara detta genom att rita en bild.13. Rita den bild som uppkommer i en konvex lins när föremålet ära) utanför linsens brännpunktb) innanför linsens brännpunktRita föremålet som en pil.105

8. ljus8.3Optiska instrumentHolländaren van Leeuwenhoek handlade med tyger på 1600-talet.För att inte bli lurad, tillverkade han ett mikroskop för att avslöja omett tyg hade rätt kvalitet. 300 år senare tittade forskarna på denförsta digitala mikroskopbilden. Det var möjligt tack vare den elektroniskabildsensorn. Digital ”film” har numera i princip ersatt all fotografiskfilm. Två nya tekniker, skapade med 300 års mellanrum, kundeplötsligt samverka och för alltid förändra människors sätt att filmaoch fotografera.Förstoringsglas har konvexa linser.LuppEn lupp eller ett förstoringsglas är det enklaste optiskainstrumentet. Det är helt enkelt en konvex lins medkort brännvidd. Ju kortare brännvidden är, desto merförstorar luppen.objektiv➤ ➤prismorokularVanliga kikare innehåller prismorsom vänder bilden rätt. Därförkallar man dem för prismakikare.KikareKikare används för att vi ska kunna se föremålpå långt håll. Den enklaste typenav kikare är en så kallad astronomisk kikare.Den består av två konvexa linser somkallas objektiv och okular. Objektivet ger enbild av föremålet inne i kikaren. Sedan tittardu på bilden genom okularet. Man kan alltså sägaatt okularet förstorar den bild som objektivet skapat.Objektivet är en lins med lång brännvidd och okularetär en lins med kort brännvidd. Astronomiska kikareger upp- och nervända bilder. Men det spelar ingenstörre roll när man studerar månen och planeterna.De kikare som vi vanligtvis använder oss av kallasför prismakikare och ger förstås rättvända bilder. Enprismakikare innehåller två prismor av glas som ljusetpasserar innan det träffar okularet och våra ögon.Prismorna har till uppgift att vända bilden rätt.106

8. ljusMikroskopMikroskop används när vi vill få förstorade bilder av små föremål. Ävenett mikroskop har två konvexa linser, ett objektiv och ett okular. Precissom i en kikare så ger objektivet en bild av det föremål som man villtitta närmare på, till exempel en mygga. Okularet förstorar sedan denbild som objektivet skapat.KameraFör att få en bild på en skärm, behövs bara en låda med ett litet hål i.Om du låter de reflekterade ljusstrålarna från en flaska falla in mot håletfår du en upp- och nervänd bild av flaskan på lådans bakre vägg. Ensådan enkel kamera brukar kallas för camera obscura, vilket egentligenbetyder ”mörkt rum”.Moderna kameror finns i en mängd olika utföranden och modeller.Men i alla kameror finns det fyra viktiga delar: objektiv, slutare, bländareoch ccd-celler. I gamla kameror används fotografisk film istället förccd-celler.Den enklaste typen av objektiv består av en enda lins, en konvexlins. Linsens uppgift är att skapa en bild av det föremål som ska fotograferas.Slutarens uppgift är att öppna och stänga kameran. Den tid som kameranär öppen och släpper in ljus kallas exponeringstid. När du tryckerpå slutaren, öppnas kameran och en bild skapas med hjälp av linsen.Bilden registreras av ccd-cellerna.Om du har en mer avancerad kamera kan du variera kameraöppningensstorlek med hjälp av bländaren. På så sätt reglerar duhur mycket ljus som ska träffa filmen. När det är soligt och ljust,ska du använda en liten bländaröppning. Om det är mulet gördu bländaröppningen större.I de flesta kameror och mobiltelefoners kamerorställs exponeringstid, bländare och avståndin automatiskt. Sådana kameror har dessutomofta inbyggd blixt eller LED-belysningsom kommer till användning om ljusförhållandenaär dåliga.FöremålLinserEtt mikroskop ger en förstoradbild av små föremål och användsdärför att till exempel studerasmå insekter.BildBländareFilmSlutareLinserna skapar en bild påfilmen. Slutaren styr hur längefilmen ska träffas av ljus. Medbländarens hjälp kan du varierakameraöppningens storlek.107

8. ljusNärsynthetÖgat kan liknas vid en kameraEtt öga kan liknas vid en kamera. Ögonlocket är ögats slutare och pupillenmotsvarar kamerans bländare. När ljuset är starkt är pupillen liten,och när ljuset är svagt är pupillen stor. Efter att ljuset passerat pupillenträffar det ögonlinsen – kamerans objektiv. Ögonlinsen har till uppgiftatt bryta ljusstrålarna så att de bryts och sammanstrålar på näthinnanoch skapar en bild.Ccd-cellernas motsvarighet i ögat är näthinnan. I ett normalt fungerandeöga bryts ljusstrålarna så att bilden av föremålet hamnar exakt pånäthinnan. Då ser vi en tydlig bild av föremålet. Men precis som i enkamera är bilden på näthinnan upp- och nervänd. Att vi uppfattar bildenrättvänd beror på att vår hjärna ”vänder” på bilden.Vid närsynthet hamnarbilden lite framför näthinnan.Med konkava linser spridsljusstrålarna så att bildenhamnar på näthinnan.Närsynthet vanligt hos yngreMånga människor har något slags synfel. Då behöver ögat hjälp för attkunna se bättre. Det kan gälla både unga och gamla. Bland unga är detvanligt med närsynthet. Om man är närsynt ser man bra på nära hållmen inte på långt håll. Vid närsynthet är ögongloben för lång och ljusetbryts till en punkt framför näthinnan. Felet kan avhjälpas med glasögonsom har konkava linser. De sprider ljusstrålarna innan de når ögat.Det gör att bilden hamnar på näthinnan.En del forskare tror att närsynthet är medfött. Andra forskare troratt man blir närsynt om man läser mycket eller sitter för mycket framförTV:n och datorn. Det skulle i så fall kunna vara förklaringen tillvarför närsynthet blir allt vanligare.Fler och fler unga blirnärsynta, det vill säga deser bra på nära håll. Kandet bero på att vi sittermer och mer framfördatorn?108

8. ljusFÖRDJUPNINGVad är en dioptri?För att ange styrkan hos en lins kan mananvända sig av linsens brännvidd. Att det tillexempel står –10 på en lins betyder att det ären konkav lins med 10 cm brännvidd.Men en optiker anger istället styrkan idioptrier. Om d = dioptritalet och f = linsensbrännvidd i centimeter så gäller att d = 100/f.En konkav lins med brännvidden 10 cm haralltså dioptritalet –100/10 = –10.ÖversynthetÖversynthet eller långsynhet vanligt hos äldreHos äldre människor är översynthet ett vanligt synfel. Om man är översyntser man bra på långt håll men inte på nära håll. Vid översynthet ärögongloben för kort ljuset bryts därför till en punkt bakom näthinnan.Med konvexa linser i glasögonen samlas strålarna en aning innan de nårögat. På så sätt kan vi få bilden att hamna på näthinnan.Ålderssynthet inträffar efter 40 års ålderHar du föräldrar som måste hålla tidningen från sig för att kunna läsa?Det är nämligen vanligt att många som nyss fyllt 40 börjar få svårt attfokusera på texten i en tidning. Det beror på att ögatslins blir stelare med åldern. Ögats förmåga attförändra linsens tjocklek avtar. Enklaste sättetatt lösa problemet är att skaffa läsglasögon.Läsglasögon består av konvexalinser med olika styrka.Vid översynthet hamnarbilden lite bakom näthinnan.Med konvexa linser samlasljusstrålarna så att bildenhamnar på näthinnan.Om man är översynt har mansvårt att läsa texten i en tidning.109

8. ljusKontaktlinser och laserkirurgiGlasögon är det äldsta hjälpmedlet för attkorrigera synfel. Men idag använder mångamänniskor kontaktlinser istället för glasögon.Vanligtvis kallar man dem bara för linser.Skillnaden mot glasögon är att linserna placerasdirekt på ögat istället för en bit ifrån.Idag kan man även förändra färgen på ögonengenom att använda färgade kontaktlinser.Idag kan vissa synfel åtgärdas med laser.Närsynthet korrigeras till exempel genom attläkarna skär en flik i det yttersta av hornhinnanmed en ”laserkniv”. Sedan viker läkarenfliken åt sidan och slipar bort ett tunt lager avhornhinnans undersida. Avslutningsvis läggerman fliken på plats igen. Operationen utförsmed lokalbedövning och redan dagen efteroperationen är synen normal.testa dig själv 8.3förklara begreppen• lupp • objektiv • okular • slutare • bländare • närsynthet • översynthet1. Vilken del i ögat motsvarar kameransa) bländareb) slutarec) ccd-celler2. Vad för slags glas ska finnas i glasögonen om man är översynt?3. Vilken är den viktigaste skillnaden vad gäller bilden hos enastronomisk kikare och en prismakikare?4. Du ska ta ett kort med en kamera.a) Vilken slags lins sitter i kameran?b) Blir bilden förstorad eller förminskad?c) Blir bilden rättvänd eller upp- och nervänd?5. En kamera är inställd med exponeringstiden 0,01 s.Vad menas med det?6. a) Vilket synfel visas på bilden?b) Hur kan felet avhjälpas?7. Förklara vilken funktion somobjektivet och okularet har i en kikare.8. Vilket synfel har ägarna till dessa glasögon?9. Vilket dioptrital har en konvex lins med brännvidden 20 cm?110

8. ljus8.4Ljus och färgNär solen skiner samtidigt som det regnar, kan man ibland se enregnbåge. Men för att du ska kunna se den måste du stå vänd medsolen i ryggen. Regnbågen syns när ljuset från solen först träffar vattendropparnai luften och sedan dig. Men varför ser vi regnbågen?För att förklara det måste vi först förklara vad ljus är för något.Vad är ljus?Ljus är ett märkligt fenomen och det finns olika förklaringar till vadljus egentligen är för något. Hittills har vi beskrivit ljus som en strömav partiklar, en stråle, som sänds ut från en ljuskälla. Sådana partiklarkallas fotoner. Men ljus kan också beskrivas som en vågrörelse.Om du fiskar och kastar ut ett flöte så uppkommer det ringar påvattnet. Om du tittar på ringarna från sidan, så ser du en våg. Vågornabestår av vågberg och vågdalar som sprider sig åt alla håll. En sådan vågrörelsekallas för en transversellvågrörelse. Avståndetmellan två vågberg, eller tvåvågdalar, kallas våglängd.Precis som en vattenvågkan ljus beskrivas som entransversell vågrörelse. Menljusets våglängd är mycketkortare än vattenvågornas.Det ljus som våra ögon kanuppfatta har en våglängdsom ligger mellan 0,0004–0,0008 mm. Ofta säger manistället att våglängden liggermellan 400–800 nm (nanometer).våglängdvågbergvågdalOm solen skiner samtidigt som detregnar kan ljuset delas upp i sjuolika färger och bilda en regnbåge.Vattenvågor och ljusvågor brederut sig på liknande sätt. Ljus ären transversell vågrörelse sombestår av vågberg och vågdalar.Avståndet mellan två vågberg,eller två vågdalar, kallas våglängd.111

8. ljusRegnbågen är ett spektrumNär solen skiner samtidigt som det regnar, kan du ibland seen regnbåge. Men för att du ska kunna den, måste du stå vändmed solen i ryggen. Regnbågen syns när ljuset från solenförst träffar vattendropparna i luften och sedan dig.Vattendropparna fungerar precis som glasprismor. Debryter och reflekterar ljusstrålar från solen. De olika våglängdernai det vita solljuset bryts olika mycket och vi seren regnbåge. Att regnbågen är rund har inget att göra medatt jorden är rund. För att du ska se till exempel den rödabågen i regnbågen måste vinkeln mellan solen, vattendroppenoch dig vara 42°. Alla solstrålar som bildar den vinkelni förhållande till dig kommer från vattendroppar som liggerpå en cirkel. Detsamma gäller för de andra färgerna. Därförär regnbågen krökt. Eftersom ljuset kommer ut med exaktavinklar gör det att två personer aldrig ser exakt samma regnbåge,även om de står bredvid varandra.Däremot kan man ibland se två regnbågar samtidigt.Den andra är svagare och ligger utanför den starkare. Hurkan det komma sig? Förklaringen är att en viss del av ljusetstannar kvar i regndropparna, de tar så att säga ett varv tillinne i dropparna innan de går igenom droppens ytan och såsmåningom når våra ögon. Resultatet är att ljuset reflektersfrån dropppen i en annan vinkel och betraktaren ser en andraregnbåge.Hur ser vi olika färger?När solljus träffar till exempel röd målarfärg reflekterasbara det röda ljuset. Det är det som får målarfärgen attse röd ut. De övriga färgerna absorberas av målarfärgen.På motsvarande sätt absorberar ett grönt löv allafärger utom den gröna. Den gröna färgen reflekterasoch når våra ögon.Att sidorna i den här boken är vita beror på att dereflekterar alla färger. Att vi ser texten på sidan berorpå att vi ser bokstävernas vita omgivning. Trycksvärtani bokstäverna absorberar nämligen alla färger som träffardem. Så bokstäverna ser vi egentligen inte alls.En vattendroppe fungerar som ett prisma. De olikavåglängderna i solljuset bryts därför olika mycket.Färgbanden i regnbågen skapas av vattendroppar påolika höjdNär solljus träffar den rödamålarfärgen på stugan, så är det istort sett bara det röda ljuset somreflekteras och träffar våra ögon.Det är därför som färgen ser röd ut.113

8. ljusPERSPEKTIVOptisk fiber till alla!Regeringen har fattat flera beslut om IT-utvecklingen ilandet. I Sveriges digitala strategi är målen:• att Sverige ska ha bredband i världsklass.• alla hushåll och företag bör ha goda möjligheter attanvända sig av elektroniska samhällstjänster ochservice via bredband.• att 90 % av alla hushåll och fasta verksamhetsställenbör ha tillgång till 100 Mbit/s senast år 2020.FRåga• På vilket sätt tror du att ITstrateginkommer påverka samhälletsutveckling?• Varför tror du att regeringen harfattat ett sådant här beslut?Källa: IT i människans tjänst – en digital agenda för SverigeNär slutar din sladdtelefon att fungera?Statliga televerket har byggt det telenät av kopparledningarsom i dag håller på att bli för gamla.Idag ägs nätet av TeliaSonera. År 2000 var omkring6 miljoner hushåll anslutna till kopparnätetoch hade en så kallad ”fast telefon” hemma. År 2010var siffran 3,7 miljoner och år 2025 kommer gissningsvisbara 1—2 miljoner hushåll vara anslutna tillkopparnätet. Fler och fler går över till att ringa viabredband (IP-telefoni) eller bara med mobiltelefon.Utvecklingen gör att det blir svårare att få tag på reservdelartill det gamla nätet. Det kommer i sin turleda till att det kommer att stängas ner på många hålli landet.När man går från sladdtelefonen till mobila telefonerskapas en del problem med olika slags specialtjänster.Inbrottslarm och trygghetslarm för äldremänniskor fungerar ibland inte fullt ut med trådlösasystem, vilket skapar otrygghet.Fråga• Är ditt hem fortfarande anslutettill kopparnätet?• Är det bra eller dåligt att det fastatelefonnätet på sikt försvinner?• Vem anser du har ansvaret för attinbrottslarm och trygghetslarmska fungera?• Vem har ansvaret för att det ska gåatt ringa 112 från hemmet?114

8. ljusFRåga• Hur tror du att myndigheterkommer använda internet i framtiden?Internet — en demokratifråga• Försök komma på några nya sättsom internet kan användas tillAtt enkelt kunna söka, hitta och läsa informationpå internet är en viktig del av att varaför att öka demokratin i Sverige?medborgare i Sverige idag. Mycket av informationenfrån de olika politiska partierna finnspå internet. Men hjälp av internet kan alla idagmycket enklare och snabbare än tidigare ta del av politiskadiskussioner och beslut som leder fram till nyalagar. Kommuner, landsting och riksdag har alla brahemsidor där vi som medborgare kan ta del av och påverkadet politska arbetet. De flesta myndigheter läggerdessutom ut all sin information och alla blanketterpå internet så att man kommer åt dem från vilken datorsom helst med internetuppkoppling.Framtidens InternetIdag används både kopparkablar och fiberkablar samttrådlös teknik för att skicka information över Internet.Men när kopparnätet pensioneras kommer all kommunikationske via antingen fiberkablar eller via trådlösteknik.Fler och fler prylar blir uppkopplade mot internet.Redan idag finns det till exempel kylskåp som via internetkan tala om när det saknas varor så att du vetvad som ska köpas. I framtiden kommer vi få se flerexempel och nya användningsområden som vi barakunnat drömma om.FRåga• Varför hoppar vi inte över fiberkablar och satsarallt på trådlös kommunikation?• Vilka saker kommer att vara uppkopplade motinternet i framtiden? Hur kommer det att påverkavåra liv?• Tycker du att det känns spännande eller läskigt?115

8. ljusSynligt ljusLjus är den endaelektromagnetiska strålningsom vi kan se med våraögon. Ljusets olika färgerär helt enkelt ljus med olikavåglängder. Violett ljus harkortast våglängd och är därförmest energirikt. Rött ljus harlängst våglängd och är därförminst energirikt.MikrovågorMikrovågor har längre våglängd äninfraröd strålning. Mikrovågor fårvattenmolekyler i maten att vibrera— maten blir varm. Detta fenomenanvänds i mikrovågsugnar.mikrovågorraröd strålningtv- och radiovågor–5m 10 –4 m 10 –3 m 10 –3 m 10 –1 m 1 m 10 m 100 m 1000 m Våglängd1 mm) (0,1 mm) (1 mm) (1 cm) (1 dm)Infraröd strålningEn spisplatta som glöder utstrålar röttljus. Men från plattan strålar även infrarödstrålning. Strålningen har längre våglängdän rött ljus och våra ögon kan inte se den.Men vi känner den i form av värme. Därförkallas strålningen även för värmestrålning.EM-vågorStrålningen från en mobiltelefonkallas ibland EM-vågor. Det är enförkortning för elektromagnetiskavågor. Tyvärr är det ettmissvisande namn eftersomEM-vågor egentligen är allt frångammastrålning till radiovågor.RadiovågorRadiovågor har de längstavåglängderna i det elektromagnetiskaspektrat. Därmed har de också detlägsta energiinnehållet och är därförhelt ofarliga för oss människor.Radiovågor används för att sända radioochTV-signaler runt hela jordklotet.117

8. ljusLjusvågor svänger i alla riktningar.I den här bilden ärtvå olika riktningar inritade.Ljusvågor svänger i alla riktningarElektromagnetisk vågrörelse, som synligt ljus, svänger i alla riktningar.För att få en bild av vågrörelsen kan du tänka dig ett rep som i ena ändenär fäst i ett dörrhandtag. Genom att ta tag i den andra änden ochsvänga repet upp och ner samt i sidled kan du skapa vågor i alla möjligariktningar. På liknande sätt beter sig ljusvågorna. Ljuset som träffarvåra ögon svänger i alla riktningar. Sådant ljus kallas opolariserat ljus.Men allt ljus som når våra ögon är inte opolariserat. Solljus som reflekterasi till exempel en sjö eller i en vattenpöl uppför sig lite annorlunda.Efter att solljuset reflekterats i vattenytan svänger ljusvågornai huvudsak i en riktning. Ljus som svänger i endast en riktning kal laspolariserat ljus.Ljusvågor som bara svängeri en riktning säger man ärpolariserat.PolaroidglasögonReflekterat ljus från sjöar och vattenpölar kan vara ganska besvärandeför ögat. Med hjälp av speciella solglasögon, polaroidglasögon, kan manta bort de besvärande reflexerna. Men hur går det till?Glasen i polaroidglasögonen släpper bara igenom ljus som svängeri en bestämd riktning. När det polariserade ljuset från vägbanan ellersjön träffar glasögonen, så kommer det inte igenom. Vi ser därföringa besvärande reflexer.De polariserande glasen kan liknas vid ett staket. Om du svängerett rep som är draget genom staketet i höjdled kommer vågen igenom.Om du däremot svänger repet i sidled kommer det att stoppas avstaketet. På motsvarande sätt fungerar polaroidglasögon. Bara de ljusvågorsom svänger i höjdled kommer igenom glaset. Det övrigaljuset stoppas.Solglasögon som inte är polariserande har endastett mörkt glas så att allt ljus, både polariseratoch opolariserat, dämpaslite.När polariserat ljus träffarglasögonen hejdas det. Densom bär polaroidglasögonenslipper besvärande reflexer.120

8. ljusMed hjälp av laser somskickas genom optiskafibrer behandlar läkarnaen cancertumör i enkvinnas hals.Laser – ett speciellt slags ljusLaser används bland annat inom sjukvården, i polisens hastighetsmätare,i datorer, i DVD-spelare och i en massa andra tekniska apparater.Men vad är egentligen laser?Laser är en speciell sorts elektromagnetisk vågrörelse som skapadesav fysikforskare för mer än femtio år sedan. Vanligt ljus, från exempelvisen lampa, består alltid av en blandning av ljus med olika våglängder.Laser däremot består av vågor med samma våglängd. En laser kan därföraldrig delas upp i ett spektrum. Ljuset består ju bara av en enda våglängd.Det ger samtidigt många fördelar. En laserstråle kan lättare hållasenergirik och fokuserad, eftersom strålarna alltid bryts lika mycket.Laser mäter avståndLjusvågor från en laser har inte bara samma våglängd. Vågorna hållerockså samma takt när de färdas. På så sätt kan en laser användasför att noggrant mäta avstånd, som till exempel avståndet till månen.Astronauterna som var där i början av 1970-talet placerade ut en laserreflektor.Från jorden skickas en signal som träffar reflektorn och återvänderefter cirka 2,5 sekunder. Genom att multiplicera med ljusetshastighet och dividera med två, får man ett mycket noggrant värde påavståndet till månen.Laser används nu också på konstmuséer. När gamla oljemålningarska renoveras, används laser för att analysera hur många skikt lack ellerförnissa som finns ovanpå oljefärgen. Med lasern kan skikt för skikt tasbort genom att lacken bränns bort, utan att själv tavlan skadas.121

8. ljusFÖRDJUPNINGLaser förbättrar miljön ocheffektiviserar skogsbruketIntensiv forskning har lett till ny slags laser, blå ochgrön laser. En blå laserstråle kan koncentreras tillen betydligt mindre yta än en röd vilket till exempelgör att man kan lagra nästan upp till 30 Gb(Gb = gigabyte) på en dvd-skiva. Det betyderatt det får plats många filmer i HD-format på enbluray-skiva. Flera nya tillämpningar hittar manockså på miljöområdet. Nya lasrar kan analyseraatt rätt sorts kemiska reaktioner sker underförbränningen i en värmepanna. Även i skogsbruketutvecklas lasern för att att anaysera vilken sortsträd som finns i ett stort skogsområde. Med dennya tekniken tror forskarna att hela skogsområdetnkan analyseras från luften istället för att behöva tastickprover.testa dig själv 8.41. Hur lång våglängd har den här vågen?2. Vad kallas det färgade band som uppkommer när vitt ljus passerarett prisma?3. Vi tänker oss att ögat får blanda alla regnbågens färger. Vilkenfärg blir det då?4. Vad kallas den strålning som ger oss solbränna?5. Vad kan man använda laser till?6. Titta på bilden. Antag att defyra strålarna föreställer gult,blått, rött och grönt. Vilkenstråle motsvarar vilken färg?vitt ljusABCD7. Hur uppkommer en regnbåge?8. Förklara hur ett lingon får sin röda färg.9. Vad är ozonskiktet?10. Vad menas med polariserat ljus?11. Varför är det bra med polaroidglasögon?12. En svart yta reflekterar inget ljus alls. Förklara hur man då kan seden.13. Förklara hur polaroidglasögon kan ta bort besvärande reflexerfrån till exempel en sjöyta.15. Om man sänder en laserstråle till månen och låter den reflekterasi en spegel så är den tillbaka på jorden efter 2,5 s. Beräkna hurlångt det är till månen. Avrunda till tiotusentals kilometer.122

8. ljus8.5Strålningsenergioch kemisk energiOrdet strålning förknippar vi ofta med något farligt. Men strålning ärlika vanligt och lika viktigt i naturen som solen och gröna växter. Detär bara en del av den elektromagnetiska strålningen som är farlig.Värmeenergi är enav flera energiformer:Solens strålar är energiVår viktigaste energikälla är solen. Solens energi skapas genom processeri solens inre. Energin transporteras sedan till jorden i form av elektromagnetiskvågrörelse. Energin som finns i själva vågrörelsen, kallaselektromagnetiska strålning eller bara strålningsenergi.Kemisk energiSolens strålar är en viktig del i alla växters liv. Växter kan nämligen taupp solens strålningsenergi och binda den i druvsockermolekyler. Detkallas för fotosyntes. Druvsockret använder växterna sedan för att tillverkaen lång rad andra ämnen som stärkelse, cellulosa, fetter, proteineroch vitaminer. Den energi som på det här sättet lagras i olika ämnenkallas kemisk energi.När växterna behöver energi kan de frigöra den kemiska energingenom att sönderdela ämnena. Det kallas förbränning. Samma sak händernär djur äter växter. Då frigörs växternas kemiska energi. När du tillexempel äter ett äpple blir du pigg tack vare att den kemiska energin iäpplet frigörs.Döda växter och djur har under årmiljoner sakta omvandlats till kol,olja och naturgas. Genom att förbränna sådana bränslen kan vi omvandladen kemiska energin i dem till värme.testa dig själv 8.5elektrisk energivärmeenergistrålningsenergikemisk energimekanisk energilägesenergirörelseenergikärnenergiNär du äter ett äpple blir du piggtack vare att den kemiska energin iäpplet frigörs.1. Ge tre exempel på strålningsenergi.2. Hur lagras strålningsenergi i växterna?3. Hur kan växter och djur frigöra den lagrade energin?123

8. ljusSAMMANFATTNING8.1Ljusets utbredning och reflektion• Att vi kan se föremål beror på att föremålen reflekterar ljus som de träffas av. Endel av det reflekterade ljuset når våra ögon.• I vakuum är ljusets hastighet 300 000 km/s. I luft är hastigheten nästan lika stor.• Ljuset rör sig rätlinjigt som ljusstrålar.• En ljusstråle som träffar en plan spegel reflekteras så att reflektionsvinkeln blir likastor som infallsvinkeln.• En plan spegel ger en bild som är lika stor som det avbildade föremålet. Men bildenblir spegelvänd.Rätlinjigt ljus ger skarpaskuggor.• När parallella strålar träffar en konkav spegel, reflekteras de så att de skär varandrai brännpunkten. Det utnyttjas bland annat i solugnar och parabolantenner.• Om parallella strålar träffar en konvex spegel så sprids strålarna efter reflektionen.F• Både konvexa och konkava speglar har en brännpunkt. Avståndet mellan spegeloch brännpunkt kallas brännvidd.• En konvex spegel ger alltid en förminskad bild. En konkav spegel ger nästan alltiden förstorad bild.F = Brännpunkt, fokusBrännpunkt hosen konkav spegel.F = Brännpunkt,8.2Ljusets brytning• En ljusstråle ändrar riktning när den går från ett ämne till ett annat. Man säger attljuset bryts. Anledningen till att ljuset bryts är att det har olika hastighet i olikaämnen.• En ljusstråle som går från ett tunnare ämne (t ex luft) till ett tätare ämne (t exvatten) bryts mot normalen.Parabolen samlar signaler.• En ljusstråle som går från ett tätare ämne (t ex glas) till ett tunnare ämne(t ex luft) bryts från normalen. Om infallsvinkeln är tillräckligt stor blir dettotalreflektion. Fenomenet utnyttjas i fiberoptik.• Optiska fibrer är lätta att placera ut, omöjliga att avlyssna, miljötåliga och överförinformation väldigt snabbt.• Det finns två slag av linser, konvexa och konkava linser. En lins har tvåbrännpunkter. Avståndet mellan linsens mittpunkt och brännpunkten kallasbrännvidd.Ljuset bryts i vattenytan.• Parallellt ljus som träffar en konvex lins bryts samman i en punkt, brännpunkten.En konkav lins sprider ljuset.• Med en konvex lins kan man avbilda ett föremål så att bilden kan fångas upp på enFskärm. Man kallar då bilden för en verklig bild.FFFFFFF• En konkav lins ger bara skenbilder. En skenbild kan inte fångas upp på en skärm.F = Brännpunkt, fokusF = Brännpunkt, fokusF = Brännpunkt, fokusF = Brännpunkt, fokusEn konvex och enkonkav lins.124

8. ljus8.3Optiska instrument• En lupp (förstoringsglas) är en konvex lins med kort brännvidd. Ju kortarebrännvidden är, desto mer förstorar luppen.• En kikare och ett mikroskop innehåller två linser. Dessa kallas objektiv och okular.Okularet är linsen närmast ögat.• De fyra viktigaste delarna i en kamera är objektiv, bländare, slutare och ccd-celler.Objektivet är en konvex lins.• Ett öga kan liknas vid en kamera. Ögonlinsen motsvarar kamerans objektiv, pupillenmotsvarar bländaren, ögonlocket motsvarar slutaren och näthinnan motsvarar ccdcellen.• Närsynthet kan avhjälpas med konkava glasögon och översynthet med konvexaglasögon.FöremålBildFilmLinserBländare SlutareKamerans olika delar.8.4Ljus och färg• Ljus är en vågrörelse bestående av vågberg och vågdalar. Avståndet mellan tvåvågberg, eller mellan två vågdalar, kallas våglängd.• Då solljus får passera ett glasprisma uppkommer ett spektrum. Färgerna i spektrumär rött, orange, gult, grönt, blått, indigo och violett.• Anledningen till att det uppkommer ett spektrum är att färgerna bryts olika mycket.Rött bryts minst och violett mest.• Solljus innehåller också strålning vi inte kan se, till exempel ultraviolett strålning ochinfraröd strålning. UV-strålningen märker vi då den ger oss solbränna. Den infrarödastrålningen kan vi känna i form av värme.• En röd yta reflekterar i huvudsak rött ljus, medan andra färger absorberas (tas upp).Det är därför som den ser röd ut.• En vit yta reflekterar allt ljus och ser därför vit ut. En svart yta reflekterar inget ljusalls.• En ljusstråles svängningar sker i alla riktningar. Ljus som svänger i bara en riktningkallas för polariserat ljus.• Laserljus består av ljusvågor med samma våglängd.Synundersökning.Solljus bildar ett spektrum.Ljus gör att vi ser färger.8.5Strålningsenergi och kemisk energi• Strålningsenergi och kemisk energi är två av flera energiformer.• Energi transporteras från solen till jorden i form av strålning.• Ju mer energirik strålningen är, desto kortare våglängd har den. Ultraviolett strålninghar kortare våglängd än ljus. Ljus har kortare våglängd än infraröd strålning.• Genom en process som kallas fotosyntes kan växter binda solens strålningsenergisom kemisk energi.Kemisk energi i mat.125

8. ljusfinalen1 1 Koppla samman begreppen till vänster med beskrivningar till höger.1 Konkav lins A Avstånd mellan två vågberg2 Lupp B Kan fångas upp på skärm3 Brännvidd c Ljus av en våglängd4 Våglängd D Sprider infallande ljus5 Infraröd strålning E Konvex lins6 Verklig bild F Avstånd till brännpunkten7 Laser G Ljus som svänger i en riktning8 Polariserat ljus H Värmestrålning2 Vilken av linserna har samma form som en ögonlins?3 a) Vilken eller vilka påståenden bygger på fysikaliska kunskaper om ljus?A: Sara kastade en lång blick efter sin kompis.B: En svart yta ser man inte.C: Kattens ögon lyser i mörkret.D: Ljus är en vågrörelse av samma slag som ljud.b) På vilket sätt bygger dina val på fysikaliska kunskaper?4 4 Italienaren Gallilei upptäckte Jupiters största månar på 1600-talet medhjälp av en uppfinning som då var ny.a) Vilken uppfinning var det?b) Den bild som Gallilei såg var felaktig. På vilket sätt då?c) På vilket sätt tror du att hans uppfinning förändrade vår världsbild?5Solen skiner på ett moln vars skugga hamnar på marken?a) Vem tänker rätt?b) Förklara varför just den personen har rätt.A: Skuggan ärstörre än molnet.B: Skuggan ärmindre än molnet.C: Skuggan är ungefärlika stor som molnet.126

8. ljus6 6 Under en fysiklaboration fick eleverna i uppgift att bestämma brännvidden hos enkonvex lins. Här nedanför kan du läsa hur två elever gjorde.Emil: Jag placerade linsen så långt från ljuskällan så att ljuset blev parallellt närdet passerat linsen. Sen mätte jag avståndet från ljuskällan till linsen, vilket är likamed linsens brännvidd.Jenny: Eftersom solen sken så gick jag ut och höll linsen så att den träffades avsolljus. Solljuset bröts samman i brännpunkten. Jag mätte avståndet från linsen tillbrännpunkten och fick på så sätt fram brännvidden.a) Vem av dem lyckades ta reda på brännpunkten?b) Vilket/vilka fel gjorde den andra eleven? Förklara hur du tänker.7 7 Om man solar bakom en fönsterruta så blir man inte solbränd. Varför då?9 8 För cirka 20 år sedan upptäckte man att det ozonskikt som omger jorden hadebörjat förtunnats. Den utvecklingen verkar lyckligtvis nu ha avstannat. Vad finnsdet för risker med ett uttunnat ozonskikt?109a) Vad kallas vanligt synligt ljus, UV-strålning, röntgenstrålning och såvidare med ett gemensamt namn?b) I vilket av alternativen nedan används strålning med kortast våglängd?A: I ett solarium C: I en mikrovågsugnB: I en röntgenkamera D: I radiosändare110Ögonlinsens tjocklek varierar beroende på om man ser på nära håll eller långt håll.Är ögonlinsen tunn eller tjock när du tittar på nära håll? Förklara hur du tänker.111 a) Vad är totalreflektion för något?b) Ljus kan totalreflekteras i glas. Det utnyttjas i så kallade optiskafibrer. Vad är det för något?c) På vilket sätt har de optiska fibrerna förändrat våra liv?1312Varför har vi två ögon? Skulle det inte räcka med ett?127

SPEKTRUM FYSIK ingår i en serie naturvetenskapliga böcker förgrundskolans årskurs 7-9. I serien finns även Spektrum Biologi ochSpektrum Kemi. I den här fjärde upplagan hittar du:• Centralt innehåll i linje med Lgr 11• Kapitelingresser som lyfter fram kursplanens förmågor• Målbeskrivningar• Perspektiv som uppmuntrar till värdering och ställningstagande• Testa dig själv-frågor med begreppsträning• Faktarutor med olika teman• Sammanfattningar till varje kapitel• Finaler ger träning inför ämnesprovenI varje ämne finns en Grundbok, en Lightbok och en lärarhandledning.Ligthboken är parallell med grundboken och kan användas av elever som vill haen lättare kurs med mindre textmängd. Böckerna finns även som Onlineböcker.Best.nr 47-08596-5Tryck.nr 47-08596-5