FyKe 7–9 Fysik blädderex

FyKe 7–9

Anne Kangaskorte • Jari Lavonen • Outi Pikkarainen • Heikki Saari • Jarmo Sirviö • Kirsi-Maria Vakkilainen • Jouni Viiri

FYSIK

Schildts & Söderströms

Schildts & Söderströms www.sets.fi

Finska förlagans titel FyKe 7–9: Fysiikka Översättare Arancho Doc Redaktör för den finska upplagan Marja Saarenvesi Redaktörer för den svenska upplagan Roland Juthman och Minna Levälahti Grafisk planering Sari Jeskanen Illustrationer Pekka Könönen och Timo Kästämä Bildredaktion Anita Kokkila och Marja Saarenvesi Bilder se förteckning på s. 296 Ombrytning Arancho Doc

INNEHÅLL Fysikens värld.............................................................. 6 Diagnostiskt test........................................................ 11

I Vågrörelse 1 En våg färdas framåt – materien i vågen inte...... 12 2 En oscillator alstrar ljud....................................... 18 3 Ljuset färdas i en rät linje.................................... 24 4 Ljuset reflekteras från en spegel......................... 30 5 Ljuset bryts vid ytan mellan två medier............... 36 6 Linser förstorar eller förminskar.......................... 42 Sammanfattning.................................................. 50

Första upplagan, andra tryckningen 2016 © Jari Lavonen, Outi Pikkarainen, Heikki Saari, Jarmo Sirviö, Jouni Viiri, Sanoma Pro Oy och Schildts & Söderströms Ab

Kopieringsförbud Det här verket är en lärobok. Verket är skyddat av upphovsrättslagen (404/61).

Det är förbjudet att fotokopiera, skanna eller på annat sätt digitalt kopiera det här verket eller delar av det utan tillstånd. Kontrollera om läroanstalten har gällande licenser för fotokopiering och digitala licenser. Mer information lämnas av Kopiosto rf www.kopiosto.fi.

Det är förbjudet att ändra verket eller delar av det.

ISBN 978-951-52-2693-8

II Värme 7 Värme utvidgar ................................................... 52 8 Värme är en energiform....................................... 58 9 Värme kan ändra ett ämnes aggregationstillstånd........................................... 64 10 Värme överförs på tre sätt................................... 72 11 Energi omvandlas från en form till en annan........ 78 12 Värmebalans i naturfenomen............................... 84 Sammanfattning.................................................. 90

III Rörelse och kraft 13 Hastighet beskriver rörelse.................................. 92 14 Under en likformig rörelse ändras inte hastigheten....................................... 98 15 Under en olikformig rörelse ändras hastigheten.104 16 Krafter uppkommer genom växelverkan............ 110 17 Krafternas summa ger den totala kraften........... 118 18 Lyftkraften beror på densiteten.......................... 124 Sammanfattning................................................ 130

IV Rörelse och energi 19 20 21 22

23

Tryck åstadkoms av kroppens egen tyngd......... 132 Bunden eller fri energi....................................... 138 Arbete omvandlar energi................................... 144 Mekanisk energi är summan av rörelseenergi och lägesenergi........................... 148 Effekt och verkningsgrad beskriver energiomvandling.............................. 154 24 Enkla maskiner underlättar arbete..................... 160 Sammanfattning................................................ 168

VI Energi i samhället 31 Kompassnålen är en permanent magnet........... 210 32 Styrkan hos en elektromagnet........................... 216 33 Från rörelseenergi till elektrisk energi ............... 222 34 Det riksomfattande elnätet................................ 228 35 Elektrisk energi produceras i kraftverk.............. 236 36 Spara elektrisk energi....................................... 242 Sammanfattning................................................ 246

VII Små och stora beståndsdelar i universum 37 Materia och strålning kan observeras................ 248 38 Atomkärnan kan vara radioaktiv....................... 254 39 Kärnreaktionen frigör energi.............................. 260 40 Effekten av joniserande strålning på den levande naturen..................................... 266 41 Solsystemet ..................................................... 270 42 Universum är stort och gammalt ....................... 276 Sammanfattning ............................................... 284

V Elektricitet 25 När man gnider två föremål mot varandra blir de elektriskt laddade.................... 170 26 Spänning ger upphov till en elström i en strömkrets................................ 176 27 Att mäta spänning och elström.......................... 182 28 En lampa utgör ett motstånd för elströmmen..... 188 29 En strömkrets överför elektrisk energi............... 196 30 Elektriska apparater innehåller komponenter..... 202 Sammanfattning................................................ 208

Bilagor..................................................................... 286 Register................................................................... 292 Bildkällor.................................................................. 296

3

ljusstrålen och den brytande ytans normal. Bryt­ ningsvinkeln är vinkeln mellan den brutna ljusstrålen och ytans normal.

Ljuset bryts dvs. dess färdriktning ändras vid ytan mellan medierna. När ljuset kommer snett från luften till glaset bryts det mot normalen.

Infallsvinkeln är större än brytningsvinkeln. När ljuset kommer från glaset till luften bryts det bort från normalen. Ändringen i färdriktning beror på vilka medier som bildar gränsytan där ljuset bryts. Ljuset bryts mer då det kommer från luften till glaset jämfört med då det kommer från luften till vattnet. Ljuset bryts ännu mer vid gränsytan mellan luft och diamant.

set kommer från luften till vattenytan reflekn del av ljuset tillbaka till luften och en del attnet. Ljuset reflekteras enligt reflexionslad samma vinkel som den träffar ytan. Ljuset r ner i vattnet ändrar riktning när det träffar ellan luften och vattnet det vill säga gräns­

Markera på bilden ytans normal, infallsvinkel och brytningsvinkel.

luft

Så här använder du läroboken

ringen av ljusets färdriktning kallas ljusets ng. Trots att ljuset både reflekteras och bryts nsytan undersöker man brytningsfenomenet för enkelhetens skull. vi tittade på ljusets reflexion definierade vi normal, infallsvinkel och reflexionsvinkel. brytning definieras på samma sätt.

fallande usstråle

1 Indelningen underlättar lärandet normal infallsoch undervisningen vinkel Läroböckerna i både fysik och kemi har delats luft in i sju avsnitt. vatten I varje avsnitt finns sex kapitel. bruten Det ljusstråle är lätt för eleven att få en uppbrytningsfattning av vad han eller hon ska vinkel lära sig och läraren kan disponera tiden.

4

eleven att förstå fenomenen normal Illustrationerna ärinfallsgenomtänkta infallande vinkel ljusstråle och beskrivande.

Bildtexterna kopplar bilderna till bokens text.luft Förutom illustrationer finns detvatten en bruten ljusstråle mängd olika formler och illustrebrytningsrade modeller och exempel.

Tolkvinkel ningen av formler och modeller är ett av de främsta målen i läroplanen.

mellan två medier

luft vatten

När ljuset kommer snett från vattnet till luften bryts ljuset bort från normalen.

2

infalls- normal vinkel

infallande ljusstråle

bruten ljusstråle brytningsvinkel

3

När du doppar45°en sked i vatten ser det ut 45° som Ljusets riktning ändras luft luft luft i gränsytan mellan medierna om den skulle vara bruten vid vattenytan. Det glas diamant vatten 1 2 vattenytan reflek3 ser ut som om föremålens placering ändrats.

När ljuset kommer från luften till 45° 45° 45° 32° luft luft luft 28° Det verkar även som om skedens storlek 17° teras en del avglasljuset tillbaka tillvattenluften och en deldiamant går i vattnet. Ljuset reflekteras enligt 32° reflexionslaskulle ändras under vattnet. Om en människa 28° 17° Hur ljuset bryts beror på vilka medier som bildar gränsytan där ljuset bryts. Ljuset bryts mer vidgen gränsy- samma vinkel som den träffar ytan. Ljuset När ljuset träffar glaset från luften (bild 1), från glas tillmed luft Hur ljuset bryts beror på vilka medier som bildar gränsytan 1 från luft till glas 2ut än står vatten ser hennes där ljuset bryts. Ljuset bryts mer vid gränsytan mellan luft och glas (bild 1) än vid igränsytan mellan luft ochfötter vattenkortare (bild 2). Ljuset bryts ännu mergår vidner i vattnet ändrar riktning när det som träffar tan mellan luft och glas (bild 1) än vid gränsytan mellan luft och vatten (bild 2). Ljuset bryts ännu mer vid bryts den mot normalen.

När ljuset träffar gräns ytan mellan luft och diamant (bild 3).

Den infallande och den brutna ljusstrålen är ritade med olika gränsytan mellan luft och diamant (bild 3).

Den infallande och den brutna ljusstrålen är ritade med olika de ärnormal i verkligheten. ytan mellan normalluften och vattnet det vill säga gräns­ 45°

5 Ljuset bryts vid ytan mellan två medier

färger.

ytan.

luften från glaset (bild 2), bryts den bort från normalen.

färger.

När du doppar en sked i vatten ser detVarför ut som bryts Ljusets riktningvid ändras beror på mediet skeden vattenytan? ÄndringenBrytningsvinkeln av ljusets färdriktning kallas ljusets Exempel 1 i gränsytan mellan medierna om den skulle vara bruten vid vattenytan. Det Infallsvinkeln är vinkeln mellan den infallande Ljuset rör sig från luften till vattnet enligt bilden. brytning. Trots att ljuset både reflekteras och bryts ser ut som om föremålens placering ändrats. ljusstrålen och den brytande ytans normal. Bryt­ När ljuset kommer från luften till vattenytan reflekMarkera på bilden ytans normal, infallsvinkel är vinkeln mellan den brutna ljusteras en del av ljuset tillbaka till luften och en del och brytningsvinkel. vid gränsytanningsvinkeln undersöker man brytningsfenomenet Det verkar även som om skedens storlek strålen och ytans normal. går iden vattnet.infallande Ljuset reflekteras enligt reflexionslaInfallsvinkeln är vinkeln mellan Ljuset rör sig från luften till vattnet enligt bilden. skulle ändras under vattnet. Om en människa separat för enkelhetens skull.

Ljuset bryts dvs. dess färdriktning ändras vid gen med samma vinkel som den träffar ytan. Ljuset står i vatten ser hennes fötterbrytande kortare ut än ytans ljusstrålen och den normal.

Bryt­ Markera på bilden ytans normal, infallsvinkel ytan mellan medierna. reflexion När ljuset kommer snett som går ner i vattnet ändrar riktning när det träffar luft När vi tittade på ljusets definierade vi de är i verkligheten. från luften till glaset bryts det mot normalen. ytan mellan luften och vattnet det vill säga gräns­ vatten

infallande Brytningsvinkeln beror på mediet ljusstråle

Exempelbruten 1

ljusstråle

luft

luft

glas

glas

ningsvinkeln är vinkeln mellan ytan. den brutna ljusoch brytningsvinkel. ytans normal, infallsvinkel reflexionsvinkel.

Infallsvinkeln är större änoch brytningsvinkeln.

När 1 2 3 Varför bryts vid vattenytan? ljuset kommer från luften bryts det bort Ändringen av ljusets färdriktning kallas ljusets strålen ochskeden ytans normal.

Ljusets brytning definierasglaset påtillsamma sätt. fråninfallande normalen. brytning.

Trots att ljuset både reflekteras och bryts 45° 45° 45° bruten Ljuset bryts dvs. dess färdriktning ändras vid Lösning Ändringen i färdriktning beror på vilka medier vid gränsytan luft undersöker man brytningsfenomenet luft luft Vi ritar ytans normal (den streckade linjen) gesomljusstråle bildar gränsytannormal där ljuset bryts. Ljuset bryts separatljusstråle för enkelhetens skull. ytan mellan medierna. När ljuset kommer snett luft nom vattnet. Ljusets infallsvinkel α är vinkeln melmer då det kommer från luften till glaset jämfört När viglas tittade på ljusets reflexion definierade vi diamant vatten infallandemed då detinfallslan strålen från luften och normalen och brytningskommer från luften till vattnet. Ljuset ytans normal, infallsvinkel och reflexionsvinkel. från luften till glaset bryts det mot normalen. vatten

5 Ljuset bryts vid ytan mellan två medier vinkeln β är vinkeln mellan ljusstrålen som går till ljusstråle bryts ännuvinkel mer vid gränsytan mellan luft och diaLjusets brytning definieras på samma sätt.

32° vattnet och normalen.

Infallsvinkeln är större än brytningsvinkeln. När28° mant. normal 17° ljuset kommer från glaset till luften bryts bort infallsinfallande det luft vinkel ljusstråle När ljuset kommer snett från luften till vattnet bryts från normalen. ljuset motbryts. normalen.Ljuset bryts mer vidvatten Hur ljuset bryts beror på vilka medier som bildar gränsytan där ljuset gränsyluft bruten Lösning ljuset kommer snett från vattnet till luften bryts Ändringen i färdriktning beror på tan vilka mellanmedier luft och glas (bildvatten 1) än vid gränsytan mellan luft ochNär vatten (bild 2).

Ljuset bryts ännu mer vid ljuset bort från normalen. ljusstråle bruten Vidiamant ritar ytans (den och streckade linjen) ge- är ritade med olika som bildar gränsytan där ljuset bryts. brytsluft ljusstråle gränsLjuset ytan mellan och (bild 3).normal Den infallande den brutna ljusstrålen brytningsbrytnings- nom vattnet. Ljusets infallsvinkel α är vinkeln melmer då det kommer från luften tillfärger. glaset jämfört vinkel vinkel lan strålen från luften och normalen och brytningsmed då det kommer från luften till vattnet. Ljuset När ficklampans ljus träffar När ljuset träffar glaset från luften (bild 1), vinkeln β är vinkeln mellan ljusstrålen 1 från luft till glas som går till 2 från glas till luft bryts ännu mer vid gränsytan mellan luft och diagränsytan mellan luft och bryts den mot normalen. När ljuset träffar beror på mediet När ficklampansBrytningsvinkeln ljus träffar normal normal vatten reflekteras en del av vattnet och normalen.

Exempel 1 luften från glaset (bild 2), bryts den bort 1 mant. ljuset och en del bryts.

37

infalls- normal vinkel

infallande ljusstråle

luft

vatten

3 Rutor som lyfter fram det viktigaste i kapitlet ed i vatten ser det ut som Ljusets riktning ändras I varje kapitel finns med i gränsytan mellanrutor medierna normal ruten vid vattenytan. Det infallsinfallande sammanfattning av innehållet i reflekålens placering ändrats.

När ljuset kommer från luften till vattenytan vinkel ljusstråle teras en del av ljuset tillbaka till luften och en del om skedens storlek kapitlet.

De hjälper eleven att få en går i vattnet.luftLjuset reflekteras enligt reflexionslavattnet. Om en människa helhetsuppfattning gen med samma sominnehållet. den träffar ytan. Ljuset vatten vinkel av bruten es fötter kortare ut än som går ner i vattnet ändrar riktning när det träffar ljusstråle De kan användas när man repeytan mellan luften och vattnet det vill säga gräns­ brytningsterar inför ett prov.

Det är lätt att ytan. vinkel id vattenytan? Ändringen av ljusets färdriktning kallas ljusets hitta brytning. det väsentliga i kapitlet med Trots att ljuset både reflekteras och bryts hjälpvid avgränsytan dem. undersöker man brytningsfenomenet 1 separat för enkelhetens skull.

När vi tittade på ljusets reflexion definierade vi Illustrationer modeller hjälper ytans normal, och infallsvinkel och reflexionsvinkel.

Ljusets brytning definieras på samma sätt.

4

5 Ljuset bryts vid ytan

1

Inledningen till varje kapitel Ljusets riktning ändras introducerar läsaren i ämnet. i gränsytan mellan medierna Rubrikerna ärreflekbeskrivande och När ljuset kommer från luften till vattenytan teras en del av ljuset tillbaka till luften och en del uttrycker helheten i kapitlet. Texgår i vattnet. Ljuset reflekteras enligt reflexionslagen med samma vinkel som den träffar ytan.

Ljuset ten framskrider på ett klart och som går ner i vattnet ändrar riktning när det träffar tydligt sätt ochgräns­ introducerar ämnet ytan mellan luften och vattnet det vill säga ytan. med vardagliga exempel. Viktiga Ändringen av ljusets färdriktning kallas ljusets begrepp är tryckta brytning. Trots att ljuset både reflekteras och bryts med fet stil. vid gränsytan undersöker man brytningsfenomenet separat för enkelhetens skull.

När vi tittade på ljusets reflexion definierade vi ytans normal, infallsvinkel och reflexionsvinkel.

Ljusets brytning definieras på samma sätt.

Lösning Vi ritar ytans normal (den streckade linjen) genom vattnet. Ljusets infallsvinkel α är vinkeln mellan strålen från luften och normalen och brytningsvinkeln β är vinkeln mellan ljusstrålen som går till vattnet och normalen.

När ljuset kommer snett från luften till vattnet bryts ljuset mot normalen.

1

s vid ytan medier 2 Texten framskrider konsekvent

set bryts vid ytan llan två medier

vatten

bruten ljusstråle

brytningsvinkel

2

5

gränsytan mellan luft och infallande är vinkeln mellan den infallande ljusstråle vatten reflekterasInfallsvinkeln en del av infallande infalls- normal ljusstråle ljusstrålen och den brytande ytans normal.

Bryt­ ljuset och en del bryts. vinkel När ljuset kommer snett från luften till vattnet bryts Fenomenet kan beskrivas ningsvinkeln är vinkeln mellan den brutna ljusljuset mot normalen. luft enklare om man använder strålen och ytans normal.

36 Vågrörelse vatten bruten ljusstråle somtillmodell När ljuset kommer snettenfrån vattnet luftenförbryts ljusstråle Ljuset bryts dvs. dess färdriktning ändras vid ljuset. ljuset bort från normalen. brytningsytanluft.mellan medierna. När ljuset kommer snett Ljuset syns i dammig vinkel Fenomenet kan beskrivas enklare om man använder en ljusstråle som modell för ljuset.

Ljuset syns i dammig luft.

36

infa ljus

ljusstråle

ljusstråle

5 Ljuset bryts vid ytan mellan två medier

37

luft

från luften till glaset bryts det mot normalen. vatten Infallsvinkeln är större än brytningsvinkeln. När ljuset kommer från glaset till luften bryts det bort från normalen.

När ljuset träffar glaset frånLösning luften (bild 1), från glas till luft 2 Ändringen i färdriktning beror på vilka medier bryts den mot normalen. När ljuset träffar Vi ritar ytans normal (den streckade linjen) genormal som bildar gränsytan där ljuset bryts. bryts luftenLjuset från glaset (bild 2), bryts den bort nom vattnet. Ljusets infallsvinkel α är vinkeln melmer då det kommer från luften tillfrånglaset jämfört normalen. lan strålen från luften och normalen och brytningsbrutendå det kommer från luften till vattnet. Ljuset med ljusstråle luft vinkeln β är vinkeln mellan ljusstrålen som går till bryts ännu mer vid gränsytan mellan luft och diavattnet och normalen. glas mant.

3

från luft till glas normal

infallande ljusstråle

Vågrörelse

från normalen.

Ljuset rör sig bruten från luften till vattnet enligt bilden. ljusstråle luft luft Markera på bilden ytansglasnormal, infallsvinkel glas ochbruten brytningsvinkel. infallande

luft glas

5 Exemplen visar hur uppgifterna 6 Uppgifterna underlättar lärandet infallande infallande bruten infalls- normal ljusstråle ljusstråle vinkel ljusstråle Uppgifterna i boken är omfattande ska göras När ljuset kommer snett från luften till vattnet bryts

ljuset mot normalen. luft och5 Ljuset bryts vid ytan mellan två medier mångsidiga och37 ett stöd för Bokens exempel bygger på cenvatten bruten När ljuset kommer snett från vattnet till luften bryts lärandet.

Det finns svar på deljusstråle flesta trala teman i de olikaljuset kapitbort från normalen. brytningsvinkel uppgifterna i lärobokens text och i len. De hjälper eleven att förstå räkneexemplen. En del av uppgifde viktigaste sakerna. De hjälper terna kräver att eleven använder också eleven i hemuppgifterna.

När ljuset träffar glaset från luften (bild 1), från glas till luft 1 från luft till glasoch de 2internet eller facklitteratur.

Exemplen är mångsidiga bryts den mot normalen. När ljuset träffar normal och normal behandlar både räknemässiga luften från glaset (bild 2), bryts den bort från normalen. kvalitativa problem. infallande bruten ljusstråle

luft glas

4

bruten ljusstråle

ljusstråle

luft glas infallande ljusstråle 5 Ljuset bryts vid ytan mellan två medier

37

attning

dstorhet. I n temperaturen sius (°C). kter är isens attnets kokpunkt

opp överförs = cmΔt).

s urg Δt

Har du koll?

Värme Energi och energiprincipen Beteckningen för energi är E och enheten är joule (J).

Energi kan varken skapas eller förstöras. Den kan endast omvandlas från en form till en annan. Den totala mängden energi förblir densamma då den omvandlas. Den bevaras alltså.

8

Stavens längdutvidgning Stavens längdutvidgning beror på stavens material och längd samt på temperaturförändringen (Δl = α · l · Δt). l + Δl l

Sammanfattning

III

1. Vilka enheter har följande storheter? a) temperatur b) värmeenergi c) längdutvidgningskoefficient d) specifika värmekapacitet e) specifika smältvärme f) specifika ångbildningsvärme?

Värme

9Rörelse

Energi och energiprincipen järn silver Stavens längdutvidgning Temperatur Beteckningen för energi är E och Stavens längdutvidgning beror på Temperatur är en grundstorhet. I koppar b) enheten är joule (J). stavens material och längd samt på vardagslivet mäter man temperaturen koppar Energi kan varken skapas eller temperaturförändringen ( T i enheten grader Celsius (°C). Δl = α · ljärn · Δt). silver Värmebalans Värmeöverföring förstöras. Den kan endast Celsiusskalans fixpunkter är isens En kropp är i värmebalans om den Vid värmledning transporteras värme l + Δl omvandlas från en form till en 3. Jämför värmeutvidgningen hos fasta föremål, vätskor värmeenergi som kommer till kroppen är lika Sammanfattning i ämnet. Ämnet förflyttas inte. smältpunkt 0 °C och vattnets kokpunkt Värme l annan. Den totala mängden 100 °C. och gaser. stor som den värmeenergi som avges.

Vid strömning överförs det energi Energi och energiprincipen Stavens längdutvidgning Temperatur energi förblir densamma då den Beteckningen för energi är E och genom ett medium, ett ämne i Stavens längdutvidgning beror på Temperatur är en grundstorhet. I enheten är joule (J). stavens material och längd samt på vardagslivet mäter man temperaturen omvandlas. Den bevaras alltså. energi som rörelse.

4. Vilken energiform förändras till värmeenergi när uppkommer i kroppen

Vid genomstrålning kan energi även överföras i tomrum.

T i enheten grader Celsius (°C).

energi som Celsiusskalans fixpunkter är isens avges från smältpunkt 0 °C och vattnets kokpunkt kroppen 100 °C.

svettning

energi som tillförs till kroppen

Värmeöverföringssätt

Har du koll? och kraft

2. Vilken av stavarna utvidgas mer? Motivera. a) järn silver

Energi kan varken skapas eller förstöras. Den kan endast omvandlas från en form till en annan. Den totala mängden energi förblir densamma då den omvandlas. Den bevaras alltså.

temperaturförändringen (Δl = α · l · Δt).

a) en brasa värmer händerna l + Δl l b) när vattnet i en sjö värms på sommaren?

Rita ett energischema för de två energiomvandlingarna.

1. Vilka enheter har följande storheter? a) temperatur

• Hur kan du uppskatta din gånghastighet? b) värmeenergi • Faller en sten snabbare än en fjäder? c) längdutvidgningskoefficient • Hur mycket väger du? d) specifika värmekapacitet Har du• Varför trycks du åt sidan i en bil koll? e) specifika smältvärme som svänger? f) specifika ångbildningsvärme?

1. Vilka enheter har följande storheter? a) temperatur • Kan friktion accelerera? b) värmeenergi c) längdutvidgningskoefficient 2. Vilken av stavarna utvidgas mer? Motivera.

• Hur dyker en ubåt? d) specifika värmekapacitet

R o

III

Rörelse och kraft

a)

järn

e) specifika smältvärme silver f) specifika ångbildningsvärme?

järn

silver

2. Vilken av stavarna utvidgas mer? Motivera. a) järn silver

koppar järn silver b) 5. Vilken förändring i aggregationstillstånd sker när koppar koppar b) järn a) syret i luft övergår i vätska under högt tryck • Hur kan du uppskatta din gånghastighet? koppar silver järn Värmebalans Värmebalans Värmeöverföring silver • Faller en sten snabbare än en fjäder?

Uppvärmning Värmeöverföring b) is omvandlas till vattenånga?

• Hur mycket väger du?

En kropp är i värmebalans om den När man värmer en kropp överförs Vid värmledning transporteras värme En kropp är i värmebalans om den Vid värmledning transporteras värme 3. Jämför värmeutvidgningen hos fasta föremål, vätskor värmeenergi som kommer till kroppen är lika energi till kroppen (E = cmΔt). i ämnet. Ämnet förflyttas inte.

• Varför trycks du åt sidan i en bil strömning 3. Jämför värmeutvidgningen hos fasta föremål, vätskor värmeenergi som kommer till kroppen är lika och gaser. stor som den värmeenergi som avges. i ämnet. Ämnet förflyttas inte.

Vid strömning överförs det energi som svänger?

6. Vilken typ av egenskap beskriver ett ämnes genom ett medium, ett ämne i kroppens och gaser. stor som den värmeenergi som avges.

• Kan friktion accelerera?

Vid strömning överförs det energi energi som rörelse.

4. Vilken energiform förändras till värmeenergi när temperatura) längdutvidgningskoefficient energi som uppkommer • Hur dyker en ubåt?

Vid genomstrålning kan energi även ämnets specifika förändring Δt a) en brasa värmer händerna strålning genom ett medium, ett ämne i avges från i kroppen svettning överföras i tomrum. kroppens Begrepp b) när vattnet i en sjö värms på sommaren? b) specifika värmekapacitet kroppen värmekapacitet c energi som energi som tillrörelse.

4. Vilken energiform förändras till värmeenergi när Rita ett energischema för de två energiomvandlingarna. temperaturUppgifter Värmeöverföringssätt förs till kroppen c) specifika smältvärme energi som uppkommer Vid genomstrålning kan energi även a) en brasa värmer händerna medelhastighet kraft och motkraft energi som lagrats 5. Vilken förändring i aggregationstillstånd sker när Energiinnehåll i mat förändring Δt Exempel 2 avges från i kroppen d) specifika ångbildningskapacitet? svettningkänner du till? i eller frigjorts från 125. Följande energischemaa) syret i luft övergår i vätska under högt tryck beskriver cykling. Be118. a) Vilka energiformer ledning Efter maten drickeröverföras i tomrum. du ett stort glas coladryck och äter I tabell 1 presenteras energiinnehållet i några livsmedNewtons lagar b) när vattnet i en sjö värms på sommaren? kroppen kroppen skriv med hjälp av ettb) is omvandlas till vattenånga? energischema hastighet vad cyb) Vad betyder energiomvandling? en chokladstång. elsportioner. När man talar om energiinnehåll menar E = cmΔt energi som tillgationstillstånd (fasövergång) klisten eventuellt gjort under händelsen.

Kommassa man den energimängd som lagrats i ämnena i en matRita ett energischema för de två energiomvandlingarna. strömning 7. Man blandar två liter 10-gradigt vatten med två liter 70plettera schemat genom att skriva in händels119. Vilka egenskaper hos en kropp påverkar storVärmeöverföringssätt förs till kroppen likformig rörelse 6. Vilken typ av egenskap beskriver ett ämnes portion. ing är förångning. Kokning sker tröghet en ergi lagr as förloppet i pilen. leken på dess rörelseenergi? a) längdutvidgningskoefficient kroppens ämnets specifika gradigt vatten. Vilken sluttemperatur får vattnet?

Tabell 1 strålning e m r i i l n g Avdunstning och kondensation sub Begrepp b) specifika värmekapacitet massa m värmekapacitet c tyngd energi som lagrats Mängd av ett livsmedel som har ett energiinnehåll värmeenergi 5. Vilken förändring i aggregationstillstånd sker när 120. Vad betyder att energi bevaras? c) specifika smältvärme ältnkilojoule in g spåm400 f ö rå n g n i n g acceleration mperaturer. Ett ämne kraft och motkraft i eller frigjorts från rörelseenergi d) specifika ångbildningskapacitet? ledning 13viktmedelhastighet ljudenergi a) syret i luft övergår i vätska under högt tryck 2 matskedar socker 8. Hur skiljer sig de olika värmeöverföringssätten från varhastighet Newtons lagar d smältpunkten/ acceleration vid fall 121. Ge tre exempel på när rörelseenergi omvandkroppen Förändringar i aggregationstillstånd (fasövergång) 1 stekt ägg rörelseenergi massa 7. Man blandar två liter 10-gradigt vatten med två liter 70i trafiken. b) is omvandlas till vattenånga?

När du tittar på1 olika likformig rörelse andra?las tillenevärmeenergi totalkraft, friktion, mma temperatur).

Kokning och avdunstning är förångning. Kokning sker stortpersoner glas mjölksom har tröghet rgi lagr as E =glas­ cmΔt En konvex lins samlar ljuset 14 gradigt vatten. Vilken sluttemperatur får vattnet? vid ämnets kokpunkt. Avdunstning och kondensation sublimering växelverkan ögon ser du att1 enstort del glas har coladryck ögon som verkar tyngd Linserna är genomskinliga kroppar som är tillvers för att smälta friktionskoefficient, n in g n in g Vad betyder att energi 126. Hur omvandlas energin i bild 1 på sidan 72? smält122. a) förångförsämras? acceleration förekommer vid alla temperaturer. Ett ämne strömning vikt 1 chokoladstång Ett dricksglas och vatten fungerar som en konvex Vattendroppen som en konvex lins.

15 förminskade och andra förstorade. Vissa glas­ kade av plast eller glas. Med hjälp av dem kan man växelverkan vid kontakt 8. Hur skiljer sig de olika värmeöverföringssätten från varb) Ge exempel på en situation då energi försmälter och stelnar vid smältpunkten/ acceleration vid fall kona) stelgram formeln E = s · m. n rörelsefriktion, vilolins. Om du har ett glas med vatten och tittar genom ning biff densHur tiospridas 6. Vilken typ av egenskap beskriver ett ämnes 50 a mycket energi får du i dig? få ljuset att antingen eller riktas.

Linsens +127. a) Jämför energiinnehållet andra? ögon verkar vara tjocka i mitten och tunna totalkraft, friktion, stelningspunkten (=samma temperatur). i livsmedelsportiodet på ett svart och vitt papersämras. papper ser det ut som växelverkan vid avstånd 17 6 potatischips b) Hur länge måste du gå för att din organism ska förväxelverkan förmåga att bryta ljus beror på dess form. Linserna s för att förånga en Den energi som behövs för att smälta friktionskoefficient, friktion nerna i tabell 1 på sidan 82. Vilka livsmed16 i kanten. Andra5 ärpommes tunna ifrites mitten och tjocka a) längdutvidgningskoefficient färgerna bytt plats. bruka energimängden i punkt a? växelverkan vid kontakt kroppens ämnets specifika konstelning en kropp räknas med formeln E rörelsefriktion, vilodensation rörelseenergi strålning= s · m. kraft sublimering klassas beroende på formen som konvexa eller 123. a) Till vilken form harkonbokens el tycker du innehåller mycket energi? med formeln E = s · m. vid kanterna. Vissa glasögon kan du använda växelverkan vid avstånd 1 glasspinne Den energi som behövs för att förånga en linser. friktion b) specifika värmekapacitet massa m värmekapacitet c omvandlats när en bok som glider på borb) Du äter en portion pommes frites.

En porenergi frigörskava kraft sublimering täthet Lösning kraftpil vätskemängd räknas med formeln E = s · m. som förstoringsglas och vissa inte.

En konvex lins är tjockare i mitten än vid kane s det stannar? tion innehåller 20 pommes frites.

Hur r n ö e i frig En konkav lins sprider rgljus täthet kraftpil a) lins Energiinnehållet i både glaset som med coladryck och c) specifika smältvärme 18 terna.

En konvex samlar ljuset, när ljuset Energi och idrott lyft Newton b) Rita ett energischema som beskriver enermycket energi innehåller portionen pomlyft Newton chokoladstången är enligt tabell 1 400 kJ. Du får

ats ån

ledning

• • • •

Uppvärmning När man värmer en kropp överförs energi till kroppen (E = cmΔt).

+

6

11

• •

13

Linser förstorar eller förminskar

14 15

17

16

18

Hurdana glasögon förstorar ögonen?

En konkav lins är tunnare i mitten än vid kanterna. giomvandlingen.

En konkav lins sprider ljus. Både konkava och konvexa linser används i glasögon.

124. Konstruera ett energischema som visar hur Man beskriver enklast ljusets brytning i linser energi omvandlas vid olika situationer: genom att rita ljusstrålarna så att de bryts i mitten a) Ett levande ljus brinner på bordet. ergi laIgverkligheten r as enlinsen. av bryts ljuset vid linsytorna. b) Vatten värms i en kastrull på spisen.

träffar linsen bryts vid linsens ytor. Om ljuset träfI tabell 2 kan du se hur effektivt kemisk energi omvandalltså i dig totalt 800 kJ energi. far linsen i axelns riktning, samlar linsen ljulas till värmeenergi i samband med olika idrottsformer. b) Enligt tabell 2 förbrukar gång 600 kJ per halv timset i brännpunkten som är bakom linsen.

BrännVärme me. Under en minut 90 förbrukas Tabell 2

13

d) specifika ångbildningskapacitet?

mes frites? c) Hur länge kan du spela fotboll på en sådan

portion?

91 Förändringar i aggregationstillstånd (fasövergång) punktens avstånd från linsens mittpunkt är linsens 600 kJ kJ 7. Man blandar två liter 10-gradigt vatten med två liter 70 91 = 20 . brännvidd.

128. Undersök hemma. Undersök omvandlingen Kokning och avdunstning är förångning. Kokning sker 30 min min Eftersom en konvex lins samlar ljuset kan vattenav elektrisk energi till en annan energiform i gradigt vatten. Vilken sluttemperatur får vattnet? gång 600 kJ yta vid ämnets kokpunkt. Avdunstning och kondensation sublimering den användas somViett brännglas. linserminuter det beräknar därefterKonvexa ut hur många en glödlampa och i ett lysrör. Välj sådana lamcykling 1 100 kJ används också i många apparater för att skapa bilhövs för att förbruka 800 kJ. por som är ungefär lika klara. s m ält n in g f ö rå n g n i n g fotboll förekommer vid alla temperaturer. Ett ämne 1 100 kJ Konkav lins der. Konvexa linser används till exempel i kamelugn skidåkning 1 400 kJ 8. Hur skiljer sig de olika värmeöverföringssätten från varDet får vi redaMänniskoögat på genom att dividera 800 kJ med ror, kikare och dataprojektorer. har smälter och stelnar vid smältpunkten/ 129. Ta reda på hur stor andelbotten av den elektriska enjoggning 1 400 kJ talet som 20 kJ skapar det vill säga En konkav lins som är tunnare också en konvex lins, en bild av det ergin som omvandlas till ljusenergi i olika tyandra? stelningspunkten (=samma temperatur). snabb rodd 1 500 kJ ljus skugga ljus på mitten är en lins som betraktade föremålet påkJnäthinnan.

800 per av lampor. Använd sökorden verknings= 40. simning (crawl) 1 700 kJ sprider ljus.

20 kJ Den energi som behövs för att smälta för lampor.

Vågorna vid vattenytan ärgrad som linser.

De riktar ljuset till vissa Konvex lins ställen på bottnen. Då bildas ljusstrimmor på bottnen. När vågå 40 gånger en minut, alltså i 40125. minukondensacykling. stelning en kropp räknas med formeln E = s ·Dum.måste Följande energischema beskriver Be118. a) Vilka energiformer känner du till? tion gorna rör sig ändras mönstret.

En konvex lins somter. är tjockare Den Vad energibetyder som behövs för att förånga en på mitten är en lins som skriv med hjälp av ett energischema vad cyb) energiomvandling? ljus. Svar sublimering vätskemängd räknas medsamlar formeln E = s · m. a) Du får 800 kJ energi.

Energimängd som förbrukas under en halv timme lång idrottsprestation

Uppgifter

b) För att kunna förbruka energin genom gång måste

du gå 40påverkar minuter.

119. Vilka egenskaper hos en kropp storleken på dess rörelseenergi?

En konvex lins samlar ljuset.

Ljuset bryts vid linsens båda ytor och riktas mot linsens brännpunkt. Linsens axel är vinkelrät 82 Värme mot linsen. Brännvidden är avståndet mellan brännpunkten och linsens mittpunkt.

6 42

Vågrörelse

konvex lins

infallande ljusstråle

normal dvs linsens optiska medelplan

11

klisten eventuellt energgjort i frigörsunder händelsen. Komplettera schemat genom att skriva in händelsförloppet i pilen.

brännpunkt brännvidd

bruten ljusstråle

rörelseenergi

121. Ge tre exempel på när rörelseenergi omvandlas till värmeenergi i trafiken.

122. a) Vad betyder att energi försämras? b) Ge exempel på en situation då energi försämras.

123. a) Till vilken form har bokens rörelseenergi omvandlats när en bok som glider på bordet stannar? b) Rita ett energischema som beskriver energiomvandlingen.

7

konkav lins

infallande ljusstråle

90 Värme betyder att energi bevaras?

120. Vad linsens huvudaxel

värmeenergi linsens huvudaxel

ljudenergi

rörelseenergi

126. Hur omvandlas energin i bild 1 på sidan 72? +127. a) Jämför

energiinnehållet i livsmedelsportionerna i tabell 1 på sidan 82. Vilka livsmedel tycker du innehåller mycket energi? b) Du äter en portion pommes frites. En portion innehåller 20 pommes frites. Hur mycket energi innehåller portionen pommes frites? c) Hur länge kan du spela fotboll på en sådan Sammanfattning underlättar portion?

16

+

bruten ljusstråle normal (linsens optiska medelplan)

En konkav lins sprider ljus.

Ljuset bryts vid linsens båda ytor och riktas mot ett brett område.

83

Energiinnehåll i mat

Exempel 2

I tabell 1 presenteras energiinnehållet i några livsmed6 Linser förstorar eller förminskar 43 elsportioner. När man talar om energiinnehåll menar man den energimängd som lagrats i ämnena i en matportion.

Efter maten dric en chokladstång

11 Energi omvandlas från en form till en annan

Tabell 1 Mängd av ett livsmedel som har ett energiinnehåll på 400 kilojoule

2 1 1 1 1 50 6 5 1

matskedar socker stekt ägg stort glas mjölk stort glas coladryck chokoladstång 9 Inledningen till ett avsnitt strukgram turerar biff a) Hur mycke det som följer potatischips b) Hur länge m I början av varje avsnitt finns fråbruka ener pommes frites gor som motiverar läsandet. Fråglasspinne

8 7 Plustexterna fördjupar 124. Konstruera ett energischema som visar hur energi omvandlas vid olika situationer: repetition I kapitlens plusrutor finns det föra) Ett levande ljus brinner på bordet.

128. Undersök hemma. Undersök omvandlingen I slutet avenergi varje avsnitt finns en djupandeb) eller annars intressant Vatten värms i en kastrull på spisen. av elektrisk till en annan energiform i en glödlampa och i ett lysrör.

Välj sådana lamsammanfattning.

Sammanfattinformation som rör lärostoffet. I por som är ungefär lika klara. ningen innehåller de viktigaste sagornas syfte är att väcka elevernas dem behandlas till exempel til�129.kerna Ta reda på hur stor andelsamt av den elektriska eni avsnittet uppgifter intresse för det avsnitt som följer. lämpningar och modern teknologi.

Energi och idrott ergin som omvandlas till ljusenergi i olika tysom hjälper eleven att repetera inI tabell 2 kan du se hur effektivt kemisk energi omvandper av lampor. Använd sökorden verkningsgradett för lampor. för prov. Av sammanfattning- las till värmeenergi i samband med olika idrottsformer. arna får också läraren en snabb Tabell 2 helhetsuppfattning av innehållet i Energimängd som förbrukas under en halv timme lång idrottsprestation avsnittet.

14 15

gång cykling fotboll lugn skidåkning joggning

600 kJ 1 100 kJ 1 100 kJ 1 400 kJ 1 400 kJ

Lösning

a) Energiinneh chokoladst alltså i dig t b) Enligt tabel me. Under

600 kJ = 20 30 min

Vi räknar d

5 hövs för at Det får vi talet 20 kJ

Fysikens värld Du vaknar på morgonen när väckarklockan går igång. Du tar en varm dusch. Du avläser utetermometern för att veta hur du ska klä dig.

Du gör te på morgonen: fyller vattenkokaren med vatten och kopplar på strömmen. Du överväger om du ska gå eller cykla till skolan.

Du har en skolväg på 2 kilometer och du vet att den tar dig 20 minuter till fots och 8 minuter med cykel.

Vilka fysiska fenomen observerar du och mäter under dagen?

6

Fysik är en naturvetenskap

Objekt som ska undersökas

Under en dag mäter du många olika fenomen: tid, temperatur, volym, massa, sträcka och hastighet. Mätning är en del av den forskning som görs inom fysik. Fysiken är en empirisk naturvetenskap. Empirisk betyder att den grundar sig på erfarenhet. Den undersöker naturfenomen och kroppar samt deras mätbara egenskaper. Som exempel på naturfenomen kan nämnas blixtnedslag, vattenflöde samt klimatuppvärmning. När man talar om en kropp inom fysiken menar man ett föremål, en människa eller ett djur.

När en forskare inom fysik, en fysiker, undersöker ett fenomen tittar forskaren först på tidigare forskningsresultat av ett fenomen och gör sedan nya observationer och mätningar. Med hjälp av den tidigare kunskapen och de nya undersökningarna gör fysikern en prognos det vill säga en förutsägelse och skapar en hypotes. Han gör sedan experiment för att bestämma om prognosen är rätt.

Om de här tilläggsundersökningarna inte motbevisar hypotesen skapas en teori. En teori används för att förklara ett fenomen och som en startpunkt för nya prognoser. Forskningsresultaten beskrivs med hjälp av en matematisk, visuell eller verbal modell. Det betyder att forskaren gör en matematisk beskrivning, ritar en figur eller beskriver resultatet med ord.

Kropp

Fenomen

Inom fysiken undersöker man kroppar och fenomen samt deras egenskaper och samspel.

Fysik är en empirisk naturvetenskap. Den grundar sig på erfarenhet. Inom fysiken undersöker man naturfenomen och kroppar.

Yrken där fysikkunskap behövs elektronikmontör

bilmekaniker

pilot

musiker fysiklärare

7

Informationen inom fysiken fås genom mätning Kroppar och fenomen har egenskaper som kan mätas. Du kan till exempel mäta din längd, vikt och kroppstemperatur. Du kan ange mätreslutaten med hjälp av en måttenhet eller enhet: längden i centimeter, massan i kilogram och kroppstemperaturen i celsiusgrader.

Längd, massa och temperatur är storheter. Storhet är en sådan egenskap som kan mätas. Pratsamhet är inte en storhet eftersom den inte kan mätas entydigt.

Storhet Kroppar och fenomen har egenskaper som kan mätas. De mätbara egenskaperna kallas storheter.

När skolsköterskan mäter din längd gör hon det i centimeter. Centimeter är en längdenhet. Skolsköterskan tar alltså reda på hur många gånger enheten (cm) ingår i din längd. Om din längd är 164 cm ingår det en centimeter 164 gånger i din längd. Talet 164 är ett siffervärde och centimeter är en enhet. rumstemperatur:

SI-grundenhet Grundstorhet

Namn

Enhet

längd

meter

m

massa

kilogram

kg

tid

sekund

s

temperatur

kelvin

K

Vanliga grundstorheter i det internationella enhetssystemet, SI-systemet. I Finland används vanligtvis celsiusgrader °C som temperaturenhet i stället för Kelvin.

Längd är en av sju grundstorheter. De andra grundstorheterna är massa, tid, temperatur, ström, ljusstyrka och materiamängd.

Hastighet är en härledd storhet. För att uttrycka hastighet behövs två grundstorheter: sträcka och tid. Hastigheten för en bil kan vara 80 km/h.

Då färdas bilen en sträcka på 80 kilometer under 1 timme. Om du vet bilens hastighet och sträckan kan du räkna ut tiden som krävs för sträckan.

Matematisk modell för hastighet sträcka hastighet = tid

21 °C

storhet siffer- enhet

tal

hundens höjd:

58 cm

radiolog byggarbetare chaufför

8

elmontör

arkitekt

cm

längd

Uppgifter

pojkar

90

1. Vad undersöker en fysiker?

80 70

2. Finn fyra fenomen inom fysik som du kan observera under dagen.

60 50 0

ålder 0

3

6

9

12

15

18

21

24 månader

Tillväxtkurvan är en grafisk modell som beskriver förhållandet mellan barnets ålder och längd. I tillväxtkurvan på bilen har man ritat ut längden vid födsel och de därefter gjorda längdmätningarna. Med hjälp av tillväxtkurvan och föräldrarnas längd kan man förutspå barnets längd som fullvuxen.

3. Nämn tre grundstorheter.

4. Mätresultatet blev 54 kg. a) Vilken storhet mättes? b) Vilket siffervärde har mätreslutatet? c) Vilken enheten har mätresultatet?

5. Anders Celsius, Wilhelm Röntgen, Marie Curie och Albert Einstein är berömda fysiker. Välj en av dem och sök följande information: a) födelsedag och -land b) studier c) uppfinning inom fysiken d) vad uppfinningen betyder idag.

Grönsakernas massa på vågen är 1,1 kg. I ett sådant sammanhang talar man ofta om vikt. Inom naturvetenskap har massa en annan betydelse än vikt: vikt är kraft.

Hastighetsmätaren visar bilens momentana (tillfälliga) hastighet. Man kan räkna ut medelhastigheten om man vet sträckans längd och den tid som åtgått.

byggplatsingenjör röntgenskötare

forskare skogsarbetare

9

+

I tekniska apparater tillämpas fysik Telefon, radio, tv och bil är vanliga tekniska apparater.

Telefonen är en apparat som används för att sända tal långt bort med hjälp av elektriska signaler. Telefonen uppfanns och byggdes av den italiensk-amerikanska uppfinnaren Antonio Meucci år 1854 men uppfnningen patenterades av Alexander Graham Bell från Förenta Staterna år 1876. Telefonen som Bell patenterade kom till Finland redanår 1877.

Man kan indela telefoner i tråd- och radiotelefoner.

Den elektriska eller optiska signalen i trådtelefonen förmedlas med en ledning eller en optisk fiber genom en telefoncentral till mottagaren. I en radiotelefon förmedlas signalen genom radiovågorna som färdas framåt i luften. Radiotelefonerna användes redan i början av 1900-talet för speciella ändamål men mobiltelefonerna blev allt allmännare på 1990-talet. Beroende på mobiltelefonens modell kan den användas för att skicka textmeddelanden och bilder, fotografera, spela och ladda spel, spela musik och lyssna på radio, för e-post och för att läsa webbsidor samt navigera.

Energikällan i de första bilarna var ånga, el eller gas. Nackdelen med de ångdrivna bilarna var den enorma övertryckspannan och den stora mängden bränsle som behövdes. Problemen med den eldrivan bilen var desamma som nuförtiden: batteriernas stora massa och korta räckvidd. Lagringen av gasen för den gasdrivan bilen var problematisk. År 1885 tillverkade Karl Benz i Tyskland den första bilen som drevs med en förbränningsmotor. Den energi som behövs för att driva en bil med en bensindriven förbränningsmotor fås när bensinen antänds med en gnista. I dieselmotorn som utvecklades senare antänds dieseloljan med tryck.

Nuförtiden görs utvecklingen av bilarna så att de utsläpp som bildas av bränslet ska vara så låga som möjligt. Man har utvecklat ersättningsbränsle för bensin och dieselolja såsom bioetanol och biodiesel. Deras förbränningsprodukter är mindre skadliga för miljön. I hybridbilarna finns både en eloch förbränningsmotor. Hybridbilens bränsleförbrukning kan fås lägre med hjälp av elmotorn än vad förbrukningen med enbart förbränningsmotor skulle vara. Framtiden visar om bilarna får sin energi från väte eller syre.

Tidslinje

telefon

radio

NMT-telefon

mobiltelefon

iPod

snabbmonterad navigationsutrustning

1854 1885 1897 1923 1971 1975 1987 I början av 2001 2004 2006 1990-talet . tv Facebook bil PC internet för allmänt bruk

10

Fysikens värld

Diagnostiskt test

I

Välj de rätta alternativen.

1. Alla föremål i listan åstadkommer ljud. I vilka föremål uppkommer ljudet på grund av svängning? i en gitarr, i en skällande hund, i ett piano, i gnisslande bromsar, i en bilmotor, i en sångare, vid åskväder, vid blåst 2. Du ser en penna på bordet. Vilka påståenden är rätt? a) Ljuset från ögat träffar pennan och reflekteras tillbaka. b. Ljuset uppkommer i pennan och detta ljus träffar ögat. c. En del av solljuset i rummet reflekteras från pennan i ögat. d. Ljuset från ögat absorberas av pennan.

3. Framför lampan finns skärmar. Vid vilken punkt (a, b, c eller d) syns lampan?

Vågrörelse • Vad ser du på en stilla vattenyta om du fäller en sten i vattnet?

• Hur rör sig en gunga?

• Hur uppkommer myggans surr?

• Du ser ett blixtnedslag. Varför hör du mullret först efter en stund?

• Vad är en mångata?

• Vad är en optisk fiber?

• Glasögonen kan ha antingen plus- eller minuslinser. Vilken är skillnaden mellan glasögonen?

A B

C

4. När du står i solljus får du en skuggbild. Vilken av följande förklaringar beskriver bäst uppkomsten av skugga. a. Ljuset kommer inte till skuggområdet eftersom det träffar dig. b. Skuggan reflekterar mörkt ljus. c. Ljuset reflekteras från skuggan åt sidan vilket gör att den ser mörk ut. d. Ljuset reflekteras från din kropp.

5.

Vilka av följande är en ljuskälla. a. Lågan i ett levande ljus b. Den vita duken på en biograf c. Solen d. En tv som sänder program e. En ficklampa f. En spegel g. En affsch på väggen

Begrepp

D

1 svängningsrörelse svängningstid frekvens transversell vågrörelse longitudinell vågrörelse våglängd

2 tonhöjd ljudets hastighet ljudstyrka decibel buller

3

ljusstråle belysning (illuminans) vitt ljus färg ljusets hastighet

4 reflexion infallsvinkel reflexionsvinkel brytning

5 brytningsvinkel konvex och konkav lins plan spegel konkav och konvex spegel

6 brännpunkt skenbar brännpunkt reell bild skenbild

11

1

En våg färdas framåt – materien i vågen inte

Din båt flyter på en stilla sjö. En motorbåt passerar. Den åstadkommer vågor som färdas framåt på vattenytan.

Då vågen passerar din båt rör sig båten uppåt och neråt – den är i svängning.

Vilka egenskaper har vågen?

En våglängd är avståndet mellan två vågtoppar Om du fäster en lång fjäder på en krok och sedan svänger den ena ändan, så rör sig fjädern upp och ner, upp och ner som vågor. (Se bilden nere på sidan.) I fjädern är det lätt att se hur vågorna färdas framåt. Vågorna i en sjö är mycket mer komplicerade. Alla vågor har trots allt likadana egenskaper. Man kan därför använda den vågformade kurvan som uppstår i en fjäder som modell för vågorna.

Då man svänger fjädern kan man se att vågorna rör sig framåt i fjädern. Vågorna färdas framåt i fjäderns riktning och man kan tydligt urskilja vågtoppar. Avståndet mellan två efter varandra följande vågtoppar är vågens våglängd.

Våglängd En våglängd är avståndet mellan två vågtoppar.

Våglängden för vågor varierar. Till exempel kan vågorna i en liten damm ha en våglängd på bara några centimeter. På världshaven kan våglängden vara hundratals meter.

När man svänger den ena ändan på en fjäder bildas det vågor i fjädern. Man kan använda en vågformad kurva som modell för vågor. En tejpbit som är fäst vid fjädern är i svängningsrörelse när en våg passerar den. Tejpbiten färdas inte framåt med vågen.

12

Vågrörelse

våglängd

Tejpbiten rör sig uppåt och neråt

Man kan inte se mikrovågor eller radiovågor men de har samma egenskaper som vågorna i vatten eller i en fjäder. Vågorna under en jordbävning gör att det känns som om jorden skulle skaka.

Materia följer inte med vågen Vågorna färdas alltså framåt i en fjäder när man svänger den. Men rör sig själva fjädern framåt? Det kan vi ta reda på genom att fästa en bit tejp på fjädern och se vad som händer när vågorna passerar den.Vad händer? När vågen passerar tejpbiten rör sig tejpbiten uppåt och neråt – inte framåt. Tejpbiten är ibland på toppen och ibland i botten av vågen men den förflyttar sig inte framåt med vågen. Tejpbiten gör en s.k. svängningsrörelse. Tejpbiten som svänger på fjädern är ett exempel på det som man inom fysiken kallar en oscillator.

Oscillator Ett föremål som upprepar en likadan svängande rörelse kallas oscillator. Ordet oscillator kommer från latin och betyder något som gungar eller dallrar. Oscillator används som en allmän benämning på ett svängande system.

Exempel 1 En våg färdas framåt i fjädern. Mät våglängden.

Lösning Välj två på varandra följande vågtoppar. Placera linjalens nollpunkt på den ena vågtoppen.

0

1

2

3

4

Avläs våglängden på linjalen: 2,5 cm.

Svar Våglängden är 2,5 cm.

Tejpbiten rör sig alltså inte framåt trots att vågen i fjädern rör sig framåt. Inte heller vattnet i vågorna rör sig framåt med vågen. På en viss punkt i vågen rör sig vattnet uppåt och neråt samt lite i sidled. Vattnets rörelse motsvarar tejpbitens rörelse i fjädern.

Du har kanske lagt märke till att föremål som flyter på vattnet, t.ex. löv, följer med vågorna. Det här beror inte på vågrörelsen utan på vinden. Vinden pressar löven i vågornas riktning. I viss mån pressar vinden även vattnet framåt.

Vågen transporterar inte materia (t.ex. vatten, löv, tejpbitar, osv.).

En del av änderna på bilden simmar på vågtoppen och en del i vågdalen. När vågen färdas framåt förflyttar sig inte änderna med vågen utan de rör sig uppåt och neråt.

I en våg rör sig vattnet uppåt och neråt samt kanske något i sidled.

Ljudet och ljuset är vågrörelser. Man kan höra ljud och man kan se ljuskällor och föremål som reflekterar ljus.

1 En våg färdas framåt – materien i vågen inte

13

Svängningstid = den tid det tar att utföra en svängning

Frekvens = antalet svängningar per sekund

Nu ska vi undersöka svängningsrörelsen med hjälp av en tyngd fäst vid en fjäder. Fjädern och tyngden bildar tillsammans en oscillator.

När man drar tyngden neråt och sedan släpper den börjar tyngden svänga. Tyngden åker upp, ner, upp, ner och fortsätter röra sig på samma sätt.

Man säger att tyngden gör en svängning då den rör sig uppåt och tillbaka ner. Under en svängning rör sig tyngden från det ena extremläget (längst ner) till det andra (högst upp) och tillbaka till startpunkten (längst ner).

Den tid det tar att göra en svängning kallas svängningstid.

Pendeln i en väggklocka svänger långsamt. En gitarrsträng däremot svänger så snabbt att det är svårt att se svängningen. Gitarrsträngen gör på samma tid fler svängningar än klockans pendel.

Utgående från antalet svängningar får man reda på svängningens frekvens. Frekvensen berättar hur många svängningar som sker på en sekund. Frekvensen får man genom att dividera antalet svängningar med svängningstiden i sekunder (s).

Frekvensens enhet är därför 1s . Enheten kallas herz (Hz).

Svängningstid och frekvens

Svängningsrörelse

Svängningstiden är den tid det tar att göra en svängning (från ett extremläge till nästa och tillbaka).

Frekvensen är antalet svängningar per sekund.

Oscillatorns rörelse från ett extrem­ läge till ett annat är en svängning.

Gungan är en oscillator. Då gungan svängt från den ena sidan till den andra och återvänt tillbaka till startpunkten har den gjort en svängning.

Gitarrstängens frekvens är högre än frekvensen för pendeln i en väggklocka. Ju högre frekvens desto fler svängningar sker under en sekund.

Bildens pendel gör två svängningar per sekund. Pendelns svängningstid är 0,5 s. Svängningsfrekvensen är 2 Hz.

startpunkt 0 s

14

Vågrörelse

extremläge 0,25 s

första svängningen 0,5 s

extremläge 0,75 s

andra svängningen 1,0 s

En transversell vågrörelse uppstår när fjädern svängs i sidled. Vågen färdas framåt genom en böljande rörelse hos fjädern.

svängningsriktning

En longitudinell vågrörelse uppstår när fjädern svängs fram och tillbaka. Vågen rör sig framåt genom att fjädern pressas ihop (förtätas) och dras ut (förtunnas).

svängningsriktning

Vågrörelsen kan vara transversell och longitudinell

Exempel 2

Det finns två typer av vågrörelse – transversell (upp och ner) och longitudinell (fram och tillbaka) vågrörelse. Se bilderna ovan.

I den övre bilden ser du en transversell vågrörelse. Tejpbiten på fjädern sväger vinkelrätt mot vågrörelsens färdriktning, dvs. upp och ner. En våg som rör sig på en vattenyta är främst en transversell vågrörelse.

Den andra bilden visar en longitudinell vågrörelse. Tejpbiten svänger nu i samma riktning som vågornas färdriktning, dvs. fram och tillbaka. En longitudinell vågrörelse bildas när fjädern pressas ihop (förtätas) och dras ut (förtunnas) i en kontinuerlig följd. Ljudet är en longitudinell vågrörelse.

Lösning a) Svängningstiden för flötets svängningsrörelse får man genom att dividera mättiden i sekunder med antalet svängningar.

Transversell vågrörelse

10 s = 2, 5 s .

4 b) Svängningsfrekvensen för flötet får man genom att dividera antalet svängningar med mättiden i sekunder.

Frekvensen är 4 = 0, 4 1 = 0,4 Hz .

10 s s

Svängningstiden är

Svar a) Flötets svängningstid är 2,5 s. b) Frekvensen för flötets svängning är 0,4 Hz.

våglängd svängningsriktning

färdriktning

Longitudinell vågrörelse våglängd

En fisk rycker i masken på en krok. Flötet upprepar samma rörelse 4 gånger under 10 sekunder. a) Vilken svängningstid har flötets svängningsrörelse? b) Vilken frekvens har flötets svängning?

förtätning

förtunning

Obs! Resultatet 0,4 Hz betyder att flötet gör 0,4 svängningar per sekund, dvs.

4 svängningar på 10 sekunder.

Tid

Antal svängningar

1s

0,4

10 s

4

20 s

8

färdriktning svängningsriktning

1 En våg färdas framåt – materien i vågen inte

15

Exempel 3 Frekvensen för kolibrins vingslag kan vara 20 Hz. a) Vad betyder det? b) Hur många gånger rör sig kolibrins vingar fram och tillbaka under en minut?

Lösning a) Frekvensen 20 Hz betyder att vingarna rör sig fram och tillbaka 20 gånger under en sekund. b) Eftersom en minut har 60 sekunder rör sig vingarna på en minut fram och tillbaka 60 s · 20 1 = 1200 gånger. s Svar b) Kolibrins vingar rör sig fram och tillbaka 1 200 gånger per minut.

+

Sändaren sänder vågor och mottagaren tar emot dem

En sten som kastas i vattnet fungerar som en sändare för en vattenvåg. Flötet tar emot vågorna och börjar svänga. Flötet fungerar som en mottagare. Vågen färdas framåt på vattenytan.

När du talar alstrar dina läppar och din mun ljudvågor som färdas framåt i luften. Örats trumhinna tar emot ljudvågorna och kommer i svängning. På samma sätt tar en radioantenn emot radiovågor som sänds från sändaren på en radiomast.

I alla vågrörelser finns en sändare, en våg och en mottagare.

m

ta ot

g a re

fö r r a d i o

vå g

or

m

sändare för radiovågor

sän r dare för ljudvågo

16

Vågrörelse

ta ot

g ar

e fö r lj u d v å g

or

Uppgifter 6. a) Räkna upp några naturfenomen där det förekommer vågrörelse. b) Räkna upp apparater vars funktion är kopplad till vågrörelse.

1

13. a) På bilden ser du två pendlar. Vilkendera pendeln har en längre svängningstid och vilken en högre frekvens?

7. Rita en modell av en våg i ditt häfte. Markera på bilden en vågtopp och en våglängd.

8. I bilden nedan, mät våglängden för fjäderns vågor.

1

2

I IX X VII

VI VII

12. Ville hoppar på en studsmatta. Han kommer upp i luften 9 gånger under 13 sekunder. Räkna ut Villes hoppfrekvens.

III IV

11. Gungan gör 30 svängningar fram och tillbaka under 18 sekunder. Beräkna gungans a) svängningstid b) frekvens.

X I XI II

10. Ett barn gungar i en gunga. Beskriv i häftet a) hur du kan mäta gungans svängningstid b) hur du kan beräkna gungningens frekvens.

b) Hur reglerar du pendeluret så att urverket går rätt?

V

9. a) Vilken rörelse utför en oscillator? b) Räkna upp några apparater och fenomen där det förekommer svängningsrörelse.

14. Förklara begreppen a) våglängd b) svängningstid c) frekvens d) transversell och longitudinell vågrörelse.

15. Ta reda på, a) hur jordbävningsvågor uppkommer b) hur snabbt vågorna på världshaven kan färdas framåt och hur höga de kan bli.

16. Undersök hemma. Fäst ett litet föremål vid en tråd och häng upp det som en pendel. Mät pendelns svängningstid. Beräkna frekvensen för pendelns svängning.

1 En våg färdas framåt – materien i vågen inte

17

2

En oscillator alstrar ljud

När du knäpper på en gitarrsträng börjar strängen svänga. Långa, tjocka och löst spända strängar svänger långsamt. De ger ifrån sig en låg ton. Korta, tunna och spända strängar svänger snabbt. De ger ifrån sig en hög ton.

Om du vill ha ett kraftigt ljud från gitarren ska du knäppa hårt på strängen. Du får ett svagt ljud om du knäpper lätt på strängen.

Varför låter gitarrsträngarna olika?

Ljudet är en vågrörelse Ljudet alstras alltid av någon typ av ljudkälla, av en oscillator. I många musikinstrument är det en sträng, ett membran (t.ex. ett trumskinn) eller luften i instrumentet som svänger. När du talar svänger dina stämband och de får luften i din mun- och näshåla att svänga. Den här svängningen överförs till den omgivande luften. Svängningen är en longitudinell vågrörelse, ett ljud. Ljudet rör sig framåt i luften och når åhörarens öra. Ljudet får örats trumhinna att svänga.

Ljud Ett svängande föremål alstrar ljud. Ljudet är en longitudinell vågrörelse. Ljudet får trumhinnan i örat att svänga.

Ljudvågorna kan endast röra sig i materia. I vakuum färdas de inte eftersom det inte finns något där som kan svänga. Ljudets hastighet beror på den materia där ljudet rör sig.

Ljudet färdas inte i tomrum Ljudet kan endast färdas i materia.

Ljudet åstadkoms av ett svängande föremål eller av svängande luft 1 Luften svänger i en visselpipa.

2 Luften svänger i ett blåsinstrument 3 Ljudet uppstår då luften i munhålan svänger.

18

Vågrörelse

1

2

3

Ljudets hastighet varierar med mediet där ljudet rör sig eftersom vågrörelsen färdas framåt i olika medier på olika sätt.

vakuum, 0 m/s

luft, cirka 340 m/s

vatten, cirka 1 500 m/s

aluminium, cirka 5 000 m/s

Frekvensen anger tonhöjden

Exempel 1

Tonhöjden och ljudstyrkan varierar. Tonhöjden beskriver hur gällt respektive dovt ljudet är. Ljudstyrkan beskriver hur högt man hör ljudet. När man vill beskriva ljudstyrkan talar man ofta om ljudnivån.

En hög ton uppstår när en oscillator svänger med hög frekvens. Sådana ljud är till exempel ljudet från syrsor eller en hög kvinnoröst (en hög sopranröst).

En hög ton uppfattas som gäll.

En låg ton uppstår när oscillatorns svängningsfrekvens är låg, alltså när svängningarna sker långsamt. Låga ljud uppfattas dova. Som exempel på ljud med låg frekvens kan nämnas basstämmor och det dova ljudet från elektriska apparater.

På vilket avstånd är blixtnedslaget om man hör åskan mullra 3 sekunder efter blixten?

Lösning Ljusets hastighet är så hög att man ser blixten nästan samtidigt som den flammar till. Ljudets hastighet i luft är cirka 340 m/s. Det betyder att på en sekund färdas ljud 340 m, på två sekunder 680 m och på tre sekunder 1 020 m. På tre sekunder färdas ljud alltså cirka en kilometer.

Svar Avståndet till blixtnedslaget är cirka en kilometer.

Ju högre frekvens oscillatorn har desto högre ton har ljudet som uppstår.

4

5

6

4 Pianosträngarna svänger och alstrar ljud när man trycker på tangenterna..

5 Trummans membran svänger.

6 Klockan är en svängande kropp.

1 En våg färdas framåt – materien i vågen inte

19

Människan hör endast vissa frekvenser När du är ung hör du ljud med frekvenser på 20–20 000 Hz (herz). Det här frekvensintervallet kallas hörselområde. När du blir äldre blir hörselområdet smalare och speciellt förmågan att höra höga toner försämras. Det är därför som äldre personer inte nödvändigtvis hör ljudet från syrsor.

Ljud som har en högre frekvens än 20 000 Hz kallas ultraljud. Människan kan inte höra ultraljud. Läkarna undersöker bland annat de inre organen i kroppen med hjälp av ultraljud. Många djur såsom till exempel delfiner och fladdermöss alstrar och hör ultraljud. En hund kan höra ultraljud med en frekvens på upp till 50 000 Hz. Ett ljud med en frekvens som är lägre än hörselområdets lägsta frekvens, 20 Hz kallas infraljud. Även om människan inte hör infraljud kan hon uppfatta det med sin kropp. Kroppsdelarna börjar svänga på grund av infraljudet. Därför kan infraljud göra att man känner sig nervös. Man ska inte vistas nära kraftiga bashögtalare under en rockkonsert, eftersom ett kraftigt infraljud kan skada de inre organen. Man tror att spökupplevelser som åstadkommer kalla kårar längs ryggraden beror på infraljud.

Ljudstyrkan beskrivs med decibel Du kan knäppa på en gitarrsträng först lätt och sedan hårt. Varken strängens svängningsfrekvens eller tonhöjd ändras, men när du knäpper hårt hör du ljudet starkare. Ljudstyrkan och tonhöjden är alltså olika fenomen. En hög ton kan ha en mycket låg ljudstyrka och en låg ton kan ha en mycket hög ljudstyrka.

Ljudstyrkan kallas ofta ljudnivå och mäts i enheten decibel. Decibel förkortas dB. Decibelskalan beskriver hur starkt människan uppfattar ljud.

Hörtröskeln (hörseltröskel) är cirka 20 decibel.

En lägre ljudnivå än så kan människan inte höra.

Smärtgränsen är cirka 120–130 decibel. Därefter gör det ont när man hör ljudet.

En viskning är på cirka 30 decibel, normalt tal cirka 60–65 decibel. En stor lastbil som kör förbi dig kan alstra en ljudnivå på cirka 100 decibel. En vissling nära örat är på cirka 120 decibel.

Arbetarna på en arbetsplats måste få hörselskydd om ljudstyrkan blir högre än 80 decibel. Hörselskydd måste absolut användas om ljudstyrkan oavbrutet är över 85 decibel.

Ljudstyrka Ljudstyrkan kallas ofta ljudnivå och mäts i enheten decibel (dB).

Hörselområde Människans hörselområde är cirka 20–20 000 Hz. En frekvens på 20 Hz är en låg ton och 20 000 Hz är en hög ton.

Ljudstryrkan mäts med en decibelmätare.

Knappt hörbart ljud eller hörseltröskeln är 20 dB. Smärtgränsen är cirka 120–130 dB. Talstyrkan är i medeltal 60–65 dB. Bullergränsen är vanligtvis 80 dB.

20

Vågrörelse

30 dB

50 dB

80 dB

viskning

regn

hårtorkning

85 dB hörselskydd måste användas

Alltför högt ljud är buller Alltför högt och störande ljud kallas buller. Buller är skadligt, men olika människor upplever bullret på olika sätt. För vissa är en utomhuskonsert buller och för andra är det en njutning. Människan står ut med buller endast under en kort period. Om du vistas länge i buller minskar koncentrationsförmågan och arbetsförmågan. Buller gör att man får sämre hörsel, blodtrycket stiger och man får både huvudvärk och ringningar och sus i öronen (tinnitus).

Man ska inte vistas i buller i onödan. Du kan skydda dig mot buller på många olika sätt. Om du inte kan påverka anledningen till bullret ska du alltid använda hörselskydd då ljudstyrkan överstiger 85 decibel. Gränsen överskrids om du måste skrika under ett normalt samtal. Ett alltför högt buller kan redan efter en kort stund ge en hörselskada.

Om du lyssnar på musik med hörlurar måste du kontrollera att ljudstyrkan inte är för hög. Du kan få en hörselskada inte bara av buller, utan också av för hög ljudstyrka i hörlurarna.

+

En kropp som hör

För en hörande människa är det svårt att förstå att även döva kan spela musik. Upplever man inte musik bara genom att höra musik?

Döva känner musiken, de upplever alltså ljudets svängningar i sin kropp lättare än hörande personer. Speciellt låga toner svänger kraftigt. När de känner svängningarna från musiken upplever de samma känsla av välbehag som de hörande. Musiken får såväl döva som hörande att uppleva känslor. Musiken är lika viktig för döva som för hörande.

När man spelar låga och dova bastoner känner människan svängningar i sin bröstkorg. Kroppen känner inte av höga toner lika kraftigt.

Ljudet från syrsor har en frekvens på över 15 000 Hz, en bas­ gitarr svänger med en frekvens på cirka 70 Hz och frekvensen för det dova ljudet från elektriska apparater är 50 Hz.

Man vänjer sig inte vid buller. Buller blir mindre irriterande då hörseln försämras.

90 dB livlig trafik

Många djur, till exempel hundar, uppfattar ultraljud. Fladdermöss orienterar sig med hjälp av ultraljud.

100 dB

120 dB

130 dB

160 dB

gråt

rockkonsert

Formel 1-tävling

explosion

21

+ Ekolod används på många sätt Vid ekolodning sänder man ultraljud i vattnet. Ultraljudet reflekteras tillbaka från en fast punkt. När man mäter den tid det tar för ljudvågorna att färdas fram och tillbaka kan man beräkna avståndet till föremålet.

Ekolodning används i båtar för att mäta vattendjupet.

Man kan även mäta avståndet till många andra föremål med hjälp av ultraljud.

Ultraljud är inte skadligt för vävnaderna. En ultraljudsundersökning är smärtfri och tillförlitlig. Därför används ultraljud ofta när man undersöker foster.

Ultraljud som sänds ner i vatten reflekteras från ett fiskstim och från bottnen. Man mäter den tid det tar för ljudvågorna att färdas fram och tillbaka. Med hjälp av den uppmätta tiden kan man sedan beräkna avståndet till fiskstimmet och till botten.

22

Vågrörelse

Uppgifter 17. a) Vad är ljud? b) Vilket är människans hörselområde?

18. Räkna upp instrument som alstrar ljud a) genom att ett membran svänger b) luften svänger i ett rör i instrumentet c) genom att en spänd sträng svänger.

19. a) Två gitarrsträngar svänger. Frekvensen för den ena är 340 Hz och för den andra 150 Hz. Vilkendera sträng ger en högre ton?

Motivera. b) Vilka faktorer påverkar gitarrsträngens tonhöjd?

20. a) Vilken enhet har ljudstyrka? b) Vad är buller?

2

25. Du ropar i en mörk skog. Du hör att ekot svarar på ditt rop efter 2 sekunder. Du ser inte klippan. Räkna ut hur långt borta klippan är.

26. Ta reda på hur en parkeringsradar fungerar.

27. Ta reda på vad tinnitus betyder. Hur uppkommer tinnitus och vilka besvär får man?

28. Ta reda på vad hörlurar med bullerreducering är.

29. Undersök hemma. Välj några likadana flaskor och fyll dem med olika mängd vatten. Blås över flaskmynningen. Fyll på eller minska mängden vatten så att du kan göra ett instrument av dem.

21. Ange i decibel hur starkt ljudet är a) i en hårtork b) vid en livligt trafikerad väg c) under en rockkonsert.

22. a) Hur kraftigt ljud kan skada hörselorganen? b) Ge tre exempel på situationer då man kan utsättas för ett så kraftigt ljud.

23. På vilket avstånd är blixtnedslaget då man hör åskan mullra 6 sekunder efter blixten?

24. I vilka situationer ska man använda hörselskydd? Ge tre exempel.

2 En oscillator alstrar ljud

23

3

Ljuset färdas i en rät linje

Ljus behövs för att man ska kunna se. Man kan se ett föremål bara om det själv sänder ut ljus eller om det reflekterar ljus.

I ett mörkt rum ser du ingenting. När du tänder en ficklampa ser du lampan som lyser samt de föremål som träffas av ljuset.

Bakom föremålen ser du skuggor.

Hur bildas en skugga?

För att kunna se behöver man ljus Utan ljus ser du inte. Solen och andra stjärnor samt olika typer av lampor, brasor och levande ljus sänder ljus. Alla kroppar som har en tillräckligt hög temperatur är ljuskällor.

Du kan se också föremål som inte är ljuskällor – om de reflekterar ljus. Ett ljust föremål reflekterar ljus bra. Vanligtvis reflekterar ett föremål endast en del av det ljus som träffar dess yta och resten absorberas (upptas) av föremålet. Om föremålet inte alls reflekterar ljus är det helt svart. Man kan se ett svart föremål om det finns ljus i omgivningen kring föremålet – och om det ljuset når iakttagarens ögon.

Om ljuset går igenom föremålet är föremålet genomskinligt (transparent). Fönsterglas är ett bra exempel. Vanligtvis går inte allt ljus genom fönsterglaset utan glaset reflekterar en del av ljuset.

Om glaset inte alls skulle reflektera ljus, skulle man inte kunna se det.

Ljuset träffar ett föremål När ljus träffar ett föremål kan föremålet reflektera eller absorbera ljuset. Ljuset kan gå också igenom föremålet. Ofta inträffar alla de här tre fenomenen på en och samma gång.

En ljuskälla är en kropp som sänder ut ljus. De övriga kropparna reflekterar ljus eller är genomskinliga. Föremålen är synliga på grund av att de reflekterar ljuset som sänds från ljuskällan. Ett genomskinligt föremål reflekterar också till en viss grad ljus. Därför kan man se ett rent fönsterglas.

24

Vågrörelse

Ljuset rör sig rätlinjigt (rakt fram, i en rät linje). När en ljuskägla från en smal ljuskälla rör sig genom ett dammoln reflekterar dammpartiklarna ljus. Ljuskäglan är rätlinjig.

Ljusstrålen är en modell Du kan endast se ljuset från ficklampan om du riktar det genom ett dammigt eller rökigt utrymme. Dammpartiklarna och de små sotpartiklarna i röken reflekterar ljuset. I verkligheten ser du damm- och sotpartiklarna. Ljuset som de reflekterar bildar en ljuskägla.

I ljuskäglan ser du att ljuset färdas framåt rätlinjigt. En enkel och bra modell som beskriver ljusets färd är ljusstrålen.

Ljuskäglan som de synliga partiklarna reflekterar kallas i dagligt tal för ljusstråle. Men inom fysiken är en ljusstråle en modell – ett ritat streck som beskriver ljusets färd.

Eftersom ljuset färdas rätlinjigt framåt når det inte bakom ett ogenomskinligt föremål. Bakom föremålet bildas en skugga. Skuggans konturer följer föremålets konturer.

Solförmörkelse

Solen Månen Jorden

Om månen är mellan jorden och solen inträffar solförmörkelse.

Då kan man observera en fullständig solförmörkelse på det lilla området med kärnskugga.

Skuggan är ett område utan ljus Ljuset färdas i en rät linje och når därför inte bakom föremål. Bakom ett föremål bildas därför en skugga.

Solförmörkelse

kärnskugga

kärnskugga

halvskugga

halvskugga

kärnskugga

Ljuset går inte igenom ett föremål. En punktbelysning alstrar en tydligt markerad kärnskugga bakom föremålet. Om ljuskällan är stor skapas det bakom föremålet förutom kärnskugga också en halvskugga.

1 En våg färdas framåt – materien i vågen inte kärnskugga

25

Belysningen minskar då avståndet ökar Du riktar ficklampans ljus först mot en vägg i närheten och sedan mot en vägg längre bort. Du ser att det belysta området på väggen nära dig är litet och tydligt. Området på väggen längre bort är däremot stort och otydligt.

Belysningen minskar då avståndet från ljuskällan ökar. Ljuset försvinner inte på vägen. På grund av att det belysta området växer fördelas ljuset över en större yta. Belysningen uttrycker hur väl belyst det föremål eller det område man ser på är.

Belysning Belysning är den storhet som beskriver belysningens styrka och enheten är lux (lx).

Belysningen minskar då avståndet ökar. Ljuset från ljuskäglan fördelas över en större yta. Ljuskäglan syns i dimma eller dammig luft.

Belysningen mäts med en belysningsmätare. Belysningsenheten en lux motsvarar hur mycket ett levande ljus i ett mörkt rum lyser på ett föremål som finns på en meters avstånd.

Belysningen från ett levande ljus är cirka 9,8 lux på ett avstånd på 32 centimeter från lågan.

0,2 lx

30 lx

300 lx

500 lx

ett landsskap belyst av fullmåne

allmänbelysning utomhus

i klassrum

när man skriver, läser eller sitter vid datorn

26

Ljusets färg beror på våglängden Solljuset är vitt ljus. När vitt ljus färdas genom ett prisma delas ljuset upp i färger. Ljuset som reflekteras från ytan på dvd- och cd-skivor kan delas upp i färger. Det vita ljuset består alltså av olikfärgat ljus.

Man kan se att ljuset delas upp i prismat och blir rött, orange, gult, grönt, blått, indigo och violett ljus. Den här färgfördelningen kallas ljusets spektrum.

Varje färg i spektret har olika våglängd. Det violetta ljusets färdriktning ändras mest i prismat. Det violetta ljusets våglängd är kortast. Det röda ljusets färdriktning ändras minst. Det röda ljusets våglängd är längst.

Vitt ljus Vitt ljus består av olika våglängder. När ljuset delas upp i våglängder, ser man dessa som olika färger.

Ett prisma är en kropp av glas vars botten har en triangelform.

Ljuset som passerar prismat sprids i olika färger. Det violetta ljusets riktning förändras mest och det röda ljusets minst.

Man anser att ett föremål har den färg som syns i vitt ljus. Ett vitt föremål reflekterar ljusets alla färger. Ett svart föremål absorberar alla färger som finns i vitt ljus. Inget föremål är trots allt helt svart i ljus. I mörker är däremot alla föremål svarta för de träffas inte av något ljus.

Ett föremål som reflekterar rött ljus ses i vitt ljus som rött. De andra våglängderna (färgerna) i vitt ljus absorberas av föremålet som ser rött ut.

Många färger uppstår genom att ett föremål reflekterar flera av ljusets färger. Människan uppfattar de olika färgerna som reflekteras från föremålet som en färg, till exempel grön.

Ljuset som reflekteras i en dvd-skiva sprids i många olika färger.

5 000 lx arbete som kräver speciell noggrannhet

10 000 lx

100 000 lx

en vanlig molnig dag

vid starkt solljus, punktbelysning i en operationssal

27

+ Ljusets hastighet är den högsta möjliga hastigheten Både ljus och ljud är vågrörelser men de är till sin natur mycket olika. Ljudet behöver alltid något medium där det kan färdas – ljud kan inte färdas i vakuum. Däremot kan man se solen och stjärnorna fast det är nästan lufttomt i rymden. Ljuset kan alltså färdas både i tomrum och i materia.

Ljusets hastighet är beroende av den materia där ljuset färdas. I luft är ljusets hastighet densamma som i vakuum, 300 000 km/s. I annan materia färdas ljuset lite långsammare. I vatten är ljusets hastighet till exempel cirka 230 000 km/s.

Ljusets egenskaper Ljuset är en transversell vågrörelse.

Ljusets hastighet i luft är 300 000 km/s.

Man upplever färgerna i hjärnan För att man ska uppleva färg behövs ljus som träffar ögat. Ljuset kan antingen komma från en ljuskälla eller reflekteras från den yta man betraktar. Färgupplevelsen är förmågan att urskilja de olika färgerna i det ljus som träffar ögat. Hur ljusets färger och hur tryckfärgernas färger bildas förstås på olika sätt.

Ljusets olika färger åstadkoms med tre ljus: rött (R), grönt (G) och blått (B). De kallas huvudfärger. Med hjälp av huvudfärgerna åstadkommer man de andra färgupplevelserna.

Huvudfärgerna i tryckfärg är gult, cyan och magenta.

De andra färgerna fås som kombinationer av huvudfärgerna. Tryckfärgerna subtraherar (tar bort) olika färger (alltså ljusets olika våglängder) från det ljus som skickas från ljuskällan. Ytan absorberar en del av ljusets våglängder och reflekterar de återstående färgerna i våra ögon.

Den tryckta gula färgen uppkommer så att den blåa färgen som finns i det vita ljuset absorberas av tryckfärgen. Den återstående gröna och röda färgen reflekteras i ögat och blandningen av dem upplevs som gult.

gul vit R magenta

G B cyan

Ljusets huvudfärger är rött (R), grönt (G) och blått (B). De andra färgerna fås som kombinationer av huvudfärgerna.

Huvudfärgerna bildar tillsammans det vita ljuset. Cyan är en turkosblå färg och magenta en purpurröd färg. blå C

grön

M

Y

röd

svart

Huvudfärgerna i målarfärger och tryckfärger är gult, cyan (turkosblått) och magenta (purpurrött). De andra färgerna fås genom deras samverkan. Då alla huvudfärger samverkar får man svart.

28

Vågrörelse

Uppgifter 30. Vilka av följande föremål är ljuskällor och vilka reflekterar ljus: en bok, ett dricksglas, ett brinnande levande ljus, månen, en hund, solen, en lampa, ett tomtebloss, ett trafikljus.

31. Hur bildas en skugga?

32. Varför syns inte ficklampans ljuskägla i klart ljus men nog i dimma eller regn?

37. Varför ser du ett ljusblått papper framför en ljus vägg men inte ett svart papper framför en svart vägg? +38. Varför

ser a) bananen gul ut i vitt ljus b) paprikan röd ut i vitt ljus?

+39. Beräkna

hur många gånger ljuset skulle hinna passera runt jordklotet på en sekund. Jordens omkrets är cirka 40 000 km.

33. Bilda fyra vettiga meningar av följande ord.

Använd orden i varje kolumn endast en gång.

Belysningen Ljuset Prismat Ett transparent

färdas ändras föremål sprider

släpper igenom rätlinjigt ljus då avståndet

34. a) Vilken enhet har belysning? b) Hurdan belysning är lämplig då du arbetar vid skrivbordet? Hurdan belysning är lämplig för en kirurg som opererar? c) Man belyser ett papper med en ficklampa på en halv meters avstånd. Hur förändras belysningen på pappersytan då pappret flyttas längre bort från ficklampan?

3

i färger. i materia. ljuset. ökar.

40. Undersök hemma. Sök på internet information om hur man gör olika djurformade skuggbilder med händerna (använd till exempel sökordet "shadow puppet"). Öva dig att göra någon skuggbild.

35. Vad betyder a) kärnskugga b) halvskugga?

36. Rita en bild och förklara hur en solförmörkelse uppstår.

3 Ljuset färdas i en rät linje

29

4

Ljuset reflekteras från en spegel

Du ser dig själv i badrumsspegeln. Alla föremål i badrummet omkring dig ser i spegeln likadana ut som i verkligheten. Du kan anta att även du ser likadan ut. Trots att bilden är en spegelbild kan du kamma ditt hår.

Du minns att speglarna i lustiga huset på nöjesfältet förvrängde din bild på ett roligt sätt.

I vissa speglar var du lång och mager, i andra kort och rund.

Varför ser din spegelbild olika ut i olika speglar?

Reflexionsvinkeln är lika stor som infallsvinkeln Ljuset reflekteras i spegeln på samma sätt som en ishockeypuck som rör sig längs isen och sedan studsar från rinkens sida. Den vinkel pucken har när den lämnar rinkens vägg är lika stor som den vinkel den har när den träffar väggen.

Om du riktar en ficklampas ljus mot spegeln har det reflekterade ljuset en lika stor vinkel som det ljus som träffar spegeln. För att man ska kunna beskriva reflexionen exakt bestämmer man riktningen för det inkommande och det reflekterade ljuset. Man undersöker ljusets reflexion i förhållande till den reflekterande ytans normal. Ytans normal är en rät linje som står vinkelrätt mot den reflekterande ytan.

Infallsvinkeln är vinkeln mellan den infallande ljusstrålen och den reflekterande ytans normal. Infallsvinkeln är vinkeln mellan den infallande ljusstrålen och den reflekterande ytans normal.

Reflexionslagen beskriver hur reflexionen sker.

Reflexionslagen

e land infal råle t ljuss

Om ljusstrålens infallsvinkel är 20 grader är reflexions­ vinkeln också 20 grader.

30

Vågrörelse

infallsvinkel

ytans normal

refle k ljuss terad tråle

När ljus reflekteras är ljusets reflexionsvinkel lika stor som ljusets infallsvinkel.

reflexionsvinkel

reflekterande yta

Bilden i en plan spegel är lika stor som föremålet En vanlig väggspegel är en plan spegel. Dess yta är plan. Spegeln släpper inte igenom ljus utan reflekterar det. Parallella ljusstrålar reflekteras parallellt i en plan spegel. Därför är bilden som syns i en plan spegel likadan som föremålet. I spegelbilden har bara höger och vänster sida bytt plats. Om du rör på din högra hand ser det ut som om den vänstra handen skulle röra sig.

Exempel 1 Man använder periskop i bland annat ubåtar.

När ubåten är under vattenytan kan man använda periskopet till att titta på båtar som rör sig på havet. Förklara med hjälp av bilden hur ett periskop fungerar. spegel

objekt

För att få en spegelbild behövs ljus I spegeln ser du bilden av din egen hand när ljuset som reflekteras från handen träffar spegelns yta och sedan reflekteras i dina ögon. Du ser en bild av föremålet endast om själva föremålet lyser eller om det reflekterar ljus. Spegeln reflekterar ljus, trots att ljuset ser ut att komma in i ögat från spegelns baksida. Bilden kallas skenbild (virtuell bild) eftersom bilden skapas av ljusstrålarnas förlängningar (se bilden nere till höger).

spegel

Lösning I vardera ändan av det långa periskopröret finns snedställda plana speglar. Periskopets funktion bygger på reflexionslagen. Ljuset från det föremål man iakttar reflekteras från den övre spegeln in i röret.

Från spegeln i rörets nedre del reflekteras ljuset in i åskådarens ögon. Objektet syns rättvänt eftersom ljuset från det iakttagna objektet reflekteras genom två speglar i åskådarens ögon. Den första spegeln visar bilden felvänd men den andra vänder den rätt.

Den bild som reflekteras från en plan spegel är lika stor som det speglade föremålet. I spegelbilden ser det ut som om personens högra hand är hans vänstra hand.

Då en plan spegel träffas av parallella ljusstrålar reflekteras de enligt reflexionslagen parallellt från spegeln. Därför har bilden som syns i en plan spegel samma storlek och form som föremålet. Ljuset verkar komma från baksidan av spegeln in i ögonen.

Bilden kallas virtuell bild eller skenbild därför att bilden skapas av ljusstrålarnas förlängning, inte av själva ljusstrålarna.

skenbild

inkommande ljus

imaginär förlängning av ljusstrålarna

öga reflekterande ljus

spegel

1 En våg färdas framåt – materien i vågen inte

31

En konkav spegel samlar ljuset Förutom plana speglar finns det buktiga, krökta, speglar. De är antingen konkava eller konvexa.

Konkava speglar buktar in. Till exempel insidan av en metallsked är en konkav spegel. I en konkav spegel är insidan av den buktiga ytan reflekterande.

De parallella ljusstrålarna som träffar en konkav spegel samlas i en brännpunkt (se nere på sidan). Benämningen brännpunkt kommer från att solens ljus kan antända ett papper som placeras precis i den här punkten. Eftersom parallella strålar inte reflekteras parallellt i en konkav spegel är den bild den konkava spegeln återger inte lika stor som själva föremålet.

Bilden som en konkav spegel återger kan vara antingen förstorad eller förminskad. Bildens storlek beror på hur långt från spegeln föremålet är. Föremål som är nära spegeln förstoras, det vill säga spegelbilden är större än själva föremålet.

En konkav spegel har många användningsområden Den förstorande egenskapen hos en konkav spegel är mycket användbar. Detaljerna syns bättre i en större bild och därför använder man en förstorande konkav spegel när man sminkar eller rakar sig. Tandläkaren använder också en konkav spegel, när hon eller han undersöker dina tänder. De förstorande speglarna på nöjesfälten är också konkava.

Den konkava spegelns förmåga att samla ljus kan utnyttjas till och med då man värmer upp mat.

Maten blir färdig av solens värmande ljus om man placerar matlagningskärlet i spegelns brännpunkt.

Solljus som reflekterats från en konkav spegel har till och med startat eldsvådor. Enligt sägen tände antikens greker eld på fiendens träskepp genom att med stora konkava speglar rikta solljuset mot skeppen.

En konkav spegel samlar de parallella ljusstrålarna i en brännpunkt. På motsvarande sätt reflekterar den ljuset från en lampa som befinner sig i brännpunkten som en parallell ljuskägla. Den här egenskapen utnyttjas i många armaturer (belysningsapparater), ficklampor och billampor.

Konkav spegel En konkav spegel samlar de parallella ljusstrålarna i en brännpunkt.

En konkav spegel får ett föremål som är nära spegeln att se större ut.

När ansiktet är nära en konkav spegel bildar det reflekterade ljuset en förstorad bild av ansiktet.

Parallella ljusstrålar som träffar en konkav spegel samlas i en brännpunkt.

reflekterad ljusstråle infallande ljusstråle

axel

brännpunkt

32

Vågrörelse

konkav spegel

Bilens backspeglar är konvexa. Konvexa speglar reflekterar ljuset så att bilden alltid är rättvänd och förminskad. Tack vare det ser bilföraren ett större område i backspegeln.

Spegelglas innehåller en konvex spegel. Om du tittar på en person som bär solglasögon med spegelglas ser du en förminskad bild.

En konvex spegel sprider ljusstrålarna

En konvex spegel används som en övervakningsspegel

Konvexa speglar buktar ut. Utsidan av en metallsked är till exempel en konvex spegel. En blank julgranskula är också en konvex spegel.

En konvex spegel samlar inte ljus som en konkav spegel utan sprider det. Ett parallellt ljusknippe som träffar en konvex spegel reflekteras i spegeln och sprids över ett brett område. Om man ritar förlängningar på de reflekterade strålarna bakom spegeln, möts de i samma punkt bakom spegeln. Eftersom de verkliga ljusstrålarna reflekteras men strålarnas förlängning möts bakom spegeln, kallas den här punkten skenbar brännpunkt (se nere på sidan).

Med hjälp av en konvex spegel kan man se ett stort område förminskat eftersom spegeln reflekterar ljus i ögonen från ett brett område. Därför används en konvex spegel till exempel som övervakningsspegel i butiker. Bilarnas backspeglar är också konvexa, vilket gör att bilföraren ser hela vägområdet i spegelns förminskade bild. I nöjesfältens konvexa speglar ser du mindre ut än i verkligheten.

Konvex spegel En konvex spegel samlar inte ljuset utan sprider de parallella ljusstrålarna.

I en konvex spegel möts ljusstrålarnas förläng­ ningar i en skenbar brännpunkt.

Med hjälp av en konvex spegel kan du se ett stort område förminskat. plan spegel

Ett knippe parallella ljusstrålar som träffar en konvex spegel reflekteras enligt reflexionslagen. Strålarna som sedan reflekteras från spegeln är inte längre parallella. Spegelbilden har varken samma storlek eller samma form som föremålet.

konvex spegel

Ljuset från en plan spegel kommer endast från ett litet område. Synfältet är smalt.

reflekterad ljusstråle ljusstrålarnas förlängning infallande ljusstråle skenbrännpunkt

Ljuset från en konvex spegel träffar ögat från ett brett område. Synfältet är brett.

En konvex spegel reflekterar de parallella ljusstrålarna som träffar spegeln i olika riktningar på ett brett område. Förlängningarna av de reflekterade ljusstrålarna möts bakom spegeln i skenbar brännpunkten.

konvex spegel

1 En våg färdas framåt – materien i vågen inte

33

+ Du kan laga mat med ett solkök Om solljuset koncentreras med hjälp av en konvex spegel kan man åstadkomma en temperatur på 100–200 grader i brännpunkten. Då kan man laga mat. Om spegelns diameter är en och en halv meter motsvarar solkökets effekt vid klart solljus en elspis.

Olympiaelden tänds med hjälp av en konvex spegel på berget Olympos i Grekland.

Den spridda reflexionen gör det möjligt att se föremål Ett parallellt knippe av ljusstrålar reflekteras från en plan yta parallellt. Om ytan är ojämn reflekteras inte de parallella ljusstrålarna parallellt. Det uppstår en diffus reflexion (ljuset reflekteras åt olika håll). På torr asfalt sker en diffus reflexion av ljus. På en våt asfaltyta finns en jämn vattenyta som reflekterar ljuset på samma sätt som en spegel. Därför ser våt asfalt klarare ut.

Om pappret i boken är för slätt förekommer det inte lika mycket diffus reflexion. Det gör att pappret reflekterar ljus på ett störande sätt och läsandet blir besvärligt.

34

Vågrörelse

torr asfalt

våt asfalt

En stilla vattenyta reflekterar ljuset på samma sätt som en plan spegel. Därför ser man spegelbilder på vattenytan. Från en vågig vattenyta sker däremot en diffus reflexion. Då försvinner spegelbilden.

Uppgifter 41. Rita i ditt häfte a) en plan spegel b) en konkav spegel c) en konvex spegel.

Markera på varje bild från vilket håll ljuset träffar spegeln.

42. Berätta till vad man använder a) en plan spegel b) en konkav spegel c) en konvex spegel.

43. Vad innebär reflexionslagen?

Rita och förklara.

44. Var på bilden hittar du följande? (Vilken är A, vilken B och så vidare?) a) ytans normal b) den infallande ljusstrålen c) infallsvinkeln d) reflexionsvinkeln e) en reflekterad ljusstråle?

D A

E B

C

45. Ljuset träffar spegelytan med en vinkel på a) 20° b) 55°.

Rita för både a) och b) en bild där man ser ljusets infallsvinkel, reflexionsvinkel och ytans normal.

4

46. Ett levande ljus brinner på en meters avstånd från en plan spegel. a) Du ser ljusflamman i spegeln. Träffar ljuset dina ögon – från spegelytan – från en meters avstånd bakom spegeln – från mellanrummet mellan spegeln och ljuset eller – från ett annat ställe? b) Varifrån verkar ljuset komma? c) Var finns bilden av det levande ljuset som spegeln skapat?

47. Ta reda på vad ett periskop är. Beskriv med hjälp av reflexionslagen hur ett periskop fungerar.

48. Elevens anteckningar är otydliga. Vad tror du ska stå i rutorna markerade med A, B och C? Infallsvinkel

Reflexionsvinkel

20°

20°

35°

A

B

54°

70°

C

49. Undersök hemma. Försök styra tv:n genom att tillämpa reflexionslagen.

Tv:ns fjärrkontroll fungerar med infrarött ljus.

Det infraröda ljuset reflekteras från väggen enligt reflexionslagen. Därför kan du stänga av tv:n också från ett närliggande rum, om du riktar fjärrkontrollen på ett rätt sätt.

4 Ljuset reflekteras från en spegel

35

5 Ljuset bryts vid ytan mellan två medier

När du doppar en sked i vatten ser det ut som om den skulle vara bruten vid vattenytan. Det ser ut som om föremålens placering ändrats.

Det verkar även som om skedens storlek skulle ändras under vattnet. Om en människa står i vatten ser hennes ben kortare ut än de är i verkligheten.

Varför bryts skeden vid vattenytan?

Ljusets riktning ändras i gränsytan mellan medierna När ljuset kommer från luften till vattenytan reflekteras en del av ljuset tillbaka till luften och en del går i vattnet. Ljuset reflekteras enligt reflexionslagen med samma vinkel som den träffar ytan. Ljuset som går ner i vattnet ändrar riktning när det träffar gränsytan mellan luften och vattnet. Ändringen av ljusets färdriktning kallas ljusets brytning. Trots att ljuset både reflekteras och bryts vid gränsytan undersöker man brytningsfenomenet separat för enkelhetens skull.

När vi tittade på ljusets reflexion definierade vi ytans normal, infallsvinkel och reflexionsvinkel.

Ljusets brytning definieras på samma sätt. normal infallande ljusstråle

infallsvinkel luft bruten ljusstråle brytningsvinkel

När ficklampans ljus träffar gränsytan mellan luft och vatten reflekteras en del av ljuset och en del bryts.

Fenomenet kan beskrivas enklare om man använder en ljusstråle som modell för ljuset.

Ljuset syns i dammig luft.

36

Vågrörelse

vatten

1

2 45°

3 45°

45°

luft

luft

luft

glas

vatten

diamant 32°

28°

17°

Hur ljuset bryts beror på vilka medier som bildar gränsytan där ljuset bryts. Ljuset bryts mer vid gränsytan mellan luft och glas (bild 1) än vid gränsytan mellan luft och vatten (bild 2). Ljuset bryts ännu mer vid gräns­ytan mellan luft och diamant (bild 3). Den infallande och den brutna ljusstrålen är ritade med olika färger.

Brytningsvinkeln beror på mediet

Exempel 1

Infallsvinkeln är vinkeln mellan den infallande ljusstrålen och den brytande ytans normal (dvs. en rät linje som står vinkelrätt mot ytan). Brytningsvinkeln är vinkeln mellan den brutna ljusstrålen och ytans normal.

Ljuset bryts dvs. dess färdriktning ändras vid ytan mellan medierna. När ljuset kommer snett från luften till glaset bryts det mot normalen.

Infallsvinkeln är större än brytningsvinkeln. När ljuset kommer från glaset till luften bryts det bort från normalen. Ändringen i färdriktning beror på vilka medier som bildar gränsytan där ljuset bryts. Ljuset bryts mer då det kommer från luften till glaset jämfört med då det kommer från luften till vattnet. Ljuset bryts ännu mer vid gränsytan mellan luft och diamant.

Ljuset rör sig från luften till vattnet enligt bilden.

Markera på bilden ytans normal, infallsvinkel och brytningsvinkel.

luft vatten

Lösning Vi ritar ytans normal (den streckade linjen) genom vattnet. Ljusets infallsvinkel α är vinkeln mellan strålen från luften och normalen och brytningsvinkeln β är vinkeln mellan ljusstrålen som går till vattnet och normalen.

När ljuset kommer snett från luften till vattnet bryts ljuset mot normalen.

luft vatten

När ljuset kommer snett från vattnet till luften bryts ljuset bort från normalen.

1 från luft till glas

infallande ljusstråle

luft glas bruten ljusstråle

När ljuset träffar glaset från luften (bild 1), bryts den mot normalen. När ljuset träffar luften från glaset (bild 2), bryts den bort från normalen.

normal bruten ljusstråle

bruten ljusstråle brytningsvinkel

2 från glas till luft

normal

infalls- normal vinkel

infallande ljusstråle

luft glas infallande ljusstråle 1 En våg färdas framåt – materien i vågen inte

37

Det sker en parallellförskjutning av ljuset i jämntjockt glas

Vid totalreflexion kan inte ljuset tränga genom ytan

När ljuset färdas genom en jämntjock glasskiva (bild 1), bryts det vid glasets båda ytor. När ljuset kommer från luften till glaset bryts ljuset mot normalen. Inne i glaset färdas ljuset i en rät linje. När ljuset kommer från glaset till luften bryts ljuset bort från normalen. Ljusets riktning efter glaset är densamma som den var före glaset. Ljusets riktning har endast förskjutits i sidled något. Det här fenomenet kallas parallellförskjutning.

Om glasskivan inte är jämntjock (bild 2) är ljuset som kommer från glaset inte parallellt med det inkommande ljuset. Bl.a. linsers funktion grundar sig på den här förändringen av ljusets riktning.

När ljuset färdas från vatten till luft är ljusets infallsvinkel mindre än brytningsvinkeln. Ljuset bryts bort från normalen. Allt ljus går inte till luften utan en del av ljuset reflekteras tillbaka till vattnet. När ljusets infallsvinkel ökar, ökar den ljusmängd som reflekteras tillbaka till vattnet och den reflekterade strålen blir klarare. När infallsvinkeln är tillräckligt stor passerar ljuset inte längre gränsytan utan allt ljus reflekteras tillbaka i vattnet. Det här fenomenet kallas totalreflexion.

1

ljuset träffar glaset från luften luft

Totalreflexion kan inträffa när • ljuset träffar gränsytan mellan två medier med en tillräckligt stor infallsvinkel • ljuset bryts bort från normalen vid mediernas gränsyta.

glas

ljuset träffar luften från glaset

parallellförskjutning

Ljuset har samma riktning efter ett jämntjockt glas som före glaset.

Totalreflexion sker inte om ljuset kommer från luften till vattnet. Det beror på att ljuset bryts vid ytan mellan luft och vatten mot normalen. Ljuset måste komma från vattnet till luften. På motsvarande sätt kan totalreflexion även inträffa när ljuset kommer från glas till luft.

2 ljuset träffar glaset från luften luft glas

ljuset träffar luften från glaset

Om glasskivan inte är jämntjock får ljuset en annan riktning efter glaset än vad det har före glaset.

38

Vågrörelse

När ljuset kommer från vatten och träffar gränsytan mellan luft och vatten reflekteras en del av ljuset och en del bryts till luften.

Bilden visar ljusets infallvinklar och motsvarande brytningsvinklar. När brytningsvinkeln är tillräckligt stor reflekteras allt ljus tillbaka till vattnet. Ljuset totalreflekteras.

infallande ljusstråle

bruten ljusstråle

normal

luft

luft vatten

normal

vatten

bruten ljusstråle

?

infallande ljusstråle

luft vatten

A

När ljuset kommer från luft till vatten bryts ljuset mot normalen. Oberoende av hur stor infallsvinkeln är totalreflekteras ljuset inte.

Ljuset totalreflekteras om infallsvinkeln är tillräckligt stor. Gränsvinkeln för totalreflexion mellan vatten och luft är 49°.

Fisken A ser fisken B:s bild ovanför vattnet. Ljuset som reflekteras från fisken B totalreflekteras i ytan mellan vatten och luft och då syns fisken B:s bild ovanför vattenytan.

När ljuset kommer från vatten till luft bryts ljuset bort från normalen.

Totalreflexion kan äga rum om infallsvinkeln är tillräckligt stor.

En diamant är en vacker smyckesten

B

Regnbågen bildas i vattendropparna

+

solljus violet röd solljus violet

rådiamant

slipad diamant

En diamant måste slipas så att ljuset totalreflekteras på diamantens baksida. Då strålar diamanten och man får en vacker smyckesten. Om baksidan är felslipad totalreflekteras ljuset inte. I så fall reflekteras endast en del av ljuset på diamantens framsida och diamanten är inte klar.

röd

En regnbåge bildas när solljuset bakom en åskådare reflekteras i vattendroppar framför åskådaren. Vanligtvis ser man regnbågen i luftens vattendroppar men man kan även se den till exempel i vattenstrålen från en trädgårdsslang.

Solljuset bryts och totalreflekteras i vattendropparna och då riktas ljuset mot åskådarens ögon. Eftersom ljusets brytning beror på ljusets färg (våglängd) kan man urskilja de olika färgerna och se regnbågens färger.

1 En våg färdas framåt – materien i vågen inte

39

+ En halo uppstår i iskristaller Halofenomenet motsvarar ljusfenomenet regnbåge. En regnbåge uppstår alltid när solen är bakom åskådaren.

I halon är det tvärtom. Solen är framför åskådaren och halon bildas runt solen. Vanligtvis uppstår halon när solljuset reflekteras och bryts i iskristallerna som finns i atmosfären. Iskristallernas form påverkar formen och färgen hos halon. Man kan också se en halo runt månen eller till och med runt gatubelysning.

En hägring uppstår i gränsytan mellan het och kall luft När man åker bil på sommaren kan det se ut som om det skulle finnas en vattenpöl på en torr vägbana.

När man närmar sig försvinner vattnet. En sådan hägring beror på att ljuset från en blå himmel totalreflekteras i luftskiktet nära vägytan. Totalreflexionen beror på att den heta luften nära vägytan och den kallare luften ovanför bildar en totalreflekterande gränsyta.

Den optiska fiberns funktion grundar sig på totalreflexion Ljuset i en optisk fiber färdas längs en massiv glas- eller plastfiber. Ljuset totalreflekteras från fiberytan tillbaka till fibern. Ljuskablarna håller på att ersätta kopparkablarna i samband med informationsöverföring.

I en optisk fiber kan man överföra information med en betydligt högre kapacitet än med en kopparkabel. Optiska kablar används även inom medicin när man gör titthålsundersökningar (endoskopiundersökningar).

40

Vågrörelse

5

Uppgifter 50. a) Rita i ditt häfte en bild av hur ljuset bryts vid gränsytan mellan luft och vatten. b) Markera på bilden normalen, infallsvinkeln och brytningsvinkeln.

51. Namnge punkterna A, B, C, D, E, F och G på bilden.

D

A

E

C

B

55. Ljuset kommer från vattnet med en vinkel mot gränsytan mellan vatten och luft på a) 30° respektive b) 45°. Är brytningsvinkeln större eller mindre än infallsvinkeln? Rita en bild av båda fallen. Markera på bilden ljusets infallsvinkel, brytningsvinkel och ytans normal.

56. a) Hur många orangefärgade fiskar finns det i akvariet? b) I vilken punkt kan man se totalreflexion?

F G

52. a) Förklara vad ljusets totalreflexion är? b) När sker det här?

53. Vad betyder att ljuset är parallellförskjutet?

54. Eleverna undersöker ljusets brytning. I tabellen finns anteckningar från två separata undersökningar. Har ljuset kommit från luft till glas eller från glas till luft? Motivera. a) Infallsvinkel

Brytningsvinkel

20°

15°

35°

26°

50°

36°

b)

Infallsvinkel

Brytningsvinkel

20°

26°

25°

33°

30°

40°

+57. Har

du sett en hägring? I vilket sammanhang?

+58. Varför +59. Ta

glittrar diamanter?

reda på hur en regnbåge uppstår.

60. Undersök hemma. Sätt en penna i ett glas med vatten och flytta pennan från glasets sida till mitten av glaset. Rita en bild i häftet av det du ser. Vad beror fenomenet på?

1 En våg färdas framåt – materien i vågen inte

41

6

Linser förstorar eller förminskar

När du tittar på olika personer som har glas­ ögon ser du att en del har ögon som verkar förminskade och andra förstorade. Vissa glasögon verkar vara tjocka i mitten och tunna i kanten. Andra är tunna i mitten och tjocka vid kanterna. Vissa glasögon kan du använda som förstoringsglas och vissa inte.

Hurdana glasögon förstorar ögonen?

En konvex lins samlar ljuset Linser är genomskinliga kroppar som är tillverkade av plast eller glas. Med hjälp av dem kan man få ljuset att antingen spridas eller riktas. Linsens förmåga att bryta ljus beror på dess form. Linserna klassas beroende på formen som konvexa eller konkava linser.

En konvex lins är tjockare i mitten än vid kanterna. En konvex lins samlar ljuset, när ljuset som träffar linsen bryts vid linsens ytor. Om ljuset träffar linsen i axelns riktning, samlar linsen ljuset i brännpunkten som är bakom linsen. Brännpunktens avstånd från linsens mittpunkt är linsens brännvidd.

Eftersom en konvex lins samlar ljuset kan den användas som ett brännglas. Konvexa linser används också i många apparater för att skapa bilder. Konvexa linser används till exempel i kameror, kikare och dataprojektorer. Människoögat har också en konvex lins, som skapar en bild av det betraktade föremålet på näthinnan.

Konvex lins En konvex lins som är tjockare på mitten är en lins som samlar ljus.

En konvex lins samlar ljuset.

Ljuset bryts vid linsens båda ytor och riktas mot linsens brännpunkt. Linsens axel är vinkelrät mot linsen. Brännvidden är avståndet mellan brännpunkten och linsens mittpunkt.

konvex lins infallande ljusstråle linsens huvudaxel

normal dvs linsens optiska medelplan

brännpunkt brännvidd bruten ljusstråle

42

Vågrörelse

Ett dricksglas och vatten fungerar som en konvex lins. Om du har ett glas med vatten och tittar genom det på ett svart och vitt paper papper ser det ut som färgerna bytt plats.

Vattendroppen som en konvex lins.

En konkav lins sprider ljus En konkav lins är tunnare i mitten än vid kanterna.

En konkav lins sprider ljus. Både konkava och konvexa linser används i glasögon.

Man beskriver enklast ljusets brytning i linser genom att rita ljusstrålarna så att de bryts i mitten av linsen. I verkligheten bryts ljuset vid båda linsytorna.

vattenyta

Konkav lins botten ljus

En konkav lins som är tunnare på mitten är en lins som sprider ljus.

ljus

Vågorna vid vattenytan är som linser. De riktar ljuset till vissa ställen på bottnen. Då bildas ljusstrimmor på bottnen. När vågorna rör sig ändras mönstret.

konkav lins infallande ljusstråle linsens huvudaxel

skugga

bruten ljusstråle normal (linsens optiska medelplan)

En konkav lins sprider ljus.

Ljuset bryts vid linsens båda ytor och riktas mot ett brett område.

1 En våg färdas framåt – materien i vågen inte

43

Hur skapas bilden i en konvex lins En konvex lins skapar en bild av det lysande föremålet. Bilden kan göras mycket tydlig på en skärm när skärmen är på ett lämpligt avstånd. Bilden skapas genom att de ljusstrålar som kommer från föremålet och passerar linsen möts på skärmen.

Bildens plats kan bestämmas experimentellt men den kan även bestämmas med hjälp av en ritning.

Man kan konstruera bilden genom att rita ljusstrålar. Ritmetoden som visas här intill kan endast användas för tunna linser.

Vi undersöker en situation där föremålet är på linsens huvudaxel och på långt avstånd från linsen.

Man kan av teckningen se att bilden av föremålet är upp och ner och mindre än föremålet. Bildens storlek beror på hur långt borta föremålet är från linsen.

Från spetsen av ett föremål, till exempel ett levande ljus, sprids ljus åt alla håll. En del av ljusstrålarna går genom linsen och bryts i linsen. De ljusstrålar som går från spetsen av det levande ljuset bildar en bild av spetsen och den kan göras synlig på en skärm. På motsvarande sätt bildar ljusstrålarna som går från vilken som helst punkt på det levande ljuset en bild av just den punkten.

44

Vågrörelse

Ritinstruktioner (1)

brännpunkt linsens huvudaxel

föremål

brännpunkt

1. Rita först en ljusstråle (1) som går parallellt med linsens huvudaxel från föremålets spets. Den här ljusstrålen bryts så att den går genom en brännpunkt på linsens andra sida. I verkligheten bryts ljuset vid linsens båda ytor, men för enkelhetens skull lönar det sig att rita ljusstrålen så att den bryts på linsens optiska medelplan (mittlinje).

(1) (2) föremål

brännpunkt

brännpunkt B A

2. Rita sedan ljusstrålen (2) som går genom linsens optiska medelpunkt (mittpunkt). I verkligheten bryts även den här ljusstrålen vid vardera ytan, men du kan rita den så att den går rakt igenom linsen.

3. Ljusstrålarna (1) och (2) möts bakom linsen. I den här punkten skapas bilden av föremålets spets (punkt A).

När man förenar punkten (A) i pilens spets med punkten (B) på bilden får man en bild av pilens riktning.

4. När man jämför pilarna (föremålet respektive bilden) kan man avgöra bildens storlek och riktning.

Hur ritar man en bild som skapas av en konkav lins Eftersom en konkav lins sprider ljus, har den ingen reell brännpunkt. Ljusstrålarnas förlängningar som går genom linsen skär varandra i samma punkt.

Den här punkten kallas skenbar brännpunkt (virtuell bränn­punkt).

Platsen för bilden som skapas av den konkava linsen fås på motsvarande sätt som platsen för den konvexa linsens bild.

I ritningen kan man se att skenbilden är mindre än föremålet.

Ritinstruktioner

(1) linsens huvudaxel föremål skenbrännpunkt

1. Rita först en ljusstråle (1) som går parallellt med linsens axel från föremålets spets. Den här ljusstrålen bryts i linsen så att dess förlängning bakåt (streckad linje) går genom linsens skenbar brännpunkt.

(1)

föremål (2)

skenbrännpunkt

2. Rita sedan ljusstrålen (2) som går genom linsens mittpunkt. Den går rakt genom linsen.

(1)

föremål

skenbild

skenbrännpunkt

Den konvexa linsen skapar en förminskad och upp- och nervänd bild av blommor som är långt borta.

Den konvexa linsen skapar en förstorad, rättvänd skenbild av blommor som finns nära.

(2)

3. Ljusstrålen (2) och förlängningen av ljusstrålen (1) möts framför linsen. I den här punkten skapas en skenbild av föremålets spets.

En konkav lins förminskar.

1 En våg färdas framåt – materien i vågen inte

45

Ögat har också en konvex lins Människornas och djurens ögon skapar en bild av omgivningen. Ljuset som träffar ögat går först igenom hornhinnan, sedan förkammaren, pupillen och slutligen linsen. Från linsen går ljuset till näthinnan som finns på baksidan av glaskroppen i ögongloben. Hur ljusets bryts i ögonen påverkas av alla de nämnda delarna men bilden får sin skärpa genom linsen. Människan kan skärpa sin blick för att se nära eller långt bort genom att forma linsen med hjälp av ciliarmuskeln (en muskel som påverkar ögonlinsen). När musklerna pressar ihop linsen, blir linsen mer konvex och den bryter ljus mera.

Ljuset kommer in i ögat genom pupillen, som ser svart ut. Den svarta färgen beror på att nästan allt ljus som går genom pupillen absorberas av ögats näthinna och inte reflekteras.

En långsynt person behöver konvexa linser Ögonmusklerna kan bearbeta tjockleken i ögats lins så att människan ser tydligt på både kort och långt avstånd. Alla människor klarar det inte. Närsynthet och långsynthet är ganska vanliga brytningsfel.

En långsynt eller översynt (hyperop) person kan utan problem se objekt som finns på långt avstånd, men kan inte se föremål på nära håll tydligt. Långsynthet är vanligare hos äldre personer. Det beror på att ögonens ciliarmuskler kan försvagas med åldern. Det leder till att musklerna inte längre orkar pressa ögats lins så att den blir tillräckligt konvex.

Linsen kan även bli stelare hos äldre personer och då blir den svårare att bearbeta. Hos unga människor beror långsynthet vanligtvis på ögats form. Ögat är inte tillräckligt långt och då skapas inte bilden mot näthinnan.

Långsynthet kan korrigeras genom att man använder glasögon med lämpliga konvexa linser.

Glasögonens lins korrigerar ljuset som kommer i ögat så att ögats egen lins kan bryta ljuset på näthinnan.

46

Vågrörelse

näthinna blinda fläcken

hornhinna glaskropp lins

synnerv

pupill förkammare ciliarmuskel

En långsynt persons öga

Ett långsynt (översynt) människoöga kan inte ställa in skärpan på ett objekt som är nära så att bilden kommer på näthinnan.

En långsynt person använder glasögon som har konvexa linser.

Närsynta har konkava glasögon En närsynt (myop) person kan se skarpt på nära håll men inte på långt håll. Ljuset som kommer från objekt på alltför långt håll bryts för mycket i ögat och bilden skapas inte på näthinnan. Hos ungdomar förekommer närsynthet oftare än långsynthet.

Den beror på ögonglobens form eller att hornhinnan är alltför konvex.

Närsyntheten korrigeras med konkava linser.

Glasögonens konkava linser sprider ljuset så att ögats lins bryter ljuset mot näthinnan.

Brytningsförmågan beskrivs av dioptritalet Glasögonens brytningsförmåga beskrivs genom ett dioptrital (D). Det är det inverterade värdet av brännvidden. Brännvidden anges i meter.

När brännvidden är till exempel 5 cm är dioptritalet 1 = 20 D. En närsynt persons glasögon 0,05 m har däremot ett negativt dioptrital – eftersom en konkav lins har en negativ brännvidd. Glasen kal�las minusglas. En långsynt persons glasögon har ett positivt dioptrital och glasen kallas därför plusglas.

Exempel 1 Bilden visar två konvexa linser. a) Vilken av linserna bryter ljuset kraftigare?

25 cm

50 cm lins B

lins A

brännpunkt

brännpunkt

En närsynt persons öga

b) Beräkna linsernas dioptrital.

Ett närsynt människoöga kan inte ställa in skärpan på ett objekt som är långt borta så att bilden kommer på näthinnan.

En närsynt person använder glasögon som har konkava linser.

Ögon utan glasögon.

Lösning a) Linsen B bryter ljuset kraftigare eftersom dess brännvidd är kortare. b) Brännvidden för linsen A är 50 cm = 0,50 m.

Dioptritalet är det inverterade värdet av bränn­ vidden, vilket ger 1 D = 2 D. 0,5 Brännvidden för linsen B är 25 cm = 0,25 m.

Dess dioptrital är 1 D = 4 D. 0,25 Svar a) Linsen B bryter ljus kraftigare. b) Linsernas dioptrital är 2 D och 4 D.

Om glasögonen har konvexa linser ser ögonen större ut.

Om glasögonen har konkava linser ser ögonen mindre ut.

1 En våg färdas framåt – materien i vågen inte

47

+ Digitalkamera I en digitalkamera skapar den konvexa linsen (linssystemet) en bild på den ljuskänsliga cellen i den bakre delen av kameran. För att bildkvaliteten ska vara bra kan kameran istället för en enda lins ha flera linser. Avståndet mellan linsen och bilden som den konvexa linsen skapar beror på hur långt borta föremålet är från linsen. Oberoende av hur långt borta föremålet är skapas bilden i den bakre delen av kameran – antingen justerar kameran automatiskt avståndet och därmed skärpan, eller så justerar man det manuellt.

Cellen är uppdelad i delar som kallas pixlar. Ljusmängden som kommer till varje pixel mäts och lagras i kameraminnet. När man vill titta på bilden bearbetas den ljusmängd och färg som pixlarna innehåller, så att de kan visas på en dataskärm eller på kameran skärm. På så sätt görs en bild som är i elektronisk form synlig.

Teleskop Med hjälp av ett teleskop kan man förstora bilden av ett avlägset objekt. Teleskopets förstoring sker med antingen speglar eller linser. I ett spegelteleskop träffar ljuset från objektet först en konvex spegel, den så kallade huvudspegeln. Från huvudspegeln reflekteras ljus genom en plan spegel i linsen. Man ser den bild linsen skapar. I ett linsteleskop finns inga speglar utan två konvexa linser. Man ser den bild linserna skapar.

iakttagarens öga okular (linsen mot ögat)

ljuset som kommer från föremålet

hjälpspegel

48

Vågrörelse

huvudspegel

Uppgifter 61. Vad är en lins?

62. Beskriv hur a) en konvex respektive b) en konkav lins ser ut.

63. Vilken är skillnaden mellan speglar och linser?

64. Vilka linser är a) spridande b) förstorande?

68. Titta på dropparna på sidan 43. Varför syns personerna felvända i dropparna?

69. Ta reda på varför ögonen ibland ser röda ut i fotografier.

70. Sök information på Internet om hur en webbkamera fungerar.

71. a) Brännvidden för en konvex lins är 30 cm.

Beräkna linsens dioptrital. b) Brännvidden för en konkav lins är 50 cm.

Beräkna linsens dioptrital.

A B C D E

65. a) Hur avviker en närsynt persons ögon normala ögon? b) Hur avviker en långsynt persons ögon normala ögon? c) Hurdana glasögon använder närsynta soner? d) Hurdana glasögon använder långsynta soner?

6

från från perper-

66. Brännvidden för en konvex lins är 3 cm. Föremålets avstånd från linsen är a) 7 cm respektive b) 4 cm. Var uppkommer bilden? Rita två bilder, en för varje avstånd, och bestäm på vilket ställe bilden av föremålet uppkommer.

Hurdan är bilden jämfört med föremålet?

72. Kalles glasögon har ett dioptrital på 2,25.

Lisas glasögon har ett dioptrital på –1,75. a) Vem av dem är närsynt och vem långsynt? b) Beräkna linsernas brännvidd.

73. Hurdan bild skapas i en konvex lins av ett föremål som är på ett avstånd från linsen som är a) mindre än linsens brännvidd b) större än två gånger brännvidden?

74. Undersök hemma. Doppa din näve i ett stort genomskinligt (transparent) kärl, till exempel en glasburk, som innehåller vatten. Var försiktig så att glasburken inte går sönder.

Rör på näven fram och tillbaka. Hur ser den ut?

67. Varför ser ögonen mindre ut hos en närsynt person som använder glasögon än vad de är i verkligheten?

6 Linser förstorar eller förminskar

49

Sammanfattning

Vågrörelse

En transversell och en longitudinell vågrörelse. våglängd

våglängd

svängningsriktning

förtätning

förtunning

färdriktning

färdriktning

När en transversell vågrörelse färdas framåt i en fjäder, svänger fjäderns olika punkter vinkelrätt mot vågrörelsens färdriktning. I den longitudinella vågrörelsen svänger fjäderns olika punkter i vågens färdriktning.

Ljuset rör sig rakt (rätlinjigt) framåt

Ljuset reflekteras

Ljuset bryts normal

infallsvinkel

Ljuset rör sig rakt fram (rätlinjigt).

Eftersom ljuset inte når bakom ett föremål som inte är genomskinligt bildas det en skugga bakom föremålet.

infallande ljusstråle

infallsvinkel

refle k ljuss terad tråle

ytans normal

ande infall råle t ljuss

kärnskugga kärnskugga

luft

reflexionsvinkel

Enligt reflexionslagen är reflexionsvinkeln lika stor som infallsvinkeln.

reflekterad ljusstråle infallande ljusstråle

axel

brännpunkt

konkav spegel

vatten

bruten ljusstråle brytningsvinkel

reflekterande yta

Speglar En konkav spegel samlar parallella ljusstrålar i en brännpunkt. En konkav spegel får ett föremål som är nära spegeln att se större ut.

svängningsriktning

Ljusets färdriktning ändras när ljuset går genom en gränsyta mellan två medier. När ljusets färdriktning ändras säger man att ljuset bryts.

En konvex spegel sprider parallella ljusstrålar.

I den punkt där ljusstrålarnas förlängningar skär varandra uppkommer en skenbar brännpunkt. Med hjälp av en konvex spegel kan du se ett stort område förminskat.

reflekterad ljusstråle ljusstrålarnas förlängning infallande ljusstråle skenbrännpunkt konvex spegel

Linser En konvex lins samlar ljuset.

Ljuset bryts vid linsens båda ytor och riktas mot linsens brännpunkt.

konvex lins infallande ljusstråle linsens huvudaxel

normal dvs linsens optiska medelplan

brännpunkt brännvidd bruten ljusstråle

50

Vågrörelse

En konkav lins sprider ljus.

Ljuset bryts vid linsens båda ytor och riktas mot ett brett område.

konkav lins infallande ljusstråle linsens huvudaxel

bruten ljusstråle normal (linsens optiska medelplan)

Har du koll?

II

1. a) Vad avser man med svängningsrörelse? b) Ge tre exempel på en svängningsrörelse.

2. Vad betyder a) transversell b) longitudinell vågrörelse?

Ge exempel på båda.

3. a) Rita i ditt häfte en modell av en transversell vågrörelse där våglängden motsvarar fyra rutor. b) Hjärtat slår 95 gånger per minut efter en lätt ansträngning. Vilken svängningstid och frekvens har hjärtat?

4. a) Räkna upp tre olika ljudkällor och berätta hur ljudet uppkommer i dem. b) Vilken enhet har ljudstyrka? c) Genom vilka åtgärder kan man minska bullernivån när man bygger nya bostadsområden?

5. Vad betyder att ljuset a) reflekteras b) bryts?

6. Rita bilder i häftet och visa hur ljusets färd fortsätter. a)

Värme • Hur fungerar en termometer?

• Hur kan man värma vatten?

• Vilket föremål kan ha en temperatur på –18 grader, 80 grader eller 180 grader?

• Vilka hushållsapparater kan sända värmestrålning?

• På vilka sätt strävar djuren och människan att förhindra att värmeenergi försvinner från huden?

• Vad gör man med en värmekamera?

• Vad händer när energin försämras?

• Vad är växthuseffekt?

spegel

Begrepp ljusstråle

b)

ljusstråle

termometer 10 värmeledning 7 temperatur, celsiusskala värmeledare värmeutvidgning längdutvidgningskoefficient bimetallband volymutvidgningskoefficient

luft vatten

c)

luft vatten ljusstråle

7. Beskriv a) en konvex lins b) en konkav lins c) en konvex spegel d) en konkav spegel.

Ange åtminstone ett användningsområde för varje fall.

8. a) Vilken är skillnaden mellan ett närsynt och ett långsynt öga? b) Glasögonens dioptrital är +1,5 d.

Hur ser glasögonens linser ut?

8

värmeenergi värmeenergi bevaras energi lagras energi frigörs specifik värmekapacitet

aggregation9 ämnets stillstånd förändringar i aggregationstillståndet specifikt smältvärme specifikt ångbildningsvärme

värmeisolator värmetransport värmestrålning

11 rörelseenergi energiomvandling energi bevaras (energiprincipen) ljudenergi energischema energi försämras kemisk energi

12 värmebalans växthuseffekt förstärkt växthuseffekt

51