Välkommen till Resurscentrums frågelåda!

 

Vill du ha ett snabbt svar - sök i databasen: Anpassad Google-sökning
(tips för sökningen).
Använd diskussionsforum om du vill diskutera något.
Senaste frågorna. Veckans fråga.

23 frågor/svar hittade

Ljud-Ljus-Vågor, Universum-Solen-Planeterna [19956]

Fråga:
Hej! I en tidningsartikel nämns att "radioblixtar" (från andra galaxer?) är ett fenomen som är oförklarat och att "När radiopulsen når jorden har signalen i viss mån spridits ut och de kortaste radiovågorna anländer först." Formuleringen tycks visa att hastigheten hos vågen är större för kortare vågor(högre frekvens). Är det så i verkligheten? (Text i SvD 1/11 - 15)
/Thomas Å, Knivsta

Svar:
Ja, det är korrekt. Pressreleasen finns i länk 1. Här är originalartikeln: http://mnras.oxfordjournals.org/content/447/1/246

Som du antyder är dispersionen normalt så att korta våglängder bromsas mer än långa våglängder - blått bryts mer är rött, se nedanstående figur och Dispersion_(optics)#Material_dispersion_in_optics .

Radiovågor från t.ex. pulsarer bromsas av framför allt fria elektroner, men då påverkas längre våglängder mer än kortare (anormal dispersion), se Pulsar#Probes_of_the_interstellar_medium och Dispersion_(optics)#Dispersion_in_pulsar_timing .

Genom att mäta ankomsttiden för olika våglängder kan man, med en modell för tätheten av fria elektroner, bestämma avståndet till objektet, se länk 2.



/Peter E

Nyckelord: neutronstjärna [9]; ljusbrytning [23];

1 http://www.ras.org.uk/news-and-press/2578-cosmic-radio-burst-caught-red-handed
2 http://astronomy.swin.edu.au/cosmos/P/Pulsar+Dispersion+Measure

*

Ljud-Ljus-Vågor [19358]

Fråga:
Våglängden hos ljus som byter medium ändras, om ljushastigheten i de olika medierna skiljer sig åt. Innebär detta att ljusets färg ändras i olika ämnen? Jag tänker t.ex. på situationen att en laserstråle går från luft till vatten. Skiljer sig då den uppfattade färgen hos laserljuset ovan respektive under vattnet?
/Jimmy R, VBU, Ludvika

Svar:
Jimmy! Det beror på vad man menar med färg. Om man som i länk 1 definierar färg i termer av våglängd så ändras färgen i ett medium.

Utbredningshastigheten v i ett medium med brytningsindex n ges av

v = c/n = lf

där f är frekvensen. Våglängden l minskar med ökande n eftersom f är konstant. Frekvensen måste vara konstant för att bevara energin E hos fotonen

E = hf.

Om man i stället definierar färg i termer av den stimulans som uppstår i detektorn, t.ex. ögat, så är det inget problem. Eftersom ögat inte ändrar egenskaper (mediets brytningsindex) om det befinner i vatten, så ändras inte den uppfattade färgen.

Det är alltså enklare att definiera färg i termer av frekvens än i termer av våglängd, se länk 2.
/Peter E

Nyckelord: färg/färgseende [30]; ljusbrytning [23];

1 http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/vision/specol.html
2 http://www.tedmontgomery.com/remarks%5C08.1-12/optics/index.html

*

Ljud-Ljus-Vågor [19122]

Fråga:
Min fråga handlar om ljusets brytning i medier och om energins bevarande vid dessa fenomen. När ljuset passerar genom ett medium som inte är vinklat vinkelrätt mot ljuset så har jag uppfattat att det ändrar riktning inom mediet och sedan får sin ursprungliga riktning när det väl lämnar mediet igen (Då de två ytorna av mediet är parallella). Detta betyder att ljuset då har förflyttats i en riktning som inte är samma som ljusets rörelseriktning. Denna förflyttning måste väl kräva energi? Om den gör det, vart kommer energin ifrån? Om den kommer från mediet, skulle väldigt låga temperaturer på ett medium påverka brytningen av ljuset?
/Mårten W, Procivitas Privata Gymnasium, Helsingborg

Svar:
När ljus faller in snett mot en glasskiva kommer det som du säger att parellellförskjutas lite, se fråga 16457 . I spridningsprocessen måste energin och rörelsemängden bevaras. Eftersom massan hos glasskivan är mycket stor, blir ändringen i energi pga den till glasskivan överförda rörelsemängden helt försumbar (elektronerna som ljuset sprids emot är bundna till materialet). Man kan alltså anta att ljusspridningen kan ske utan någon ändring i energin hos fotonen.

För högre energier hos fotonen (gammastrålning med energi av storleksordningen MeV) sker spridningen mot enskilda elektroner som kan betraktas som fria, varför energin ändras väsentligt. Rekylfri spridning förekommer dock även för lågenergetisk gammastrålning, se stycket om mössbauereffekten i fråga 16989 .

Se även Refraction .
/Peter E

Nyckelord: ljusbrytning [23];

*

Ljud-Ljus-Vågor [19029]

Fråga:
Varför ser föremål annorlunda ut när vi ser ner i vattnet?
/Agnes H, Kunskapsskolan

Svar:
Agnes! "Annorlunda" är lite vagt - det finns många effekter av brytning och reflektion.

På grund av ljusbrytning i ytan kommer föremål att se ut att vara på "fel" plats (en åra nedstucken i vattnet ser bruten ut) eller så ser man dem inte alls. Det senare beror på totalreflektion. Se fråga 13803 .

Sedan är en vattenyta oftast inte helt plan. Små krusningar orsakar reflektioner av ljus och varierande belysning av föremål under vattnet och även att föremål under vattnet ser ut att ändra form.

Det du egentligen frågar är "Varför ser saker större ut i vattnet?".

Det vet väl alla att fisken som lossade precis i vattenytan alltid är större än den man fångat . Det är den psykologiska förklaringen. Den fysikaliska förklaringen är följande:

Titta på bilden nedan från länk 1. När en stråle från objektet (fisken till höger) träffar vattenytan bryts den från normalen (se fråga 13803 igen). Strålarna från de båda ändarna av fisken kommer då att konvergera (gå samman) mer, så att bilden (image) kommer närmare vattenytan. Eftersom bilden är närmare kommer fisken att se större ut.



/Peter E

Nyckelord: ljusbrytning [23];

1 http://www.scielo.br/pdf/abo/v66n5s0/a09v6650.pdf
2 http://www.ehow.com/how-does_4925557_water-magnify-things.html

*

Ljud-Ljus-Vågor [18720]

Fråga:
I boken ”Den hemlighetsfulla ön” av Jules Verne konstruerar man ett brännglas genom att fästa samman två urglas och fylla mellanrummet med vatten. På så sätt bildas en positiv lins av vatten. Anta att brännvidden är 23 cm. Hur långt från spånen ska man hålla linsen för att det ska börja brinna? (Ska man hålla närmare eller längre ifrån om linsen är gjord av glas?)
/Alice .

Svar:
Brtningsindex för vatten är c:a 1.3 och för glas större än 1.5 (Brytningsindex#Brytningsindex_för_några_material ), så glas ger en starkare lins (kortare brännvidd) än en lins av vatten.

Jag antar det avses att solen är ljuskällan. Eftersom denna kan antas befinna sig på oändligt avstånd så hamnar bilden i fokalplanet (avstånd från linsen = brännvidden).

Brännvidden f för en lins med sfäriska ytor, brytningsindex n och med krökningsradier r och r1 ges av (Lins#Brännvidd )

1/f = (n-1)(1/r + 1/r1)

Mindre brytningsindex ger alltså längre brännvidd. Om brännvidden för vattenlinsen är 23 cm blir brännvidden för motsvarande glaslins

23*(1.3-1)/(1.5-1) = 23*0.3/0.5 = 14 cm
/Peter E

Nyckelord: ljusbrytning [23]; lins [10];

*

Ljud-Ljus-Vågor [17691]

Fråga:
Har ljusets olika färger olika hastighet?
/Veckans fråga

Ursprunglig fråga:
Har ljusets olika färger olika hastighet?

Enligt fråga [17367] så får jag en liten förklaring till varför ljusets bryts när det träffar ett tätare medium.

Det som jag inte blir klok på är att det i fysikböckerna (delvis förenklat) står att detta beror på att ljusets hastighet ändras, att det sänks när det träffar det tätare mediet. Ju långsammare ljuset går desto större blir brytningen.

Eftersom ljuset färger bryts olika så säger den principen då att de olika färgerna har olika hastigheter genom ett tätare medium. Bör detta då inte betyda att det gäller för alla olika medium? Tar vi det ett steg längre borde det violetta ljuset, som bryts mest, ha den lägsta hastigheten och därför nå jorden allra sist, om vi tittar på en specifik partikel eller vågrörelse som lämnar solen.

Hur ska vi förhålla oss till detta med våra elever som gärna ställer invecklade frågor men som har svårt att förstå en del fakta.
/Petri M, Mariefreds skola, Mariefred

Svar:
Brytningsindex (Refractive_index , brytningsindex ) n eller optisk täthet hos ett medium definieras som ljushastigheten i vakuum dividerat med ljusets hastighet i mediet v: n = c/v.

I ett medium med brytningsindex n>1 har olika våglängder olika hastighet. Hastigheten är c/n där c är ljushastigheten i vakuum. Observera emellertid att hastigheten i vakuum är c för alla våglängder eftersom n=1.

Ja det är korrekt att ju långsammare ljuset går (ju större n) desto mer brytning får man, se fråga 17367 och 3302 .

Eftersom ljushastigheten i vakuum alltid är densamma så uppkommer inte problemet att vi ser olika tider i olika våglängder. Om rymden mellan jorden och solen varit av glas, så hade vi sett rött ljus snabbare är blått.

Den klassiska förklaringen för ljusbrytning är en rad soldater som marscherar snett in mot en rak gränslinje till en leråker. Soldaternas marschhastighet minskar när de kommer till leråkern. För att bevara den snygga räta linjen med soldater bredvid varandra, så måste de ändra riktning lite mot normalens riktning. Om vi sedan har en rad med kortbenta soldater som har ännu mindre hastighet i leråkern, så behöver dessa avvika ännu mer från utgångsvinkeln. (Vi vill bara inte tänka på vad som skulle hända om vi blandade långbenta och kortbenta soldater i en rad .)

OK med soldater som kan bestämma att de behöver avvika från rakt fram, men hur vet ljuset hur det skall avvika? Helt enkelt genom att vågor i oordning tenderar att släcka ut varandra (interferens). I alla riktningar utom den som specificeras av brytningslagen släcks alltså ljuset ut. Se bilden nedan.

Din sista fråga finns behandlad i fysik, förståelse av .

Huvudpunkterna är:

  • Utgå från observationer - fysik är inte matematik utan en empirisk (erfarenhetsbaserad, Empiri ) vetenskap
  • "Varför?" kan vi aldrig besvara eftersom det implicerar avsikt (och i så fall, vems avsikt). Man kan emellertid besvara "hur?" och ge samband mellan olika fysikaliska fenomen
  • En del av den teoretiska fysiken är helt enkelt svår att förstå, så vi får lita på vad våra vänner teoretikerna säger åtminstone vad gäller väl etablerade fenomen

Man kan heller inte begära att en lärare skall kunna besvara allt. Även jag, med 40 års erfarenhet av fysik, går bet på en del frågor (ofta de som verkar triviala till att börja med). Jag kan emellertid oftast förstå när jag slår upp ett fenomen, men att göra det lättbegripligt för var och en kan vara svårt eller omöjligt. Det är en del i läroprocessen att man med tiden och erfarenheten förhoppningsvis får en allt djupare förståelse för fysik - allt kan inte komma på en gång! Det är lätt att lära sig att Gustav II Adolf dog en novemberdag 1632 på ett fält nära Lützen, men kanske lite längre att förstå vad han hade där att göra!

En kommentar om förståelse av fysik (Jocelyn_Bell ):
(Jocelyn Bell är en av upptäckarna av pulsarer.)

Jocelyn Bell was born in Belfast, Northern Ireland, where her father was an architect who helped design the Armagh Planetarium. She was encouraged to read and drawn to books on astronomy. She lived in Lurgan as a child and attended Lurgan College where she was one of the first girls there who was permitted to study science. Previously, the girls' curriculum had included such subjects as cross-stitching and cooking.

At age eleven, she failed the 11+ exam and her parents sent her to the Mount School, York, a Quaker girls' boarding school. There she was impressed by a physics teacher, Mr. Tillott, who taught her:

You don't have to learn lots and lots ... of facts; you just learn a few key things, and ... then you can apply and build and develop from those ... He was a really good teacher and showed me, actually, how easy physics was.



/Peter E

Nyckelord: ljusbrytning [23]; fysik, förståelse av [16]; ljushastigheten [19]; #ljus [63];

*

Ljud-Ljus-Vågor [17367]

Fråga:
Brytningsindex, ljusets utbredningshastighet och Snells lag.
/Veckans fråga

Ursprunglig fråga:
Ljus har på något sätt en lägre hastighet i optiskt tätare ämnen.
- Är det korrekt att säga att ljuset "bromsas" när det går från luft till glas och att det sedan "ökar hastigheten" när det kommer ut i luften igen? Är det bättre att tala om "fördröjning"?
- Hur mycket kan man sänka ljusets hastighet? I vilka material har man uppmätt lägst ljushastighet?
/Filippa L, Järnåkraskolan, Lund

Svar:
Filippa! Jag skulle föredra att säga fördröjning, se fråga 171 .

Ändringen i ljushastigheten i ett medium medför ljusbrytning (refraktion), se fråga 2417 . Brytningsindex n ges av c/v, där c är ljushastigheten i vakuum och v är ljusets hastighet i mediet (se fråga 16048 ). Se Refractive_index för mer om brytningsindex.

"Normala" media har brytningsindex i intervallet 1-4 (se List_of_refractive_indices ). Kisel, med n=4, är det mest extrema materialet.

Med hjälp av speciella knep kan man faktiskt bromsa upp ljuset så det står stilla (betyder i princip att brytningsindex är oändligt), se fråga 17060 .

Nedanstående animation från Wikimedia Commons visar hur hastigheten hos vågen påverkar riktningen hos vågfronten (refraktion). Figurtexten lyder:

Wavefronts from a point source in the context of Snell's law. The region below the gray line has a higher index of refraction, and so light traveling through it has a proportionally lower phase speed than in the region above it.


/Peter E

Nyckelord: ljushastigheten [19]; ljusbrytning [23];

*

Ljud-Ljus-Vågor [17147]

Fråga:
Hej. När jag hade en klocka på mig i badkaret märkte jag att vid en viss vinkel så kunde jag inte längre se displayen utan ytan blev som en spegel. Vad beror det på?
/Tikki A, Rinmangymnasium, Eskilstuna

Svar:
Tikki! Intressant observation! Det borde vara totalreflektion, se nedanstående figur. Problemet är att man får totalreflektion om ljuset går från ett tätare (högre brytningsindex) till ett tunnare medium. Om vi förutsätter att din klocka inte läcker så går strålar från urtavlan från luft till glas och vidare till vatten. Glaset begränsas av planparallella ytor, så glaset ger ingen netto-effekt (se fråga 16457 ).

Om du betraktar urtavlan i vattnet nästan från sidan (stor infallsvinkel i) så finns inga strålar som kommer från urtavlan. Det finns nämligen en gränsvinkel som definierar ett område (grått i figuren) där inga strålar från urtavlan kan komma ut. Se fråga 9810 för hur man beräknar gränsvinkeln.

Det du ser i det grå området är alltså precis vad du antyder: en spegelbild. Det är alltså ljusstrålar från vattnet som totalreflekteras och kommer ut i riktningar med stor infallsvinkel i.



/Peter E

Nyckelord: ljusbrytning [23]; totalreflektion [7];

*

Ljud-Ljus-Vågor [17134]

Fråga:
Hej! Jag har en fråga om brytningsindex. Vad jag har läst och hört så finns det negativa brytningsindex, så jag undrar vilka ämnen har negativ brytningsindex och när har man användning utav det?
/Klas S, Duveholmsgymnasiet

Svar:
Det är en udda effekt hos sammansatta material. Jag vet inget om det, men det finns en lång artikel i Wikipedia med många referenser: Negative_refractive_index . Man kan även definiera komplext brytningsindex där den imaginära delen motsvarar absorption av strålning i mediet.
/Peter E

Nyckelord: ljusbrytning [23];

*

Ljud-Ljus-Vågor [17016]

Fråga:
Hej! Jag har många frågor/funderingar om optik avsnittet i fysik A, som jag hoppas kan få besvarade. Vår lärare är inte det minsta pedagogisk, och ingen i min klass verkar förstå vad vi håller på med. Vill verkligen förstå det här!!!

Okej, här kommer det.

1. Varför uppstår en spegelbild egentligen? Jag vet att i och med att speglar har en plan yta, sker en regelbunden reflexion. Det innebär alltså att alla strålar som träffar spegelytan har samma infallsvinkel och strålarna reflekteras åt samma håll. ''När reflexionen är regelbunden når inget av ljuset ögat'' står det i boken (därav kan vi inte se spegelytan), men går det inte att ''flytta på sig'' på något vis så att de reflekterande strålarna når ögat, eller är detta omöjligt? Hur kommer det sig att en virtuell spegelbild bildas när spegeln i själva verket inte går att se? Jag förstår hur en spegelbild bildas, men inte varför...

En sak till. En ljusstrimma riktas mot en yta som inte är spegelblank, t ex en vägg. ''Träffpunkten'' lyser intensivt och syns från alla håll. Som jag har förstått det kan ögat nu se föremålet eftersom alla strålar som träffar väggen har olika infallsvinklar, och reflekteras även i riktning mot ögat. Men vad menar de med ''träffpunkten''?

En sista grej. Skulle någon kunna förklara hur man går till väga om man ska rita spegelbilden av ett föremål framför spegeln? Det står beskrivet i boken, men jag skulle uppskatta om någon kunde förklara detta i samband med de övriga frågor jag ställt.

2. Är det alltid så att om ljus bryts från ett optiskt tunnare ämne till ett optiskt tätare ämne, bryts det mot normalen och från normalen när det är tvärtom? Vad är egentligen skillnaden här? Jag undrar också vad som menas med att om ett ämne är optiskt tätare, har det större ljusbrytande förmåga. Innebär detta att ljuset bryts mer, och att brytningsvinkeln blir mindre ju tätare ämnet är?

3. En ljuststråle passerar ett prisma, vid första ytan är infallsvinkeln noll. Ingen brytning sker. Då blir infallsvinkeln vid andra ytan 30,0 grader. Det finns en bild på ett prisma i min bok, och om man tänker sig en vinkel mellan de båda ytorna så är den 30 grader enligt figuren. (Det ser alltså ut som en rätvinklig triangel, där den översta vinkeln är 30 grader.) Men hur vet man att den andra infallsvinkeln också blir 30 grader?

4. Vad menas med dispersion? Varför bildas en ''regnbåge'' av färger när ljus passerar ett prisma? Vad är egentligen vitt ljus?

Det var allt. Jag vet att det är många frågor, men jag behöver verkligen få det här förklarat för mig, och har som sagt ingen att vända mig till.

Är oerhört tacksam för hjälp
/Mariel N, Franska skolan, Järfälla

Svar:
Mariel! Du har höga tankar om min pedagogiska förmåga . Att svara fullständigt på dina frågor skulle innebära att skriva en bok i optik, och det har ni nog redan. Dessutom har vi svarat på flera av frågorna, så jag kommer att hänvisa till tidigare svar.

1 Ja, varför? För att man har en spegel. Det speciella med en spegel är att alla inkommande strålar reflekteras med oförändrad vinkel mot normalen (se länk 2 i fråga 11135 ). Se spegel . Det är bara en del av de reflekterade strålarna som träffar ögat - nämligen de som ger en bild.

I optik brukar man använda sig av strålgångsdiagram, se nedanstående bild. Man väljer två godtyckliga strålar (i själva verket väljer man de som är enklast att hantera) och följer dem. För den plana spegeln nedan tar man en stråle vinkelätt mot spegeln (röd) och en som går igenom vad man kallar den optiska axeln (blå). Den röda strålen reflekteras tillbaka samma väg som den kom och den blå går ut med utfallsvinkeln=infallsvinkeln. Om vi sedan spårar tillbaka strålarna till en skärningspunkt bakom spegeln (streckade linjer) ser vi att vi för en plan spegel får en rättvänd bild av samma storlek som föremålet och på samma avstånd bakom spegels som föremålet befinner sig framför densamma.

Det är inte spegeln du ser utan de strålar som reflekterats. Hela finessen med en spegel är att strålarna fortsätter i välbestämda banor.

2 Ja. Skillnaden är riktningen och ändringen i optisk täthet (brytningsindex n). Brytningsindex beror i sin tur på ljushastigheten i mediet, se fråga 11135 . Ja, ju större differens i brytningsindex (observera att det är differensen som är viktig) desto större blir riktningsändringen i skiljeytan.

3 Utan att se figuren är det svårt att se vad du menar. Men du kan säkert få fram vinkeln med enkel geometri.

4 Se fråga 171 . Vitt ljus är en blandning av alla färger.



/Peter E

Nyckelord: ljusbrytning [23]; spegel [10];

*

Ljud-Ljus-Vågor [16761]

Fråga:
Vilken fysikalisk storhet har störst betydelse för att brytningsindex för vätskor/ genomskinliga ämnen ska vara högt eller lågt?
/Mia J, Thorildsgymnasiet, Stockholm

Svar:
Densiteten är säkert den viktigaste. Hög densitet ger i allmänhet högt brytningsindex, se Refractive_index#Density .
/Peter E

Nyckelord: ljusbrytning [23];

*

Ljud-Ljus-Vågor [16457]

Fråga:
Ljuset bryts ju när det går från luft till glas. Hur kommer det sig då att inte allting ser ändrat ut när man tittar ut genom fönstret?
/Veckans fråga

Ursprunglig fråga:
Ljuset bryts ju när det går från luft till glas. Hur kommer det sig då att inte allting ser ändrat ut när man tittar ut genom fönstret?
/maria z, göingeskolan, broby

Svar:
Maria! Mycket bra fråga! Den orsakade oss en hel del huvudbry ! Problemet är lite besläktat med kromatisk aberration (Chromatic_aberration ) vilket är ett bildfel hos en lins. Först kan man konstatera att du om du tittar ut vinkelrätt mot rutan, så händer inget. Ljuset går rakt igenom. Om du däremot tittar i en vinkel på säg 45o så finns det en liten effekt.

Eftersom glasytorna på fram och baksidan av rutan är parallella, så kommer en enfärgad stråle inte att ändra riktning: brytningen i en första ytan kompenseras exakt av en motsatt brytning i den andra ytan. Vad som alltså händer är att allt du ser genom rutan blir lite förskjutet i sidled, se nedanstående figur.

Om vi emellertid har olika färger, så är ju brytningsindex lite olika. Enligt figuren i Index_of_refraction#Dispersion_and_absorption är brytningsindex för den nedersta glassorten 1.49 för rött ljus och 1.50 för blått. Vi kan med hjälp av brytningslagen beräkna vinkeln a (infallsvinkeln i är 45o) för rött ljus och för blått ljus:

Blått: sin(45)/sin(a) = 1.50/1

dvs a = 28.13

Rött: sin(45)/sin(a) = 1.49/1

dvs a = 28.33

Förskjutningen x från ingång till utgång för en 5 mm tjock ruta ges av

x = 5*tan(a)

Vi får alltså för blått ljus

x = 5*tan(28.13) = 2.673 mm

På samma sätt får vi för rött ljus x = 2.695 mm

Skillnaden i utträdespunkt blir alltså 2.695 - 2.673 = 0.022 mm.

Avståndet mellan den blå och den röda strålen blir då 0.022*sin(45) = 0.016 mm = 16 mikrometer.

Enligt länk 1 är det typiska avståndet mellan tapparna i ögat c:a 10 mikrometer. Effekten är alltså mycket liten men bör kunna observeras under gynnsamma förhållanden. Vad man behöver är en liten och stark vit ljuskälla. Om man betraktar denna med mycket snett infall bör man kunna se ett litet spektrum med rött i ena änden och blått i den andra. Men effekten är så liten att man inte märker den under normala förhållanden.



/Peter E

Nyckelord: ljusbrytning [23]; #ljus [63];

1 http://www.cis.rit.edu/people/faculty/montag/vandplite/pages/chap_9/ch9p1.html

*

Blandat [16316]

Fråga:
Hej! Jag har läst att det förekommer nanostrukturer som modelerar om ljuset och ger upphov till färger (alltså inte genom endast - absorption - reflektion). Exempel på detta ska finnas i naturen hos tex påfåglar, gräsänder, fjärilar och sådär. Jag läste också om något som kallas "Bragg-gitter" men förstog inte riktigt. Hur fungerar det? Hos vilka djur finns den nanofysiken?

NYFIKEN PÅ SVAR!
/Emelie F, Katedralskolan, Lund

Svar:
Emelie! Nanostrukturer och nanofysik är lite missbrukade begrepp som diskuteras i fråga 14909 nedan. Till din huvudfråga:

Färg kan uppkomma på ett antal olika sätt. Om vi utgår från vitt ljus som belysning kan vi få färgintryck på ett material bland annat med följande effekter:

  1. Om materialet absorberar vissa färger får vi i transmission ett intryck av de färger som ej absorberas (selektiv absorption)
  2. Materialet kan reflektera vissa färger (selektiv reflektion)
  3. Vi kan få fluorescens (återutsändning med längre våglängd)
  4. Olika färger separeras genom ljusbrytning (prisma)
  5. Färger separeras med interferens (gitter eller tunna skikt)

1 och 2 orsakas av pigment, 3 är excitation-återutsändning, 4 är refraktion och 5 är diffraktion . I naturen (växter, djur) är det vanligaste pigment, men skarpa färger skapas även genom att atomerna ordnas på särskila sätt i tunna skikt (fungerar som Bragg-gitter nedan) eller gitter, se fråga 2391 nedan.

Ett Bragg-gitter (Fiber_Bragg_grating ) består av en serie tunna skikt men olika brytningsindex. I varje skikt reflekteras en del av ljuset. Ljus av våglängder som stämmer med tjockleken av skikten interfererar konstruktivt så att dessa våglängder kommer tillbaka i urspungsriktningen, medan andra våglängder fortsätter framåt. På så sätt får man ett filter som bara släpper igenom (egentligen: reflekterar) en färg. Se nedanstående figur från Wikimedia Commons. Om tjockleken av varje skikt är L är det alltså bara våglängder som är lika med 2nL som reflekteras (n är brytningsindex).

Länk 1 är en artikel i Forskning och framsteg om interferensframkallade färger hos djur (det var kanske denna du läst?).



/Peter E

Se även fråga 14909 och fråga 2391

Nyckelord: interferens [12]; ljusbrytning [23]; gitter [5]; färg/färgseende [30];

1 http://www.fof.se/tidning/2004/1/levande-speglar

*

Ljud-Ljus-Vågor [13803]

Fråga:
1) Om man håller i ett glas fyllt med vatten och tittar uppifrån ser man endast fingrarna som är ovanför vattenytan. Fingrarna som är "under" vattenytan syns inte, varför?

2) Om man doppar fingret i ett glas med vatten ser fingrarna större ut, varför? Beror det på att ljusstrålarna träffar samma punkt, eftersom glaskroppen är böjd? Tack!
/Setareh A, Sigrid rudebecks gymnasium, Göteborg

Svar:
1 Det beror på att de ljusstrålar som skulle gått från fingertoppen till ditt öga totalreflekteras (fenomenet kan stavas reflexion eller reflektion enligt Svenska akademins ordlista) i vattenytan, och kommer därför inte fram till ditt öga, se figuren. Brytningslagen säger

n1*sin(i) = n2*sin(r)

där n1 och n2 är respektive mediers brytningsindex. För vatten är brytningsindex ungefär 1.3 och för luft 1.0. Gränsvinkeln (när r=90o) för brytning ges då av

1.3*sin(i) = 1.0*sin(90o) dvs

sin(i) = 1/1.3 = 0.77, i = 50o

Se även länk 1 och snackset Totalreflektion under länk 2. Reflection and Refraction är en bra animering av reflektionslagen.

2 Ja, det beror på glas/vatten kroppens form. Den (egentligen glasets yttre yta) fungerar som en positiv lins (vanligt förstoringsglas).



/Peter E

Se även fråga 9810

Nyckelord: totalreflektion [7]; ljusbrytning [23];

1 http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/phyopt/totint.html
2 http://snacks.fysik.org/showSnack.asp?id=46

*

Ljud-Ljus-Vågor [12631]

Fråga:
Varför ser vi saker i speglar och linser?
/Veckans fråga

Ursprunglig fråga:
Varför ser vi saker i speglar och linser?
/Elisabet Å, skarpäng, täby

Svar:
Jag tolkar frågan så, att du vill veta hur det kommer sig att ljus som träffar en spegel reflekteras eller ljus som går igenom en lins kan t.ex. fokuseras eller böjas av?

Ljus kan beskrivas som en elektromagnetisk vågrörelse. När en sådan ljusvåg kommer in mot en yta av något material kan olika saker hända: den kan reflekteras, absorberas eller böjas av... Vad som sker beror bl.a. på ytans beskaffenhet (slät eller skrovlig), ljusets färg och infallsvinkel, och förhållandet mellan brytningsindex hos linsen och omgivningen (oftast luft). Ett materials brytningsindex talar om hur snabbt ljuset kan ta sig fram i materialet, och har att göra med materialets inre struktur och sammansättning. Luft har brytningsindex 1.0, medan vatten har ca 1.3 och glas 1.5-1.6.

Linser består oftast av glas eller plast som formats på ett speciellt sätt så att de får "runda" ytor. T.ex. kan de vara konvexa eller konkava - formade som utsidan eller insidan på en kupad hand. Formen har stor betydelse för vinkeln mellan först det inkommande ljuset och ytan, och sedan för den vinkel gentemot ytan på linsens baksida där ljuset kommer ut.

Se vidare länken nedan.

Vanliga speglar fungerar på ett litet annorlunda sätt. De består oftast av en klar glasskiva med ett tunt metallskikt på baksidan. Glaset är till för att skydda metallytan - det är den som är den egentliga spegeln. Metallen innehåller "fria" elektroner (som inte är bundna till någon speciell metallatom), och när ljusvågorna växelverkar med elektronerna i metallytan blir effekten att nästan inget ljus kan tränga in i metallen - det reflekteras istället. Om spegelytan är plan ser man en tydlig spegelbild, men om ytan är skrovlig eller ojämn kastas det reflekterade ljuset ut i olika riktningar vilket gör spegelbilden otydlig.

För att beräkna vad som händer med speglar och linser använder man sig av stråloptik. Man följer då den väg ett litet antal strålar tar, och man kan på så sätt få fram hur bilden ser ut. Se vidare PowerPoint presentationen Stråloptik från Malmö högskola. Bilden nedan visar vad som händer med en positiv lins.



/Margareta H/Peter E

Nyckelord: ljusbrytning [23]; spegel [10]; lins [10]; #ljus [63];

*

Ljud-Ljus-Vågor [12521]

Fråga:
Ljusbrytning i tex ett prisma är ju som bekant beroende av våglängden där rött ljus bryts mindre, dvs påverkas mindre än tex blått ljus. Hur häger hastigheten i hop med våglängden/frekvensen? Rent intuitivt känns det som ljus med kortare våglängd borde påverkas dvs brytas minst.
/torbjörn n, Älvstrandsgymnasiet, hagfors

Svar:
Kanske det, men så är det inte. För en partikel som påverkas av ett gravitationsfält eller magnetfält är det sant - ju högre rörelseenergi (hastighet) desto mindre påverkan.

Ljusets hastighet i ett medium ges av c/n där n är brytningsindex. Brytningsindex är större för kortare våglängder. Alltså bryts kortare våglängder mer.
/Peter E

Se även fråga 11135

Nyckelord: ljusbrytning [23];

*

Ljud-Ljus-Vågor [12016]

Fråga:
hej! Läser basår på komvux . har en fråga: blått ljus bryts ju starkare än rött när det passerar geom ett prisma, men varför avböjs det blå ljuset minst när ett gitter alstrar spektret?
/Rebecca O, Ängelholm

Svar:
I prismat har det blå ljuset lägre hastighet än det röda. I gittret är avböjningen beroende av våglängden. Kort våglängd ger liten avböjning. Blått ljus har kortare våglängd än rött.
/KS

Nyckelord: gitter [5]; ljusbrytning [23];

*

Ljud-Ljus-Vågor [11135]

Fråga:
Varför bryts ljus som går från ett tunnare till ett tätare medium mot normalen?
/Ali M, hedbergska, Sundsvall

Svar:
Brytningslagen (Snells lag) kan härledas från Fermats princip som säger:

   Ljuset följer den väg som tar kortast tid

Man ställer upp ett generellt uttryck för tiden för alla tänkbara vägar. Sedan deriverar man och sätter derivatan lika med noll (för minimum). Då har vi brytningslagen.

Länk 1 innehåller en applet som illustrerar Fermats princip. Figuren nedan (från länk 2) ger en matematisk härledning av brytningslagen från Fermats princip. Observera att ljusets hastighet i medierna är v=c/n1 och v'=c/n2. Länk 2 innehåller även mosvarande härledning av reflektionslagen. Se även Fermat's_principle och Huygens-Fresnel_principle .



/KS/lpe

Nyckelord: Fermats princip [1]; ljusbrytning [23]; ljusreflektion [16]; #ljus [63];

1 http://www.phy.ntnu.edu.tw/ntnujava/viewtopic.php?t=57
2 http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/phyopt/fermat.html

*

Ljud-Ljus-Vågor [9810]

Fråga:
Gränsvinkeln för totalreflektion sägs vara då den brutna linjen bildar 90 grader med ytnormalen. Inträffar totalreflektion verkligen då eller måste infallsvinkeln vara större än detta gränsvärde?
/Sebastian J, Vasa

Svar:
Totalreflektion är ett fenomen, då ljusstrålar reflekteras i en gränsyta mellan två medier med olika optisk täthet. Om ljuset kommer från det optiskt tätare materialet, finns vid tillräckligt stor infallsvinkel inget utrymme för en bruten stråle i det optiskt tunnare mediet, och allt ljus reflekteras tillbaka in i det optiskt tätare mediet, se nedanstående figur från Totalreflexion .

q betecknar infallsvinkeln (vinkeln mot normalen). Gränsvinkeln för totalreflektion är (brytningslagen):

qc = sin-1(n2/n1)

Här antas om brytningsindexen för de båda medierna att n1 > n2 .

Totalreflektion inträffar då q > qc, gränsen är alltså då utgångsvinkeln är 90o.



/KS/lpe

Nyckelord: totalreflektion [7]; ljusbrytning [23]; #ljus [63];

*

Blandat [3302]

Fråga:
Tänk dig att man står vid en sjö eller en vik, då slår vågorna alltid upp mot stranden oavsett hur det blåser Hur kommer det sig ??????
/Sofie B, nyhemskolan, ängelholm

Svar:
När vågorna kommer in på grundare vatten minskar våglängden och våghastigheten. Då måste vågorna böjas av mot stranden. Fenomenet är tydligast på en långgrund strand vid svag vind.

Det är samma sak som med ljusets brytning i till exempel glas. I glas har ljuset mindre våglängd och lägre hastighet än i luft.  
/KS

Nyckelord: ljusbrytning [23];

*

Ljud-Ljus-Vågor [2417]

Fråga:
Huygens princip
/Veckans fråga

Ursprunglig fråga:
Jag går just nu tredje året på gymnasiet, och vi håller för tillfället på att arbeta med olika typer av vågrörelser, främst ljus. Ett av de försök vi har gjort går ut på att låta monokromt laserljus passera genom olika typer av spalter (enkelspalt, dubbelspalt, respektive gitter) för att därefter träffa en skärm ett par meter bort. I samtliga fall uppstår som ni säkert känner till ljusfläckar symmetriskt kring centralpunkten på skärmen. I läroboken beskrivs fenomenet så att spaltöppningarna, då de är tillräckligt små, böjer av ljusvågorna, vilka sedan interfererar med varandra varvid utsläckningar (noder) och förstärkningar (bukar) av ljuset uppstår. De drar paralleller till två vattenvågor som interfererar med varandra och även de bildar förstärkningar respektive försvagningar. Emellertid talar de endast om dubbelspalter, respektive gitter. Men, hur applicerar man denna liknelse på försöket med enkelspalten, där man ju bara har en störningskälla för ljuset? Min fysiklärare kunde inte svara på min fråga, så därför vänder jag mig till er och hoppas på ett intressant svar.
/Johan W, Nicolaiskolan, Helsingborg

Svar:
När man ska härleda interferensmönstret i en enkel spalt utgår man från Huygens princip, som säger att varje punkt på en vågfront, utgör en källa till en halvsfärisk våg. Låter man alla dessa vågor interferera med varandra, får man den nya vågfronten. I fallet med enkelspalten, kan man skippa en dimension (den längs spalten), och analysera problemet i två dimensioner. Man delar in spalten i ett stort antal punkter, och låter sfäriska vågor från dessa interferera. Man finner ganska enkelt, att ljuset får maxima i riktningar (vinkel=v) som uppfyller:

sin(v) = nl/d

Ljusets våglängd = l, spaltvidden = d, n = heltal

Man kan även härleda brytningslagen

n1 sin(i) = n2 sin(r)

med Huygens princip, se bilden nedan och java-appleten Huygen's Principle and Reflection and Refraction of Waves . Lägg märke till att halvcirklarna är större i det gula mediet (brytningsindex n1=1) än i det gröna mediet (brytningsindex n2=2). Detta beror på att ljushastigheten v i ett medium med brytningsindex n ges av v=c/n, dvs ljusets hastighet är större i det gula mediet (c är som vanligt ljushastigheten i vakuum).

Experiment 1: Dra med en vass kniv en skåra i ett papper. Titta genom skåran på en skarp ljuskälla. En gatlykta med en högtrycksnatriumlampa brukar vara bra (gult ljus). Fysiken finns också utanför labbet!

Experiment 2: Behövs: En gatlykta och ett träd eller en buske. Håll för ena ögat och ställ dig så, att en gren precis täcker gatlyktan. Titta nu på smågrenar nära denna punkt. Det lyser på båda sidorna av grenen. Det kan alltså inte vara reflexion (spegling). Det är ljusböjning, som beror på att ljuset är en vågrörelse. På sätt och vis omvändingen till enkelspalten.

Se länk 1 för mer om refraktion. General Physics Java Applets innehåller Java applets för enkel- och dubbelspalt (se under optics).



/Peter E

Nyckelord: Huygens princip [3]; ljusbrytning [23];

1 http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/geoopt/refr.html

*

Ljud-Ljus-Vågor [684]

Fråga:
Varför bryts ljus? (obs inte hur utan varför!)
/karin s, ledetskolan, alafors

Svar:
Ljus bryts därför att ljuset går långsammare inne i till exempel glas än i luften utanför. Man får ett spektrum (ljuset uppdelat i sina olika färger) därför att kortvågigt ljus går långsammare i ett medium än långvågigt. Det kortvågiga ljuset (blått) bryts alltså mer än det långvågiga (rött).

Analogi: Tänk Dig att Du och Dina kamrater alla går i bredd i ett långt led. Alla går lika fort. Då förblir ledet rakt hela tiden. Vi tänker oss att hela ledet går snett in mot en strand. De som är längst ut och närmast vattnet saktar in när de kommer ut i vattnet. Ledet kommer, när alla kommit ner i vattnet, att ha ändrat riktning lite, se fråga 2417.

Ljuset fungerar ungefär som ledet. Det går åt samma håll som Du och Dina kamrater vandrar. När ljuset kommer in i ett område där hastigheten är lägre blir det en avböjning eller brytning.

Försök: Lys med en laserpenna snett in mot en bägare fylld med vatten.

Fundera: Stoppa ner en penna i vattnet. Varför ser den bruten ut?



/GO/lpe

Se även fråga 2417

Nyckelord: ljusbrytning [23];

*

Ljud-Ljus-Vågor [171]

Fråga:
Brytningsindex som funktion av våglängden bildar en avtagande funktion. Hur förklarar man fysikaliskt att våglängder med högre energi får lägre fart i ett genomskinligt medium än vågor med lägre energi?

Kan konstanterna i Cauchys dipersionsformel beräknas?
/

Svar:
Dispersion är enligt Nationalencyklopedin förändring av en våg (ljus, ljud, vattenvågor etc.) som är sammansatt av flera elementarvågor, var och en med given men sinsemellan skild frekvens, till följd av att de olika elementarvågorna har olika fart. Exempel: vitt ljus som i ett prisma delas upp i olika färger, regnbågen, havsvågor. För ljus är alltså dispersion en ändring i brytningsindex som funktion av våglängden, se nedanstående figur från Wikimedia Commons (Dispersion_relation ).

Det är inte helt korrekt att brytningsindex avtar som funktion av våglängden. Detta gäller för synligt ljus för nästan alla material. Går man över ett större våglängdsområde så är denna funktion omväxlande växande och avtagande.

När ljus passerar ett material växelverkar det elektromagnetiska fältet med de laddade partiklarna, främst elektroner som finns i materialet. Elektronerna sätts i svängning på grund av denna växelverkan. Brytningsindex har sitt maximum vid resonans. När man närmar sig resonansen ökar brytningsindex för att avta när resonansvåglängden har passerats.

Man kan se effekten så att ljus aborberas och återutsänds. Detta orsakar en fördröjning, dvs den effektiva ljushastigheten är lägre än i vakuum.

Man kan härleda Cauchys dispersionsformel (se Cauchy's_equation ) i en enkel modell där elektronerna är bundna med linjära fjäderkrafter.

Läs: De flesta optikböcker på högskolenivå diskuterar denna modell t ex Hecht: "Optics".


Nyckelord: ljusbrytning [23]; #ljus [63];

*

Ämnesområde
Sök efter
Grundskolan eller gymnasiet?
Nyckelord: (Enda villkor)
Definition: (Enda villkor)
 
 

Om du inte hittar svaret i databasen eller i

Sök i svenska Wikipedia:

- fråga gärna här.

 

 

Frågelådan innehåller 7180 frågor med svar.
Senaste ändringen i databasen gjordes 2017-09-23 11:27:37.


sök | söktips | Veckans fråga | alla 'Veckans fråga' | ämnen | dokumentation | ställ en fråga
till diskussionsfora

 

Creative Commons License

Denna sida från NRCF är licensierad under Creative Commons:
Erkännande-Ickekommersiell-Inga bearbetningar
.