Svar:
Det var en mycket trevlig fråga! Man kan faktiskt göra ett försök i klassrummet eftersom tyngdkraften försvinner i alla fritt fallande system i enligt med Einsteins ekvivalensprincip.

Försök: Tag en glasburk typ honungsburk och gör hål i locket så att luften kan cirkulera. Sätt ett värmeljus i burken och låt burken falla fritt. Vad
händer med lågan? (Naturligtvis får man ha någon, t ex handbollsmålvakt, som kan fånga burken så att den inte går sönder.)

Varför slocknar lågan? Eftersom det inte finns någon tyngdkraft i den fallande burken så stiger inte de varma gaserna som har lägre densitet. Lågan dör snabbt av syrebrist.

Alternativ förklaring. Precis som du säger finns det inget "uppåt" för lågan, alla riktningar har lika "värde". Därför sker inte heller någon transport av syre till lågan.

Man har utfört experimentet på rymdskytteln (länk 1), se CANDLE FLAMES. Bilden nedan är från den sidan.

/GO/lpe 2003-12-26

Svar:
Jag tycker inte att en enkel modell där fotonen liknas vid en boll som studsar är för enkel. Man kan ju göra en jämförelse med ett biljardbord där också reflektionslagen gäller.

Det finns mer avancerade förklaringar som bygger på kvantmekanik där de olika fotonerna interfererar med varandra. I denna teori kan man även elegant förklara dubbelspalten och gittret. Vill Du sätta Dig in i denna teori så läs den trevliga boken: QED The Strange Theory of Light and Matter. av Richard P. Feynman.
1997-03-20

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".

1997-03-20

Svar:
Ljuset som kommer från atomer, molekyler eller atomkärnor är "budbärare" som för med sig information om dessa mycket små kroppar som vi inte kan observera direkt. Ljus utsänds från dessa mikroskopiska kroppar när de "gör sig av" med energi.

Ett spektrum får man när man delar upp ljuset efter våglängd eller frekvens. Ett kontinuerligt spektrum innehåller ljus av alla våglängder (t.ex. temperaturspektrum). Ett diskret spektrum består av ett ändligt antal ljusa linjer (t.ex. emissionsspektrum).

Bandspektra är typiskt för molekyler och beror på att molekyler kan både vibrera och rotera, se bilden nedan.



Tydliga linjespektra kommer från atomer. Dessa som alltid är sfäriska kan varken rotera eller vibrera.
Det enda sättet för en atom att ha extra energi är att elektronerna får högre energi.

I emissionsspektra ser man ljusa linjer medan man i
absorptionsspektra skickar vitt ljus genom ett prov. Man ser då mörka linjer. Se nedanstående bild. Det kontinuerliga spektrat till vänster (riktning 1) kallas temperaturspektrum (se temperaturstrålning) eftersom utseendet endast beror av den utsändande kroppens temperatur. Om man tittar på lampans temperaturspektrum genom ett gasmoln, så kommer vissa våglängder att absorberas. Vi får ett absorptionsspektrum (riktning 3). Om man i stället tittar på gasmolnet från sidan, så kommer man att se ljusa linjer - ett emissionsspektrum (riktning 2). För ett visst gasmoln är våglängderna för linjerna samma i emission som absorption förutom att vissa linjer ibland saknas i absorptionsspektrat, se fråga [15042].

Man kan fråga sig varför man får mörka linjer i riktning 3 när de våglängder som absorberas i gasmolnet sänds ut igen. Anledningen är att de sänds ut i alla riktningar (t.ex. i riktning 2), så det kommer färre fotoner av de absorberade/utsända våglängderna i riktning 3.

Röntgenspektra har mycket kortare våglängd än synligt ljus. Dessa spektra består av två komponeneter: dels kontinuerligt, dels ett karakteristiskt spektrum.

Studera: Studera olika spektra från gasurladdningslampor
med hjälp av spektroskop. För att se absorptionsspektrum kan Du på motsvarande sätt studera solljuset.

/Gunnar O/Peter E 2000-04-04

Svar:
När en molekyl absorberar elektromagnetisk strålning så kan detta
ske endast för vissa bestämda energier, så kallade resonansenergier. Man kan säga att molekylen "slukar"
ljuspartiklarna, fotonerna, och tar hand om deras energi. Ozon som
består av tre syremolekyler har sina resonansenergier i uv-området.
1998-11-17

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 1998-11-16

Svar:
En mycket bra fråga, som är ett av många exempel på att man, om man vill värna om vår miljö, måste ta hänsyn till alla effekter. Tåg är ju till exempel ett mycket energieffektivt och miljövänligt transportmedel, men man måste också ta hänsyn
till exempelvis tunnelbyggande (tänk på Hallandsåsen!) och hur man producerar den ström som tågen behöver.

Lågenergilampor är små kompakta lysrör, som i stället för en glödtråd har en gas i vilken det blir en urladdning. Lågenergilampor innehåller miljöfarliga ämnen (t.ex. kvicksilver), så när de går sönder måste de tas om hand på ett bra sätt.

Lågenergilampor är betydligt dyrare än vanliga lampor, men de varar längre, så kostnaden blir ungefär densamma. Det har ingen betydelse om värmen kommer från lampor eller element - all energi från lamporna utom den lilla del som går ut genom fönstren används till uppvärmning. Dessutom är det ju så att vi behöver mest uppvärmning på vintern när vi även behöver mest ljus. Värmen från utspridda lampor blir även jämnare fördelad i rummet än från enstaka element.

Skulle man då lika gärna kunna använda bara lampor för uppvärmningen? Nej, det skulle bli för dyrt. Visserligen blir energiförbrukningen (det vill säga elräkningen) densamma, men lamporna går sönder efter en tid, medan ett el-element kan användas mycket länge. Dessutom blir det väldigt ljust hela natten, vilket kan vara störande.

Se även Lågenergilampor sprider kvicksilver med soporna.

Ljuskällor

Ljuskällor är konstruktioner som genererar ljus. Det finns flera olika ljuskällor som bygger på varierande fysikaliska fenomen. Nedan är en sammanställning av fördelar och nackdelar med olika ljuskällor. Detaljer om hur de olika ljuskällorna fungerar finns under länk 1, i Wikipedia-artiklarna Glödlampa och Lågenergilampa samt under nyckelordslänkarna nedan.

Eftersom olika ljuskällor skapar ljus på olika sätt (se nedan) så är fördelningen av ljuset med olika våglängd (spektrum) mycket olika, se figuren nedan.

Glödlampa

Mycket gammal och etablerad ljuskälla som är på väg att fasas ut genom EU-bestämmelser (Incandescent_light_bulb).
Glödlampan har en glödtråd (vanligen av wolfram) som ljuskälla. Glödtråden omges av en skyddande gas (vanligen en ädelgas) innesluten i en glaskolv. Glaskolven är fastsatt i en metallsockel, och elektriskt ledande trådar går från glödtrådens ändar ut genom sockeln. Glödtråden fungerar som ett elektriskt motstånd, och då ström leds genom den blir den het och fungerar därmed som en svartkroppsstrålare (temperaturstrålning) som avger ljus och värme.

++ billig

+ behagligt, varmt ljus

- dålig ljuseffektivitet, c:a 2% (ger mycket värme, Incandescent_light_bulbEfficiency_comparisons)


Lysrör

Etablerad ljuskälla i vissa miljöer, speciellt offentliga (Fluorescent_lamp). Lysrör är en elektrisk ljuskälla som joniserar argon och kvicksilverånga för att bli elektriskt ledande varvid UV-ljus skapas. UV-ljuset exciterar elektroner i det fluorescerande pulver som är anbragt på glasrörets insida. När den exciterade elektronen återfaller i sin lägre bana avges synligt ljus. Glaskvaliteten i röret förhindrar UV-läckage.

+ relativt billigt

+ bra ljuseffektivitet (c.a 10 gånger bättre än en glödlampa)

+ lång livslängd

+ ljuset kan anpassas för olika behov med olika fluoriscenter

- startar upp långsamt (sekunder)

- kallt ljus

- svåra att reglera ljusstyrkan ("dimma")


Lågenergilampa

Är i princip ett litet lysrör och har därför liknande fördelar och nackdelar (Compact_fluorescent_lamp, Lågenergilampa)

+ relativt billig

+ bra ljuseffektivitet

+ lång livslängd (varierar dock)

- startar upp långsamt (sekunder)

- kallt ljus

- innehåller kvicksilver

- åldras (effektiviteten försämras)

- temperaturkänslig

- kan ej "dimmas"


Halogenlampa

Används mest i tillämpningar där man vill ha en liten ljuskälla, t.ex. bilstrålkastare, spotlight (Halogen_lamp). En halogenlampa är en slags glödlampa som innehåller halogengas, vanligen av jod eller brom. I halogenlampan är temperaturen hos glödtråden högre än i en vanlig glödlampa. Den höga temperaturen gör att glödtråden förgasas till viss del men de gasformiga atomerna sublimerar och återgår till glödtråden i ett kretslopp så att den håller 2-4 gånger längre och ger mer ljus än en glödlampa. Halogenlampans ytterhölje är gjort av värmetåligt kvartsglas och har vanligen ett UV-skydd för att filtrera bort UV-strålning.

+ lite högre ljuseffektivitet än en vanlig glödlampa pga högre temperatur

+ innehåller inga tungmetaller

- relativt dyr

- kräver normalt lågspänning så man behöver en transformator

Lysdiod

Har snabbt etablerat sig som en mycket viktig ljuskälla när problemen högt pris och onjutbart ljus har lösts (Light-emitting_diode). Lysdiod (Light Emitting Diode, LED) är en diod som utstrålar inkoherent monokromatiskt ljus vid en elektriskt framåtriktad spänning. Till skillnad från glödlampor, som kan använda likström eller växelström så kräver lysdioder likström med rätt polaritet (några få volt). När spänningen genom PN-övergången är i rätt riktning, flyter en betydande ström genom dioden. Strömmen säges då vara framåtriktad. Spänningen över lysdioden är i detta tillfälle stabil för en given lysdiod och proportionell mot energin av de utstrålade fotonerna. Speciella konstruktioner (fråga [12571]) kan ge vitt ljus.

+ bra ljuseffektivitet

+ ej stötkänslig

+ mycket lång livslängd även om den tappar i effektivitet

+ innehåller inga tungmetaller

+ kan göras mycket små

+ ljuset kan fokuseras till en stråle utan reflektor

-- mycket dyr än så länge

- kallt ljus

- temperaturkänslig (speciellt för värme)

Översikt över de vanligaste lamptyperna (från Sydsvenska Dagbladet 5/12/09):

Glödlampa Lågenergilampa Halogenlampa LED-lampa

 60W 15W 35W 7-15W

710 lumen 710 lumen 710 lumen 710 lumen

12 lumen/W 50 lumen/W 20 lumen/W 50-100 lumen/W

Se Luminous_efficacy för en översikt av effektiviteten (verkningsgraden) av olika ljuskällor. Se länk 2 och Plasma_lamp för information om plasmalampor.

/Peter Ekström 2003-09-03

Svar:
Man får använda "Einsteins formel för addition av hastigheter" som
bygger på den speciella relativitetsteorin. Om vi kallar
hastigheterna v₁ och v₂, så blir det relativa hastigheten

(v₁+v₂)/(1+v₁v₂/c²).

För
ditt exempel v₁=v₂=0.6c blir resultatet 1.2c/(1+0.36)=0.88c.

Observera att om en av hastigheterna är c blir den relativa hastigheten

(c+v₂)/(1+cv₂/c²) = (c+v₂)/(1+v₂/c) = c(c+v₂)/(c+v₂) = c

alltså summan blir aldrig högre än c.
/Peter Ekström 1997-11-22

Svar:
Låt oss först titta på "ett vanligt rum". Ljuset strålar hela tiden ut från
lampan och träffar väggarna där
det mesta "sugs upp" av väggen och resten reflekteras. Om man släcker lampan så dröjer det inte
länge förrän allt ljuset "sugits upp" av väggarna. Energin i ljuset övergår i värmeenergi i väggarna.

Du säger ljusisolerat rum och med det menar Du säkert ett rum som har speglar
på alla väggarna och även på golvet och i taket. Om man släcker ljuset i ett sådant rum
så skulle ljuset studsa fram och tillbaka för all framtid om speglarna vore helt perfekta. I verkligheten är de inte det – vid varje reflektion "sugs" lite av
ljuset upp och det dör ut efter hand.

Observera att det ljus du ser (det som hamnar i ögat) försvinner i ögat. Det betyder att även om du har perfekta speglar så kan du inte observera ljuset utan att förstöra det,

Ljus som färdas ut i världsrymden kommer att fortsätta i oändig tid om det inte träffar på något. Kommer rymden då att bli "ljusare"? Nej, pga universums expansion gör den inte det. Se vidare Olbers paradox.
/GO/lpe 1998-11-16

Svar:
Vi betraktar reflektion mot en metallyta. För att beskriva reflektionen i
fotonmodellen antar man att fotonerna absorberas av elektronerna i metallen som börjar svänga. Denna
svängning gör att de snart sänder ut en foton igen. Detta är en kvantmekanisk
beskrivning av den elektriska kraften där fotonerna spelar en stor roll.

Nedanstående figur visar reflektionsförmågan för tre olika metaller med polerade ytor. Vi kan se att aluminium har den bästa reflektionsförmågan i hela det synliga området (390-750 nm, Visible_spectrum) och silver förlorar lite reflektionsförmåga i blått och ultraviolett. För guld är reflektionsförmågan mycket begränsat för korta våglängder, dvs blått. Detta är anledningen till att guld har en gulaktig färg: rött+grönt blir gult (se Color Addition Simulator).

Se vidare Reflectivity och Reflection_(physics).

/Gunnar O/lpe 1997-11-20