Energi - Ljus

(Sammanställt av grupp 7b)

I kursplanen står det att eleverna i slutet av det femte skolåret bland annat ska ha uppnått att "ha insikt i grunderna för ljusets utbredning. hörseln samt ljusets egenskaper och ögats funktion" (Skolverket, 2008, s. 59).

Vad är ljus?
Magnusson (1998) menar att ljus är den elektromagnetiska strålning som ögat har en känslighet för. Enligt nationalencyklopedin har detta ljus en våglängd på 390-770 nm. Det finns även elektromagnetisk strålning med våglängder som inte skiljer sig så mycket från ögats känslighetsområde som också räknas som ljus. Hit räknas bland annat ultraviolett ljus och infrarött ljus. Enligt nationalencyklopedin färdas ljuset i tomrum i en hastighet av 299 792 458 m/s, som enligt relativitetsteorin är den högsta hastighet som energiöverföring kan äga rum (http://www.ne.se/).

Historiskt sett har det funnits två tankar om ljuset enligt Magnusson (1998). Den ena stod Isaac Newton för, som hävdade att ljuset består av en ström av partiklar. Christian Huygen såg istället ljuset som vågrörelser. I dagens samhälle ser vi ljusets uppträdande som både partikelström och våglängd beroende på experimentets uppbyggnad. Burnie (1992) menar att ljuset som partiklar studsar mot en spegel i en jämn ljusstråle på olika delar av spegeln. Partiklarna reflekteras i omvänd ordning. Är spegeln ojämn fungerar dock inte detta eftersom partiklarna då reflekteras åt olika håll. Med ljuset som vågor reflekteras ljuset i samma vinkel som infallet skedde i vilket gör att spegelbilden blir vänd på sidan. Hewitt (1998) redogör att en total inre reflektion visar sig i material där hastigheten av ljuset är mindre än ljuset på utsidan. Hastigheten på ljus är mindre i vatten än i luft så alla ljusstrålar som når vattenytan vid en vinkel av 48 grader reflekteras tillbaka i vattnet. En fullständig inre reflektion av ljus sker i glas som är omringat av luft, på grund av att hastigheten av ljuset i glas är mindre än i luften. Den kritiska vinkeln för glas är ungefär 43 grader men det är också beroende på vilken typ av glas det är. Det betyder att ljus som har större vinkel än 43 grader reflekteras helt. Ljuset visar sig inte bakom denna vinkel utan istället så reflekteras allt tillbaka i glaset, detta oberoende om utsidan på ytan bär på smuts eller damm. Elfström, Nilsson, Sterner och Wehner Godée (2008) skriver att det går att se hur ljuset ändrar riktning vid övergång mellan olika material såsom exempelvis luft, vatten eller glas. Det beror på att ljuset ändrar hastighet. Ljuset går betydligt långsammare i vatten och glas som är tätare ämnen än luft. Ljustrålarna bryts mellan ämnena. Magnusson (1998) menar att ljusets hastighet i luft är 340 m/s i kontrast till 200 000 km/s i glas och 225 km/s i vatten. Frekvensen (antalet svängningar under en viss tid) i alla material förblir den samma men våglängden blir kortare. Det är frekvensen som bestämmer ljusets färg.

Varför är himlen blå?
Himlen är blå med anledning av att det vita ljuset från solen egentligen är en blandning av många färger. Storleken på luftens molekyler fångar upp och sprider den där blåa färgen. Det är lätt att låta sig luras av att det är luften som är blå. Då solen står lågt måste strålningen passera genom mycket luft, vilket innebär att det blå ljuset i spektrat sprids bort på vägen. Det är endast den långvågiga (röda) delen av strålningen som orkar fram, detta märks tydligare vid solnedgångar. Solen är mycket rödare om luften innehåller stoft eller föroreningar (Andbert, 1995). Som en sammanfattning utifrån Juul Nielsen (2008) kan man säga att det är ljusets väg genom atmosfären som gör att det blå ljuset sprids i en större utsträckning än övriga färger.

Varför en båge?
Varför formar ljuset av regndropparna en båge? Hewitt (1998) förklarar att en regnbåge är inte tvådimensionell som så verkar och det är mycket beroende på avståndet. Regnbågen som vi människor ser är egentligen en tredimensionell kon med toppen/änden pekad mot vårt öga. Alla de vattendroppar som skingras regnbågens ljus ligger i form av en kon, en kon med varierande lager av droppar som visar de olika färgerna. Desto tjockare område av vattendroppar desto tjockare är konen som du ser igenom och därmed också en klarare/tydligare regnbåge. Om vi till exempel enbart tar böjningen av färgen röd, är den synlig när vinkeln mellan de solstrålar som följer med och de skingrade strålarna skapar en vinkel på 42 grader. Självklart går det att se strålarna som skingras från vattendropparna i alla riktningar men det enda röda ljus vi ser är från den droppe som ligger på en kon med en sidvinkel av just 42 grader. För att se den violetta färgen tittar vi i en vinkel på 40 grader (a.a.).

Referenser
Andbert, P-G. (1995). VÄDERPRAKTIKAN. Halmstad: Bokförlaget Spektra AB.
Burnie, D (1992). LJUS - från solgudar till laserljus, hologram och rymdljus-ljuset i närbild. Stockholm: Bonniers Juniorförlag AB.
Elfström, I., Nilsson, B., Sterner, L. och Wehner-Godée, C. (2008). Barn och naturvetenskap - upptäcka, utforska, lära. Stockholm: Liber.
Hewitt G, P. (1998). (Eighth Edition). Conceptual Psycics. United States of America: R. R. Donelley & Sons Company.
Juul Nielsen, L. (2008). Naturens krafter. Köpenhamn: Bonnier Publications International AS (Vetenskapens universum ; 3, Illustrerad vetenskaps bibliotek).
Magnusson, K. (1998). Ljus och LCD – teknik. Solna: Ekelunds Förlag AB.
Nationalencyklopedin. [Elektronisk] Tillgänglig: http://ne.se.persefone.his.se/lang/ljus/243621 [2010-02-16] Skolverket. (2008). Grundskolan, Kursplaner och betygskriterier. Stockholm: Fritzes.