DETTE SKAL DU LÆRE OM

Transkript

1

2 Kapittel 3 LYS, SYN OG FARGER Du har sikkert sett fargene i en regnbue. Øynene våre er lagd slik at de kan oppfatte lys og farger. Men hva er lys? Og hva er det som gjør at det blir farger? Vi bruker kikkert for å se noe som er langt unna, og forstørrelsesglass eller mikroskop for å studere ørsmå ting. Med et fotoapparat kan vi «fange» øyeblikket. Med en parabolantenne kan vi motta signaler fra satellitter i bane rundt jorda og se og høre hva som skjer helt andre steder i verden. Uten eksperimentering med lys ville vi ikke hatt slike oppfinnelser. Også i datateknologien utnytter vi kunnskap om lys. Visste du for eksempel at mye av informasjonen som går mellom datamaskiner rundt om i verden når du er på internett, blir overført som lys gjennom fiberoptiske kabler? DETTE SKAL DU LÆRE OM Hva lys og farger er. Hva som må til for å se, og hvordan øyet fungerer. Hvilke lover som gjelder for refleksjon og brytning av lys. Hvordan noen vanlige optiske instrumenter som briller, forstørrelsesglass og kikkert fungerer.

3 4 NATUR OG UNIVERS 3 Hva er lys? Menneskene har alltid vært opptatt av lyset og fenomener med lys. Mange har undersøkt hvordan lyset oppfører seg når det treffer ulike gjenstander og går gjennom forskjellige stoffer. Det de har funnet ut, har ført til mer kunnskap og mange nyttige oppfinnelser. Men hva er lys? Det er ikke så lett å gi et enkelt svar på dette. Lys oppfører seg nemlig på flere forskjellige måter. På bildet ser du sollys gjennom tåkedis. Her kan du se at lyset går i rette linjer. Disse linjene kaller vi stråler. Vi tegner ofte strålene som piler som viser retningen lyset går i. Enkelte ganger kan du observere en regnbue på himmelen. For at det skal være mulig å forklare hva farger er, må vi gå ut fra at lys er bølger. Hvordan dette henger sammen, skal vi si mer om seinere. I tillegg til stråler og bølger opptrer lys på enda en måte. Du har sikkert lest om bruk av solceller for å lage elektrisitet. Lyset «slår» løs elektroner slik at de kan bevege seg og lage strøm. Da oppfører lyset seg som små partikler som kolliderer med elektronene.

4 LYS, SYN OG FARGER 5 Vi har tre modeller for lys: strålemodellen, bølgemodellen og partikkelmodellen. Hvilken modell vi bruker, er avhengig av hva vi skal forklare. Vi har ikke én enkelt forklaring på hva lys er, men bruker tre ulike modeller når vi skal beskrive det: stråler bølger partikler Hvilken modell vi bruker, er avhengig av hvilke egenskaper ved lyset vi ønsker å beskrive. I dette kapitlet skal vi i hovedsak benytte strålemodellen. Men når vi kommer til farger, vil du også lære litt mer om bølgemodellen. Vi har tre modeller for lys: stråler, bølger og partikler. Stråle Bølge Partikler Lys er en form for energi. Lys kan få ting til å skje. Det får planter til å vokse, lager strøm i solceller og varmer opp vann slik at det fordamper. Lyset har energi. Det gjelder uansett hvilken modell vi bruker. Å se noe lys går fra gjenstanden til øyet Hvordan kan vi se noe? Hva skjer mellom øyet og gjenstanden som vi ser? Dette er et gammelt spørsmål, og det har vært to hovedteorier: Den ene er at øyet er aktivt og sender ut «synsstråler» som treffer gjenstandene. Den andre er at øyet er passivt og mottar stråler fra gjenstandene. Hva tror du er riktig? En dataskjerm som er slått på, er en lyskilde.

5 6 NATUR OG UNIVERS 3 Når øynene mottar lys fra en gjenstand, ser vi den. Lys som treffer noe og blir sendt tilbake, sier vi blir reflektert. Vi ser tingene rundt oss fordi de reflekterer lys fra lyskilder. Det er det siste som er korrekt. Øyet er lagd slik at det kan motta (registrere) lys. Når lys fra en gjenstand treffer øynene våre, ser vi gjenstanden. En gjenstand som sender ut lys, kaller vi en lyskilde. Sola, en tent lampe og displayet på mobilen er eksempler på dette. Når vi befinner oss ute om dagen eller i et rom med tente lamper, blir ting rundt oss truffet av lys fra lyskilder. Noe av dette lyset blir tatt opp av gjenstandene, mens noe «spretter» tilbake. Det som blir sendt tilbake, sier vi blir reflektert. Det er det reflekterte lyset fra gjenstandene rundt oss som gjør at vi ser dem. Du ser altså de andre elevene i klasserommet fordi de reflekterer lys som når øynene dine. Men bokstavene du leser akkurat nå, reflekterer veldig lite de er svarte. Likevel ser du dem. Det er fordi papiret rundt dem reflekterer hvitt lys. Øyet oppfatter bokstavene som mørke «silhuetter». Først når øynene ikke mottar lys i det hele tatt, blir det helt mørkt. Sola skinner på gutten som reflekterer noe av lyset. Når det reflekterte lyset treffer øyet vårt, ser vi gutten. Dette bildet ser du fordi boka reflekterer lys fra lampene og vinduene i klasserommet. Refleksbrikker sender lys tilbake Har du gått langs en mørk vei og opplevd at bilene kommer veldig nær før de oppdager deg og svinger ut? Det hjelper ikke at du ser bilen på lang avstand. For at sjåføren skal se deg, må du sende lys til øynene hennes. Og vanlige klær reflekterer for lite av billyset. Sjåføren ser deg ikke. En refleksbrikke inneholder mange små speil. Det gjør at sjåføren kan se deg på mye lengre avstand. I mørket er det viktig å bruke noe som reflekterer eller sender ut lys, når vi sykler eller går i trafikken.

6 LYS, SYN OG FARGER 7 I lufttomt rom er lysfarten km/s. I luft er den nesten like stor. I vann og glass er lysfarten mindre. Lyset går veldig fort Når du ser lyset fra en lommelykt, er det fordi strålene går fra lykta til øynene dine. Selv om du står langt unna, oppfatter du lyset med en gang lykta blir tent. Det er fordi lyset beveger seg veldig fort. Lyset går med en fart på km/s, som tilsvarer omtrent sju og en halv gang rundt jorda ved ekvator i løpet av ett sekund! Dette er lysfarten i lufttomt rom (vakuum). I luft er det lite som «bremser» lyset, så det går nesten like fort i luft som i vakuum. I stoffer som for eksempel vann eller glass er lysfarten mindre. Verdiene kan du se i tabellen under. STOFF Vakuum/luft Vann Glass LYSFARTEN km/s km/s km/s Månen reflekterer sollys slik at vi ser den. Lyset bruker 8 minutter fra sola til månen og 1 sekund fra månen til jorda.

7 8 NATUR OG UNIVERS 3 Lysfarten Einsteins relativitetsteori sier at ingen gjenstand kan oppnå større fart enn lyset, uansett hvor mye den blir akselerert. Lysfarten i vakuum er den teoretiske «fartsgrensen» for alle gjenstander med masse. Til vanlig regner vi samme lysfart i luft som i vakuum. I virkeligheten går lyset litt langsommere i luft. Og det går litt langsommere i kald luft enn i varm luft. Det skyldes at jo kaldere lufta er, desto større tetthet har den, og desto mer «bremser» lufta lysstrålene. Jo lenger unna lykta øyet befinner seg, desto mindre del av lyset treffer øyet. Vi opplever at lyset blir svakere når vi fjerner oss fra lykta. Lyset blir svakere når vi fjerner oss fra lyskilden Lysstyrken avtar når vi fjerner oss fra lyskilden. Se på tegningen over. En vanlig lommelykt sender ut strålene i kjegleform. Står du nær lykta, mottar øyet mye av lyset. Står du lenger unna, vil bare en mindre del treffe øyet. Du opplever derfor at lykta er svakere på lang avstand enn på kort hold. Dette fenomenet gjelder alle kilder som sender ut lys i flere retninger. Vi sier at lysstyrken avtar når avstanden til kilden øker. Et moderne kamera har lysmåler som måler lysstyrken. Dermed kan det beregne tiden som lukkeren må være åpen for å få bilde. Mange av stjernene i universet er mye større og sender ut atskillig mer lysenergi enn sola. Men fordi sola er mye nærmere enn de andre stjernene, skinner den sterkere her hos oss. På en varm sommerdag kan det bli for mye av det gode da kan det være mer behagelig i skyggen.

8 LYS, SYN OG FARGER 9 Når en gjenstand stopper lys fra en lyskilde, blir det skygge. Skygge når lyset blir stoppet Hvis du lyser på en vegg med en lommelykt og plasserer en gjenstand foran lykta, blir det skygge på veggen. Det er fordi gjenstanden stopper stråler fra lykta. Den delen av veggen som mottar mindre lys, vil også reflektere mindre og se mørk ut. Helskygge Halvskygge Helskygge På figuren kan du se hvordan skyggen blir i to ulike tilfeller. Når gjenstanden er stor i forhold til lyskilden, stopper den lys fra hele kilden. Det gir en tydelig avgrenset (skarp) skygge. Når gjenstanden er liten i forhold til kilden, kan vi få en skarp skygge i midten. Men i området rundt stopper gjenstanden lys fra bare deler av kilden. Her blir skyggen mer diffus. Den skarpe skyggen i midten kaller vi helskygge, og den diffuse skyggen rundt kaller vi halvskygge. Banen til månen rundt jorda Delvis solformørkelse (halvskygge) Total solformørkelse (helskygge) Sola Månen Jorda Solformørkelse månen kaster skygge på jorda Du har kanskje opplevd solformørkelse. Det skyldes at sola skinner på månen som lager skygge. Når månen på sin ferd kommer mellom sola og jorda, kan «måne-skyggen» treffe jorda. Da får vi solformørkelse. Månen skygger rett og slett for sola. Skyggen som månen lager, består av en helskygge med en halvskygge rundt. Hvis vi befinner oss i halvskyggen, vil bare deler av solskiva være formørket. Det kaller vi en delvis solformørkelse. I helskyggen er det annerledes. Der vil vi ikke se noe av solskiva. Da kaller vi det en total solformørkelse. Det viktig å huske på at det er farlig å se direkte på sola under en formørkelse. Vi må bruke spesialbriller eller observere indirekte.

9 10 NATUR OG UNIVERS 3 Refleksjon når lyset blir sendt tilbake Du leste i forrige avsnitt at noe av lyset som treffer en gjenstand, blir sendt tilbake. Vi sier at det blir reflektert. Det likner litt på det som skjer når vi kaster en gummiball mot en vegg. Ballen spretter tilbake. Lys reflekterer etter en bestemt regel Innfallsloddet Innfallsvinkel = i Refleksjonsvinkel = r Når lys blir reflektert, er refleksjonsvinkelen (r) like stor som innfallsvinkelen (i). Refleksjonsloven forteller at refleksjonsvinkelen er like stor som innfallsvinkelen. På tegningen over har vi tegnet en lysstråle som blir reflektert fra en liten, plan flate. Der lysstrålen treffer flaten, tenker vi oss en linje (en normal) vinkelrett på flaten. Denne normalen kaller vi innfallsloddet. Vinkelen mellom innfallsloddet og strålen som kommer inn, kaller vi innfallsvinkelen. Refleksjonsvinkelen er vinkelen mellom innfallsloddet og den reflekterte strålen. Når en lysstråle blir reflektert, er regelen alltid: refleksjonsvinkel = innfallsvinkel Denne regelen kaller vi refleksjonsloven. Jevn (plan) overflate Refleksjon fra jevn og ujevn overflate. Ujevn overflate

10 LYS, SYN OG FARGER 11 De fleste gjenstander har ujevn overflate. Når flere parallelle lysstråler treffer en slik overflate, blir de reflektert i mange retninger. Det er annerledes når flaten er plan og jevn. Da vil også de reflekterte strålene være parallelle. En stille vannoverflate, et lommespeil eller en nypolert bil har helt jevn overflate. Overflaten må være på denne måten for at vi skal kunne speile oss i den. Hvordan speil «lurer» hjernen vår Når vi speiler oss, mottar øynene lysstråler fra kroppen som er reflektert i speilet. Dette er illustrert i figuren under. Jente Speilbilde Lyset blir reflektert i speilet og treffer øyet. Vi ser oss selv «bak» speilet (speilbildet). Speil Når lys blir reflektert i et speil, kan vi se et speilbilde. I plane speil ligger bildet like langt bak speilet som gjenstanden ligger foran. Bildet er like stort som gjenstanden og speilvendt. Du ser foten din når lys fra den blir reflektert i speilet og treffer øyet. Men hjernen blir på en måte «lurt». Den oppfatter det som om strålene har gått rett fram hele tiden. Derfor ser det ut som om foten befinner seg bak speilet. Du ser et speilbilde. Når vi bruker plane (flate) speil, vil bildet ligge like langt bak speilet som gjenstanden ligger foran. Bildet er også like stort som gjenstanden, men speilvendt. Buede speil kan gi rare bilder Dersom speiloverflaten er krum eller bølget, blir det dannet merkelige speilbilder. Dette kan du se for eksempel i speilhus på tivoli eller i gamle speil som ikke er helt plane.

11 Veispeil som gir større synsfelt og dermed økt trafikksikkerhet. Konvekse speil er buet som utsiden av en skål. De gir forminsket bilde og større synsfelt. Konkave speil er buet som innsiden av en skål. Ting nær speilet blir forstørret, ting lenger unna blir forminsket og står opp ned. Parabolspeil reflekterer parallelle stråler til ett punkt brennpunktet. Er speilet buet som utsiden av en skål, sier vi at det har konveks form. Det gir et forminsket bilde, men øker synsfeltet. Slike speil blir blant annet brukt som ryggespeil på biler og som overvåkningsspeil i butikker. Hvis speilet er buet andre veien (som innsiden av en skål), har det konkav form. Det gir to slags speilbilder: Ting som er nær speilet, vil se større ut enn i virkeligheten, mens ting som er lenger unna, blir forminsket og står opp ned. Jo svakere speilet er buet, desto lenger unna kan du gå og fortsatt få et forstørret bilde. Derfor blir svakt konkave speil ofte kalt forstørrelsesspeil. Vi samler lyset med et parabolspeil Vi kan bruke et parabolspeil til å samle lyset. Parabolspeilet er buet slik at alle parallelle stråler som kommer rett inn mot speilet, blir reflektert til ett punkt. Dette punktet kaller vi brennpunktet. På tegningen på neste side kan du se hvordan refleksjonen blir.

12 LYS, SYN OG FARGER 13 I et parabolspeil blir alle stråler som kommer inn parallelt med aksen, reflektert til brennpunktet. Parabolspeil Speilakse Brennpunkt En parabolantenne virker som et parabolspeil. Der er mottakeren (antennehodet) plassert i brennpunktet. Strålene fra satellitten som treffer tallerkenen, blir reflektert til antennehodet. På den måten fanger antennen opp flere stråler enn de som treffer antennehodet direkte, og signalene blir sterkere. Både i parabolantenner og i lyskastere benytter vi parabolspeil. Hvis vi plasserer en lyspære i brennpunktet til et parabolspeil, vil strålene fra pæra som blir reflektert, gå parallelt ut fra speilet. Dette utnytter vi blant annet i billykter og i lyskastere på teater.

13 14 NATUR OG UNIVERS 3 Brytning når lysstrålene får en «knekk» Stoffer som lyset kan gå gjennom, sier vi er gjennomsiktige. Luft, vann og glass er eksempler på gjennomsiktige stoffer. Når lyset går fra luft til vann, får lyset en «knekk». Når lys går fra ett stoff til et annet, kan det endre retning. Vi sier at lyset blir brutt. På bildet ser du en lysstråle (rød) som treffer vannet i et kar. Både der strålen treffer vannet, og der strålen treffer bunnen i karet, blir noe av lyset reflektert. I overgangen mellom lufta og vannet ser du også noe annet: strålen får en «knekk». Lyset forandrer retning når det går på skrå fra ett stoff til et annet, for eksempel fra luft til vann. Vi sier at strålen blir brutt, og vi kaller fenomenet lysbrytning. Lysbrytning kan både forårsake «rare bilder» og lage regnbue på himmelen. Dessuten utnytter vi fenomenet i for eksempel briller og kameraer. Men før vi forteller mer om dette, skal vi se på noen enkle regler som gjelder når en stråle blir brutt. Lys som går på skrå fra luft til glass eller vann, blir brutt mot innfallsloddet. Lys som går motsatt vei, blir brutt fra innfallsloddet. Hvordan lys endrer retning når det passerer grensen mellom to gjennomsiktige stoffer På tegningen øverst på neste side kan du se hvordan lyset blir brutt mellom luft og glass. Vinkelen mellom innfallsloddet og den brutte strålen kaller vi brytningsvinkelen. Når strålen går fra luft til glass, blir brytningsvinkelen mindre enn innfallsvinkelen. Vi sier at lyset blir brutt mot innfallsloddet. Går strålen i motsatt retning, fra glass til luft, blir brytningsvinkelen større enn innfallsvinkelen. Lyset blir brutt fra innfallsloddet. Vi kan si at lyset følger samme bane uansett om det går inn eller ut av glasset.

14 LYS, SYN OG FARGER 15 i b Luft Glass Luft Glass b i Når lys går på skrå fra luft til glass, er brytningsvinkelen (b) mindre enn innfallsvinkelen (i). Strålen som fortsetter inn i glasset, blir brutt mot innfallsloddet. Når lys går fra glass til luft, er brytningsvinkelen (b) større enn innfallsvinkelen (i). Strålen blir brutt vekk fra innfallsloddet. Noe lys blir også reflektert. Stråler som treffer vinkelrett på grenseflaten mellom to stoffer, fortsetter rett fram uten å bli brutt. Se én gang til på bildet av lysstrålen som blir sendt ned i karet med vann. Hvordan er brytningen der? Du ser kanskje at vi får tilsvarende brytning som i glass, men brytningen vil bli forskjellig i de to stoffene. Noe av lyset blir alltid reflektert når en stråle treffer grenseflaten mellom to gjennomsiktige stoffer. Det er lyset som fortsetter videre, som blir brutt. Og strålen må treffe på skrå for at vi skal få brytning. Hvis strålen treffer vinkelrett på (innfallsvinkel 0 ), fortsetter den rett fram uten «knekk». Brytning skyldes endring av lysfarten På side 00 leste du at lys går langsommere i glass enn i luft. Det er forandringen av farten som gjør at lyset skifter retning. Vi kan gjøre en sammenlikning: Tenk deg en forhjulsdreven bil som kjører på skrå fra asfalt og ut i løs sand. Det forhjulet som først kommer ut i sanden, vil gå langsommere framover enn det som fortsatt befinner seg på asfalten. Dermed svinger bilen, hvis vi ikke holder igjen med rattet. Lys går med forskjellig fart i vann og glass. Derfor får vi brytning også mellom vann og glass. Regelen er at når strålen går til et stoff der lysfarten er mindre, blir strålen brutt mot innfallsloddet. Når strålen går til et stoff med større lysfart, blir den brutt fra innfallsloddet.

15 16 NATUR OG UNIVERS 3 Totalrefleksjon lys blir brutt så kraftig at det ikke «slipper ut» Luft Glass Strålen kommer fra glass og treffer grenseflaten mot luft. Når innfallsvinkelen er stor nok, får vi totalrefleksjon. Lyskilde Totalrefleksjon Lys som går i glass og treffer grenseflaten mot luft, blir totalreflektert når innfallsvinkelen er stor nok. Lys som går fra glass til luft, blir brutt fra innfallsloddet. Vi kan øke innfallsvinkelen til vi får en brytningsvinkel på 90. Det er det samme som at den brutte strålen fortsetter langs grensen mellom glass og luft. Hva tror du skjer hvis vi øker innfallsvinkelen enda mer? Når innfallsvinkelen er stor nok, vil ikke noe lys slippe ut i lufta. Alt blir reflektert i glasset. Vi kaller fenomenet for totalrefleksjon. I det neste avsnittet vil du se eksempler på hvordan vi har nytte av dette fenomenet. Optiske fibrer kan lede lys En optisk fiber er en tynn glasstråd som vi kan sende lys gjennom. Stråler som blir sendt inn i enden av en slik fiber, blir totalreflektert hver gang de treffer fiberoverflaten. Dermed følger lyset den tynne tråden uten å komme ut gjennom veggen i tråden. Lys som blir sendt inn i glass, kan bli totalreflektert. Lyset følger det bøyde røret.

16 Lampe som består av mange optiske fibrer. Det lyser i enden av fibrene. Optiske fibrer er tynne glasstråder som leder lys på grunn av totalrefleksjon. De blir blant annet brukt til overføring av signaler i telefonnett og datanett verden over. Legene bruker optiske fibrer til å undersøke indre organer i kroppen. De sender inn og mottar lys gjennom fibrer. Slik kan de se inn i for eksempel blodårene eller tarmene våre. Optiske fibrer blir også benyttet i telefonnett og datanett verden over. Da blir lange fibrer lagt i kabler. De elektriske signalene blir omgjort til lys, som blir sendt gjennom kablene. Når du «chatter» på internett eller laster ned fra servere, blir mye av informasjonen overført på denne måten.

17 18 NATUR OG UNIVERS 3 Brytning kan gi synsbedrag Har du rodd i båt noen gang? Da har du kanskje opplevd at det ser ut som om åra har en knekk i vannoverflaten. Det samme fenomenet kan du se hvis du setter et sugerør på skrå i et glass med vann. Se på tegningen. Lyset fra enden av sugerøret nede i vannet blir brutt i overflaten før det treffer øyet. Men øyet oppfatter ikke at strålene forandrer retning. Derfor ser det ut som om enden av røret ligger høyere i vannet enn den egentlig gjør. Har du lagt merke til at et tjern eller et basseng alltid ser litt grunnere ut enn det virkelig er? Bunnen blir «løftet» på samme måte som enden av sugerøret. Brytningen av lyset i overflaten gjør at det ser ut som om sugerøret har fått en knekk. Gjør et tilsvarende forsøk selv med et sugerør eller en blyant. Hva ser du? En gjenstand under vann vil se ut som om den ligger litt grunnere enn den egentlig gjør. Det skyldes at lyset blir brutt i vannoverflaten. Luftspeiling Når vi kjører på en asfaltert vei i sterk varme, kan det se ut som det er vann lenger framme på veien. Men når vi kjører videre, finner vi at asfalten er helt tørr. Hva kommer dette av? Når sola skinner sterkt, er lufta varmere jo nærmere asfalten den befinner seg. Lyset går fortere desto varmere lufta er. Dermed blir solstrålene hele tiden brutt på sin vei mot bakken, på liknende måte som lys blir brutt når det går fra glass til luft. Til slutt blir det totalrefleksjon. Det er altså ikke vann vi ser, men en speiling av himmelen.

18 LYS, SYN OG FARGER 19 Brytning i linser kan brukes til mye Du har sikkert brukt forstørrelsesglass eller sett i kikkert eller mikroskop. Kanskje bruker du briller. Da har du nytte av noe vi kaller linser. Det er skiver av glass, plast eller annet materiale som er formet slik at de bryter lyset på spesielle måter. Vi har to hovedtyper linser: konvekse og konkave. En konveks linse er tykkest på midten. Den bryter parallelle stråler til brennpunktet. Konvekse linser kaller vi samlelinser. Konvekse linser samler lyset, konkave linser sper lyset Konvekse linser er tykkest på midten. Stråler som kommer inn parallelt med aksen til linsa, blir brutt slik at de krysser hverandre i ett punkt. Punktet der strålene møtes, kaller vi brennpunktet. Konvekse linser blir også kalt samlelinser eller brennglass. Du har kanskje tent på papir eller tørt gress med et brennglass? Lar du solstråler treffe linsa og holder et papir i brennpunktet på andre siden, kan det bli så varmt der at det tar fyr. Konveks linse En konveks linse samler lyset. Stråler parallelt med aksen blir brutt til brennpunktet. Akse F Brennpunkt F Brennpunkt Brennvidde Brennvidde I brennpunktet der solstrålene samles, blir det så varmt at det tar fyr.

19 20 NATUR OG UNIVERS 3 En konkav linse er tynnest på midten. Den sprer parallelle stråler slik at det ser ut som om de kommer fra brennpunktet. Konkave linser blir kalt spredelinser. Konkave linser er tynnest på midten. Formen gjør at de sprer lyset istedenfor å samle det. Konkave linser blir også kalt spredelinser. Spredelinser kan ikke fungere som brennglass. Likevel sier vi at de har brennpunkt. Grunnen er at stråler som kommer parallelt langs aksen til linsa, blir brutt slik at det ser ut som om alle strålene kommer fra samme punkt. Det er dette vi kaller brennpunktet. Konkav linse En konkav linse sprer lyset. Stråler parallelt med aksen blir brutt som om de kommer fra ett punkt brennpunktet. Akse F Brennpunkt F Brennpunkt Brennvidde Brennvidde Brennvidden er avstanden fra linsa til brennpunktet. Både samlelinser og spredelinser har ett brennpunkt på hver side. Avstanden fra linsa til brennpunktet, kaller vi for brennvidden. Med en samlelinse kan vi lage et skarpt bilde av en gjenstand på en skjerm. Med konvekse linser kan vi lage bilder på en skjerm Hvis du holder en samlelinse mellom et stearinlys og en hvit skjerm, kan du få et skarpt bilde av flammen på skjermen. Nøyaktig hvor du skal plassere linsa, finner du ut ved å prøve deg fram. Bildet på skjermen kaller vi et linsebilde. Det oppstår fordi stråler fra flammen blir brutt i linsa. For å få et skarpt bilde må vi holde linsa slik at strålene fra ett punkt i flammen møtes igjen i ett punkt på skjermen. Vi kan konstruere linsebilder. Da tegner vi to stråler fra et punkt på gjenstanden. Den ene strålen er parallell med aksen og blir brutt til brennpunktet. Den andre går gjennom sentrum av linsa. Når linsa er tynn, vil strålen gjennom sentrum fortsette rett fram uten å bli brutt. Der de to strålene møtes igjen, finner vi bildet av punktet vi startet med.

20 LYS, SYN OG FARGER 21 Lyset 2F F F Bilde av lyset Konstruksjon av linsebilde. Figuren viser hvilke to stråler vi vanligvis bruker. F er brennpunktet. For å danne linsebilde på en skjerm må avstanden fra gjenstanden til linsa være lengre enn brennvidden. I filmframvisere, videokanoner, kopimaskiner, kameraer og i øyet blir bildene lagd ved hjelp av samlelinser. For å fange opp bildet på en skjerm må gjenstanden befinne seg utenfor brennpunktet til linsa. På tegningen er avstanden mellom gjenstanden og linsa lengre enn to ganger brennvidden. Da blir bildet opp ned og forminsket. Dette er prinsippet i et kamera og i øyet ditt akkurat nå (hjernen «snur» bildet riktig vei). På tegningene under kan du se hva som skjer hvis vi flytter gjenstanden nærmere brennpunktet til linsa. Der ser du også hvor disse tilfellene blir brukt. Gjenstand Avstand to brennvidder fra linsa 2F F F Bruk Kopimaskin Bilde Like stort, opp ned Gjenstand Avstand mellom en og to brennvidder fra linsa 2F F F Bruk Videokanon, filmframviser Bilde Forstørret, opp ned Bilder lagd av samlelinser.

21 22 NATUR OG UNIVERS 3 Den enkleste formen av et kamera består av en boks med et hull i den ene veggen. Når stråler fra omgivelsene går gjennom hullet, blir det dannet et forminsket, opp ned bilde av omgivelsene. Daguerreotypikamera fra 1839 og moderne digitalkamera. Det er lett å se at vi har hatt en rivende teknologisk utvikling. Kameraets historie Hvis vi slipper dagslys inn gjennom et lite hull i veggen i et mørkt rom, blir det dannet et opp ned bilde av omgivelsene på den motsatte veggen inne i rommet. Fenomenet var kjent av grekerne allerede 500 år før Kristus. Fra 1490 brukte Leonardo da Vinci prinsippet når han malte. Han lot lyset danne bildet på et ark, slik at han kunne tegne omriss av motivet. På 1500-tallet ble det populært å lage bokser med hull i den ene siden og en matt, gjennomsiktig skive på den andre siden, der bildet kom til syne. Apparatet ble kalt camera obscura. Etter hvert ble kameraet utstyrt med en linse istedenfor bare et hull. Det ga et skarpere og sterkere bilde. Den første som klarte å «feste» bildet til en skive, slik at det var mulig å ta det ut og se på det etterpå, var franskmannen Joseph Nicéphore Niepce. For å lage bildet måtte han la lyset virke på skiva i åtte timer. Dette skjedde i Men arbeidet til Niepce ble lite kjent. Derfor var det en annen franskmann Louis Daguerre som fikk æren av å ha oppfunnet fotoapparatet. Daguerre offentliggjorde sin metode i Han kalte metoden for daguerreotypi. I 1888 lanserte amerikaneren George Eastman et kamera under mottoet: «Trykk på knappen og la Kodak gjøre resten». Denne kameratypen inneholdt en filmrull. Eieren kunne ta mange bilder og sende kameraet til fabrikken etterpå. Der ble bildene framkalt og sendt tilbake sammen med kameraet med ny film i. Eastman gjorde fotografering til en folkehobby. I dagens kameraer bruker vi ikke filmruller. Lyset blir i stedet registrert av sensorer i kameraet og omgjort til tall i en liten datamaskin. Vi sier at bildet blir lagret digitalt. I moderne kameraer går også lyset gjennom flere linser etter hverandre. Dette er kompliserte linsesystemer som gir skarpere og bedre bilder.

22 LYS, SYN OG FARGER 23 Et forstørrelsesglass er en samlelinse. Plasserer vi gjenstanden innenfor brennpunktet og ser på den gjennom linsa, ser vi et forstørret bilde. Forstørrelsesglass og kikkert Du har sikkert brukt forstørrelsesglass for å undersøke små dyr eller små gjenstander. Et forstørrelsesglass er en samlelinse. Vi plasserer gjenstanden mellom brennpunktet og linsa og betrakter gjenstanden gjennom linsa. Da ser vi et bilde som er forstørret og riktig vei. Hvordan bildet oppstår, kan du se på tegningen under. Konstruksjon av bilde i et Forstørrelsesglass forstørrelsesglass. Når vi (konveks linse = samlelinse) ser gjennom linsa, ser det ut som om gjenstanden er større enn den virkelig er. F F

23 24 NATUR OG UNIVERS 3 Virkelige og innbilte linsebilder Linsebilder som vi kan fange opp på en skjerm, blir dannet fordi stråler blir brutt i linsa og møtes igjen på andre siden. Vi kaller slike linsebilder for virkelige bilder. Bildet i forstørrelsesglasset er annerledes. Det blir ikke dannet fordi lysstråler møtes, men fordi det ser ut som om de brutte strålene kommer fra et annet sted enn de virkelig gjør, når vi ser gjennom linsa. Slike linsebilder kaller vi for innbilte bilder. For å få et virkelig bilde på en skjerm må gjenstanden befinne seg utenfor brennpunktet til samlelinsa. Plasserer vi gjenstanden innenfor brennpunktet, kan vi bare se et innbilt bilde gjennom linsa. En kikkert har to samlelinser. Den fremste linsa lager et bilde inne i kikkerten av det vi ser på. Linsa nærmest øyet er et forstørrelsesglass som forstørrer dette bildet. Mens forstørrelsesglass gjør det mulig å se små ting på nært hold, bruker vi kikkert for å se ting som befinner seg langt unna. En vanlig kikkert består i prinsippet av to samlelinser. Den fremste linsa lager et opp ned og forminsket bilde inne i kikkerten av det vi ser på. Linsa som sitter nærmest øyet, er et forstørrelsesglass som «forstørrer opp» dette bildet. Når de to linsene sitter i hver sin ende av et rør, kaller vi kikkerten et teleskop. Slike kikkerter bruker vi blant annet til å se på planeter og stjerner. Da gjør det ikke noe at bildet blir opp ned. I dagliglivet bruker vi helst en prismekikkert. Her blir lyset reflektert i glassprismer som sitter mellom linsene. Det gjør at kikkerten kan være kortere og bildet blir snudd riktig vei. Prismekikkerten inneholder glassprismer, der lysstrålene blir reflektert ved totalrefleksjon.

24 LYS, SYN OG FARGER 25 Galilei var den første som så på himmelen i et teleskop En av de første kikkertene ble lagd av en nederlandsk brillemaker rundt år Galileo Galilei lagde en kikkert i 1609 og var den første som brukte den til å studere himmellegemer. Han oppdaget de fire største månene til Jupiter, og han så at vår egen måne hadde høye fjell og dype kratre. Da han skrev om oppdagelsene sine, fikk han problemer med kirken. Paven godtok ikke ting som var mot datidens lære. Kikkerten ble likevel populær, blant annet hos de militære som kunne bruke den til å spionere på fienden. Kikkerten til Galilei var et rør med en samlelinse fremst og en spredelinse nærmest øyet. Denne kombinasjonen blir bare brukt i teaterkikkerter nå. Disse kikkertene er små. Det området vi ser, er lite, og bildet står riktig vei. Øyet et utrolig avansert kamera Vi kan sammenlikne øyet med et kamera. I avsnittet om linser så du hvordan vi kan lage bilder på en skjerm ved hjelp av en samlelinse. Når gjenstanden er langt unna linsa, blir bildet opp ned og forminsket. Det er slik bildet blir dannet i et kamera. Øyet blir ofte sammenliknet med et kamera. Men vi burde vel heller si at det er kameraet som likner på øyet. Øyet har eksistert i millioner av år, mens kameraet bare er noen hundre år gammelt. Dessuten er øyet med hjernen som «prosessor» atskillig mer avansert enn et kamera noen gang kan bli. Det blir dannet et bilde inni øyet Hornhinna og linsa er konvekse og samler lyset. Cellene som registrerer bildet, ligger på netthinna bakerst i øyet. Når vi ser en gjenstand, er det fordi lys fra gjenstanden treffer øynene våre. I øyet går lyset først gjennom hornhinna og det væskefylte rommet rett bak hinna, før det går gjennom pupillen og linsa. Lyset fortsetter gjennom et geléaktig stoff før det treffer netthinna bakerst i øyet. På netthinna ligger sansecellene som registrerer lyset (bildet). Disse cellene er forbundet med nerver som sender signaler til hjernen. Netthinne Regnbuehinne Hornhinne Linse Tråder Muskel som kan forandre linsas form Den gule flekk Synsnerve Blodårer