Ljus: reflexion och brytning

Ljus går rakt

Vi vill förstå hur ljus rör sig, hur det studsar mot en spegel och hur det svänger i vatten. Först det viktigaste: ljus går rakt. Tryck på Tänd ficklampan i bilden. Ljuset går i en rak linje ända fram till väggen. Det gäller så länge ljuset går i ett och samma ämne, till exempel luft. Vi ritar ljuset som raka linjer med en pil och kallar dem ljusstrålar.

Ljus studsar mot en spegel

När ljus träffar en spegel studsar det. Det kallas reflexion. Vrid ficklampan i bilden med knapparna. Ljuset lämnar spegeln lika snett som det kom, fast åt andra hållet. Den streckade linjen står vinkelrätt mot spegeln och kallas normalen. Vi mäter alltid vinklarna mot normalen.

Reflexionslagen

Vinkeln mellan den inkommande strålen och normalen kallas infallsvinkel, i. Vinkeln mellan den studsande strålen och normalen kallas reflexionsvinkel, r. Tryck på knapparna och välj olika infallsvinklar. Reflexionsvinkeln blir alltid lika stor som infallsvinkeln. Det kallas reflexionslagen, och vi skriver i = r.

Vinkel mot spegeln eller mot normalen?

Ibland får du vinkeln mellan strålen och själva spegelytan. Men reflexionslagen gäller vinklar mot normalen. Normalen och spegeln bildar alltid 90°. Därför räknar du först 90° minus vinkeln mot spegeln. Tryck på knapparna och jämför de två vinklarna i bilden.

Ljus går långsammare i vatten

Ljus går långsammare i vatten och glas än i luft. Det får ljuset att svänga när det går snett in i vatten. Tänk på en bil som kör snett ut i sand. Titta på bilden. Hjulet som når sanden först bromsas, medan det andra hjulet rullar på. Därför svänger bilen och kör mer rakt mot normalen.

Brytning vid en vattenyta

När ljus byter ämne och svänger kallas det brytning. Tryck på In i vattnet. Strålen bryts mot normalen, eftersom ljuset går långsammare i vattnet. Tryck på Ut ur vattnet. Då bryts strålen från normalen. En stråle som går rakt längs normalen bryts inte alls.

Det knäckta sugröret

Sätt ett sugrör snett i ett glas vatten. Vid ytan ser det knäckt ut, men röret är helt rakt. Tryck på Visa ljusets väg i bilden. Ljuset från röret bryts när det går ut i luften. Ögat tror att ljuset har gått rakt, och därför ser röret ut att sitta högre upp.

Vitt ljus är många färger

Vitt ljus, till exempel solljus, är en blandning av färger. Isaac Newton visade det med prismor. Tryck på Tänd lampan igen och titta på prismat. Olika färger bryts olika mycket i glaset, och därför delas det vita ljuset upp i ett färgband. Förut trodde man att glaset skapade färgerna. Newtons försök visade att färgerna redan finns i det vita ljuset.

Varför har saker färg?

Färgen på ett föremål beror på ljuset som träffar det. Tryck på Vitt ljus i bilden. Den röda tröjan tar upp de flesta färgerna och reflekterar mest rött. Det röda ljuset når ögat, och därför ser vi tröjan som röd. Tryck på Mörkt rum. Då finns inget ljus att reflektera, och tröjan ser inte röd ut.

Sammanfattning

Ljus rör sig rätlinjigt i ett och samma medium. Vid en spegel gäller reflexionslagen: infallsvinkeln är lika stor som reflexionsvinkeln, båda mätta mot normalen (en tänkt linje vinkelrät mot ytan).

Ljus går långsammare i vatten och glas än i luft. Träffar strålen ytan snett bromsas den del av strålen som når ytan först, så strålen svänger. Den bryts mot normalen. Tänk på en bil som kör snett ut i sand: hjulet som når sanden först bromsas, och bilen svänger. På väg ut bryts strålen från normalen, och en stråle som går rakt längs normalen bryts inte alls. Därför ser ett sugrör i ett glas vatten knäckt ut, och därför fungerar linser i glasögon och kameror.

Vitt ljus, till exempel solljus, är en blandning av färger. Isaac Newton visade det med prismor. Olika färger bryts olika mycket i glaset, och därför delas det vita ljuset upp i ett färgband. Förut trodde man att färgerna uppstod när det vita ljuset påverkades av glaset. Newtons försök ändrade modellen: färgerna finns redan i det vita ljuset. Regnbågen bildas på samma sätt i regndroppar.

Färgen på ett föremål beror på ljuset som träffar det. En röd tröja tar upp de flesta färgerna i vitt ljus och reflekterar mest rött. Det röda ljuset når ögat, och därför ser vi tröjan som röd. I ett mörkt rum finns inget ljus att reflektera, och då ser tröjan inte röd ut.

En stråle träffar en spegel med infallsvinkeln 35° mot normalen. Reflexionsvinkeln blir också 35°. Vinkeln mellan de två strålarna blir 70°.

Vanliga missförstånd

• Många tror: Ljus går snabbare i vatten än i luft.

  Men ljus går långsammare i vatten och glas än i luft. Därför bryts en stråle som träffar vattenytan snett mot normalen.

• Många tror: Sugröret böjs på riktigt i vattnet.

  Men sugröret är lika rakt som förut. Ljuset från delen under ytan bryts när det går ut i luften, så den delen ser ut att ligga på ett annat ställe.

• Många tror: Färgen sitter i föremålet och syns även utan ljus.

  Men en röd tröja ser röd ut för att den reflekterar mest rött av ljuset som träffar den. Finns inget rött ljus att reflektera ser den inte röd ut.

Källor

1. 25.1 The Ray Aspect of Light (ljus går rätlinjigt), OpenStax College Physics 2e
2. 25.2 The Law of Reflection (infallsvinkel = reflexionsvinkel, mätt mot normalen), OpenStax College Physics 2e
3. 25.3 The Law of Refraction (ljus som saktar in bryts mot normalen), OpenStax College Physics 2e
4. 25.6 Image Formation by Lenses (linser bryter ljuset i båda ytorna), OpenStax College Physics 2e
5. Brytningslagen (Snells lag), Nationalencyklopedin
6. Reflexion (fysik), Wikipedia på svenska
7. Refraktion, Wikipedia på svenska
8. 25.5 Dispersion: The Rainbow and Prisms (olika färger bryts olika mycket, så vitt ljus delas upp), OpenStax College Physics 2e
9. Opticks (Newton: vitt ljus är en blandning av färger), Wikipedia (engelska)
10. Kursplan i fysik, Lgr22, Skolverket