Ljud: Egenskaper, Våglängd och Resonans

Ljud

• Ljud är en tryckförändring.
• En tryckvåg transporteras genom material genom vibrationer i molekylerna.
• Vibrationer skapar ljud.
• Förtätning och förtunning i ett material kan ses som en vågrörelse.

Våglängd och Amplitud

• Våglängd bestämmer om ett ljud är ljust eller mörkt.
  • Högre toner (t.ex. en mus pip) har kortare våglängd.
  • Lägre toner (t.ex. en vals sång) har längre våglängd.
• Amplitud bestämmer hur starkt eller svagt ett ljud är.
• Våglängd mäts i Hertz (Hz).
  • Människor kan höra toner mellan 20 och 20 000 Hz.
• Amplitud mäts i decibel (dB).
  • Ljud över 120 dB kan vara skadliga för öronen.

Egenskaper hos Ljud

• Eko uppstår när ljud studsar tillbaka från hårda objekt.
• Ultraljud, radar och ekolod är alla tillämpningar av ljudegenskaper.

Resonans

• Ljud kan resonera, vilket innebär att två ljudvågor med samma frekvens kan förstärka varandra och därmed låta starkare.
• Gitarrer har resonanslådor som förstärker ljudet från strängarna, vilket gör att de hörs bättre.

Konsekvenser av Ljudets Vågrörelse

• Ljudets hastighet är 340 m/s genom luften.
• Ljud färdas snabbare genom fasta material än genom luften.
• Det finns inget ljud i rymden.

Dopplereffekt

• Frekvensen av ljud förändras när ljudkällan rör sig i förhållande till en observatör.
• Ett racerbils motorljud låter vassare när bilen närmar sig och dovare när den avlägsnar sig.

Ljudvallen

• Dopplereffekten spelar en väsentlig roll när fordon färdas snabbare än ljudets hastighet.
• När ett flygplan når ljudets hastighet sammanfaller alla ljudvågor, vilket resulterar i en "supersonisk smäll".

Vad Är Ljus?

• Ljus kräver en energikälla för att uppstå.
• När elektroner får en högre energinivå flyttar de sig längre bort från atomkärnan.
• När en elektron faller tillbaka till kärnan avges energi i form av ljus (fotoner).
• Ljus är en form av elektromagnetisk strålning.

Våglängd och Färg

• Elektromagnetisk strålning (ljus) kan ha olika våglängder.
• Våglängden bestämmer färgen på ljuset.
• Regnbågens färger är olika våglängder av ljus.

Färg

• Ett färgat objekt reflekterar ljus med sin egen färg och absorberar andra färger.
• Ju mörkare ett objekt är, desto mer ljus absorberar det.
• Vita objekt reflekterar nästan allt ljus, medan svarta objekt absorberar nästan allt ljus.
• En vit vägg i solen känns svalare än en svart vägg eftersom den reflekterar mer ljusenergi.

Ljusets Egenskaper

• Ljus kan omvandlas till värme när det absorberas.
• Ljus färdas i raka linjer.
• Ljusstrålar kan reflekteras och brytas.

Brytning

• Brytning sker när ljus ändrar riktning när det passerar från ett medium till ett annat.
• Ljusets hastighet varierar i olika medier.
• Ju tätare ett medium är, desto långsammare färdas ljuset.
• Ljusets hastighet i vakuum är 300 000 000 m/s.
• När ljus passerar från ett tunnare till ett tätare medium minskar vinkeln mot normalen.
• När ljus går från ett tätare till ett tunnare medium ökar vinkeln mot normalen.

Ögat Luras

• Brytning gör att ögat kan bli lurat.
• En fisk i vattnet verkar inte befinna sig exakt där ögat uppfattar den.

Reflektion

• Ljus kan studsa tillbaka från ytor vilket kallas reflektion.
• Det är genom reflektion vi ser olika objekt.
• Diffus reflektion sker från ojämna ytor.
• Reflektion i en spegel sker när ljusstrålar studsar tillbaka i samma vinkel.

Reflektionslagen

• Reflektionsvinkeln är lika med infallsvinkeln vid spegling.
• En spegelbild är virtuell.

Om Ljus Fångas Mellan Två Speglande Ytor

• Ljus kan transporteras genom ett objekt utan att synas från utsidan med hjälp av reflektion.
• Detta sker i fiberoptiska kablar och i vattenstrålar.

Experiment Med Vattenstråle

• En laserstråle lyser genom en vattenstråle och följer vattnets lopp, vilket får ljuset att "böjas".

Nya Begrepp

• Konvergent: Strålar som möts i en punkt.
• Divergent: Strålar som sprids.
• Parallellt: Strålar som går sida vid sida med samma avstånd.
• Konvex: Samlingslins
• Konkav: Spridningslins
• Fokus, brännpunkt: Där ljusstrålar träffas.

Brännpunkt

• Brännpunkten är där ljusstrålarna sammanstrålar
• Speglar, linser har ett fokus.

Laserljus Experiment

• Hur ljus bryts/reflekteras i olika former av geometriska figurer och speglar undersöks.
• Laserboxar, papper med skalor och plexiglasfigurer används i grupper för att undersöka reflektion och brytning.

Laborationsredogörelse

• Vad ska undersökas?
• Vilket material behövs?
• Tillvägagångssätt (hur gör man?)
• Genomförandet (gick det som planerat?)
• Iakttagelser och dokumentation (Beskriv tydligt vad du ser)
• Analys (vilka fysikaliska fenomen förklarar vad som händer?)
• Möjliga felfaktorer
• Laborationsredogörelsen beskriver tydligt undersökningen med korrekta termer så att andra kan förstå och skrivs inte i första person.

Linsen i Ögat

• Linsen i ögat fokuserar bilder på näthinnan.
• Ljuskänsliga neuroner på näthinnan tar emot ljus och skickar signaler till hjärnan.
• Extra linser (glasögon) kan behövas för att korrigera fokuseringen på näthinnan.

Optik i Vardagen

• Exempel på optik i vardagen: glasögon, mikroskop, linser (ögon, kameror), backspeglar, teleskop.

Checklista

• Ljudets och ljusets vågröreleer förklaras, innefattande deras egenskaper, fenomen, frekvens, amplitud och enheter.
• Färgers ursprung, syn, linser och speglar undersöks, med fokus på terminologin.