Lektion 2 Optik – Buktig reflektion - bjornjonsson.se
Lektion 2 Optik – Buktig reflektion - bjornjonsson.se
Lektion 2 Optik – Buktig reflektion - bjornjonsson.se
Create successful ePaper yourself
Turn your PDF publications into a flip-book with our unique Google optimized e-Paper software.
Fysik A bjorn.jonsson@vgy.<strong>se</strong><br />
Värmdö Gymnasium www.<strong>bjornjonsson</strong>.<strong>se</strong><br />
<strong>Lektion</strong> 2 <strong>Optik</strong> <strong>–</strong> <strong>Buktig</strong> <strong>reflektion</strong><br />
Reflektion i buktiga ytor<br />
Vi har hittills tittat på <strong>reflektion</strong> i plana speglar. På Grönans Lustiga hus eller<br />
någon annanstans har du säkert <strong>se</strong>tt buktiga speglar som förvränger<br />
verkligheten. En buktig spegel kan vara antingen buktig utåt (konvex) eller<br />
buktig inåt (konkav).<br />
/BJ<br />
Konkav spegel Konvex spegel<br />
Demo: Hur <strong>se</strong>r du själv ut i en konkav respektive en konvex spegel?<br />
Spelar det någon roll hur nära du är spegeln när du tittar?<br />
Reflektionslagen gäller också i konvexa och konkava speglar, men på en buktig yta finns det ju<br />
massor med normaler <strong>–</strong> faktiskt en ny normal i varje liten punkt på spegelytan. Det gör att<br />
ljusstrålarna som reflekteras i spegeln kommer att antingen spridas ut eller samlas ihop, jämfört<br />
med hur det skulle ha blivit i en plan spegel.<br />
Ögat kommer i vanlig ordning att fråga sig <strong>–</strong>”Varifrån kommer ljusstrålarna”, och vår hjärna kommer<br />
att registrera en förvrängd bild som t.ex. figuren nedanför. Den visar varför vi <strong>se</strong>r en förstorad bild av<br />
oss själv när vi befinner oss nära en konkav spegel.<br />
1 (4)
Fysik A bjorn.jonsson@vgy.<strong>se</strong><br />
Värmdö Gymnasium www.<strong>bjornjonsson</strong>.<strong>se</strong><br />
Parabol<br />
Den perfekta buktiga spegeln har en form som är parabolisk. Det betyder att man tar en x 2 -kurva<br />
(en parabel) och roterar den runt y-axeln så att den bildar en tredimensionell kropp. Den axel som<br />
parabolen kan rotera kring och är symmetrisk runt kallas för den optiska axeln.<br />
/BJ<br />
optiska axeln<br />
I en parabolisk spegel kommer alla infallande ljusstrålar som är parallella med optiska axeln gå ner<br />
genom en och samma punkt, som kallas något av brännpunkt, fokus eller fokalpunkt.<br />
Det här utnyttjas t.ex. i parabolantenner, där ”tallriken” är en parabolisk (nähä?) yta som<br />
samlar upp svaga radiovågor från en avläg<strong>se</strong>n satellit. Alla vågor kommer långt bortifrån<br />
och är därför i princip parallella med parabolens optiska axel, vilket betyder att de alla<br />
kommer att reflekteras ner till parabolens brännpunkt och därigenom förstärka varandra<br />
där. Mottagarhuvudet eller själva antennen sitter därför i parabolens brännpunkt.<br />
Demo: Bränna whiteboardpennan i spegelparabolen.<br />
2 (4)<br />
f
Fysik A bjorn.jonsson@vgy.<strong>se</strong><br />
Värmdö Gymnasium www.<strong>bjornjonsson</strong>.<strong>se</strong><br />
Geometrisk omvändbarhet<br />
En intressant egenskap i den geometriska optiken är att den är<br />
omvändbar, d.v.s. att om man skickar en ljusstråle ”baklänges” i<br />
figuren så kommer den att gå samma väg tillbaka som den första<br />
strålen kom. Det innebär att alla ljusstrålar som kommer från fokus<br />
kommer att reflekteras i spegelytan så att de går ut parallellt med<br />
optiska axeln.<br />
Det här utnyttjar vi t.ex. i ficklampor, billyktor och strålkastare <strong>–</strong> om lampan placeras i den<br />
paraboliska reflektorns fokus så kommer alla ljusstrålar som reflekteras i spegeln att skickas ut<br />
parallellt med optiska axeln. Det innebär att nästan alla ljusstrålar som lampan skickar ut blir effektivt<br />
ljus, ingenting går ju förlorat i backriktningen!<br />
Parabolisk eller sfärisk?<br />
Vid tillverkning av buktiga speglar är det ofta lite knepigt att tillverka perfekta paraboliska former. Ett<br />
billigare substitut tillverkas i princip av ett avskuret klot (eller sfär). Man kallar detta för en sfärisk<br />
spegel. I en sfärisk spegel uppför sig strålarna på samma sätt som i en parabolisk för de strålar som<br />
går nära den optiska axeln, s.k. centrala strålar. Strålar som går ut mot kanterna, s.k. randstrålar,<br />
missar fokus lite grann men fungerar oftast hyfsat ändå. Att det blir en skillnad beror på att för<br />
klotets och parabolens ytform överensstämmer bra i mitten men sämre ut mot kanterna.<br />
/BJ<br />
3 (4)
Fysik A bjorn.jonsson@vgy.<strong>se</strong><br />
Värmdö Gymnasium www.<strong>bjornjonsson</strong>.<strong>se</strong><br />
Avbildning i buktiga speglar<br />
Du har tidigare lärt dig att konstruera spegelbilden i plana speglar. Det är nu dags att lära dig hur<br />
man konstruerar den bild man får i en buktig spegelyta. På bifogat, <strong>se</strong>parat papper kan du lära dig<br />
hur man använder sig av s.k. huvudstrålar för att med stor precision förutsäga var bilden hamnar<br />
och hur stor den blir.<br />
Virtuella och reella bilder<br />
Som vi har <strong>se</strong>tt kan ibland ögat uppfatta en spegelbild som egentligen inte bildas i fysisk<br />
bemärkel<strong>se</strong>. Man brukar skilja mellan reella och virtuella spegelbilder.<br />
/BJ<br />
- En reell bild är när flera strålar korsas<br />
fysiskt och tillsammans bygger upp<br />
bilden.<br />
- En virtuell bild är en sådan bild vi <strong>se</strong>r när strålarna sprids<br />
efter <strong>reflektion</strong>en, men ögat tittar ”bakom spegeln” efter<br />
den gemensamma utgångspunkt som besvarar frågan <strong>–</strong><br />
”Varifrån kommer lju<strong>se</strong>t?”<br />
Demo: C-husfasaden projicerad på papper<br />
Demo: Lilla spökgri<strong>se</strong>n<br />
4 (4)<br />
M f<br />
d<br />
d
Change language