Ljus som vågrörelse

Fysik B - NV08FMTMaterial

Avsnitt i Heureka! B: 3.1 – 3.7

Alternativ genomgång av teorin:Dokumentet Ljus som vågrörelse

Rekommenderade uppgifter: 3.1, 3.4, 3.5, 3.6, 3.7, 3.8, 3.10, 3.11, 3.12, 3.15, 3.16 och 3.17. Glöm heller inte övningsboken!

Mathematica-demonstrationer: Constructive And Destructive Interference och Multiple Slit Diffraction (Kräver programmet Wolfram CDF Player)

Övrigt webb-material: What Wavelength Goes With a Color? (NASA)

Laboration: Bestämma en gitterkonstant samt bestämma det synliga ljusets våglängdsområde (Grupp 1: tisdag den 14 september, Grupp 2: tisdag den 21 september).

Bakgrund

Åtminstone sedan Antiken har människan undrat över ljusets natur. Euklides (ca 300 f.kr) postulerade att föremål syns för att ögat skickar ut strålar till föremål. Detta synsätt(!) avfärdades dock några hundra år senare, t ex Lucretius (ca 95 f.kr – 55 f.kr) tänkte sig att bilder från föremål sändes ut i form av ”luftpelare” som nådde ögat. Du som är intresserad av att läsa mer historik kring uppfattningar kring ljuset rekommenderas att läsa detta dokument från Projekt Nordlab (Göteborgs universitet) eller detta stycke i Wikipedias artikel om ljus.

Idag beskriver vi ljuset som en energiform av våg- och partikelkaraktär, och när vi tar fram modeller för hur ljus bryts genom olika material använder vi oss av en strålmodell (inte helt olik den som Lucretius tänkte sig). Detta avsnitt i Fysik B tar sin utgångspunkt i ljuset som vågrörelse, vilket är en bra modell för att beskriva ljusets egenskaper när det passerar trånga öppningar.

Vi såg på lektion hur ljuset spred sig när det passerade en spalt. En spalt är helt enkelt en smal, vertikal, öppning. Vi noterade att ju smalare spalten blev, desto mer spreds ljuset. Om vi sände in en röd laserstråle genbom spalten fick vi ett mönster ungefär enligt nedanstående bild (som är tagen härifrån).

När en ljusstråle går genom ett gitter böjs den i olika vinklar
När en ljusstråle går genom ett gitter böjs den i olika vinklar (Klicka på bilden för att komma till dess beskrivning med ursprungs- och licensinformation)

När spaltöppningen smalnade ytterligare såg vi att det blev glesare mellan punkterna.

Vi sände även in vitt ljus genom spalten, och såg att det spreds i ett spektrum med regnbågens färger. Slutsatsen vi drog av det var att ljus av olika färger böjs olika mycket beroende på spaltvidden.

Dessa fenomen, att ljuset böjs, förklaras av att ljus är en vågrörelse. Motiveringarna och analyserna har jag samlat i dokumentet Ljus som vågrörelse som är länkat till överst på sidan.

Senare under kursen kommer att motiveras varför ljus kan ses som en partikel, men redan nu tillåter jag mig att nämna att ljus beskrivs som en våg och en partikel – samtidigt. Detta får konsekvensen att världen inte är så väldefinierad som vi kanske tror…

Ljus som vågrörelse

Kommentera