5 ting, som alle mennesker bør vide om lys

5 ting, som alle mennesker bør vide om lys

2015 er det internationale lysår (men det universelle lysår er i 2533). Jeg tror, at vi alle kan blive enige om, at lys er meget vigtigt i stort set alle aspekter af vores liv. Men hvad er de vigtigste ting, som alle mennesker bør vide om det? Ok, jeg vil give et pas på mennesker under 7 år. Yngre børn ved sikkert en masse ting om lys (da de bruger det hele tiden) – men lad os bare lade være med at bekymre os om dem for nu. Så hvis du er over 7 år, så vær opmærksom.

Se mere

Lys er en bølge

Hvad er en bølge? Lad os starte med et eksempel. Kast en sten i en vandpyt, og du vil se noget, der ligner dette:

Stenen skaber en forstyrrelse i vandet (en krusning). Denne forstyrrelse bevæger sig radialt udad fra det sted, hvor stenen ramte. Det er forstyrrelsen, der bevæger sig udad, ikke vandmolekylerne – de bevæger sig bare op og ned. Du kan gøre noget lignende med en længde snor. Læg den på gulvet og fortsæt med at ryste den ene ende. Forstyrrelsen bevæger sig ned ad snoren (en tung snor virker bedre).

Lad os se på tilfældet med en bølge, der bevæger sig ned ad en snor. Der er 4 egenskaber, som du kan overveje:

Disse 4 egenskaber er:

• Amplitude: Dette er størrelsen af forskydningen for forstyrrelsen. Enhederne for amplitude afhænger af bølgetypen. For en streng vil enhederne være meter.
• Bølgehastighed: Hvis du skulle se på en forskydning, vil den bevæge sig. Bølgehastigheden er hastigheden (det virker overflødigt). Enheden for bølgehastighed er meter pr. sekund.
• Bølgelængde: Dette er afstanden fra en forstyrrelse til den næste målt i meter
• Frekvens: Hvis du skulle tælle, hvor mange bølger der passerer et stationært punkt i hvert sekund, ville det være frekvensen (i cyklusser pr. sekund eller Hertz).

De tre sidste egenskaber hænger sammen. Bølgens hastighed er lig med produktet af bølgelængden og frekvensen.

Så, lys er en bølge. Det betyder, at det har alle de ovennævnte egenskaber og kan gøre bølgeting som:

• Vækst og udstråling i alle retninger (som en glødepære eller bølgerne i vandet forårsaget af en sten).
• Interferere med andre bølger.
• Bøjes rundt om hjørner (ja, det gør lyset – men det er svært at se).
• Bærer energi og impuls.
• Interagerer med stof.

Lyset gør alle disse ting.

Lyset er en elektromagnetisk bølge

Du kan lave din egen bølge. Tag en lang forlængerledning og spænd den ud på jorden. Giv nu den ene ende en lodret rystelse. Du skulle få noget, der ligner dette (denne gif er i slowmotion):

Tag nu forlængerledningen væk og gentag demonstrationen. Ja, der sker ikke noget. Hvis du ikke har et medium, som en bølge kan bevæge sig i, så er der ingen bølge. Men hvad med lys? Lys er en bølge, ikke sandt? Ja, ganske rigtigt (som jeg beskrev ovenfor). Så hvordan bevæger lyset sig så gennem det tomme rum, når det bevæger sig fra Solen til Jorden? Hvad er mediet for en lysbølge?

Det viser sig, at der er to vigtige ting ved elektriske og magnetiske felter. For det første er her en ledning, der fører elektrisk strøm over et magnetisk kompas. Den elektriske strøm skaber et magnetfelt, som får kompasnålen til at dreje.

Men man behøver ikke engang en elektrisk strøm for at skabe magnetfelter. Det viser sig, at et skiftende elektrisk felt også vil skabe et magnetfelt. Her er en trådspole forbundet til en glødepære (uden batteri). Når den placeres over dette skiftende magnetfelt, skabes det skiftende elektriske felt, der driver en strøm.

Så vi har et skiftende elektrisk felt, der skaber et magnetfelt, og et skiftende magnetfelt skaber et elektrisk felt. Sætter man disse to ideer sammen, kan man lave to bølger (en elektrisk feltbølge og en magnetfeltbølge), der begge får den anden til at udbrede sig. Elektromagnetiske bølger har ikke brug for et medium, fordi de på en måde er deres eget medium.

Differente bølgelængder af lys interagerer forskelligt med materie

Først er der det elektromagnetiske spektrum. Man kan lave en elektromagnetisk bølge af alle forskellige bølgelængder – fra større end 1 meter (radiobølger) til mindre end 10 picometer (gammastråler – men det er stadig bølger). Her er den almindelige klassifikation af det elektromagnetiske spektrum fra store bølgelængder til små bølgelængder.

• Radio
• Mikrobølger
• Infrarødt
• Visibelt lys
• Ultraviolet
• X-stråler (men de er bølger)
• Gammastråler

Alle disse er elektromagnetiske bølger, og de bevæger sig alle med samme hastighed (lysets hastighed). De har dog forskellige vekselvirkninger med stof. Hvis du befinder dig indendørs, kan din mobiltelefon stadig få data fra en mobilmast, da disse radiobølger passerer gennem de fleste vægge. Kan du se gennem væggene? Nej. Synligt lys passerer ikke gennem de fleste vægge. Røntgenstråler går for det meste gennem huden, men du kan ikke se (med synligt lys) gennem huden – det ville bare være mærkeligt.

Teknisk set afhænger vekselvirkningen med lys og stof af lysets frekvens – men da frekvens og bølgelængde hænger sammen, kan vi nøjes med at tale om bølgelængden.

Du ser ting, når lys trænger ind i dit øje

Ok, dette handler ikke kun om lys, men også om hvordan mennesker fungerer.

Der er to måder, hvorpå lys kan trænge ind i dit øje. For det første kunne der være en lyskilde (som en pære), der skaber lys. Dette lys bevæger sig så ind i dit øje, og BUM – din hjerne fortolker dette signal som lys. Den anden måde (mere almindelig) er, at du ser ting ved hjælp af reflekteret lys. Lad os antage, at du ser på en blyant. Lyset (fra et eller andet sted) reflekteres af blyanten og derefter ind i dit øje.

Men hvad sker der, hvis der ikke er noget lys, der kommer ind i dit øje? Hvad hvis du befinder dig et sted, hvor der absolut ingen lyskilde er? I det tilfælde opfatter du farven sort. Faktisk kan dette være et sjovt spørgsmål. Spørg nogen om dette:

Har du nogensinde været et sted, hvor der absolut intet lys er? (Det har de fleste mennesker ikke) Hvis du er i et rum, der er helt mørkt, hvad ville du så se? Hvad sker der, når du venter i lang, lang tid?

Et af de meget almindelige svar er, at du vil se alting som sort – i begyndelsen. Disse mennesker vil også sige, at efter et stykke tid vil dine øjne tilpasse sig, og så vil du VILLE se noget. Det korrekte svar er, at du bare vil se sort – for altid. Hvis der ikke kommer noget lys ind i dit øje, ser du bare sort. Den fælles idé er baseret på en fælles oplevelse. Normalt, hvis du befinder dig i et mørkt rum, tilpasser dine øjne sig faktisk. Men det virker kun i rum med en lille smule lys – og der er næsten altid i det mindste en lille smule lys.

Alle objekter producerer lys

Måske skulle jeg sige, at alle objekter skaber elektromagnetiske bølger – det gør de. Lad os se på et eksempel fra dit hus. Gå ind i dit køkken og tænd for komfuret på højt blus (forudsat at du har et elektrisk komfur). Nu skal du bare se på det, mens det bliver varmere (men rør ikke ved det).

Eventuelt vil komfurelementet blive så varmt, at det vil gløde en lav rødlig farve (rødglødende). Men faktisk producerede elementet lys hele tiden. Det er bare det, at ved lavere temperaturer er det elektromagnetiske lys i en bølgelængde, som du ikke kan se – det er i det infrarøde spektrum.

De fleste ting, som du ser omkring dig, udsender EM (elektromagnetisk) stråling i det infrarøde spektrum – så du kan ikke se det. Nå, men du kan faktisk indirekte se det, hvis du har et fantastisk infrarødt kamera (til din telefon). Disse termiske kameraer afskærer det infrarøde lys og skaber et falskfarvet billede, som mennesker kan se. For det meste svarer de forskellige farver i IR-billedet til forskellige temperaturer på objekterne.

Her er et eksempel. Dette er min hund på et glat gulv. Bemærk, at hans øjne og næse er varmere end andre dele af hans krop. Bemærk også, at du kan se hans infrarøde refleksion på gulvet.

Men virker dette også på genstande, der er varmere end dit komfurelement? Ja. Efterhånden som et objekt bliver endnu varmere, skaber det lys med kortere og kortere bølgelængder. Til sidst vil objektet se hvidt ud, da der produceres mere lys med kortere bølgelængder. Ja, det kunne endda skabe ultraviolet lys ved endnu højere temperaturer.

Okay, det var de fem ting, som alle bør vide om lys.