Ljus och ljud. Fysik, år 5 Råsslaskolan Karin Kivelä

Transkript

1 Ljus och ljud Fysik, år 5 Råsslaskolan Karin Kivelä

2 Centralt innehåll Fysiken och vardagslivet Hur ljud uppstår, breder ut sig och uppfattas av örat. Ljusets utbredning från vanliga ljuskällor och hur detta kan förklara ljusområdens och skuggors form och storlek samt hur ljus uppfattas av ögat. Fysiken och världsbilden Några historiska och nutida upptäckter inom fysikområdet och deras betydelse för människans levnadsvillkor och syn på världen.

3 Kunskapskrav Eleven kan genomföra enkla undersökningar utifrån givna planeringar och även bidra till att formulera enkla frågeställningar och planeringar som det går att arbeta systematiskt utifrån. I arbetet använder eleven utrustning på ett säkert och i huvudsak fungerande sätt. Eleven kan jämföra sina och andras resultat och för då enkla resonemang om likheter och skillnader och vad de kan bero på samt bidrar till att ge förslag som kan förbättra undersökningen. Dessutom gör eleven enkla dokumentationer av sina undersökningar i text och bild. Eleven har grundläggande kunskaper om fysikaliska fenomen och visar det genom att ge exempel på och beskriva dessa med viss användning av fysikens begrepp. I enkla och till viss del underbyggda resonemang om ljud och ljus kan eleven relatera till några fysikaliska samband. Eleven kan också berätta om några naturvetenskapliga upptäckter och deras betydelse för människors levnadsvillkor.

4 Du ska kunna... utifrån den matris som finns till arbetsområdet ska Du fylla i din kunskapsutveckling utifrån din egna bedömning. Du ska även gå igenom din matris tillsammans med Karin ett par gånger.

5 Introduktion Gå ut och sätt dig en stund på något ställe. Ta med dig NO-boken och en penna. Du ska sitta helt själv, du får inte prata med någon. Skriv först ner vad du hör, skriv sedan ner vad du ser. Du får stanna på din plats i 10 minuter, sen går du tillbaka till klassrummet. Berätta om dina upplevelser för en kamrat när du kommer till klassrummet Arbetsblad 1

6 Målet med ljus är att du. ska veta hur ljuset utbreder sig från vanliga ljuskällor och hur detta kan förklara ljusområdets och skuggors form och storlek förståelse för att egna skuggor är skarpa under soliga dagar och mer diffusa när det är molnigt elevens egen erfarenhet av olika ljusexperiment förståelse för en fysikalisk modell som visar hur ljus breder ut sig rätlinjigt i alla riktningar från en punkt på en ljuskälla förståelse för att allt vi ser egentligen har med ljusets utbredning att göra förståelse för hur ljus uppfattas av ögat. utveckla kunskaper om, samt diskutera ögats funktion.

7 Vi börjar arbeta med att du ska. vet vad en ljuskälla är och hur ljuset sprids förklara begreppen skugga, reflektion och spektrum veta att ljus kan brytas t.ex. i vatten eller i en lins kunna ge exempel på vad linser kan användas till

8 Uppslaget sidan Från vilket håll kommer ljuset på katten? Hur vet man det? (Man kan se att ljuset kommer mot kattens mage för skuggan är på ryggsidan.) Vad är det som är märkvärdigt i fotografiet med paddlingen? (Åran ser ut att vara vinklad, bruten. Det är ljuset som ändrar riktning när det går från luft till vatten. En synvilla alltså.) Har ni sett linser någonstans? Var kan man hitta dem? (Glasögon, kikare, kamera.)

9 Ljus Allt ljus kommer från en ljuskälla. Vår viktigaste ljuskälla är solen. Från den strålar det ut ljus hela tiden. Man kan likna ljus vid vågor av energi. Ljus kan färdas genom vatten och genom gaser som luft. Ljus kan också passera genom vakuum, där det inte finns någon luft eller annan gas. Det är vakuum i rymden. Ingenting färdas snabbare än ljuset. Det hinner km på en enda sekund. Det betyder att det tar 8 minuter för solljuset att nå vår planet jorden. När ljuset träffar ett föremål studsar en del av strålarna tillbaka ut från föremålet. Några av strålarna kan hamna i våra ögon och då ser vi föremålet. Utan ljus kan vi inte se någonting. Vi kan också ha andra ljus källor än solen. Elektriska lampor är de vanligaste, men vi kan även tända stearinljus.

10 Skugga Ljusstrålarna går alltid rakt fram. Om något är i vägen, kan ljuset inte gå vidare och då blir det en skugga. Skuggan blir som en mörk kopia av det föremål som hindrade ljuset att fortsätta. Om ljuset lyser uppifrån blir skuggan liten, men om ljuset strålar lågt ner blir skuggan jättelång.

11 Reflexion När ljuset träffar en blank yta studsar nästan allt ljus tillbaka, det kallas att det reflekteras. I en spegel, där ytan är slät och blank, reflekteras ljuset utan att förändras, och vi ser en perfekt spegelbild. En mörk ojämn yta suger i stället åt sig, absorberar, nästan all ljusstrålning som träffar den, till exempel en svart tröja.

12 Spektrum Ibland ser man vackra färger när ljuset lyser på en vas av glas eller på en cd-skiva. Då har det vita ljuset från solen (eller lampan) delats upp i sina olika färger. Det har bildats ett spektrum. Ett bra exempel på ett spektrum är när solljuset bryts i regndroppar och vi ser en regnbåge. Vitt ljus, från solen eller lampor, är en blandning av alla färger som du kan se i regnbågen: rött, orange, gult, grönt, blått, indigo och violett.

13 Linser I kameror, kikare och glasögon använder man olika typer av linser. Linser är buktiga skivor av något genomskinligt material, oftast glas eller plast. I linsen bryts ljuset och ändrar riktning. Linsens form gör att ljuset bryts på olika sätt, bilden kan förstoras eller förminskas. Vår egen lins i ögat kan förändra form, beroende på om vi ska titta på något som är nära eller långt bort.

14 Bild från sidan 49 i grundboken

15 Kreativ NO Skuggteater Ljusspel Reflekterat ljus Arbetsblad Ljus. Du arbetar med uppgifterna tillsammans med en kamrat. När du laborerar ska du tänka på att skriva en laborationsrapport innan du påbörjar din laboration.

16 Ögat är en ljusmottagare Vi kan bara se när det är ljust. Ljusstrålarna studsar mot olika föremål, de reflekteras. En del av ljusstrålarna hamnar i ögonen, och inne i ögat sätts det ihop en bild. Den bilden tolkar din hjärna, så att du får veta vad du ser. I våra ögon finns det två olika slags celler som upp fattar ljus. De heter tappar och stavar. Tapparna kan skilja ut färger, men de behöver starkt ljus för att fungera. Stavarna fungerar även vid mycket svagt ljus, men de uppfattar bara ljus och mörker inga färger. I skymningen, eller i ett halvmörkt rum, ser vi alltså inga färger Arbetsblad Synen

17 Varför är himlen blå, rymden mörk och solnedgången röd? Ute i rymden finns ingen atmosfär som kan reflektera ljus. Solen och de andra stjärnorna strålar hela tiden ut ljus, men inte förrän ljuset träffar något upplever man det som upplyst. I vår atmosfär finns det relativt mycket gaser (bl.a. kväve, syre och koldioxid). När solljuset strålar genom atmosfären reflekteras ljusstrålarna och sprids. Då upplever vi himlen som upplyst. Det är det blå ljuset som sprids och vi ser himlen som ljusblå. När solen står lågt på himlen vid soluppgång och solnedgång faller solstrålarna genom atmosfären och går längre väg. Då sprids den ljusblå färgen ännu mer i atmosfären och förhållandevis mer av det röda når våra ögon.

18 Ljusets hastighet

19 Ljuset är snabbare än ljudet Först ser vi en blixt, efter ett tag hör vi mullret, åskan. Men åskan är ljudet från blixten. Ljuset färdas snabbare än ljudet. Ljusets hastighet är km/s och ljudets hastighet är 340 m/s (i luft). Det finns ett enkelt sätt att räkna ut hur långt bort blixten och ovädret är. När man ser blixten räknar man sekunderna till man hör åskmullret. Ljudet tar då ca 3 sekunder att färdas 1 km. Så hinner man räkna till 3 var blixten 1 km bort, 6 sekunder = 2 km bort osv.

20 Målet med ljud är att du. Ska veta hur ljud uppstår, breder ut sig och uppfattas av örat förståelse för hur ljudvolymer påverkar örat när man lyssnar på musik. förståelse för hur ljud kan uppstå genom vibrationer förståelse för hur ljud fortplantas via olika material förståelse för hur ljud når örat, där det ger upphov till vibrationer i innerörat som sedan registreras av hjärnan

21 Vi börjar med att du ska.... kunna förklara hur vi kan höra ljud... kunna förklara hur ljud uppstår... kunna förklara hur olika toner kan uppstå... veta vad som menas med eko... veta att man kan mäta ljudstyrka

22 Hur kan vi höra? Alla ljud: musik, prat, buller, viskningar och prassel ja, allt vi hör, beror på rörelser i luften. Sådana rörelser kallas ljudvågor. Om du till exempel slår på en trumma vibrerar trumskinnet och sätter i sin tur luften i rörelse. Ljudvågorna går vidare och fångas upp av örat. På samma sätt fungerar din röst. När du talar vibrerar stämbanden i halsen. De får luften att vibrera hela vägen fram till den som ska höra det du säger. Mörka och ljusa ljud Vi människor är inte så bra på att uppfatta mycket dova eller mörka ljud, och det är tur för annars skulle vi höra blodets sus i blodådrorna hela tiden. Vi är inte särskilt bra på riktigt ljusa toner heller. Det är däremot hundar. Det finns särskilda hundvisselpipor som avger ljusa toner, och det hör hundarna tydligt. Vi hör inget ljud alls från sådana visselpipor.

23 Ljudupplevelser i handledningen Uppfatta ljud Be eleverna blunda. Ta fram olika saker som du gör ljud med. Be eleverna gissa ljuden. Det kan vara att skramla med nycklar, knäppa med fingrarna, trumma på fönsterglas, tända en tändsticka, dricka ett glas vatten. Variera med starka och svaga ljud. Du kan smyga runt i klassrummet och göra ljudet och be eleverna att medan de blundar peka åt det håll de uppfattar ljudet ifrån.

24 Reflekterade frågor till sidan Åt vilket håll går ljudet från fågeln? (Ljudet går från ljudkällan åt alla håll och kan uppfattas av fågelskådaren när hon står så att hennes öron träffas av fågelns ljudvågor.) Varför heter det ljudvågor? (Ljudet skapar vågor av det ämne som det transporteras i. Det är förtätningar och förtunningar i molekylerna i luften eller i det ämne ljudet sprids i.) Hur kan man skydda öronen mot starka ljud? Har ni behövt det? (Man kan skydda med allt från mössor och att hålla händerna för öronen till hörselskydd och öronproppar.) Vad tycker ni är oljud? När blir ljud jobbigt? Vad är vackert ljud? Finns det ljud som får er att rysa? (Kan vara att dra naglar mot olika material, frigolit mot fönsterglas m.m.) Hur är ljudet i klassrummet? I skolan? På rasterna?

25 Ljud Ljud kommer alltid från en ljudkälla. När du knäpper på en spänd gummisnodd eller gitarrsträng kan du se hur den vibrerar. Den får också luften runt omkring att röra på sig. Gummisnodden är ljudkällan och den får luften att vibrera. Luft är osynliga gaser och består av små molekyler. Det är molekylerna som börjar röra sig. Sådana rörelser kallar vi ljudvågor. De sprids och når fram till ditt öra. Alla ljudkällor har någon del som rör sig och sätter luften i svängning. Örats trumhinna kommer att vibrera i takt med något som gör ljud ex någon knäpper med fingrarna. Då hör du ljudet. Arbetsblad 3

26 Ljudvågornas rörelse Ljudvågor måste ta sig fram i någonting, i vanliga fall luft. Men man kan också höra ljud när man simmar under vatten. Man hör faktiskt ljudet från en motorbåt snabbare under vattenytan än ovanför. Ljud går nämligen fortare genom vatten än genom luft. Man kan höra ljud utifrån, när man är inomhus. Ljud vågor kan gå genom väggar och fönster. Ljud kan gå genom gaser, vätskor och fasta ämnen. Vi brukar likna ljudet vid vågor, men egentligen är det om växlande förtätningar och förtunningar i luften, vattnet eller något annat ämne. Ljud är alltså ett slags rörelse.

27 Tonhöjd Ljud kan vara bullriga, pipiga, dova, skrälliga eller skarpa. Hur de låter beror på hur vibrationerna ser ut. I en visselpipa vibrerar luften snabbt och ljudvågorna kommer tätt. Då hör vi en pipig ton. En sådan ton sägs ha en hög tonhöjd och kallas diskantton. I en bastuba vibrerar luften långsammare och vi hör en dov, låg ton. En sådan kallas baston. Man mäter tonens höjd i antal svängningar per sekund. Enheten som man mäter i kallas hertz. En hertz är en svängning per sekund. Vi människor kan uppfatta ljud mellan 20 och hertz.

28 Ljudstyrka Ljud kan också vara olika starka. De kan ha olika ljudstyrka. Svaga ljud är till exempel viskningar, som ger en låg ljudstyrka. Ett starkt ljud får man när man sätter stereon på högsta volym. Då kan man till och med känna vibrationerna. Ljudstyrkan kan vara så stark att ljudet skadar örats små hörselceller. Då måste man använda hörselskydd. Ljudstyrkan kallas också ljudnivå och mäts i decibel.

29 Buller Buller kallar vi allt sådant ljud som vi upplever som störande. Olika människor har ofta olika åsikt om vad som är buller. De flesta människor upplever trafikbuller som störande. Att bo eller vistas länge i närheten av stora vägar med mycket trafik irriterar och stör många människor. Det gör också buller från järnvägstrafik och flyg. Men olika personer störs olika mycket av buller. En del måste ha helt tyst för att sova eller för att kunna koncentrera sig.

30 Eko Ljud kan reflekteras mot olika föremål och komma tillbaka så att man kan höra det igen. Detta kallas eko. Tydligast hör du det utomhus mot en brant bergvägg på lagom avstånd, eller i en tunnel. I ett kalt rum, till exempel i en kyrka, kan man också höra eko. Ofta vill man dämpa det reflekterade ljudet för att få en bättre och lugnare ljudmiljö. Då använder man stoppade möbler, gardiner, mattor och speciella plattor i taket. Sådana plattor kallas akustikplattor och har till uppgift att suga åt sig ljudet så att det dämpas i stället för att eka.

31

32 Kreativ No Måla ljud Musik Ljudvågor Varför två öron? Arbetsuppgift Ljud

33 Örat ger oss upplevelser. Alla ljud, ja, allt vi hör, beror på rörelser i luften. Sådana rörelser kallas ljudvågor. Om du till exempel slår på en trumma vibrerar trumskinnet och sätter i sin tur luften i rörelse. Ljudvågorna går vidare och fångas upp av örat. På samma sätt fungerar din röst. När du talar vibrerar stämbanden i halsen. De får luften att vibrera hela vägen fram till den som ska höra det du säger. Balanssinnet sitter inne i örat. I de tre båggångarna, som sitter i innerörat, finns en särskild vätska som rör sig när kroppen ändrar läge. Båggångarna skickar en signal till hjärnan, som får en rapport om kroppens läge. Då kan hjärnan styra musklerna, så att man inte ramlar eller vinglar. Arbetsblad Ljud

34 Dopplereffekten Alla har nog lagt märke till att ljudet från en bil som närmar sig är annorlunda mot ljudet från en som avlägsnar sig. Framför en rörlig ljudkälla är tonen högre än bakom den. En brandbil som närmar sig låter högre eftersom den kör ikapp sina egna ljudvågor. De kommer tätare och ljudet uppfattas som högre. När bilen sedan passerar och åker bort, åker den ifrån sina egna ljudvågor och då kommer de glesare. Det uppfattas som en lägre ton. Det här fenomenet kallas dopplereffekten.

35 Delfinens ekolod Delfiner har vad man vet det mest fulländade hörselorganet av alla däggdjur. De kan uppfatta ett mycket brett ljudregister. Deras hörsel är ett slags ekolodspejling som gör att de kan orientera sig i havet. Synen är däremot inte särskilt välutvecklad. De är relativt närsynta och ser bara upp till meter. Delfinen producerar speciella ljud genom att den vibrerar på locket till andningsöppningen (näsborren) som sitter på huvudets ovansida. Ljudet är så högt (ljust) att vi inte kan uppfatta det. När ljudvågorna träffar ett hinder återkastas de som ett eko och delfinen uppfattar ekot och vet att det är något i vägen. (Jämför med fladdermusen, se grundboken s. 50.) Ljudvågorna tas inte bara upp via örat, som för övrigt bara är ett litet hål som knappt syns, utan uppfångas också av underkäken och leds vidare upp i innerörat den vägen. I underkäken finns benkanaler.

36

37 Förhör Uppgift 6 Uppgift 9 Uppgift 10 Uppgift 15 Uppgift 19

38 Grej of the Day Isac Newton En annan av Newtons kända upptäckter är hur ljuset beter sig. När solljus passerar genom ett prisma kommer alla spektrats färger fram, från rött till violett. Det verkar självklart för oss idag men Newton var den första som kom fram till att vitt ljus är uppbyggt av alla färgerna i spektrat. Det här är bara de viktigaste av Newtons upptäckter. Han uppfann även spegelteleskopet 1668 eftersom han trodde det var omöjligt att göra en teleskoplins som inte förvrängde färgerna (kromatisk avvikelse).

39 Grej of the Day När fonografen lanserades 1877 gick det plötsligt att spela in ljud för att sedan kunna återuppspela detta ljud igen. Ännu var det inspelade ljudet inte särskilt bra, men uppfinningen satte igång en utveckling som fortfarande pågår presenterades fonografen (ljudskrivaren) i USA. Denna apparat kunde enligt uppfinnaren Thomas Alva Edison, användas som leksak, för att bevara tal och musik, som diktafon, som talande bok för blinda, till nöje och till mycket mer. Edison löste problemet med att bevara ljudet och låta det ljuda igen. På fonografen spelas ljudet in på en rulle som snurrar med konstant hastighet. På rullen graveras ljudspåret in med en nål som är fäst vid ett membran. Membranet vibrerar i takt med de ljudvågor som träffar det. Ljudvågorna förstärks genom en tratt som man pratade eller spelade i.