Linser och bilder
En lins är ett genomskinligt stycke glas eller plast med minst en böjd yta, format just för att styra ljus på ett bestämt sätt. Det finns två grundtyper. En samlingslins buktar utåt och är tjockast mitt i, som en liten kudde. Parallella ljusstrålar som går igenom böjs inåt mot varandra och möts i en punkt. En spridningslins är formad tvärtom, tunnast i mitten och tjockast ute vid kanten, och böjer i stället ljusstrålarna utåt, bort från varandra.
För en samlingslins kallas punkten där ljusstrålarna möts brännpunkten, och avståndet från linsens mitt till brännpunkten är linsens brännvidd. En kort brännvidd betyder att linsen böjer ljuset kraftigt och samlar det nära sig; en lång brännvidd betyder svagare böjning och en brännpunkt längre bort. En spridningslins har ingen punkt där strålarna verkligen möts, bara en punkt på den sida ljuset kommer ifrån, som strålarna verkar komma från.
Var ett föremål placeras i förhållande till brännvidden avgör vilken bild en samlingslins ger. Är föremålet längre bort från linsen än brännvidden möts ljusstrålarna faktiskt på andra sidan, i en omvänd bild som går att fånga upp på en skärm eller en vägg – det kallas en verklig bild. Är föremålet i stället närmare linsen än brännvidden går strålarna fortfarande isär efter linsen, bara mindre än förut, och möts aldrig. Ögat som tittar genom linsen tolkar dem som om de kom från en förstorad, rättvänd bild bakom föremålet. Den bilden går inte att fånga på en skärm, eftersom inga strålar faktiskt möts där – det är en virtuell bild.
Det är den sista typen av bild du ser i ett förstoringsglas: en samlingslins med kort brännvidd, hållen nära det du vill se större. En kamera använder motsatsen. Linsen sitter långt ifrån motivet jämfört med brännvidden, så ljuset hinner mötas i en liten, verklig, omvänd bild som sensorn fångar upp. En projektor vänder på samma princip en gång till: en samlingslins tar en liten, upplyst bild som står strax utanför brännvidden och skapar en stor verklig bild på en duk långt bort.
Det här lär du dig
- Skilja mellan samlingslins och spridningslins utifrån deras form och verkan på ljus
- Förklara vad brännpunkt och brännvidd är
- Förklara skillnaden mellan en verklig och en virtuell bild
- Avgöra vilken typ av bild en samlingslins ger beroende på var föremålet placeras i förhållande till brännvidden
- Koppla samlingslinsens egenskaper till kameran, förstoringsglaset och projektorn
Begrepp att kunna
- Samlingslins
- En lins som är tjockast i mitten och böjer parallella ljusstrålar inåt så att de möts i en punkt på andra sidan.
- Spridningslins
- En lins som är tunnast i mitten och böjer parallella ljusstrålar utåt, så att de aldrig möts utan bara verkar komma från en punkt på den sida ljuset kommer ifrån.
- Brännpunkt
- Den punkt där ljusstrålar som gått genom en samlingslins möts, efter att ha kommit in parallella mot linsen.
- Brännvidd
- Avståndet mellan linsens mitt och brännpunkten. Kort brännvidd ger kraftig böjning av ljuset, lång brännvidd ger svag böjning.
- Verklig bild
- En bild som uppstår för att ljusstrålar verkligen möts i en punkt. Den kan fångas upp på en skärm, en vägg eller en sensor.
- Virtuell bild
- En bild som uppstår för att ögat tolkar isärgående ljusstrålar som om de kom från en gemensam punkt, trots att strålarna aldrig faktiskt möts där. Den kan bara ses genom att titta genom linsen.
Vanliga svårigheter
Håller inte isär samlingslins och spridningslins
Formen avgör allt: en samlingslins är tjockast rakt i mitten, medan en spridningslins är tunnast där. Ett enkelt sätt att minnas det är att ljus som går genom en lins alltid böjs mot den tjockare delen – tjock mitt drar strålarna inåt mot varandra, tjocka kanter drar dem utåt så att de sprids.
Tror att en samlingslins alltid förstorar
En samlingslins ger olika resultat beroende på var föremålet står. Längre bort än två brännvidder ger den en förminskad, omvänd verklig bild, som i en kamera. Strax utanför brännvidden blir den verkliga bilden i stället förstorad, som i en projektor. Närmare än brännvidden ger samma lins i stället en förstorad virtuell bild, som i ett förstoringsglas. Det är avståndet till föremålet som avgör, inte linsen i sig.
Tror att en virtuell bild bara är en sämre eller falsk version av en verklig bild
Båda bilderna är fullt verkliga optiska fenomen, skillnaden ligger i om ljusstrålarna faktiskt möts eller inte. Vid en verklig bild möts strålarna fysiskt, så bilden kan fångas på en skärm. Vid en virtuell bild möts de aldrig, utan ögat räknar bakåt och placerar bilden där strålarnas förlängningar skulle mötas. Det gör inte bilden mindre påtaglig att se, bara omöjlig att projicera.
I verkligheten
En kamera fotograferar ett landskap och skapar en skarp bild på sensorn
Landskapet är enormt mycket längre bort än kameralinsens brännvidd, så linsen bildar en liten, omvänd verklig bild precis på sensorns yta. Det är den här bilden sensorn mäter av och sparar som fotografi, och kamerans elektronik vänder den rätt igen innan den visas på skärmen.
Ett förstoringsglas håller man nära en frimärkstext för att läsa de minsta detaljerna
Texten befinner sig närmare glaset än dess brännvidd, så ljusstrålarna från varje bokstav sprids isär innan de når ögat. Hjärnan tolkar dem som om de kom från en mycket större bokstav längre bort, vilket är exakt den förstorade virtuella bilden du upplever.
Tips
- Håll en samlingslins över en bok och flytta den sakta från texten till armlängds avstånd. Lägg märke till var den förstorade, rättvända bilden plötsligt blir suddig och vänder sig upp och ner – det är där föremålet passerar brännvidden.
- Testa att fokusera solljus genom ett förstoringsglas mot en liten pappbit på en stenplatta en solig dag. Flytta glaset tills ljusfläcken blir till en skarp, liten, het punkt – det är själva brännpunkten, synlig i verkligheten, och avståndet från glaset dit är brännvidden. Pappret kan börja brinna, och rikta aldrig den fokuserade strålen mot ögon eller hud.
- Ta reda på om en okänd lins är samlande eller spridande genom att hålla den strax ovanför en skriven rad: växer bokstäverna är det en samlingslins, krymper de är det en spridningslins.
Testa dig själv
1. Ett föremål placeras längre bort från en samlingslins än dess brännvidd. Vilken typ av bild bildas, och var?
Det bildas en verklig bild på motsatta sidan av linsen i förhållande till föremålet, där ljusstrålarna faktiskt möts. Bilden är omvänd jämfört med föremålet och kan fångas upp på en skärm eller en sensor, precis som i en kamera.
2. Varför går det inte att fånga upp den förstorade bilden du ser i ett förstoringsglas på ett papper bakom linsen?
Bilden är virtuell, vilket betyder att ljusstrålarna som bildar den aldrig faktiskt möts någonstans bakom linsen. De sprids bara isär på ett sätt som ögat tolkar som att de kommer från en förstorad bild. Eftersom inga strålar möts fysiskt finns det ingen plats där ett papper kan fånga upp ljuset.
3. Vad händer med bilden om du gradvis flyttar en samlingslins från mycket nära ett föremål till långt bortom dess brännvidd?
Så länge föremålet är innanför brännvidden ser du en förstorad virtuell bild, som i ett förstoringsglas. Precis vid brännvidden går strålarna ut parallella, och ingen bild bildas. Så snart föremålet hamnar utanför brännvidden byter bilden karaktär till en verklig, omvänd bild. Den är först större än föremålet och blir mindre ju längre bort föremålet flyttas, och bortom två brännvidder är den mindre än föremålet.
Ur kursplanen
- Fysik åk 7–9 · Fysiken i naturen och samhället
Hur ljus breder ut sig, reflekteras och bryts.
Källa: Skolverket, centralt innehåll.
Hänger ihop med
Bygger på
Leder vidare till
Träna vidare – gratis
Det här ämnet har inga egna träningsuppgifter än. De här närliggande ämnena har lösta exempel och uppgifter som anpassar sig efter dig: