Lyd vs. Lys

Der er mange forskelle på lys og lyd og samtidig er der også en stor del ligheder. Den første forskel er helt klart bevægelseshastigheden. Lyset har en hastighed på ca. 300.000 km/s hvorimod lyd ”kun” har en hastighed på ca. 1100 km/s. Denne forskel er let at observere i det daglige liv, hvor et godt eksempel kan være i tordenvejr, hvor vi først hører tordenbraget et godt stykke tid efter vi ser lynet på himmelen. Endnu en forskel er bevægelsen; Lyd bølger bevæger sig gennem luften, hvorimod lys er elektromagnetiske bølger.

Lyd og lys har dog lidt til fælles; de kan begge bøje om hjørner og transporterer energi.

Lydbølger er længdebølger(longitudinalbølger), ved det menes der at lydbølgens svingninger forgår langs med bølgens udbredelse. Lydbølger er udbredelsen af trykbølger i luften. Hvis man forestiller sig en højtaler, som spiller for fuld kraft, vil det overtryk og undertryk, som højtaleren laver i luften skabe det, der svarer til bølgetop og bølgedal. Lydbølgerne bestemmer altså lydstyrken, hvorimod det er frekvensen, der bestemmer hvilken tone, man hører. Lydbølgers udbredelsesmedie er luft, hvilket betyder at lyd ikke kan udbrede sig i rum uden luft.
Lyden flyttes ved hjælp af luftens molekyler. Når en luftmolekyle er sat i svingning, skubber den til de næste luftmolekyler og dermed føres lyden videre. Disse luftmolekyle er jo mikrosmå og derfor opfattes de af mennesket kun som små vibrationer i luften. Luftmolekylerne flytter sig meget lidt frem og tilbage, men lyden sendes videre.

Lydens hastighed ændre sig ved forskellige materialer den skal igennem, og ved forskellige temperaturer (se skema nedenfor).

Lysbølger er derimod elektromagnetiske svingninger. Da lys bevæger sig med høj hastighed, måler man i nanometer. Ligesom med lyd er det amplituden på lysbølgerne, som bestemmer lysets styrke, og det er frekvensen, som bestemmer hvilken farve vi opfatter. Det lys, som er synligt for det blotte øje befinder sig i et interval mellem 400 og 800 nm. Kortere bølgelængde end 400 nm kender vi som ultraviolet stråling. Længere bølgelængder end 800 nm kender vi som infrarød stråling.

Fysik og farver

Sammenhængen mellem farver og bølgelængder

Farve udspringer fra lys. Lys er elektromagnetiske bølger, som bevæger sig op og ned. Bølgernes svingninger pr. sekund kaldes frekvensen og afstanden mellem to på hinanden følgende bølgetoppe kaldes bølgelængden. Bølgelængden betegnes med det græske bogstav lambda.

Formlen for bølgelængden:          v = f * (lambda)

* v er bølgens hastighed

I 1666 opdagede Isaac Newton, at sollyset ikke kun er hvidt eller gulligt men består af en blanding af forskellige farver. Rent faktisk består solens stråler ikke af farver men af forskellige bølgelængder. Derfor er det vores hjerne, der omdanner de forskellige frekvenser til farver, og det er derfor vores hjerne, der skaber farver. Sammenhængen mellem farve og bølgelængde kan beskrives med bølgemodellen, som vi vil komme mere ind på i næste afsnit.

 

Bølgemodellen:

 Bølgemodellen, som ses på billedet, viser at en nm på 400 har en kort bølgelængde og jo højere man kommer op i nm stiger bølge længden også. Samtidig skifter farven fra violet og over til rød. Elektromagnetiske stråler er bølger der i lufttomt rum udbreder sig med lysets hastighed. Gammastråling opfattes som elektromagnetiske bølger. Røntgenstråling gør at vi kan scanne kroppens indre. Ultraviolet er synlige stråler, som gør os brune. Så er der det synlige lys hvilket er det lys vi mennesker opfanger, og gør at vi kan se de forskellige farver. Infrarød er varmestråler, som vi kender fra når solen rammer os en varm sommerdag. Radiobølger er der så vi kan hører radio og se tv.

Additiv farveblanding

Additiv farveblanding bruges i farvefjernsyn og computerskærme. Additiv farveblanding har primærfarverne rød, grøn og blå. Udgangsfarven i det additive system er sort – ligesom en skærm kan være sort, hvorefter man tilføjer de andre farver og derved bliver den sorte farve lysere og lysere. Hvis man kigger på en computerskærm, er der kun de tre farver; rød, grøn og blå, men når farverne bliver blandet sammen kommer alle de andre farver frem. Dvs. når vi se gul er det bare en blanding af rød og grøn. Så alt vi ser på en computerskærm er en kombination af rød, grøn og blå. Hvis man så skruer op for alle farver bliver det helt hvidt, det er princippet i farve-addition.

Subtraktiv farveblanding

Subtraktive farver bliver dannet under belysning med et hvidligt lysindtryk og filtreret efter refleksion af farvepigmenter. Her anvendes primærfarverne rød, gul og blå. Der er stor forskel på additiv og subtraktiv farveblanding. Hvis man blander primærfarverne rød og grøn bliver det til en komplementærfarve, gul, i det additive farvesystem. I det subtraktive farvesystem bliver farveblandingen mørkere, da der er flere pigmenter, som absorberer mere lys.

Farvetemperaturer

Farvetemperatur er et begreb, hvor man tildeler de forskellige farver en temperatur i kelvin-skalaen (K). Dvs. at temperaturen som tildeles en farve, er den temperatur at sort legeme at opvarmes til for at afgive lys med denne farver. Så når temperaturen er omkring 800 K vil øjet begynde at opfatte stråling fra det synlige lys.

Kosmologi

The Big Bang

Ifølge den videnskabelige teori er Big Bang årsagen til universets eksistens. Ifølge teorien er det ca. 13,7 mia. år siden, at dette skete. Universet bestod førhen af en form for substans, der var presset tæt sammen og skabte en ufattelig varme. Af en ukendt årsag begyndte universet at udvide sig med høj fart, hvilket vi i dag kender som ”The Big Bang”. Den dag i dag udvider og udvikler universet sig stadig.

Samtidig med universets fødsel opstod selve tiden også. Definitionen tid har altså ikke eksisteret inden universets begyndelse, og vi kan derfor svare at der ingenting var i universet inden dens opstand.

Ved universets begyndelse var der heller ingenting, som ligner det vi kender til i dag. Mange partikler flød nemlig rundt mellem hinanden, og der gik noget tid før de forskellige partikler begyndte at finde sammen og danne elementarpartikler (neutroner, protoner og elektroner) hvorefter de atter flød sammen og dannede nogle af vores grundlæggende grundstoffer (brint og helium) Det siges at der gik mere end 500.000 år før de første partikler begyndte at finde sammen, hvilket var begyndelsen på det univers vi kender til i dag med galakser, planeter, stjerne, energirige stoffer og atomer. 

Hubbles Lov

Figur 1: Hubbles lov
Figuren viser Hubbles observationer om hvordan galakserne fjerner sig (proportionalt). På billede a ses størrelserne af galaksernes hastigheder. Galakse A ligger lige langt væk fra B og D og fjerner sig med samme hastighed. Galakserne C og E ligger dobbelt så langt væk fra A, og fjerner sig dobbelt så hurtigt. Figur b viser hvordan dette vil se ud.

Hubbles lov er den kosmologiske lov, der blev opdaget i 1929 af den amerikanske astronom og kosmolog Edwin Powell Hubble.

Ifølge loven bevæger fjerne galakser sig væk fra os med en hastighed, der vokser ligeligt med afstanden. Det vil sige at jo længere væk den ting, der bevæger sig væk fra os er, desto hurtigere bevæger den sig også væk fra os.

Hastigheden galakserne bevæger sig med, har været meget varierende gennem årene, men er nu blevet sat til 70 km/s pr. Mparsec (megaparsec). Dette kaldes Hubblekonstanten. Konklusionen ved dette er, at universet udvider sig.

Det Kosmologiske Princip

Det kosmologiske princip omhandler universets opbygning og struktur. Det er en grundantagelse af universet og ifølge det kosmologiske princip er universet på store skalaer er ens(homogent) og ligedan uanset hvilken retning man ser det fra(isotropt).


I modsætning til det Kopernikanske princip, hvor jorden er i centrum og med alle andre planeter rundt om er det kosmologiske princip baseret på at universet har udvidet sig lige siden Big Bang - og stadig gør det.
Det lægges også vægt på at det kosmologiske princip gælder for rum, men ikke for tid.




(Kilder)
- www.denstoredanske.dk
- www.rummet.dk
- www.wikipedia.com
- www.snm.ku.dk/dnf/foredrag/2010-foraar/andersen/
- www.ibog.fysikcbogen.systime.dk/index.php?id=364

Atomet

Atomet

Fakta om atomet

Ordet atom stammer fra det græske ord atomos der betyder udelelig: Grækerne forestillede sig atomet som en absolut ”mindste” enhed som materien kan opdeles i.

Alt stof der er omkring os er opbygget af atomer. Et atom er det absolut mindste kendte kemiske led af et grundstof, men i realiteten består den af uendelige mindre dele.
Atomer består af en kerne, der befinder sig i atomets centrum og et antal elektroner, der befinder sig uden for kernen. Et atom er oftest bundet til andre atomer, der enten kan tilhøre det samme grundstof eller andre grundstoffer.

Atomets historie

Historisk har der været mange bud på atomets opbygning. Den første til at fremsætte en reel teori om at verden består af en masse små dele var filosoffen Demokrit i år 440 f.v.t. Han påstod at atomerne udførte mekaniske bevægelser, og at de hang sammen i kroge. Samtidig kom Aristoteles med sin teori om at verden ikke bestod af atomer, men af de fire elementer: jord, vand, luft og ild. Sidstnævnte teori var nemmere at forstå og passede bedre med datidens religion, hvorimod Demokrits teori om atomerne mødte stor modstand. Det var først helt henne i 1500-tallet at folk begyndte at trodse kirken og Aristoteles teori. Peter Ramus påviste, at vindampe kunne trænge igennem fire lag papir, hvilket antydede, at der kunne være noget om Demokrits teori. I 1600-tallet forener Pierre Gassendi fysik og religion ved at sige, at atomerne var skabt af gud. Derefter tog det fart i undersøgelsen af atomer og i 1803 satte John Dalton tal på atomerne og fandt ud af hvilke atomer der skulle til for at danne forskellige molekyler. I 1911 formulerer Niels Bohr atom-modellen, som tager udgangspunkt i atomet med skaller og en kerne i midten. Hans model var meget nyskabende for den tid, og det er til den dag i dag stadig den model vi går ud fra, når vi undersøger atomet.

Niels Bohrs atommodel

Ifølge Bohrs atommodel bevæger negativ ladet elektronerne sig omkring en positiv ladet atomkerne i faste baner, ligesom planeterne i solsystemet bevæger sig rundt om solen.

Bohrs første påstand er:
En elektron kan kun kredse omkring kernen i nogle bestemte baner uden at afgive energi i form af fotoner (elektromagnetiske bølger).
I hver bane har elektronen en bestemt mængde potentiel energi: En, hvor energien vokser, jo større nummeret er, jo større er banen.

Bohrs anden påstand er:
Når en elektron springer fra en større bane til en mindre bane, udsendes en foton. Den udstedte fotons energi (∆ E) svarer til energiforskellen mellem de to baner: ∆ E = En – Em

Bohr antog at et atom kan eksistere i stillestående (stationær) tilstand hvor den ikke udsender stråling, og har en bestemt energi.
Ifølge Bohrs atommodel er der to måder, hvorpå et atom kan springe fra en stationær tilstand til en anden:
1) Absorption, hvor et atom kan absorbere (optage) en foton, og derved springe til en stationær tilstand med højere energi.
2) Emission, hvor et atom kan springe til en stationær tilstand, med lavere energi ved at emittere (udsende) en foton.

Bohr fandt frem til, hvordan energierne af de stationære tilstande i hydrogen kan beregnes. Energierne kan illustreres i et energiniveaudiagram.

Det periodiske system består af alle grundstofferne. De er grovt sagt ”trappeopdelt” i metaller, halvmetaller og ikke-metalller. Under disse emner er der selvfølgelig en masse underopdelinger. 

Atomet og det periodiske system

Det periodiske system er delt op i hovedgrupper og perioder. Der er 8 hovedgrupper.

Hovedgrupperne indikerer hvor mange elektroner der er i grundstoffets yderste skal. Perioderne indikerer hvor mange skaller der er rundt om protonerne. Grundstofferne har også deres grundstofnummer, der bestemmer hvor mange protoner der er i grundstoffet. 

Så hvis man fx tager grundstoffet Magnesium der har grundstofnummeret 12, står under hovedgruppe 2 og under perioden 3. Det betyder at grundstoffet Magnesium har 12 protoner, 12 elektroner der er fordelt i 3 skaller.

Alle hovedgrupper, undtagen hovedgruppe 8 kan gå på ionform. Dvs. at de kan enten afgive eller optage elektroner. Der findes både positiv- og negativladede ioner. Det afhænger af om de har optaget eller aftaget elektroner. Et atom der har mistet en eller flere elektroner er positivt ladet (Plus-ion).Et atom der har optaget en eller flere elektroner er negativt ladet (Minus-ion). Ioner kan sammensættes med andre ioner bl.a. hydroxid-ionen der er en negativt sammensat ion med brint og oxygen.

Hovedgruppen 8 er lidt speciel. De kaldes for ædelgasser. De kan ikke gå på ionform. 

Kilder:

www.wikipedia.dk
www.ibog.dk
www.denstoredanske.dk
www.natlex.dk

Hvad er fysik?

Fysik er et naturvidenskabeligt fag, hvor det modsatte defineres som biologi. Det beskriver naturen ved hjælp af naturvidenskabelige metoder, som underbygges af måleresultater. Hvis disse resultater ikke stemmer overens med teorien, skal denne ændres/forkastes.

Faget fysik er grundlaget for de øvrige naturvidenskabelige fag; Kemi, astronomi, biologi og geologi. I fysik lærer man om stoffets grundlæggende opbygning og om de teorier, som beskriver, hvordan de enkelte stofdele vekselvirker med hinanden. 

Teori <-> Eksperiment

Fysik C. Bekendtgørelse

”Det naturvidenskabelige fag fysik omhandler menneskers forsøg på at udvikle generelle beskrivel- ser, tolkninger og forklaringer af fænomener og processer i natur og teknik. Gennem et samspil mellem eksperimenter og teorier udvikles en teoretisk begrundet, naturfaglig indsigt, som stimule- rer nysgerrighed og kreativitet. Samtidigt giver den baggrund for at forstå og diskutere naturviden- skabeligt og teknologisk baserede argumenter vedrørende spørgsmål af almen menneskelig eller samfundsmæssig interesse.”

Faget fysik er obligatorisk at have på mindst C-niveau i det almene gymnasium. Faget bliver præsenteret således at faget giver et indblik i det naturvidenskabelige verdensbillede og samtidig kan spille sammen med det naturvidenskabelige grundforløb. Målet med faget er at kunne se faget i et større sammenhæng. Derudover skal man kunne redegøre og forstå de forskellige begreber, modeller og teorier. Beregning af tal og brug af formler skal også indgå i fagets forløb. Man skal også kunne udføre og beskrive fysiske eksperimenter og fastsætte hypoteser og konklusioner. 

Når fysik C forløbet er afsluttet følger den afsluttende prøve. Her skal eleverne orienteres i god tid og eksamensforløbet. En beskrivelse af prøvens forløb og forventninger bliver fremlagt. Tiden op til eksamen bliver brugt på at få fastlagt den mundtlige prøves principper, informationer om forberedelses- og eksaminationstiden og eventuelle prøveforløb. 

Eksamensopgaven indeholder en overskrift, men er forholdsvis spredt ud over et bredt emne. Opgaverne skal så vidt muligt indeholde henvisninger til de udførte forsøg således at fagets eksperimentelle dimension kan bruges til den prøven. Der skal udarbejdes så mange opgaver, at den sidste eksaminand har mindst fire forskellige opgaver at vælge i mellem. Opgaven udleveres ved lodtrækning dagen før prøven. Der gives ca. 24 timers forberedelsestid. Eksaminationstiden er ca. 24 minutter pr. person. Prøven er todelt, hvor 1/3 af tiden består af eksaminandens præsentation suppleret med spørgsmål fra eksaminator. Anden del - altså 2/3 af tiden består af en samtale mellem eksaminand og eksaminator. Det er i orden at tage brug af tavle eller elektroniske hjælpemidler til præsentationen. Det er dog eksaminandens eget ansvar at der ikke opstår tekniske problemer. Der er ikke noget krav om at det eksperimentelle udstyr skal tages i brug til eksamen, men det kan være en idé at have det stillet frem, således at man kan henvise til det.