Hur kan man bygga en kikare med linser?

Det går att bygga en mycket enkel kamera utan linser.

Den allra enklaste versionen av en kamera kallas camera obscura. Den fungerar så att man har en mörk låda eller liknande. Sedan låter man ljus utifrån passera in genom ett litet hål. Om hålet är tillräckligt litet kan bara en ljusstråle från varje punkt utanför lådan passera hålet, och man får en bild av det som finns utanför lådan på väggen mitt emot hålet. Bilden kommer att vara upp och ner och spegelvänd. Att bygga en sådan “kamera” utan film är relativt enkelt, och det finns beskrivningar av tekniken från 400 år före vår tideräkning.

Camera obscura har bland annat använts för att rita av saker. Sätter man en ljuskänslig film på den bakre väggen fungerar den som en vanlig kamera, men utan möjlighet att ändra fokus. Camera obscura fungerar väldigt bra, men ett problem är att det kommer väldigt lite ljus genom det lilla hålet, så bilden blir svag. Om man gör hålet större kommer bilden istället att bli suddigare och suddigare. För att kunna bygga en kamera som släpper in mer ljus men fortfarande ger skarpa bilder kommer vi att behöva linser.

När vi ritar stråloptik och vill se hur bilden blir brukar vi använda pilar som "föremål". Då är det enkelt att se vilket håll de är på och om de förstoras eller förminskas.

En lins används till att ändra hur ljuset rör sig mellan två punkter. En stråle som passerar en fönsterruta ändras inte så mycket eftersom de två ytorna i rutan är parallella. Om vi istället ändrar formen så att ytorna inte är parallella kan vi styra strålens vinkel och ändra denna.

[Två ytor som inte är parallella med en stråle som passerar]

Det går att forma glaset så att ljuset som kommer in samlas i en punkt. Det kallas en fokuserande lins, samlingslins eller konvex lins. En samlingslins är tjockare på mitten och blir tunnare ut mot kanterna. En lupp eller ett förstoringsglas är bra exempel på vad en samlingslins kan användas till.

En lins som istället sprider ljuset som kommer in kallas spridningslins eller konkav lins. Den är tjockare ut mot kanterna och blir tunnare i mitten.

För att få en bild vill vi att ljuset från en punkt i rummet hamnar på en punkt i vår bild. I den enklaste kameran, camera obscura, har vi bilden på lådans bakre vägg. Där sätter vi sedan ett papper eller en ljuskänslig film. Det går en stråle (men inte fler) från varje punkt i rummet, genom det lilla hålet, till en punkt på pappret. Med hjälp av en samlande lins kan vi få flera strålar från en punkt att träffa en punkt på vårt papper - vi får därför en ljusare bild.

I optiken använder vi oftast strålmodellen. Vi brukar vi använda en pil som “föremål”, för att vi enkelt ska kunna se hur bilden ändras jämfört med föremålet som avbildas. Förstoras den eller förminskas? Eller vänds den kanske upp och ned? För att underlätta brukar vi nöja oss med att rita tre standardstrålar:

1. En stråle som passerar linsens centrum. Den kommer inte att brytas, eftersom de två ytorna här är parallella.

2. En stråle som är parallell med normalen i linsens centrum (som också kallas den optiska axeln). Den kommer att brytas och möta normalen i den punkt där alla parallella strålar möts: den så kallade fokalpunkten.

3. En stråle som träffar linsen med en sådan vinkel att den kommer att komma ut parallellt med den optiska axeln efter linsen.

Med hjälp av de här tre strålarna går det att studera hur olika linser bryter ljus. Man kan också se hur strålarna bryts när de går genom flera linser efter varandra.

Om förstoringsglas

Om kikare

Webb-teleskopet är det största rymdteleskop som hittills byggts. Det skickades upp i rymden den 25 december 2021. Webb-teleskopet är ett samarbete mellan de amerikanska, europeiska och kanadensiska rymdstyrelserna (NASA, ESA och Canadian Space Agency).

Webb-teleskopet är ett infrarött teleskop, vilket innebär att det kan se ljus som är osynligt för våra ögon. Det kan studera många spännande saker i universum, som de första stjärnorna och galaxerna, eller hur solsystem och planeter bildas. Kanske kan det också hjälpa oss att ta reda på om det finns liv på andra planeter.

Bild tagen av Webb-teleskopet. Det är det största rymdteleskop som hittills byggts.

Webb-teleskopets huvudspegel är 6,5 meter i diameter och består av 18 segment gjorda av beryllium och täckta med guld. De 18 segmenten är formade som sexkanter, och det gör så att stjärnorna i bilderna ser ut att stråla ungefär som i Disney filmer. Webb-teleskopet är uppkallat efter James E. Webb, som var chef för NASA under 1960-talet och ledde programmet för att resa till månen.

Mer info på jwst.nasa.gov och https://science.nasa.gov/mission/webb/fact-sheet/

Om mikroskop

Sammanfattning linser och instrument