Tänk dig att du går ner i källaren och det är helt mörkt. Det kan vara lite läskigt eftersom du inte kan se vad som finns där. Du vet att det finns ett bord någonstans. Men du får känna dig fram eftersom du inte kan se det. När du tänder lampan dyker bordet plötsligt upp. För att vi ska kunna se något måste ljus nå våra ögon. Ett föremål kan själv sända ut ljus, som solen, en lampa eller ett stearinljus. Men de flesta saker omkring oss lyser inte själva. Vi kan ändå se dem om ljus från en ljuskälla träffar föremålet och sedan reflekteras vidare till våra ögon. Som månen, den lyser inte. Men solen lyser på den så att vi kan se den. Ljus är alltså helt avgörande för att vi ska kunna se världen omkring oss.

Oftast kan vi tänka oss att ljus färdas längs raka linjer. Vi brukar rita sådana linjer som ljusstrålar [blåtext: Strålmodellen]. Det är en användbar modell när vi vill förstå hur ljus reflekteras i speglar eller bryts i linser. Den hjälper oss också att förstå hur bilder kan bildas i ögat och i en kamera. Att ljus går rakt märks till exempel när ett föremål skapar en skugga. Ljuset kan inte gå runt föremålet utan blockeras på vägen.

Ljus är lite speciellt. En enda modell räcker inte för att beskriva allt som ljus kan göra. När vi undersöker hur ljus färdas genom material och linser är det enklast att beskriva ljuset som strålar. När vi vill förstå varför ljus kan ha olika färger är det bättre att beskriva ljuset som en våg. Olika färger motsvarar då olika våglängder.

Ljus är en form av strålning [elektromagnetisk strålning]. Det finns många sorters elektromagnetisk strålning, men våra ögon kan bara upptäcka en liten del. Den delen kallas synligt ljus. Vi kommer att titta mer på andra sorters strålning senare. Det synliga ljuset kan ha olika färger. Rött, grönt och blått ljus är exempel på olika delar av det synliga ljuset. Vitt ljus, som solljus, innehåller många olika färger. Det kan man till exempel se när solljuset delas upp i en regnbåge. Vi kommer att se att färgerna hänger ihop med ljusets våglängd.

I vissa andra situationer kan ljus beskrivas som små energipaket som kallas fotoner. Det behöver vi inte använda så mycket i det här kapitlet, men det visar att fysiker kan använda olika modeller av samma fenomen beroende på vad de vill förklara.

Ljus rör sig oerhört snabbt. Vi känner inte till något som rör sig fortare. I vakuum är hastigheten ungefär 300 000 km/s. Det är svårt att förstå att något kan röra sig så fort. Det betyder att ljus skulle kunna färdas flera varv runt jorden på bara en sekund. Men det är tur att ljuset rör sig så fort. Avstånden i universum är väldigt stora. Trots den höga hastigheten tar det ungefär åtta minuter för solljuset att färdas från solen till jorden. Och det tar 4,24 år för ljuset att nå oss från vårt näst närmsta stjärna (Proxima Centauri).

Men ljusets hastighet kan ändras. När ljus går genom vatten eller glas rör det sig långsammare än i vakuum. Det kommer att bli viktigt senare, eftersom skillnaden i hastighet gör att ljuset kan brytas och ändra riktning. Det gör det möjligt att se en regnbåge, eller förbättra synen med hjälp av glasögon.

Tänk dig en regnbåge. Där kan du se många olika färger bredvid varandra. Men solljuset som skapade regnbågen såg vitt ut innan det träffade vattendropparna. Hur kan vitt ljus bli en massa olika färger? Det beror på att vitt ljus innehåller alla synliga färger. När färgerna skiljs åt kan vi se: rött, orange, gult, grönt, blått och violett. Hela raden av färger kallas ett spektrum.

För att förstå skillnaden mellan olika färger är det användbart att beskriva ljuset som en våg. Precis som andra vågor kan ljus beskrivas med en våglängd. Våglängden är avståndet mellan två toppar i vågen. [Blåtext: våglängden för synligt ljus är mycket kort 400-750 nm] Olika färger på ljuset har olika våglängder. Våglängden avgör alltså vilken färg våra ögon uppfattar. I en regnbåge går till exempel rött gradvis över i orange, sedan gult och vidare genom de andra färgerna.

Ljuset från solen ser oftast vitt ut, men består av många olika färger tillsammans. Det kan vi upptäcka om vi lyckas dela upp ljuset. Ett sätt är att låta vitt ljus passera genom ett prisma, en genomskinlig glasbit med särskild form. De olika färgerna påverkas olika när de går genom prismat och kan därför skiljas åt. Resultatet blir ett spektrum med flera färger.

Något liknande händer i en regnbåge. Solljuset träffar små vattendroppar i luften och färgerna i det vita ljuset skiljs åt. Vi ska titta närmare på varför det händer när vi kommer till ljusets brytning.

En röd tröja lyser vanligtvis inte av sig själv. Ändå ser vi den som röd. När vitt ljus träffar tröjan absorberas en del av ljuset medan annat ljus reflekteras. Det ljus som framför allt reflekteras från en röd tröja uppfattar våra ögon som rött. Vilken färg vi tycker att ett föremål har beror alltså på vilket ljus som når våra ögon från föremålet.

Ett vitt föremål reflekterar mycket av det synliga ljuset som träffar det. Ett svart föremål absorberar i stället en stor del av ljuset. Det betyder också att färgen vi ser kan bero på vilket ljus som lyser på föremålet. Om en färg inte finns i ljuset från lampan kan föremålet inte reflektera just den färgen till våra ögon.

Det går också att skapa nya färger genom att blanda ljus. Tre färger som ofta används är rött, grönt och blått ljus. De brukar förkortas RGB, efter de engelska orden red, green och blue. Genom att blanda olika mängder rött, grönt och blått ljus går det att skapa många andra färger. Det är så en bildskärm kan skapa de olika färger som vi ser på en mobiltelefon, dator eller TV. När rött, grönt och blått ljus blandas på rätt sätt kan vi uppfatta blandningen som vitt ljus.

Titta ut genom ett fönster. Du kan se världen utanför eftersom ljus passerar genom glaset. Samtidigt kan du ibland se en svag spegelbild av dig själv i rutan. Hur kan glaset både släppa igenom ljus och reflektera det?

När ljus träffar ett material kan flera saker hända. Ljuset kan

• reflekteras

• absorberas

• transmitteras, alltså passera genom materialet.

Ofta händer flera av dessa saker samtidigt.

När ljus studsar tillbaka från en yta säger vi att ljuset reflekteras. En spegel reflekterar en stor del av ljuset som träffar den. Därför kan vi se en tydlig bild i spegeln. Men även andra föremål reflekterar ljus. När du ser en bok, ett bord eller en tröja beror det på att ljus har träffat föremålet och sedan reflekterats till dina ögon. Vi kan alltså se de flesta saker omkring oss tack vare reflekterat ljus.

Det spelar också roll hur ytan ljuset träffar ser ut. Du kan se dig själv i en spegel, men inte i ett vanligt vitt papper. På en mycket slät yta, som en spegel, reflekteras ljuset på ett ordnat sätt. Då kan det bildas en tydlig spegelbild. Ett papper ser slätt ut för oss, men på mycket liten skala är ytan ojämn. Ljuset reflekteras därför åt många olika håll. Det kallas diffus reflektion. Det är diffus reflektion som gör att vi kan se vanliga föremål från många olika håll.

[Bild på spegel och papper]

Ljus kan också tas upp av ett material. Då säger vi att ljuset absorberas. Ett svart föremål absorberar en stor del av det synliga ljuset som träffar det. Ett vitt föremål reflekterar i stället mycket av ljuset. När ljus absorberas överförs energi till materialet. Därför kan ett mörkt föremål som ligger i solen bli varmt.

Vissa material släpper igenom ljus. Då säger vi att ljuset transmitteras genom materialet. Glas är ett tydligt exempel. En stor del av det synliga ljuset kan passera genom en fönsterruta, och därför kan vi se genom den. Men inte heller glas släpper igenom allt ljus. En del reflekteras. Det är därför du ibland kan se din egen spegelbild i ett fönster.

Olika material släpper igenom olika mycket ljus. Ett klart fönsterglas släpper igenom mycket synligt ljus och är genomskinligt. Andra material släpper igenom lite ljus men sprider det åt många håll. Då kan ljuset komma igenom, men vi kan inte se en tydlig bild genom materialet. Man kan göra en ruta disig så att det kommer in ljus, men inte går att kika in. Material som trä, metall och sten släpper nästan inte igenom något synligt ljus alls. De är ogenomskinliga.

När en ljusstråle träffar en glasruta kan en del av ljuset reflekteras medan en annan del passerar genom glaset. Och lite ljus kanske absorberas. Det ljus som passerar genom ett material kan dessutom ändra riktning. Då säger vi att ljuset bryts. Det ska vi titta närmare på senare.