Lys og
optikk

Som bølge: Lys er en elektromagnetisk bølge – svingninger i elektriske og magnetiske felt. Bølgelengde λ (nm) bestemmer fargen: 400 nm (fiolett) → 700 nm (rødt). Trenger ikke medium – går gjennom vakuum.

Som partikkel (foton): Lys kommer i pakker kalt fotoner. Energi: E = hf (Plancks konstant × frekvens). Høy frekvens = høy energi. Einstein fikk nobelprisen for forklaringen av fotoelektrisk effekt (1921).

Lyshastighet: c = 299 792 458 m/s ≈ 300 000 km/s i vakuum. Lys fra solen bruker ~8 min til jorda. Ingenting kan gå fortere enn lys (Einsteins relativitetsteori).

Det elektromagnetiske spektrum: Synlig lys er bare en liten del: radio, mikrobølger, IR, synlig, UV, røntgen, gammastråling. Alt er EM-stråling – forskjellen er bølgelengden.

Refleksjonslov: Innfallsvinkel = refleksjonsvinkel (begge måles fra normalen). Speilglatt overflate → speilrefleksjon. Ru overflate → diffus refleksjon (vi kan se objekter fra alle vinkler).

Snells lov (brytning): n₁ · sin(θ₁) = n₂ · sin(θ₂). Lys bøyes mot normalen når det går fra raskere til langsommere medium (luft → glass). Brytningsindeks n = c/v.

Totalrefleksjon: Når innfallsvinkelen overstiger kritisk vinkel θ_c = arcsin(n₂/n₁) i tettere medium, reflekteres alt lys. Basis for fiberoptikk – lys leder rundt bøyer med null tap.

Optisk illusjon: En pinne i vann ser bøyd ut fordi lys brytes i vannoverflaten. Øyet forlenger lysstrålen rett bakover og «ser» pinnen på feil sted.

Konveks linse (samlende): Tykkere i midten. Samler parallelle stråler i brennpunktet F. Brennvidde f. Lager forstørret virtuelt bilde (lupe) eller reelt omvendt bilde (kamera, øye). 1/f = 1/d_o + 1/d_i

Konkav linse (spredende): Tynnere i midten. Sprer parallelle stråler – ser ut som de kommer fra virtuelt brennpunkt bak linsen. Brukes til å korrigere nærsynt (myopi).

Konkavt speil: Samlende – reflektor i lyskastere, teleskoper. Parallaktisk speil: konvekst – sprer lys, gir vidt synsfelt (butikkspeil, sidespeil på biler).

Øyet som optisk system: Hornhinnen + linsen fungerer som samlende linse → danner reelt, omvendt bilde på netthinnen. Linsen endrer krumning (akkommodasjon) for å fokusere på nær/fjern.

Dispersjon: Brytningsindeksen n varierer med bølgelengden. Fiolett lys brytes mer enn rødt lys. Et prisme spalter hvitt lys i spektrum: ROGGBLF (rødt, oransje, gult, grønt, blått, lilla, fiolett).

Regnbue: Dannes av millioner av vanndråper. Lyset brytes inn, reflekteres innvendig og brytes ut igjen. Rødt sees ved 42°, fiolett ved 40° over den retningen lyset kommer fra (anti-solpunktet).

Fargeteori – lys (additiv): Rødt + Grønt + Blått (RGB) = hvitt lys. Skjermer og lyspærer blander lys additivt. Helt fravær av lys = svart.

Fargeteori – pigment (subtraktiv): Cyan + Magenta + Gul (CMY) = svart (absorbert alt). Maling og trykk subtraktivt. Hvitt papir: ingenting absorbert. Rød maling: absorberer alt unntatt rødt.

Hornhinne + linse: Hornhinnen gir ~2/3 av den totale lysbrytingen. Linsen gir den justerbare delen. Totalt ~60 dioptrier. Bildet på netthinnen er reelt og opp-ned – hjernen snur det.

Akkommodasjon: Ciliærmusklene endrer linsens krumning → fokuserer på ulike avstander. Nær: linsen fortykkes (høy brytningskraft). Fjern: linsen flates ut. Evnen avtar med alder (presbyopi).

Nærsynt (myopi): Øyeeplet for langt – bildet dannes foran netthinnen. Korrigeres med konkav (spredende) linse.
Langsynt (hyperopi): For kort øye – bildet bak netthinnen. Korrigeres med konveks linse.

Tapper og staver: Tapper (6–7 mill.): fargersyn, skarpsyn, trenger mye lys. Konsentrert i gula flekk. Staver (120 mill.): svart/hvitt, periferisyn, ekstremt lysfølsomme – brukes i mørket.

Hvorfor er et eple rødt? Epleskallet absorberer nesten all synlig lys bortsett fra røde bølgelengder (~620–750 nm). Rødt lys reflekteres og treffer øyets røde tapper.

Klorofyll: Absorberer rødt og blått lys effektivt – reflekterer grønt. Løv ser grønt ut. Om høsten brytes klorofyll ned og andre pigmenter (karotenoid: gult/oransje, antocyan: rødt) vises.

Skjermteknologi (RGB): Skjermer har millioner av piksler med røde, grønne og blå underpiksler. Hvert piksel blander lys additivt. Full styrke på alle tre: hvitt. Ingen: svart.

Blå himmel og rød solnedgang: Rayleigh-spredning: atmosfæren sprer korte bølgelengder (blått) mye mer enn lange (rødt). Solen rett over: blå himmel. Lav sol: lyset passerer mer luft → blått spredt bort → rød/orange himmel.