Repetition och uppfljning (+ kvantfysik och relativitetsteori)

(1)

Fysik – Världen kring oss

Repetition och uppföljning

Kvällens punkter

• Repetition • Kvantfysik

• Allting är relativt – Einsteins teorier • Fysik och naturvetenskap i ett större

perspektiv Vad är strålning? 1 m 100 m 1 km 10 m 1 dm 1 cm 1 mm 0.1 mm 0.01 mm 1 µm 100 nm 1 nm 0.1 nm 10 nm 0.01 nm

Det elektromagnetiska spektrat:

Elektromagnetisk strålning

Hastighet =

ljusets ha_stighet 300 000 km/s

Svängningarna i elektriskt och magnetiskt fält är alltid vinkelräta mot varandra

Polarisation

(2)

Polarisation

Icke polariserat ljus Polariserat ljus Polariserat ljus

Polarisation vid reflektion

Maxwell såg sambanden mellan magnetfält (B) och elektriskt fält (E)

∫

⋅ = 0 ε Q dA E

∫

B⋅_dA=0

∫

⋅ =− Φ dt d dl B E

∫

      Φ + = ⋅ dt d I dl E 0 0 ε µ B

Lösning av Maxwells ekvationssystem visar att en vågrörelse kan uppkomma där E- och B-fälten ingår.

Gravitation och Newtons lagar

Galilei & fallande objekt

http://www.pbs.org/wgbh/nova/galileo/

Fritt fall i vakuum

10 m/s

sekund = 10 m/s

2

Massan x g

(3)

Newtons 1:a lag

Sir Isaac Newton, 1643 - 1727

När resultanten av alla krafter som verkar på ett föremål är lika med noll, är föremålet i vila eller i rörelse med konstant hastighet i samma riktning.

Tyngdkraften Normalkraften

Newtons 2:a lag

Det behövs ingen kraft för att hålla igång en rätlinjig rörelse med konstant hastighet.

Däremot behövs det en kraft för att förändra en rörelse, t.ex. öka eller minska hastigheten

Kraften = massan x accelerationen

Newtons 3:e lag

När två föremål verkar på varandra med krafter, är krafterna lika stora och motsatt riktade.

Newtons gravitationslag

Kraften = Konstant x massan(1) x massan(2)

avståndet2 r = avståndet

Konstant = 6.67 x 10-11_Nm2_/kg2

Vridmoment

Gör en piruett: Figur 8.53

Energi kan inte förstöras utan endast omvandlas! Potentiell energi = m xg xh m xv 2 Rörelse energi = m xv xv 2 2 =

(4)

Himlakroppar och satelliter

http://www.nasa.gov

Julia Becker

Astronomi

Materiens tillstånd

Gas Vätska Solid

Plasma – det 4:e tillståndet

Bernoullis Princip När hastigheten ökar, minskar trycket!

Högre hastighet, dvs lägre tryck

Lägre hastighet, dvs högre tryck

Lyftkraft

Magnuseffekten

(5)

Motorer och kylskåp http://www.aircraftbanking.com/ http://sv.wikipedia.org Värmeöverföring • Ledning • Konvektion • Strålning VARMT _KALLT Värme

Övergångar mellan olika tillstånd

Tillförd värme Temp °C 0 100 Smältning/frysning Förångning/kondensation Is Vat ten Ång a Vid fasövergångar är temperaturen konstant! Termodynamik ”Värmekraft” Entropi Ett mått på oordning!

Nord och syd

(6)

Magnetisering av järn

1)

2)

Jordens magnetfält

SOHO/LASCO/EIT (ESA & NASA)

MRI (magnetic resonance imaging)

Bild från Maria Widmark, Sahlgrenska Universitetssjukhuset

B₀ B₁ Vågrörelse • Mekanisk: – Ljudvågor – Havsvågor • Elektromagnetisk: – Ljus – Radiovågor – Mikrovågor

Störningar som propagerar i ett elastiskt material

Störningar i elektromagnetiskt fält som kan propagera i vakuum

Transversella eller longituninella vågor

Transversell vågrörelse Longitudinell vågrörelse

(7)

Interferens _{Tsunami vågor}

http://science.howstuffworks.com/tsunami3.htm

Ljustransmission i material Transmission och absorption i

glas

Glas släpper igenom synligt ljus, men absorberar UV och IR

Genomskinlighet kräver

homogena material Färgblandning

(8)

Färgsubtraktion

Y = - B

C = - R

M = - G Cyan, Magenta,

och Gult (Y) är komplementfärger Ljusbrytning 2 2 1 1sinθ n sinθ n = Optiskt tunnare material

Optiskt tätare material θ θθ θ1 θ θθ θ2 n2> n1 Snells lag: Dispersion: Ljusbrytning i linser Brännvidd Fokus Brännvidd LASER

Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation Ljusförstärkning genom stimulerad strålningsemmision

(9)

Allting går med elektricitet http://www.electrostatic.se/ http://mobil.svt.se/ Ingvar Albinsson Coulombs lag 2 2 1

r

Q

k

F =

Q1 Q2 r

Ändring i magnetfält ger upphov till ström Induktion I atomernas värld Bild från http://www.physik.uni-augsburg.de/ Dag Hanstorp Atomfysik

(10)

Atomer – Materiens ”minsta” byggstenar Grekernas filosofi ca 500 år f.Kr Bilder från: www.rock-on-rock-on.com www.konsthantverkarna.se Atomos = odelbar Bohrs atommodell Ernest Rutherford, 1871 – 1937 Nobelpriset i kemi 1908 Spektrallinjer: Fysiken i musiken Milan Friesel

(11)

Fysikaliska leksaker

Café o lär

Kvantfysik

Ljus en partikel eller vågrörelse?

Är jag en partikel eller våg? c hf p =

Ljus – Vågor eller partiklar? • Ljus är uppför sig som om

det både är vågor men samtidigt partiklar.

• Fotonen = masslös partikel • Båda modellerna är korrekt

Albert Einstein, 1879 - 1955 Är jag en partikel eller våg? hf E =

(12)

Planck’s kvanthypotes

hf

E =

Planks strålningslag:

Energi i diskreta steg

Max Planck, 1858-1947 Fotoelektrisk effekt hf E = W hf E_k= − Einsteins nobelpris 1921

Fotoelektrisk effekt i vardagen

CCD-sensor Schrödingerekvationen Erwin Schrödinger, 1887-1961 Vågfunktioner för väteatom Ψ = Ψ H E ˆ Heisenbergs osäkerhetsteori Werner Heisenberg, 1901-1976

2 h

≥

∆

x

p

Om man vet positionen, blir hastigheten obestämd Om man vet hastigheten, blir positionen obestämd

Allting är relativt

(13)

All rörelse är relativ

Tåget rör sig relativt omgivningen. Omgivningen rör sig relativt tåget.

Ljusets hasighet är konstant oavsett observatör Ljusblixt i rymdfarkost s r

t

s

c =

Sett från marken j vt

Ljuset har gått längre väg än s på samma tid?

2 2 1 c v t t r j − = Tvillingparadoxen

Tiden på jorden är längre än i rymdskeppet

Relativitetsteori i vardagen

Korrektioner i GPS systemet p g a satelliternas rörelser

(14)

Fysik och naturvetenskap i ett

större perspektiv Vetenskap eller Religion?

• Människans försök att förstå sig på sin tillvaro.

… vad är skillnaden?

Skillnaden vetenskap / religion

• Baseras på observationer och mätningar • Behöver bevis • Baseras på filosofiska diskussioner och tolkningar • Behöver ej bevis Vetenskap Religion

Människan har alltid sökt svar …

Bild från http://www.creswell-crags.org.uk

Redan de gamla grekerna …

Porträtt av Aristoteles. Musée du Louvre, Paris

en.wikipedia.org

Konflikt mellan vetenskap och religion

Galilei Gallileo, 1564-1642

Portrait by Justus Sustermans painted in 1636.

Galileo facing the Roman Inquisition, 1857 painting by Cristiano Banti. Source: http://www.law.umkc.edu/ faculty/projects/ftrials/galileo/galileotrial.jpg

(15)

1500-talets världsbild bild från 1493 Schedelsche Weltchronik Copernicus världsbild http://www.liverpoolmuseums.org.uk/

Vetenskap och religion idag

Motstånd mot Darwins evolutionsteori

Vetenskapen ändrar sig hela tiden!

Max Born, 1882 – 1970 Nobelpriset i fysik, 1954

Tron att det endast finns en sanning och att det enbart är den personen som tror detta som besitter den sanningen, tycks för mig vara den största roten till all världens ondska.

Vetenskapen och konsten

Leonardo da Vinci, 1452 - 1519

Det är människan och inte naturen som delat in vetenskapen …

• Fysik • Kemi • Biologi • Medicin

(16)

Matematik – Vetenskapens språk

För att kunna beskriva samband

Modeller för att kunna förklara omvärlden

Vetenskap och teknologi

• Vetenskap är efterfrågandet av kunskap. • Teknologi är tillämpningar av kunskapen.

”Nya” vetenskaper

• Bioscience • Tvärvetenskap • Nanoteknologi • M. fl.

Vetenskapen och framtiden