【光の屈折②】ストローがズレて曲がる不思議と、浮かび上がる文字

光の屈折の応用 中1理科

ストローが曲がる理由

光の屈折によりずれて見えるストロー
光の屈折によりストローが曲がって見える

まず手始めに、水の中のストローがずれたり、曲がって見える理由を学びましょう。 理由を一言で言えば、 「光が屈折しているから」 です。

ストローがずれて見える理由

屈折によりずれて見えるストロー

まずこの写真、ストローがなぜかずれて見えますね。 これを、分かりやすいように上から見た図を描いてみます。

コップに入ったストローを上から見た図

この図から、「なぜストローがずれて見えるのか?」を説明します。

上から見た図では、分かりやすいようにコップを四角形にして説明しています。(本当は円形)

ストローから反射した光は、水中から空気中に出る時に屈折します。


ではまず、屈折してから目に入る2本の光を描いてみましょう。

屈折した2本の光を描く
コップの中のストローからの光は、屈折してから目に届く

目は、屈折してきた2本の光をキャッチ。 でも、「この2本の光は、屈折してきた光だ!」なんてことは知りません。


したがって、いつもどおり2本の光の延長線上に、ストローの光の出発点があると考えてしまいます。

「出発点を探す」目のクセについては、【乱反射】目の前のリンゴと、その虚像が見える理由を学ぼうで再確認しましょう。

光の出発点を探す
目(脳)は、出発点を勘違いする

光の屈折の原理で、ストローの水中の部分だけ、ずれて見えるのです。

光の屈折の向きは大丈夫ですか?

車が屈折する向き

沼を走る車をイメージすれば間違えません。

光の屈折基礎で復習しましょう。

ストローの謎

屈折の原理さえ利用できれば、この写真のようにストローが曲がって見える理由もわかります。

光の屈折によりストローが曲がって見える

上から見た時、ストローは水面を境に曲がっているように見えます。 これも、光の屈折が関係しています。

コップと目

まず、ストローの底の部分から目に入る光を2本描きましょう。当然、水面で屈折してますよね。

すると、目はこの2つの光の出発点を想像します。

出発点を探す目

すると、ストローの底が、違う場所にあるように見えてしまいます。結果、ストローは水面で曲がって見えます。

光の屈折によりストローが曲がって見える

もちろんストローの底だけでなく、真ん中の部分も上の部分も屈折して目に届いています。

それらが全てつながって、一本の曲がったストローに見えるのです。

曲がって見えるストローの解説

光の屈折により、浮かび上がる文字

もうひとつ、光の屈折による面白い現象があります。

紙コップの底に、マークを描いてみます。


そして、そのマークがギリギリ見えない角度からコップを見てみましょう。

しかしコップに水を注ぐと、そのマークが見えるように浮き上がって見えます。

見えなかったマークが、水を注ぐことで見えるようになりました。これももちろん、光の屈折による現象です。

光の屈折により、底のマークが見えた

実践:「とまれ」の標識はどこに見えるか考えてみよう

最後に頭のトレーニング。 以下のような状況を考えてましょう。

光の屈折による棒の見え方

道路に「とまれ」の標識があって、あなたの目の前にぶ厚いガラス板が横たわっています(ありえないけど)。


上からみたら、こんな感じです。

光の屈折による棒の見え方での上から見た図

このとき、「標識の下半分はどういう風に見えるのか?」を想像できたら、光の屈折マスターに近づきます。

光の屈折とガラス
棒のガラス越しに見える部分(下半分)は、緑、赤、黄のどこに見えるでしょうか?

「とまれ」の部分は直接見えるので問題ありません。 しかし、棒の下の部分はガラス越しに見えています。


では、棒の下の部分は、緑、赤、黄色のどの部分に見えるのでしょうか?


この「上から見た図」を使って屈折した光の道筋を描き、答えを考えてみてください。

光の屈折による棒の見え方での上から見た図

理科の面白い部分は、基礎知識があれば、実験しなくても頭の中だけで結果が分かるところですね。 いちいち本物の標識やガラス板を使わなくても、あなたは脳みそだけで結果を予言できるわけです。

光の道筋を描いてみて、考えられましたか?


以下のような光の道筋が描ければパーフェクトです。

光の屈折の道のり

棒からの光はガラスを通って目に入ります。そのとき、

  1. 空気中→ガラス
  2. ガラス→空気中


で、光は2回屈折します。


しかし目(脳)は、光は直進してきていると思ってしまうので、 「右にズレて見える」 が正解です。

本来の位置よりも、右にズレて見える

なので、あなたにはこんな感じで見えているはずです。

ガラスの部分だけ、右にずれて見えます。

光の屈折によりズレて見える棒

下の図のように、

  • ガラスに入る光
  • ガラスから出た光


の2つは、必ず平行になります。

ガラスへ入る光と出る光は平行になる

作図する際は、意識して平行に描きましょう。

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