【反射の法則①】水面に富士山が映っているのはなぜ?

反射の法則 中1理科

中1の理科で学ぶ「光」についての第一回です。


今日は「なぜ、水面に富士山が映るのか?」を考えながら、反射の法則について深く理解できるようにします!

「逆さ富士」の謎を解こう!

このページの目的は、この写真の謎を解き明かすことです。

逆さ富士
富士山が、水面にもキレイに映っている

富士山が、水面にキレイにハッキリと映っているのが見えます。


湖が鏡のような役割を果たしているので、富士山がよく映り込んでいます。


これは有名な風景で、「逆さ富士」と言ったりします。

湖に映る富士山
水面には富士山だけでなく橋や島も映っている

まるで、富士山が水の中にもあるように見えます。


しかし、なぜ水面に富士山が見えるのでしょうか?


今回では、その理由を学んでいきます。


それをしっかりと説明できるくらい理解することが、今回の目標です!

物体が「見える」のはなぜだろう?

物体が見える理由

まずそもそも、物体が “見える” 理由を知りましょう。


例えば、目の前にあるペンは、すぐそこに見えますよね。

しかし、そもそもどうして、人は物体を “見る” ことができるのでしょう?

光が目に入るから、見える

例えば、目の前のペンは、こんな順番で私たちの目に映っています。

  1. 太陽や電灯からの光がペンにぶつかる
  2. ペンにぶつかった光が、目に入る
  3. ペンが見える
物体が目に見える理由
太陽からの光がペンにぶつかり、目に入ってくる


光が目に入るからこそ、ペンが見えているのです。

太陽や電灯など、自ら光を出すものを光源と言います。


ペンは自分から光を出していないので、太陽や電灯の無い真っ暗なところでは、ペンは目に見えませんよね。

光がないと物が見えない
光がなければ、物体は見えない

暗い場所でもうっすら物体が見えるのは、ほんの少しでも光があるからです。

富士山も、光があるから見える

富士山が見えるのも同じですね。


太陽 (光源) からの光が富士山にぶつかり、その光が目に入るから、「富士山が見える」のです。

富士山で反射する光

水面に富士山が映っている理由」は、もう少し後で説明します。

光の「直進」と「反射」

今学んだように、物体を見るには光が必要です。


太陽や電灯などの光源がなければ、何も見えませんよね。

光源があるから物体が見える

「水面に富士山が映る理由」を学ぶ前に、そんな光の性質について少し学びましょう。

光の直進

光は、ずっと真っ直ぐ進みます。


ぐねぐねと進んだりはしません。

光の直進
光は曲がらない。真っ直ぐ進む (光の直進)

これを、光の直進といいます。覚えておきましょう。


空気中だけでなく、光は水中やガラスの中でも直進します。


曲がって進んだり、止まったりしません。

水中を直進する光
水中やガラスの中でも、光は直進する。

光の反射

光は、ひたすらに真っ直ぐ進みます。これが、光の直進です。


しかし、光は違う種類の物質にぶつかったとき、跳ねかえるという性質も持っています。


例えば、空気中の光が水面やガラスにぶつかると、跳ねかえります。

光の反射

これを、光の反射といいます。


水中やガラスから空気中に出ようとする光も、水面で反射します。

光の反射

もちろん、富士山にぶつかった光が目に入るのも、光が反射しているからですね。

光の反射
太陽からの光が富士山で反射するから、光が目に届く

反射の法則

光は種類の違うものにぶつかったとき、反射することを学びました。


そのときの反射の仕方には、ある一定の決まり (法則) があります。

入射角

水面やガラス面から90°の垂線を引くと、光との間に角度ができます。


これを、入射角といいます。

入射角の説明
垂線(点線部分)と光との間が、入射角

反射角

入射角があれば、反射角もあります。

入射角と反射角
垂線と反射した光との間が、反射角

入射角と反射角の場所を、決して間違えないようにしましょう。

必ず、水面(ガラス面) から垂線を引いて考えてください。

入射角と反射角

もちろん、水中から空気中に抜け出すときも、入射角と反射角は存在します。

水中から空気中へ抜ける場合の、入射角と反射角

反射の法則

このとき、入射角と反射角の角度は、必ず等しくなります


これを、反射の法則といいます。

反射の法則

入射角が 50° なら反射角も50°、入射角が 45° だったら反射角も 45° です。

入射角と反射角は必ず同じ
入射角と反射角は必ず同じ角度

なぜ富士山は水面に映るのか!?

反射の法則まで学んだので、やっと本題まで来ました!!!


もう一度逆さ富士を見てみましょう。

光の反射で見える逆さ富士
頂上の赤いポイントが、水面の赤いポイントに映っている

富士山の頂上の赤いポイントは、水面の赤いポイントに映っています。


その理由は、


「頂上からの光が水面で反射し、それが目に届くから」


です。

水面に反射する光
水面から反射した光が目に入り、水面に山頂があるように見える

水面に反射した光が目に入るから、目は「あ〜、水面にも山があるんだな」と思ってしまうわけです。


本当は、富士山と水面で反射してから目に入った光ですが、目は「真っ直ぐ入ってきた光だ」と勘違いしてしまいます。

目の勘違いにより、虚像が見える

もちろん反射の法則の通り、入射角と反射角はピッタリ同じです。

反射の法則
入射角と反射角は、何があっても必ず同じ

山頂だけじゃなく、富士山の全ての部分が水面から反射しているので、


「富士山が水の中にあるように見える」


のでした。これが、逆さ富士ができる理由です。


「光が目に届くから、物体が見える」


ことを覚えておきましょう!

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