【反射の法則②】鏡に物体が映るのはなぜ?虚像(バーチャルイメージ)を作図してみよう

反射の法則②鏡の像の作図 中1理科

物体が鏡にうつるのはなぜ?

鏡にうつる石

上の画像で、よくわからない石(?)のようなものが鏡の中に見えます。


でもなぜ、鏡は物体のすがたを映すのでしょうか?


答えは簡単、前回の逆さ富士と同じ原理です。

  1. 光源(電灯) からの光が、石にぶつかる
  2. 石から反射した光が、鏡でも反射する
  3. 鏡から反射した光が、目に入る
鏡の反射により石が鏡に映る
鏡からの光を見て、鏡の位置に石があると思ってしまう

しかし目(脳)は、光は鏡からまっすぐ来たものだと思っています。


なので素直に鏡を見て、「ああ、光はここから出ている!」と思ってしまいます。

鏡の中に石が見える
向かってきた光の先に、石があると思ってしまう

結果的に、私たちは鏡の奥に石が見えてしまうのです。


実際、石は鏡の中にないのにね…。

鏡や水面など、そこに映った姿を、といいます。

鏡に映る像は、虚像(バーチャルイメージ)だ!

そう、上の説明のように、鏡で見る姿って、ニセモノなのです。


そこには本物はない。


鏡に映った像は、勝手に脳みそが「ここにある!」と勘違いしているだけ


こういう、脳が勝手に勘違いしたニセモノの姿のことを、


虚像(きょぞう)といいます。


英語では、バーチャルイメージ (Virtual Image) といいます。

鏡に映るのは、虚像

逆さ富士も、実際に水の中に富士山があるわけじゃないですよね。


反射した光を見て、勝手に脳がそこにあると勘違いしているだけ。


……だから「逆さ富士は、虚像だ」と言うことができます。

水面に映る虚像
鏡や湖に映る物体は、全て虚像。

鏡の中の像は、どこに映るのか? (作図しよう)

ここからは、


「物体の像は、鏡のどの位置に見えるのか?」


を、図を描きつつ考えていきます。

この赤い矢印は、鏡のどの位置に見えるのかを考えましょう。


そのために、上から見た図を用意します。

早速、作図して考えていきましょう。


赤い物体から出た光は、鏡で反射して目に向かいます。


その時は当然、入射角と反射角は等しくなりますよね。
(分かりやすいように方眼紙を使います。)

そして光を受け取った目は、


「この光の延長線上に、物体があるはずだ!」


と勘違いします。

赤い物体が、鏡の奥にあるように見える

このとき実際に像が見える位置は、


物体と鏡との距離と、同じ距離の場所


です。

鏡の像が映る位置
鏡と物体との距離の同じだけ離れた場所に像が見える。

「物体から鏡までの距離」「鏡から像までの距離」は全く同じように見えるのです。

つまり、後ろから見ればこんな状態です。↓

鏡に映る像の、さらに詳しい説明は【乱反射】の回でまとめて学びます!

実践!鏡にうつる像の位置を描いてみよう!

では最後に、実際に鏡に映る像と、光の道筋をいくつか描いてみましょう。

鏡に映る点Pの像を描いてみる

鏡の前に、点Pという物体があったとします。

鏡の前にある物体

以下の上から見た図に、鏡に映る P の像と光の道筋を作図しましょう。

鏡の前にある物体の上から見た図

まず鏡に映るPは、鏡とPとの距離と同じだけ離れた場所に見えます。


それを描いてみましょう。


P は鏡から5マス離れているので、P’ も鏡から5マス離して描きます。


Pの鏡の像ですから、P’ (ピーダッシュ) としておきます。

鏡に映る像の作図
まず、鏡に映る場所を描いてみる。

目は、光の延長線上に、P’ が見えるはずなので、目とP’は一直線に結べます

鏡に映る像の作図途中

鏡から P’ までの光は、点線にしておきましょう!


その部分は本当の光はなく、脳が勝手に想像している光だからです。

あとは、P から出る光を描けば完成です。

鏡に映る像の作図の途中
Pからの光が鏡で反射し、P’ に像が見えている。

これで、P が鏡に見える位置と、その光の道筋を作図することができました。


上のように、黄色の矢印マークをつけても分かりやすいです。

物体Pと鏡に映るP'

作図の順序について本来は、以下のように物体からの光の道筋から描いたほうが正しいです。

鏡に映る像の作図の本来の順番

しかし上の順だと、入射角と反射角が同じになる点を見つけるのに、時間がかかる場合があります。

反射させる点を探すのに、時間がかかるときがある


なので以下のように、先に鏡に映る像である P’ を描いた方が簡単です。

鏡に映る像の作図方法


鏡に映る自分

もうそんなに難しくないのですが、最後に「鏡に映る自分」を作図して確認します。

鏡に映る人々

鏡の前に立つ自分の、横から見た図があるとします。

鏡に映る自分 作図

鏡に映る自分を作図するには、

  • 頭のてっぺん
  • つま先


両端を描いてしまえば簡単です。


まず、鏡に映る頭のてっぺんを描きましょう。

鏡に映る自分の作図

てっぺんと鏡の距離と同じだけ離れたところに、てっぺんの像は映ります。


次に、そのてっぺんの像と目を直線で繋いであげましょう。

鏡に映る人の作図

鏡から奥の点までは、脳が勝手に想像した線なので点線で描いておきましょう。


ここまで描ければ、てっぺんから鏡に入る光を補足します。

鏡に映る自分作図

これで、頭のてっぺんが鏡に映る光の道筋が作図できました。

鏡に映る自分作図の動画
光源からの光が頭で反射し、また鏡で反射。その光が目に入る

つま先も、同じように作図しましょう。

鏡に映る自分作図

あとは、それをつなげれば完成。

鏡の中の像の作図完成

「鏡の前の物体は、鏡のどこに映るのか?」について、作図できるようになりましょう。

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