【光と音07】光の反射・屈折(7) 光の屈折・作図編

前回は、「屈折」という現象については、実験をしてどんなものか理解しました。
今日は、屈折による一見変わったものの見え方の仕組みを、作図で考えてみましょう。

その前にちょっと肩慣らし。この後、光はどう進む?(反射と違って正確に屈折角は何度とかいうことは気にしなくていいです)
3636-1.jpg

屈折した光の進み方の作図法は

①まず、境界面に対する垂線を立てる。
②その垂線と光のなす角について、空気側の角度が大きく、ガラス(水)側の角度が小さくなるようにかく。
 光は①でかいた垂線の向こう側に行きます。手前側に戻らないように!
③屈折光がかける。


ややこしく見えるけど結局これだけ。このルールを守ってかいていくと、このようになります。
3636-2.jpg

さらに、もう一回今度はガラスから空気に出るところで屈折します。次の図が答えになります。
2つの境界面が平行なので、ガラスに入る前の光とガラスから出た後の光は、ズレていますが、平行になっています。
3636-3.jpg

さあ、作図の仕方がわかったでしょうか。
それではいよいよやってみましょう。

課題:屈折による現象を作図して説明しよう。



(1)ずれるチョーク
3635-1.jpg

チョーク、ガラス、目の位置関係を上から見た図を描くと、こうなります。
3636-4.jpg


あれ、これはさっきの…
そう、肩慣らしとしてやった問題のパターン。
3636-5.jpg

でも、これとチョークのずれの関係は?光がずれてるからかな?でも、いまいちわかりそうで分からない。

そこで「像」ですよ。私たちの目は光が直進しているように見えますから、「像」は最後に目に入った光の線を延長した先にあるように見えます。
3636-6.jpg

チョークの光が上のように進むため、、ガラス越しに見える像は実物の右側にズレてできるのです。
3635-1.jpg

説明できましたね。もう一例やってみましょう。

(2)見える底


空っぽでは見えなかった底に貼ってある赤い丸いシールが、水を入れると見えてきました。

まず。空っぽで見えない状態を図で表わしてみましょう。
3636-8.jpg

次に、水が入って底が見えるときの光の進み方と、像のでき方について作図してみましょう。
3636-9.jpg

こうすると、像は実物よりも浅いところにできることが分かります。と、いうことはですよ。
皆さんは川とかプールとか温泉とかに入るときに底が見えるので深さがだいたいこれくらいだな、と思って足を入れたら、案外深かった、という経験はありませんか。それも、これです。像で見えたそこは浅かったのですが、本当の底はもっと深いところにあったのです。川などに入るときには気をつけましょう。

ということで、屈折による2つの現象について作図して説明してみました。

おまけ。このあと光はどう屈折する?
3636-10.jpg

こんなふうに屈折して出ていきますが…
3636-11.jpg

実際には屈折光の他、反射光もあります。角度によっては反射光の方が強かったりします。
3636-12.jpg
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