こんにちは。「ちょこっと中学理科」の第15 弾へようこそ。
今回は、理科のテストで作図が出ると「右に曲がるんだっけ ? 左だっけ ?」と頭がこんがらがってしまう「光の屈折(くっせつ)」 のお話です。
「入るとき」と「出るとき」で曲がる向きが一発で分かっちゃう「合(愛)言葉」と、ガラス越しに見える鉛筆が 「なぜズレて見えるのか」の謎を、楽しくスッキリ解き明かしていきましょう!
★ 屈折の向きが一発でわかる 「合(愛)言葉」
光が空気中からガラス(または水)に入るとき、そしてガラスから空気中に出ていくとき、光は斜めに入ると折れ曲がります。
垂直(まっすぐ)に入ったり出たりするときだけは直進しますが、斜めのときは、「入るとき」と「出るとき」で曲がる向きが変わる ので、混乱しやすいですよね。
そこで、光の気持ちになってこの合言葉を覚えてください!
★ 合(愛)言葉 :『光は水(ガラス)が好き!』
好きな人ができたら、その人のことを「深く」知りたいし、好きな人からは「離れたくない」 ですよね。光もまったく同じなんです!
①入るとき(空気 → 水(ガラス)) : 好きな水(ガラス)のことを「深く」知りたい。
⇒ まっすぐ進む方向よりも、水(ガラス)の深い方ヘ曲がります。
②出るとき(水(ガラス) → 空気) : 大好きな水(ガラス)から「離れたくない」。
⇒ まっすぐ進む方向よりも、水(ガラス)に寄り添う方(近づこうとする側) ヘ曲がります。
この「深く」と「離れたくない」を思い浮かべるだけで、作図のときの曲がる向きで迷うことはもうありません。
◯人間の目は「騙されやすい」?
光の曲がる向きがわかったところで、次は 「ガラス越しの物体がズレて見える謎」に迫りましょう。
ここでひとつ、想像してみてください。
あなたが部屋にいるとき、ボールが壁に何度も跳ね返って(カツン!カツン!と曲がって)、あなたの頭にコツンと当たったとします。
あなたはどこを振り返りますか?
壁で何度も曲がったなんて思わず、「最後にボールが飛んできた方向」を振り返って、「誰だー!」って思いますよね。
実は、人間の目もこれとまったく同じなんです。
光が途中でどれだけ曲がって届いても、「人間の目は、「最後に届いた光の方向の逆向きの延長線上」に物がある」と錯覚してしまうのです。
◯ なぜガラスの鉛筆はズレて見えるのか?
机の上に直方体のガラスを置き、その向こう側に鉛筆を立てて覗き込んでみてください。
「ガラスより上にある鉛筆はそのままの位置に見える」のに、「ガラスの中に見える鉛筆の下の部分は、横に少しズレて見える」はずです。
この理由を、さっきの知識で考えてみましょう!
✦ 光の旅
鉛筆の下の部分 から出た光は、ガラスに入るときに「深く」曲がり、ガラスから出るときに「離れたくない」と曲がって、あなたの目に届きます。
✦ 目の錯覚
あなたの目は「最後に届いた光の方向の逆向きの延長線上」に 鉛筆の下の部分が見えます。
✦ ズレの完成
その延長線上を見ると、「実際の鉛筆の位置よりも少し左側(右側) に鉛筆が見える」のです。
◯ あれは本物じゃない!?「虚像(きょぞう)」の正体
ここでとっても大切なポイントがあります。
ガラス越しに見えている「ズレた鉛筆」ですが、そこを手で触ろうとしても、当然そこには鉛筆はありませんよね。そこに光が集まっているわけでもありません。
このように、光の屈折や反射によって「実際にはそこに物がないのに、あたかもそこにあるように見える像」のことを、「 虚像(きょぞう)」と呼びます。
ガラスにお友達の顔が映って廊下にいるように見えたり、ショップのウィンドウに自分の姿が映って奥に自分がいるように見えたりするのも、ぜんぶこの「虚像」です。
ガラス越しに見えるズレた鉛筆も、光の屈折によって生まれた「虚像」を見ているというわけです。
今回のまとめ
● 屈折の向き :『光は水(ガラス)が好き』⇒ 入るときは「深く」、出るときは「離れたくない」。
● 見え方の仕組み : 人間の目は、「最後に届いた光の方向の逆向きの延長線上」に、物体があるように感じる。
● 見えているものの正体 : ズレて見えている鉛筆は、そこには存在しない「虚像」。
このイメージを持っておけば、光の屈折の作図問題も大丈夫です。
最後まで読んでいただき、ありがとうございます。良き日が訪れますように。
💡 元理科教師のちょこっと裏話
今回ご紹介したような、教科書には載っていない（たぶん）不思議なたとえ話や合言葉たち。実はこれ、机に向かって書いたものではありません。
毎日朝夕、愛犬の「マコちゃん」と公園をお散歩しながら、スマホ一つで紡いだ記憶のネタなんです。
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