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2020年2月27日 (木)

Eテレ「0655」から:水滴レンズ

0213_11 2020.2.13 ①
「655」と書いた紙の上に、無色透明なプラスチックケースを伏せて置いてあります。
箱にスポイトで水を少量垂らす。水滴が盛り上がって平凸レンズをつくる。水滴は無色透明なのに、真っ黒な「影」ができている。どうしてでしょう?
0213_12
水が増えました。平凸レンズが少し平らになりました。そして水滴の影が大きくなりその中央付近が明るい。
0213_13
かなりくっきりと「0」ができました。で「0655」の出来上がり。

↓こんな図を描いてみました。
0224lens
一番上の横線の中に太い部分があります。これをレンズとします。
平行光線がレンズに垂直に当たります。
・左の数字で「1」の位置に紙があるとします。
BCとDEの部分には光が来ないので、暗い輪ができます。
CD間は明るい円になります。
・「2」の位置に紙が来ると、焦点の位置なので、レンズに入って光は一点に集まり、明るく輝きます。
・「3」の位置まで来るとbcとdeの部分が暗くなり、cd間が明るい円になります。
・ずっと離れて「4」の位置まで行くと。ghとijには、レンズの外側の光に加えてレンズ透過光の一部が重なりますので、ちょっと明るめの輪ができます。でhiは薄暗くなります。

とまあ、紙の位置によってこんな明るさの変化があるはずなのです。
さて、①の写真は「4」の極端な場合に相当します。水滴が盛り上がって焦点距離が短く、凸レンズで集光したはずですが、紙に対してはその光は分散されてしまってあまり届かない。周囲の方が明るいので、レンズの影ができます。
②から③へ。水位が黒い輪になっていますので「1」か「3」の状態のはずです。
水滴の直径が大きくなりながら、焦点距離が長くなっていくという過程で、「1」の位置関係をうまく使ったのではないか、と想像しますが。どうでしょう。

手元にあった凸レンズでちょっと観察。レンズは黒い枠にはまっていますので、水滴とは違いますが、そこは了解してください。実験は、紙に近い位置からだんだんレンズを遠ざけていくという過程です。
0213_22lens1
これは「1」の状態。
0213_22lens2
ほぼ焦点距離「2」。
0213_22lens3
「3」の位置関係。
0213_22lens4
「4」の位置関係で、レンズに周囲にぼんやり明るい輪ができています。

左手でレンズを持ち、右手でカメラを持ち、なかなか思うように撮れませんでした。
自分の眼で見る分には十分くっきり見えますよ。

子どもの頃、めくった日めくりカレンダーをもらって、虫眼鏡で太陽光を集光して黒い部分を焦がして遊んだことを思い出します。黒いところは焦がすことができますが、白い部分はなかなか焦がせません。白と黒の違いを体感したものです。

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