光はなぜ反射や屈折をする?

光はなぜ反射や屈折をする?

受験にどう役立つ?

光は鏡で反射して,ガラスや水で屈折する,そう覚えている人も多いことでしょう。

しかしそもそもなぜ反射や屈折をするのか,それは教えられません。

そのため,反射の仕方や曲がり方は暗記するしかないと思っている子が多いのですが,これも理屈がわかれば暗記しなくても解ける問題ばかりです。

光とは?

光についてはわかっていないことが多いのですが,粒子としての性質と波としての性質を併せ持つことはわかっています。

粒子というのは,ピンポン玉みたいな粒が飛んできているというイメージで,波というのは,海の押し寄せる波ではなく,プールや湖のような波をイメージするといいでしょう。

両方併せ持つ,というのは未だによくわかっていない部分ではありますが,とりあえずピンポン玉が波に運ばれるように運ばれてきている,というイメージです。

なぜ反射する?

ボールを壁に投げつければ跳ね返ってくるように,光もぶつかれば跳ね返ります。

その時,重力や摩擦を無視すれば,運動の法則に従って反射します。

普通の物体も光を反射できるのですが,物体の表面が凸凹しているため,様々な方向へ跳ね返ってしまいます。

そのため,綺麗な像が写りません。

ところが鏡は表面が平らになっているため,入った光を乱さずにそのまま反射させることができます。

だから綺麗に見ることができるのです。

表面が平らなら鏡じゃなくても鏡みたいに見えるのでは?

その通り,どんな物質でも,光を反射させる物質ならば,表面を平らにすることで,鏡のように光を反射させることができます

例えば十円玉を綺麗に磨けば,鏡のように反射させることができます。

これが縄文時代に用いられていた銅鏡です。

石も表面をきれいに磨くことで鏡のようにすることができます。

ガラスは光を透過してしまいますが,後ろに黒いものを置けばガラスの様に反射している像を見ることができます。

光が屈折するのはなぜ?

光はなぜ屈折するのか

光が屈折するのは,波の性質によるものです。

光の粒が横一列に並んで進んでくることをイメージします。

運動会の台風の目という競技のような感じですね。

そしてその移動速度は,進んでいる空間の密度によって決まります

宇宙空間は何もないため,最高速度の秒速30万kmの速さで進みますが,水やガラスの中は密度が大きいため,進みが遅くなります。

台風の目に例えるのならば,雨の中のドロドロの地面の上を走るようなイメージです。

ガラス面に斜めに入るときは,左右どちらかの人が先に密度が高い部分に入ることになり,速度が低下します。

しかしもう片方は密度が低いままなので,速度が変わりません。

すると左右で速度差が生まれるため,光は曲がって進んでしまうというわけです。

覚えなくても考えれば解ける

反射と屈折はちょっと考えれば簡単に解けるようになる

光の屈折は覚えなくてもちょっと考えれば解けるようになります。

上記の問題も最初は覚えるしかないのかと言っていましたが,この原理を理解してからはパパっと解けるようになりました。

実はこの単元は高校物理の単元なのですが,だから小学生には理解できないというわけではありません。

原理だけなら小学生でも理解できるような内容なので,暗記するよりも原理から理解する方が解ける問題の幅が広がるのです。

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