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2008年2月 8日 (金)

凹面鏡と凸面鏡のしくみ

アングラードガッチというサイトから、スプーンをのぞくとどうして顔が逆さまに映るのかという質問がきました。そのサイトの丑三つ時ニュースの話題として取り上げるということです。丑三つ時ニュースでは説明されていない詳しい内容について、こちらに記載しておきます。

■平面鏡にものが映るのは?

 平面鏡のように、ものがきれいに映るものは、光を規則正しく反射しています。これを正反射といいます。鏡の表面では下の図のように、光が規則正しく反射しています。ですから、きれいにものが映ります。

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■スプーンの内側で上下反対に映るのは?

 スプーンの内側をのぞくと顔が逆さまに映ります。スプーンの内側はへこんだ形をしています。鏡にも真ん中がへこんだものがありますが、そのような鏡を凹面鏡といいます。凹面鏡をのぞくと、やはり上下が逆さまに映ります。

 凹面鏡は表面が球面になっているので、凹面鏡の表面での光の反射は下の図のようになっており、光が1点に集まるように反射します。この点のことを焦点といいます。光は焦点で交差した後、そのまま進みます。そのため、凹面鏡や真ん中が凹んだスプーンの内側をのぞいたときには、上下左右が反対になった像が映ります。

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 上下左右が反対に映るのは、目の位置が焦点より外側(図では左側)にあるときです。内側(右側)にあるときには普通の鏡のように見えます。下の写真は凹面鏡で人形を映した写真です。人形が凹面鏡の焦点の内側にあるときは、人形は凹面鏡に正立して映りますが、人形を焦点の外側に置くと、上下左右が逆さまに映ります。

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スプーンで確認するには、スプーンの内側にまゆげと目が映るように、顔を近づけていきましょう。あるところで、まゆげが上に来るはずです。

 凹面鏡は光を集める働きをしますので、凸レンズのかわりに使うこともできます。凸レンズで日光を集めて黒い紙を燃やす実験がありますが、凹面鏡を使っても紙を燃やすことができます。また、鏡ではありませんが、衛星放送のパラボラアンテナは凹面の焦点のところに受信機が置いてあります。衛星からやってくる電波を反射させて集めて受信するようになっているのです。

Photo_2

■スプーンの外側ではどのように見えるか

 スプーンの外側のふくらんだ部分をのぞくと、顔が小さく映り、その分、映っている範囲が広くなっていることがわかります。どんな距離からのぞいてもスプーンの内側のように、上下左右が逆さまに映ることはありません。

 鏡にも真ん中がふくらんだものがありますが、そのような鏡を凸面鏡といいます。凸面鏡の表面での光の反射は下の図のようになっており、光が広がるように反射します。光を逆にたどると、凸面鏡は平面鏡より幅の広い範囲を映し出すことがわかります。

Photo_5

 凸面鏡は自動車のバックミラーや見通しの悪い交差点やカーブなどで使われています。反射の法則を利用して、こちらから見えないところを鏡で見えるようするのと同時に、より幅広い範囲を映すために凸面鏡が使われているのです。

Photo_3

 凸レンズと凹面鏡、凹レンズと凸面鏡は同じような働きをします。凹面鏡は凸レンズと同じように光を集める働きをし、凸面鏡は凹レンズと同じように光を広げる働きをします。レンズと鏡は違うものですが、光の進む向きを変えるいう意味では同じ働きをさせることができます。レンズは光を通過させながら光の進む向きを変え、鏡は光を反射させながら光の進む向きを変えるのです。

凹面鏡でできる実像と虚像の作図、凸面鏡でできる虚像の作図は別の機会に紹介したいと思います。

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コメント

早々に確認いただき、ありがとうございました。
取り急ぎお礼申し上げます。

投稿: mamaくま | 2010年11月 2日 (火) 08時28分

リンクをはって頂き、ありがとうございます。

投稿: toshizo | 2010年11月 2日 (火) 00時56分

事後報告ですみません。
とてもわかりやすい記事でらしたので、
拙ブログの中身の解説用にリンクを
はらせていただいてます。
不適切であれば、削除致します。
よろしくご確認ください。

投稿: mamaくま | 2010年11月 1日 (月) 12時29分

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