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。

平面鏡の光の反射

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図のようになっています。凹面鏡に平行に入る光が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。

凹面鏡の光の反射

　上下左右が反対に映るのは目の位置が焦点より外側（上図では焦点より左側）にあるときです。このとき見えている像は実像です。内側（上図では焦点より右側）にあるときには普通の鏡のように虚像が見えます。

　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。

凹面鏡に映る人形の虚像と実像

　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。

衛星放送のパラボラアンテナ

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います。凸面鏡に平行に入る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。

凸面鏡の光の反射

　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。

道路のコーナーミラー

　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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