全反射の体験ができる!傘袋を使った光ファイバーモデル


前回傘袋を使った夕日の実験について紹介しました
簡単にできる実験で、光の散乱という現象と、実際にみえる赤い夕陽の現象が、
この実験を見た瞬間に、バチバチっと脳の中でつながる実験です(^^)

今日は同じ道具でできる実験で、光ファイバーのモデルとなる実験をご紹介します。

みなさんは「光ファイバー」をどこでみたことがありますか?


(東急ハンズなどで手にはいります)

生徒に質問をすると、目線が上の方に行き、その後眉間にしわができて、顔がすこし傾きます。
思い出せないようです。

そこで実際に実物を見せて、光ファイバーの端から光を入れて、
もう片方から光が出てくることを観察すると、
「クリスマスツリー?!」と思わず声が喉の奥から漏れ出てきます。

スクリーンショット 2015-11-22 7.19.31

そう、最近クリスマスツリーで使われているので、生徒にとってみると
身近なようです。

この光ファイバーの秘密は、媒質を選んで、屈折率を調整して、
どんな角度で光が入っても、外に漏れ出ないように「全反射」するように作られています。

この全反射という現象が、意外にわかりにくい。

そのため、次のような傘袋光ファイバーモデルを作って、光が漏れ出ないように
角度を調整する実験を行っています。

科学のレシピ

用意するもの:
傘袋(透明なもの)、石鹸(キレイキレイがおすすめ。その他、フロアワックスや入浴剤でも可)、LEDライト、レーザーポインター

手順:

1 傘袋いっぱいに水を入れます。ここに石鹸を水にとかしたもの(キレイキレイならそのまま)を「わずかに!」溶かします。
1〜3適で一度やめて、以下の実験をしてみて、見えにくかったら足しましょう。

2 部屋を真っ暗にします。

3 レーザーを端から入れます。レーザーの道筋が見えます(見えない場合は石鹸水をもう少し入れます。こすぎると逆にレーザーの道筋が途中でとぎれてしまいます)。レーザーの角度を変えて、全反射が起こる角度まで傾けます。

結果:

光が石鹸水のコロイド粒子で乱反射するため、道筋が見えます。
石鹸水がを入れて濃くしすぎると、すぐに光が暗くなってしまい、遠くまで見ることができません。

スクリーンショット 2015-11-22 7.27.31

入射角を大きくしていくと、全反射が起こり、遠くまで光がとどくようになります。
これが光ファイバーのモデルです。

スクリーンショット 2015-11-22 7.26.31

入射角が小さいと、屈折と反射が同時に起こるため、遠くまでは光が届きません。

スクリーンショット 2015-11-22 7.29.39

見てわかる実験で、問題を解く前に生徒に体験をさせておきたい実験ですね。
面白い実験です。傘袋は透明なものと少しくもったものがあります。

透明なもので実験は行いましょう。
いろいろなお店で雨の日に1枚多くもらってきて、ためしてみるといいでしょうね。

また浅草橋のシモジマなどの、専門店にいくと、業務用の傘袋が販売されています。
コチラを買えば、後ろめたさがなく実験ができます!(笑)

Amazonでもありました。おそらくこちらは透明でうまくできそうです。
他にもたくさん検索したら出てきたので、探してみてくださいね。

これはいい!という傘袋があったらぜひ教えて下さい(^^)

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