傘袋が魔法の糸に？一瞬でわかる「光ファイバー」の秘密と全反射実験

サイエンストレーナーの桑子研です。毎日が実験。

前回、傘袋（かさぶくろ）を使って、空が青く夕焼けが赤くなる「光の散乱」の実験をご紹介しましたね。今日は現代社会を支える巨大インフラ「光ファイバー」の仕組みを解き明かしてみましょう！

光ファイバーって、なあに？

みなさんは「光ファイバー」と聞いて、何を思い浮かべますか？ 教室で生徒たちに聞くと、たいてい眉間にしわを寄せて首をかしげてしまいます。目に見えない場所にあるものですから、無理もありません。そこで実際に実物を見せて、端から光を入れると反対側がピカッと光る様子を見せると、生徒たちの表情が一変します。

「あっ！クリスマスツリーのキラキラのやつだ！」

そう、最近ではイルミネーションの装飾として非常に身近になっています。しかし、光ファイバーの真のすごさは「美しさ」だけではありません。私たちの生活を支える超高速インターネット通信や、お医者さんが体の中を詳しく調べる内視鏡（胃カメラなど）にも使われている、まさに現代社会の生命線なのです。その秘密は、光を外に一滴も漏らさずに閉じ込める「全反射（ぜんはんしゃ）」という現象。

言葉だけでは難しそうなこの「魔法」を、傘袋を使って自分たちの手で再現してみましょう！

科学のレシピ：傘袋光ファイバー！

用意するもの：

• 太めのストローや傘袋（なるべく透明なもの）
• 石鹸（ハンドソープの「キレイキレイ」がおすすめ。その他、台所用洗剤や入浴剤でも可）
• 水
• LEDライト
• レーザーポインター（今回の主役！）

手順：

１．傘袋に水をたっぷり入れます。そこに石鹸水を「本当にごくわずか！」溶かします。まずは１〜３滴。入れすぎると失敗の元です。少しずつ調整するのが科学者の基本ですよ。

なぜ石鹸を入れるのか？ それは、水の中に目に見えないほど小さな石鹸の粒子（コロイド粒子）を浮かせるためです。ここにレーザーを当てると、光が粒子にぶつかってあちこちに散乱します。これを「チンダル現象」と呼び、このおかげで私たちは「光の道筋」をはっきりと見ることができるのです。

２．部屋をできるだけ真っ暗にします。ここからが実験の醍醐味です。

３．傘袋の端からレーザーポインターの光をそっと入れてみましょう。

こちらの動画をご覧ください。

ストローの端からレーザーを当てると、たとえ斜めに光を入れても、光は外に逃げ出さず、壁面で何度も跳ね返りながら反対側の端まで届きます。その結果、ストロー全体が宝石のように真っ赤に輝いて見えるのです。

※注意！ 石鹸水が濃すぎると、光が手前で邪魔をされてしまい、奥まで届きません。絶妙な「うすさ」こそが成功の鍵です。

さて、ここからが本番！ レーザーを入れる角度をじっくり変えてみてください。

袋の壁面に対して、浅い角度で光を当てていくと…ある瞬間、光が完全に外へ漏れなくなり、袋の中をジグザグに反射しながら進んでいくのが見えるはずです！

これが、光の魔法「全反射」の瞬間です！

光が「水」の中から「空気」へ出ようとするとき、角度が浅すぎると、空気との境界線がまるで鏡のようになり、すべての光を跳ね返してしまいます。本物の光ファイバーは、この全反射がどこまでも続くように精密に設計されているため、何キロメートル先までも情報を届けることができるのです。

逆に、角度が急（壁に対して垂直に近い）だと、光は壁を突き抜けて外へ漏れてしまいます。これを「屈折」といいます。

「体験」が学びを加速させる

教科書で「全反射」の図を見たり公式を解いたりする前に、この「光を自在に操り、閉じ込める感覚」をぜひ肌で感じてほしいと思います。自分の手で起こした現象こそが、物理への興味を爆発させるきっかけになります。

実験に使う傘袋は、雨の日にスーパーでもらうような「透明なもの」を選んでください（お店の人に断ってから使ってくださいね！）。もし「もっと大規模にやりたい！」という方がいたら、包装用品専門店のシモジマさんなどで業務用の傘袋をゲットするのもおすすめです。

さらに詳しく知りたい方のために、動画授業で「全反射」と「臨界角」について解説しています。こちらもぜひチェックしてみてくださいね。

なぜダイヤモンドはあんなに美しく輝くのか？ なぜ水中から空は見えにくいのか？ そんな身近な疑問も、すべてこの「全反射」がつながっています。科学の目を持って、世界を覗いてみませんか？

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