格安光源に１工夫！「屈折率」と「臨界角」の実験を行う１つのコツ
サイエンストレーナーの桑子研です。毎日が実験。
コップに挿したストローが、水面で「折れて」見えたことはありませんか？あれこそが光の屈折です。今日は、この身近だけれど奥が深い現象を、自宅でも手軽に、しかも本格的に観察できる実験の工夫についてご紹介します。ポイントは、なんと数百円の材料とビニールテープだけ。さっそく見ていきましょう。
光の実験をやりたい！でも…
光の屈折の実験を行うには、光源が必要になります。理想的なのは、できるだけ光線の幅が狭いものです。例えばレーザーを使う方法もありますし、教材会社が販売している専用の光源装置を使うのもよいでしょう。ただし、レーザーを使う場合は注意が必要です。光が扇形に広がるタイプのものでなければ、生徒たちは実験に苦労してしまいます。実際、扇形に光が出る「レーザー墨壷（すみつぼ）」という商品も存在するのですが、価格がやや高く、クラス全員分、班の数だけ用意するのはなかなか大変です。
科学の一工夫！
そこで今回使う光源はこちらです。
アーテック(artec) LED光源装置 3色セット 8607
アーテックの光源装置です。とても安いのが魅力で、１つの箱に３本ずつ入っています。
これで３つの光源が手に入ります。ただし、そのままでは光線の幅が少し広く、屈折の実験に使うと誤差が大きく出てしまうという弱点がありました。
そこで登場するのが、誰の家にもあるビニールテープです。光が出る部分にビニールテープを貼り、光の通り道をぐっと狭めてみました。
たったこれだけの工夫で、屈折光の幅も細くなり、読み取りがぐっと簡単になりました。結果として、実験の精度が大きく向上したのです。
奥がしぼったもの、手前が何もしていないもの
写真を見比べると、光の筋の太さがまったく違うことが分かります。テープでほんの少し細工をするだけなので、作業はあっという間に終わります。これがあれば、自宅でも屈折の実験やレンズを通る光の様子を、すぐに、しかも簡単に観察できるようになります。
実験をやってみた
実際に、この光源を使って生徒たちが実験をしている様子をご紹介します。
光がガラスや水に入る角度と出ていく角度を測れば、その物質の屈折率を計算でき、屈折率さえ分かれば、未知の物質を特定することさえ可能です。さらに角度を大きくしていくと、ある角度を境に光がまったく外に出てこなくなる「臨界角」という不思議な現象にも出会えます。光ファイバー通信や、ダイヤモンドがあれほど輝いて見える理由も、実はこの臨界角の仕組みと深く関係しています。
身近な材料のちょっとした工夫だけで、こんなにも奥深い世界に触れられる実験ができるのですから、科学は本当に面白いですね。ぜひご家庭でも試してみてください。
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