【波動】見つけた!ホイヘンスに関する7の動く教材


ケン博士
サイエンストレーナーの桑子研です。このサイトで科学を一緒に楽しみましょう。 

ホイヘンスの原理はわかりにくい!

全国で物理を勉強している皆さん、波動分野を勉強していて、少し物理が難しくなってきているなと感じてる生徒もいるかもしれません。ホイヘンスの原理は教科書をなかなかよんでも、ホイヘンスが当時考えたことを汲み取ろうとすることは困難です。ホイヘンスの原理は難しいものではないのですが、わかりにくい原因は、

それは動きがあるためです。

また教科書のホイヘンスの原理についての扱いも、それほどは大きくなく(丁寧ではなく)、それもそのはず、ホイヘンスの原理は波の挙動を説明することや理解するための1つの考えるきっかけとなるものであるからです。

そんな立ち位置が微妙なホイヘンスの原理ですが、高校ではホイヘンスの原理をつかった考え方や理解は非常に有用であり、反射の法則がなぜ角度が同じなのか?だとか、なぜ波が曲がるのか?などについて、統一的な理解を助けてくれます。

そんな少しわかりにくい、ただし有用である(やっかいですね!)ホイヘンスの原理について、動く教材をプログラミングしました。もしわからないという人は、実際に触ってみて下さい。教材の中ではパラメーターを変えて条件を変えた場合の動きなどが再現出来るように作ってあるので、遊んで学べるようになっています。

(ぼく自身、作っている中で、動きを見ながら理解が深まりました)

スクラッチ(Scratch)というビジュアル言語で書かれており、その言語の特性上フラッシュという言語環境の動くパソコン(学校のPC室でも動くかもしれません)が必要です。スマホやタブレットの場合は、フラッシュが禁止されている場合が多いのですが、フラッシュの動く「Puffin」というブラウザアプリ(無料)をインストールして使うと使うことができます。

次の順番で触ってみると、理解が進むと思います。

ホイヘンスの原理 6つの動く教材

1 点波源

素元波の動きをまずはイメージするところからはじめてください。

Scratch シミュレーション

https://scratch.mit.edu/projects/215885692/

【Youtube で見る】

2 線波源

線は点の集まりです。たくさんの素元波の波面が重なったところが、次の波面となります。

Scratch シミュレーション

https://scratch.mit.edu/projects/215883003/

【Youtube で見る】

3 ホイヘンスと回折

隙間がある場合には、「2 線波源」の動画と比較をすると、回折についてよくわかります。

Scratch シミュレーション

https://scratch.mit.edu/projects/216301782/

【Youtube で見る】

4 ホイヘンスと反射

反射では、なぜ入射角と屈折角が同じになるのか?それは媒質がかわらないから。「5 ホイヘンスと屈折」とあわえて見ると、よくわかります。

Scratch シミュレーション

https://scratch.mit.edu/projects/216301676/

【Youtube で見る】

5 ホイヘンスと屈折

屈折率の違いによって、曲がり方がどう変わるのか?それは素元波の広がり方をみるとよくわかります。

Scratch シミュレーション

https://scratch.mit.edu/projects/216301701/

【Yotube で見る】

6 屈折の法則の作図法

作図をするときに、なぜ素元波の円にむかって接線をひくのか?「5 ホイヘンスと屈折」と合わせてご覧ください。

Scratch シミュレーション

https://scratch.mit.edu/projects/216301733/

【Youtube で見る】

上記、屈折の中にまとめました。

いかがでしょうか。スタジオも作成したので、まとめて試したい場合は、こちらからどうぞ。

わかりにくいところなどもしありましたら、いつでもお問い合わせください。よりよいものを開発していければと思います。在校生の皆さんは、わからないところがあったらいつでも相談にきてくださいね。

科学のタネを発信中!

ニュースレターを月1回配信しています。


 

登録はこちらから

科学イベントのお知らせ

全国で科学イベントを実施しています。詳しくは下のボタンからどうぞ。

桑子 研(くわこけん)
 1981年群馬県生まれ。サイエンストレーナーとして全国で実験教室やICT活用講演会を開いている。著書は『大人のための高校物理復習帳』(講談社)、『きめる!物理基礎』(学研)など10冊。