割り箸が切れた？逆向きに動いた？水の入ったコップのふしぎな像
サイエンストレーナーの桑子研です。毎日が実験。
水の入ったコップに割り箸を入れただけなのに、割り箸が切れたり、逆向きの割り箸があらわれたりしたら、びっくりしませんか。今回は、コップと割り箸を使って、光のふしぎな「像」を観察しました。
コップの中央に入れると、まっすぐに見える
コップの中に割り箸を入れて、どのような像ができるのかを観察しました。割り箸を垂直にして、コップの水の中の中央付近に入れて外から観察すると、割り箸はまっすぐに見えます。
これは、コップの中央にある割り箸から出た光が、コップの面にほぼ垂直に近い向きで出てくるため、光があまり曲がらないからです。光は、水と空気のように性質のちがうものの境目を斜めに通りぬけるときに曲がります。この現象を「屈折」といいます。真正面から入る光は曲がらずにまっすぐ進むので、割り箸も自然な形に見えるのです。
端っこに入れると、割り箸が切れて見える
次に、割り箸をコップの端のほうに入れてみます。すると、割り箸が水面との境目で切れているように見えます。
端に近づくと、割り箸から出た光はコップの面を斜めに通るようになり、大きく曲がります。そのため、水の中の部分と、水の上の部分の見える位置がずれてしまい、割り箸が折れたり、切れたりしたように見えるのです。お風呂で、水の中の足が短く見えたり、プールの底が浅く見えたりするのも、同じ屈折のしわざです。
割り箸を水平にして、コップの後ろを通してみると…
割り箸を水平にして、コップの後ろを通してみました。少しずつ通していくと、なんと、途中から割り箸とは逆向きに動く像があらわれました。その像が本物の割り箸とくっつき、さらに進めていくと、コップの端から出てくるように見えました。
何か右から出てきた！
合体！
水の入ったコップは「レンズ」だった
なぜ、こんなことが起こるのでしょうか。じつは、水の入った丸いコップは、横から見ると、虫めがねのように光を集める「凸レンズ（とつレンズ）」と同じはたらきをします。コップの後ろにある割り箸から出た光は、水を通るときに曲げられて、一度集まり、そこから広がっていきます。
凸レンズでは、ものがレンズから遠いところにあると、上下左右がひっくり返った像が見えます。コップの場合は、左右が入れかわった像が見えます。そのため、割り箸の像がコップの中で逆向きに動いて見えたのです。コップのガラスは薄いので、はたらきの中心は、中に入っている水と考えるとよいでしょう。
割り箸を動かしていくと、本物の割り箸の動きと、コップの中の像の動きは、逆向きになります。そして、像と本物がくっついたあと、コップの端から出ていくように見えたのは、こうした光の道すじの変化が、割り箸の位置によって次々と切りかわっていくからです。
身近なところにも「水のレンズ」
水がレンズのようなはたらきをする例は、ほかにもあります。たとえば、葉の上についた水滴をのぞくと、葉脈（ようみゃく）が大きく見えることがあります。また、水を入れた透明なペットボトルを通して景色を見ると、ゆがんだり、さかさまに見えたりします。
用意するのは、透明なコップと水、割り箸（またはえんぴつ）だけです。コップに水を入れて、後ろに割り箸をかざし、ゆっくり動かしながら、どのように像が見えるかを観察してみてください。コップの太さや、水の量、割り箸までの距離を変えると、見え方がどう変わるでしょうか。友だちや家族と、「なぜそう見えるのか」を予想し合うのも楽しいですよ。
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