光の進み方、もう迷わない！凸レンズを通った光はどこにいくのか？作図できない光はどこに？

桑子研

サイエンストレーナーの桑子研です。毎日が実験。

スマートフォンで写真を撮ったり、メガネをかけたりする時、どうしてきれいに見えたり、ものがはっきり映ったりするのか、不思議に思ったことはありませんか？実は、その秘密はすべて「レンズ」に隠されています。レンズは、光の進む向きを変えることで、私たちの目には見えない光の道を操る魔法の道具なんです。

「でも、理科の授業で習う光の作図って、なんだか難しくてよくわからない…」そう感じている人もいるかもしれませんね。大丈夫！この記事を読めば、レンズを通った光がどう進むのか、そしてその作図のルールがスッキリわかります。さっそく、光の旅をのぞいてみましょう。

まずは光の進み方について、動画にまとめたのでまずはこちらをご覧ください。

このように、レンズを通った3つの光（光軸に並行な光）はある一点で集まります。

この点を焦点と言います。レンズの光をかくときに、逆から書いてみるとよくわかるという光の経路があります（光の逆進の原理）。焦点を通った光は、光軸に平行に曲がっていきます。

次にレンズでよくある、光軸に対して平行に撮った光、レンズの中心を撮った光、レンズの手前の焦点を撮った光は、それぞれが屈折または直進をしてある一点に集まってきます。まずはこちらの動画をご覧ください。

これらの3つの光は、それぞれが曲がったり、まっすぐ進んだりしながらも、最終的に一点に集まって像を結びます。

「じゃあ、中心を通らない光は、どうなるの？」という疑問を持つ人もいるかもしれません。実は、作図で描く3つの光以外にも、すべての光が同じ一点を通るんです。

このように作図ができる線は、光軸に平行な経路と中心を通る経路ではあるのですが、それ意外の光もいろいろあって、そして作図でもとめた像を通るということがよくわかったかと思います。

また、レンズの上半分を隠すとどうなるか、という質問もよくあります。この場合、光の通る道は減りますが、光が通る部分がある限り、像はきちんとできます。ただし、光の量が減るので、像は少し暗くなります。

Phetのこちらの教材ですが、とてもわかりやすくいろいろな光がどのように到達するかを再現しています。一通り説明した後に遊んでもらうと良いかなと思いました。

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