番外編「裏ルール！？光の作図の３本線！意味説明できる？」

光の作図ではお決まりの①～③の３本線！

普段は何気な～く描いているこの３本線！

教科書のルールにしたがって描いたこの３本線！

あなたは、この①～③の３本線にどのような意味があるか説明できる？

あなたは、この３本線の裏ルール知ってる？

「意味って何～？裏ルールって～(‘ω’)？」

「作図できれば意味とかよくな～い(=ﾟωﾟ)？」

「拙者せっしゃ、作図頑張るから！って……ゆうじゃな～～い( ﾟДﾟ)ジャーン♪」

そんなお声が聞こえてきそうですが、

実は！

この３本線の意味を理解すると作図が得意になります！

教科書では教えてくれない！①～③の３本線の意味！

通称！「光の作図の裏ルール」！（勝手に作った笑）

これを知ったあなたは、作図への理解がかなり深まります！

光の作図に関わる凸レンズの問題が得意になります！

理科のセンスを磨くために！

光の作図の裏ルール！知ってください！

ハッ( ﾟдﾟ)熱くなりすぎた！笑

それではいきましょ～♪

↑光の基礎・基本をあらためて知りたい方！まずはこちらから♪

①ヘッドライン

まずは①の線から！

①の線と言ったらこんなの↓

「光軸に平行な光は焦点を通る」

という表ルールで描かれたこの線！

パッと見では当たり前のこの線！

ちょっとだけ見方を変えると裏ルールが見えてくる！

裏ルールを知るためには↓「ここらへん」に注目する！

そう、①の線のこの「ここらへん」ってところ…

実は…

…

…

…

「実像の頭の位置を結んだ線」になっているのだぁ！

見てる人「(　ﾟдﾟ)ﾎﾟｶｰﾝ」←多分。笑

エフエフン！では、詳しく説明しよう！

裏ルール①「実像の頭の位置を結ぶ！頭角的とうかくてきヘッドライン！」

例えば↓のような青矢印の光源に注目してほしい！（例１）

↑のような位置に光源を置いたなら実像の位置はここになる！（※実際に実像の位置を決めるためには①の線だけでは分かりませんが、今回の視点はそこではないのでご了承ください。）

次に！光源を左にずらし、↓のような黄色矢印の光源に注目してほしい！（例２）

最後！光源を右にずらし、↓のような緑色矢印の光源に注目してほしい！（例３）

そして、今までの３つの例をまとめると↓のようになる！（例１～３の合体）

おぉ～！こうやって並べて見るとすべての実像の頭（矢印の先端）が①の線にふれてるね～♪

これで、①の線が「実像の頭の位置を結んだ線」になっていることが分かってもらえたかな？

この裏ルールを知っていれば、

Q.「光源を凸レンズから遠ざけたとき、実像がはっきりうつるスクリーンの位置は凸レンズに対して近くなるか？遠くなるか？」

みたいな、近いか遠いか問題に対応できる！

それでは早速みていこう！

↓のように、基準の位置をもうける！（焦点距離の２倍の位置）

基準の位置では、光源と同じ大きさの実像が、焦点距離の２倍の位置に出現している！

そして、↓のように基準から左にずらすと実像も左に出現！（小さな実像）

同じく、↓のように基準から右にずらすと実像も右に出現！（大きな実像）

さっきの問題みたいに「近いか遠いか」で言われてもよく分かんないという人は、

①の線に沿って「左か右か」で考えてくれればオッケーだ！

あらためて紹介しよう！

裏ルール①「実像の頭の位置を結ぶ！頭角的とうかくてきヘッドライン！」

②ガイドライン

次は②の線について！

②の線と言ったらこんなの↓

「中心を通る光はそのまま直進する」

という表ルールで描かれたこの線！

この線もちょっとだけ見方を変えｔ……

「ドンッ」

え！？何すか！急にぶつかってきて！あなた誰すか！？

？？？「拙者せっしゃ、レンズ侍ざむらいじゃ…」

レンズ侍「メ～ガ～ネ、メ～ガ～ネ↗オーダーメイドを作ったら↗自分にぴったりもう大丈夫……って………」

「ゆうじゃな～～い( ﾟДﾟ)ジャーン♪」

「でも……」

「あなた、人生の焦点見失ってますからあぁ！ざんねぇぇん！ジャーン♪」

そしてレンズ侍は静かに去っていった…

…

…

…

と、いうわけで！（どういうわけ？笑）

問題によっては、焦点がはっきりと分からないときってあるよね！

え！？いやいや、いいのいいの！笑

あの人のことは忘れて、らいじんさんは問題に集中して！ね？

例えば↓のようなとき、あなたは焦点の位置を見つけ出すことはできるかな？

困ったね～、手がかりになるのは角度の謎なぞい光だけ！

そうだね！らいじんさん良い集中力だ！

さあ！ここで登場するのが②の線の裏ルール！いけぇ！

裏ルール②「焦点の位置を導き出す！！信頼的ガイドライン！」

↓のように、②の線は凸レンズの中心さえ分かれば描くことができる！

②の線を描くことによって、↓のように光が集まるポイントが分かる！

あとは、↓のようにいつも通り①の線を描けば～

↓①の線が光軸と交わったポイントが焦点だ！

↓ちなみに、もうひとつの焦点は凸レンズに対して同じ距離だよ♪

問題によっては、焦点がわからない上に①～③の線が描かれていないことがある！

それでも！自信をもって描けるのが②の線なのである！

あらためて紹介しよう！

裏ルール②「焦点の位置を導き出す！！信頼的ガイドライン！」

③エンドオブライン

最後は③の線だ！

③の線と言ったらこんなの↓

「焦点を通る光は光軸に平行に進む」

という表ルールで描かれたこの線！

本来、①、②の線と交わることで実像の大きさ（背の高さ）を決めるための大事な線だが！

実は、実像の明るさを考える上でとても有効にはたらく！

それでは裏ルールを紹介しよう！

裏ルール③「実像の大きさだけでなく明るさをも決める！！！決定的エンドオブライン！」

この裏ルールを知っていれば、

Q.「凸レンズの上半分を黒い厚紙あつがみでおおったとき、スクリーンにうつる像は消えるか？暗くなるか？小さくなるか？」

みたいな、レンズ半分隠したらどうなるの問題に対応できる！

「凸レンズの上半分を黒い厚紙でおおったとき」というのがどういうときか、↓の図で確認してみよう！

いや、ぶ厚あつっ！笑

ちょっとぶ厚すぎたね笑

でもこれくらい極端な方が考えやすい！

（ちなみに、↑の厚紙の画像を見るとおにぎりが食べたくなる人は私以外にいるだろうか…笑）

では、気を取り直してやっていこう！

上半分を黒い厚紙でおおった凸レンズに、いつも通り①～③の線をくらわしてやろう！

え～い！

うおぉ！厚紙の防御ディフェンス力おそるべし！

①と②の線が防がれてしまったせいで、③の光だけが届くことに！

強いな～厚紙！

お！らいじんさん今回も良い集中力！

本来は３本線が届くところに１本だけは届いた…

光が届いていないわけじゃないから実像はできる…

でも３本の光ほど明るくはない…

これでみなさんもう分かったかな？

そう！実像はスクリーン上にちゃんとできるんだ！

実像は「暗くなる」が正解だ！

しかし！ここで、意外と理科に詳しい人でも陥おちいりがちなのが

「③の光１本だけじゃ、他の光と交わらないから実像ってできないんじゃないの？」

という考えだ！

そんな気がするよね～？

でも大丈夫だよ！

↓のように、本来は光はた～～～くさんある！

考えるときに便利だから①～③を代表選手にしてるだけで、

本来は③の光の近くに無数の光の道筋があるから大丈夫だね♪

あらためて紹介しよう！

裏ルール③「実像の大きさだけでなく明るさをも決める！！！決定的エンドオブライン！」

ちなみに、今回の内容とは少しちがうけど

あなたは↓この問題はもうやったかな？ぜひトライしてみてね♪