Index 3 Nov.'01
虫めがねで遊ぼう 
虫めがねで遊ぼう 

虫めがねを使うと、近くのものを大きくして見たり、光を集めたりすることができます。 あるいは、遠くの景色を見ると逆さまに見えることに気がついた人もいるでしょう。
 このページでは、なぜそういうことが起こるのかということを調べ、まとめていこうと思います。

近くのものが大きく   光を集める   遠くの景色は逆さまに
  【注意!】太陽を虫めがねで直接見てはいけません。 また太陽の光を集めるときは、ものが燃えることがあるので十分気をつけること。  

なぜ虫めがねを使うと光が集まるの?

平行な光     レンズによって集められる光
3本の平行な光が、凸レンズを置くことによってよって集められています。よく見ると、レンズの中では真ん中の光だけがまっすぐ進み、上下2本の光は曲がっています。なぜこのようなことが起こるのでしょう。

下の連続写真を見てください。半円形のガラスを使って、上から一本の光線をあてています。 あてる角度を少しずつ変えてゆくと、光はガラスに入ってからまっすぐ進まずに、折れ曲がって進んでいるのが分かります。 このように光は、ガラスや水の中などに差し込むときに曲げられる性質があり、このことを光の屈折(くっせつ)といいます。

再び上の写真に戻って、レンズによって3本の光が一つに集められているところを焦点(しょうてん)といい、レンズから焦点までの長さを焦点距離(しょうてんきょり)と呼びます。

なぜ遠くの景色は逆さまに見えるの?

遠くのろうそくを虫めがねで見た場合

 火のついたろうそくを遠くに置いて、虫めがねを通してみてみましょう。この写真のように上下逆さまに見えるでしょう。 そこで、目の代わりに白い紙をスクリーンにして置いてみます。

ろうそくとレンズ、像の映ったスクリーン(紙)の位置関係
スクリーンに映った像


虫めがねをはさんで、左側にろうそく、右側に紙を置きます。紙を前後に動かすと、ろうそくが逆さまになってきれいに映る場所があります。このように紙に映ったものを(ぞう)といいます。


ろうそくを少しだけレンズに近づけると、像が映る位置はレンズから少し遠ざかります。そして、紙に映った像の大きさは少し大きくなります。


さらにろうそくをレンズに近づけると、像はレンズからさらに遠ざかります。紙に映る像の大きさもずいぶん大きくなります。

 ろうそくをレンズの焦点距離よりも近づけてしまうと、どこまで紙を遠ざけてもこの像をスクリーンに映すことはできなくなります。そのかわり、虫めがねをのぞいてみると上下逆さまではなく、ふつうに大きく見えるようになります。

近くのろうそくを虫めがねで見た場合

スクリーンに映る、逆さまの像 【実像】

実像の作図

レンズの焦点距離よりも遠くにろうそくを置いたとき、スクリーンには上下が逆さまの像が映りました。この像のことを実像(じつぞう)と呼びます。実像ができる位置を作図から求めるには、次のように行います。

  1. ろうそくの火の先からレンズに向かって、中心線と平行な線を引く。
  2. レンズの中から、ろうそくとは反対側の焦点を通る線を引く。
  3. ろうそくの火の先から、レンズの中心を通る線を引き、焦点を通る線と交わるまでのばす。
  4. 2本の線が交わったところに、上下逆さまの実像ができる。

ろうそくをおく位置と、実像ができる位置、像の大きさ

ろうそくを置く位置を変えると、像ができる位置や、その大きさが変わりました。これも作図で簡単に確かめることができます。

ろうそくの位置と、実像のできる位置、大きさ

ろうそくをレンズの焦点に近づけてくると、像のできる位置はレンズから遠ざかり、像の大きさが大きくなることが分かります。 では、ろうそくが焦点よりもレンズに近づくとどうなってしまうのでしょう。

スクリーンには映らない、上下そのままの像 【虚像】

レンズの焦点距離よりもろうそくが近くにある場合、スクリーンに像を映すことはできません。 ですので、レンズを通して見えるろうそくを虚像(きょぞう)と呼びます。 虚像ができる位置を作図から求めるには基本的に実像の場合と同じですが、像のできる位置が実像とは反対になります。

虚像の作図


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