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虹の楽しみ方
虹の7不思議を解く
虹の7不思議
1. 虹はどうして発生するの?
2. 虹はなぜ弧の形をしているの?
3. 虹の内側と外側はどうなっているの?
4. 第2の虹の正体は?
5. 虹は動くのか?
6. 全ての人が持つ虹レーダー?
7. 丸虹は実在するのか?
1.光の屈折・反射
虹のメカニズムを理解するために
光の屈折・反射とは?
屈折 :光が種類の違う物質(材質)に入射するとき、その物質の境界面で曲がる現象
反射 :光がある面で跳ね返ること
反射角・屈折角
1
2
n1=1.00
n2=1.33
スネルの法則反射 Θ1= Θ1屈折 n1 sinΘ1=n2 sinΘ2
ヴィレブロルト・スネル(1580‐1626)オランダの天文学者/数学者
Θ1 = 0度の時は?
屈折原理のイメージ
光の速さは水の中では3割程度遅い
媒質での光の速度の違い
50人51脚のイメージ
2.大気の場合
虹の仕組み
水滴(球体)と光
水滴の中で何が起こっているのか?
入射角 i 屈折角 r
φ
φ=4r‐2i
屈折+反射+屈折
反射角 r
太陽光入射角iと雨粒を出て行く角度φの関係
太陽光入射角i
屈折の角度r
雨粒を出て行く角度 φ
10 7.5 10.020 14.8 19.230 22.0 28.040 28.7 34.850 35.0 40.060 40.4 41.670 44.7 38.880 47.4 29.690 0 なし
Φの最大値の存在
球体の水滴と光の共演
Φ=42°
波長により屈折角が違う!
色によるφの最大値の違い
屈折率n
太陽光入射角i
屈折の角度r
雨粒を出て行く角度
φ1.331 59.5 40.3 42.3
・ ・ ・ ・
・ ・ ・ ・
・ ・ ・ ・
1.343 58.8 39.6 40.7・ ・ ・ ・
球体の水滴と光の共演
Φ=42.3
球体の水滴と光の共演
Φ=41.4
球体の水滴と光の共演
Φ=40.7
球体の水滴と光の共演
球体の水滴と光の共演
φ
黒白
なぜ光は混じり合わないのか?
黒白
紫は弱い
外側に光りはない
3.虹の見え方
虹の仕組み
虹の見つけ方
• 虹の発生条件をみたす
太陽の光と反射する水滴
• 太陽を背にする
• 光線から42度上を観察する
虹の見え方
Φ=42.3
見えない
虹の見え方
Φ=42.3赤
Φ=42.3
虹の見え方
緑
虹の見え方
青
虹の見え方
白
虹の見え方
Φ=42.3赤
虹の見つけ方
• 虹の発生条件をみたす
太陽の光と反射する水滴
• 太陽を背にする
• 光線から42度上を観察する
全ての人が持っている虹レーダーとは?
弧にみえる理由
虹は動くのか?
4.二つ目の虹
二重虹
水滴の中で何が起こっているのか?
入射角 i 屈折角 r
φ
φ=4r‐2i
光の道
角度が大きい方が上にくる
アレクサンダーの暗帯
白
白
黒
5.虹のあれこれ
虹あるある
虹の仕組みを最初に考えついた人
ニュートン
(1643‐1727)
1704年に出版された『オプティクス(光学)』
虹が出なくなる季節
に虹が見えない理由• 太陽光の角度が低い• 日が出ている時間が短い• 雨滴が凍っている=氷粒・雪
によく見える理由• 晴れと雨の天気 = 積雲による雨
余談
科学者は詩人よりも、自然を見て感動する気持ちがうすれるのか?
知識が増えると、美に対する感性が駄目になるのか?