2013年1月 8日 (火)

虚像だけが残る不思議な鏡

またしても、Richard Wiseman氏の映像です。鏡の前にいろいろな物体が置いてあります。もちろん、鏡の中にはそれらの物体の姿が映っています。

バナナを手で隠して、バナナから手を離すと、不思議なことに手前の物体のバナナが消えてしまいます。ところが、鏡の中の虚像のバナナはそのまま残っています。

The Vanishing

これはどういうトリックなのでしょうか?

個人的には手前のバナナを消し去る方がすごいように思います。

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2012年8月25日 (土)

すさまじい威力の自作の太陽炉

米国の19才の少年が5800個の鏡を使って作ったR5800という名前の凹面鏡です。直径1メートルのパラボラアンテナに鏡を貼り付けて作ったそうです。この凹面鏡の焦点に物体を置くと、あっという間に物体が燃焼してしまうのですが、その威力は金属を溶融させるほどで、まさに太陽炉のようです。この簡単な装置で、焦点の位置の温度は3600℃にもなるそうです。

Solar "Death Ray": Power of 5000 suns!

ただ、このR5800は格納していた小屋が火事になってしまい燃えてしまったそうです。火事の原因はよくわかっていないようですが、小屋に入り込んだ光がR5800に集められて小屋に火をつけた可能性があるとのことです。ものを燃やす装置が自分を燃やしてしまったことになります。ネット上では、装置が自殺したなんて書かれています。

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2012年8月23日 (木)

天空の鏡 世界一の大きさの平面鏡 ウユニ塩湖

Photo

 南アメリカ大陸のボリビアアンデス山脈の標高3700メートルの高地に、ウユニ塩原という広さ1万2000平方キロメートルにもなる塩の大地があります。ウユニ塩原は真っ白な大地で、Google Mapで見てもその場所はすぐにわかります。


大きな地図で見る

 このウユニ塩原は、遙か昔にアンデス山脈が海底から隆起したときに、この付近が平坦な大地となり、あたりに川などができなかったために、大量の海水が残ってしまったことによりできたそうです。

 ウユニ塩原は乾期は塩の大地で自動車で走行も可能です。その高低差は最大でも50センチメートルしかないそうで、世界でもっとも広い平らな大地です。

 雨期になると塩原の表面に水がたまって湖となりますが、その湖の深さは、一部をのぞいて自動車で走ることができるほど浅いそうです。

雨期のウユニ塩原の様子はまるで天空の鏡です。次の動画は、その天空の鏡の表面を走行するバイクの映像です。

まさに、世界一大きな平面鏡と言えるでしょう。

Солончак Уюни

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2012年7月26日 (木)

平面鏡を傾けると反射光はどれぐらい傾くか

 傾いた平面鏡に光を入射したとき、反射光がどどのぐらい傾くかを考えてみましょう。次の図のように入射光を固定した状態で、平面鏡を元の位置MからM’へα度だけ傾けると、入射角・反射角ともにα度だけ増加します。このとき、鏡を傾けた後の反射光は、鏡を傾ける前の反射光より2α度傾きます。

 Photo

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2012年4月 8日 (日)

ロサンゼルスのミラーマン

世の中には、いろいろな大道芸人さんがいますが、これは全身鏡の男、ミラーマンです。このスーツを作るのに数百万円かかったそうです。

MIRROR MAN LOS ANGELES CITY HALL, STEPHEN COLEMAN VIDEO

舞台でのパーフォーマンスもやってるようです。

Dream Alchemist - The Mirror Man

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2012年1月18日 (水)

平面鏡でできる実像

 一般的に、平面鏡でできる像と言えば、虚像を意味することが多いのですが、平面鏡でも実像を作ることはできます。

 太陽光を鏡で壁や天井に向けて反射させるとき、四角い鏡を使うと、天井や壁には四角い光が映ります。ところが、鏡から天井や壁までの距離が長くなると、映る光の形は四角ではなく円形になります。

 次の写真は2つの電球がついた電灯です。この電灯の光を四角形の手持ち鏡で反射して、壁や天井に光を映してみました。

Photo_112

 鏡から近くの壁に光を反射させてみたところ、壁に映る光は四角形となりました。

Photo_113

 次に天井に映してみました。すると、ぼんやりとした四角形の2つの光が映りました。

Photo_114_2

 鏡からさらに遠いところにある壁に光を映してみました。それぞれの光の形は円形をしています。

Photo_115

実はこの2つの円形の光は電灯の2つの電球の実像です。

なぜ平面鏡で実像ができるかというと、平面鏡がピンホールと同じ働きをするからです。

ピンホールは光を通過させてスクリーンに実像を作りますが、鏡は光を反射させてスクリーンに実像を作ります。

鏡の大きさはピンホールの大きさに相当します。鏡が大きいときには、実像は明るくなりますが、ぼやけます。鏡が小さいときは、はっきりとした実像ができますが、暗くなります。

大きな鏡でも、きれいな実像ができる例はあります。どのように映るかは、物体、鏡、スクリーンの位置関係で決まります。

次の写真は部分日食のときの太陽を比較的大きな鏡で遠くの壁に映した写真です。駆けた太陽の形をした実像が映っています。

Photo_111

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2012年1月 2日 (月)

スプーンの内側に顔が逆さまに映る理由

■スプーンをのぞいてみると

 スプーンのへこんでいる内側をのぞくと上下が逆さまになった顔が映ります。よく見ると左右も逆さまに映っています。ためしに、スプーンに上下逆さまに顔を映したまま、右目をウィンクしてみましょう。普通の平らな鏡(平面鏡)では鏡の右側に映っている目がウィンクしますが、スプーンの内側では左側に映っている目がウィンクします。どうして、スプーンの内側をのぞくと顔が上下左右が逆さまに映るのでしょうか。

■合わせ鏡による光の反射

 1枚の平面鏡に自分の顔を映すと、頭は鏡の上側に、あごは鏡の下側に、左目は鏡の左側に、右目は鏡の右側に映ります。それでは、次の図のように2枚の平面鏡を直角につなげた合わせ鏡をのぞきこんでみましょう。

合わせ鏡 鏡の中に映る頭とあごの位置はそのままですが、左目は鏡の右側に、右目は鏡の左側に映り、左右が逆に映ります。これは顔の左側が鏡の右側に、顔の右側が鏡の左側に映るからです。

 この合わせ鏡を90度向きをずらし、顔に対して上下に折り曲げるようにすると、今度は上下が逆さまになった顔が映ります。

 スプーンの内側はへこんでいるため、合わせ鏡と同じような働きをします。ただし、スプーンの内側の表面は上下方向にも左右方向にも曲がっています。そのため、スプーンの内側をのぞきこむと、頭はスプーンの下側に、あごはスプーンの上側に映り、左目はスプーンの右側に、右目はスプーンの左側に映ります。

Spoon

■凹面鏡と凸面鏡による光の反射

 表面が球面をした鏡を球面鏡といいます。表面が(A)のようにへこんでいる球面鏡を凹面鏡、(B)のようにふくらんでいる球面鏡を凸面鏡といいます。

凹面鏡と凸面鏡

 凹面鏡に平行に当たる光は(A)のように1点に集まるように反射します。この点を凹面鏡の焦点といいます。このように凹面鏡には光を集める働きがあります。凸レンズで日光を集めて黒い紙を燃やす実験がありますが、凹面鏡を使っても紙を燃やすことができます。 

 凹面鏡で物体が上下左右逆さまに映るのは、目と物体を置く位置が凹面鏡の焦点の外側(図Aで焦点の左側)にあるときです。このとき、目を置く位置が焦点の内側(図Aで焦点の右側)にあるときには、物体を置く位置に関わらず、上下左右は逆さまになりません。

凹面鏡

 スプーンの内側に顔を映し、まゆげと目が映るように、顔をスプーンに近づけていきましょう。最初は顔が上下反対に映っていますが、顔が焦点の内側に入ると、まゆげが上になった目が映ります。また、凹面鏡に物体を映すとき、目を置く位置が焦点の外側にあっても、物体が焦点の内側にあるときは、物体は上下左右逆さまに映りません。

 凸面鏡に平行に入射する光は(B)のように広がるように反射します。凸面鏡は物体を小さく映す働きがあり、平面鏡より広い範囲を映すことができます。目をどこに置いても、物体をどこに置いても、凹面鏡のように物体が上下左右逆さまに映ることはありません。

凸面鏡は自動車のバックミラーや見通しの悪い交差点やカーブなどで使われています。反射の法則を利用して、こちらから見えないところを鏡で見えるようするのと同時に、より幅広い範囲を映すために凸面鏡が使われているのです。

コーナーミラー凸面鏡

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2011年11月15日 (火)

鏡はなぜ上下はそのままで左右を逆に映すのか

■鏡の中の世界

 鏡をのぞくと、まるでこちらの世界が鏡の中にそのままあるかのようです。しかし、鏡に映っているものをよく見てみると、上下はそのまま映っているのに、左右が逆に映っていて、とても不思議な感じがします。鏡にものがどのように映るのか、考えてみましょう。

 次の図のように右手に鉛筆を持った自分の姿を鏡に映すと、鏡の中の自分は上下はそのままですが、左手に鉛筆を持っています。ためしに、友だちに自分と向かい合ってもらい、鏡の中の自分と同じ側の手に鉛筆を持ってもらいましょう。友だちは左手に鉛筆を持つことになるはずです。

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 次に、鏡に「あ」と書いた紙を映してみましょう。「あ」は上下はそのままですが、左右が逆になって読めなくなります。

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 このように、ものを鏡に映すと、上下はそのままですが、左右は逆に映ります。このことは、鏡に映るもの見たときによく経験すると思います。

■鏡で上下は本当に逆に映らないのか

3 床の上に鏡を置いて、鏡をのぞきこんでみましょう。顔が鏡の中の上の方に映り、天井が下の方に映ります。まるで鏡の中に落ちていきそうな感じがします。次に立った状態で鏡を頭の上の方に置いてのぞいてみましょう。鏡の中で、足が上の方に映り、頭は下の方に映ります。まるで逆立ちしているように見えます。

 このように鏡を使うと、上にあるものを下に映したり、下にあるものを上に映したりすることができます。これは上下が逆に映っているということです。なお、この場合も、自分の右手は鏡の中の自分にとっての左手になっていますので、左右は逆に映っています。

 今度は、鏡の前に立って、鏡に近づいたり、遠ざかってみたりしてみましょう。鏡に近づくと、自分は鏡の中の手前に映り、鏡から遠ざかると、自分は鏡の中の奥に映ります。また、次の図のように3人で鏡の前に縦に並ぶと、一番前に並んでいる人が鏡の中の手前に映り、一番後ろに並んでいる人が鏡の中の奥に映ります。これは前後が逆に映っているということです。なお、この場合も、左右は逆に映っています。

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 このように、鏡は上下を逆に映したり、前後を逆に映したりします。しかし、よく考えてみると、鏡で上下が逆に映るのと、前後が逆に映るのは、鏡に対してものの置き方が違うだけで、本当は同じことです。

 鏡で上下や前後が逆になるというのは、鏡がものを映す仕組みの本質ではありません。鏡は、鏡から近いところにあるものは鏡の中の手前に映し、鏡から遠いところにあるものは鏡の中の奥に映しているだけなのです。

■鏡は本当に左右を逆に映しているのか

 最初に鏡は左右を逆に映すと確認しましたが、本当に鏡は左右を逆に映していると考えて良いのでしょうか。上下が逆と前後が逆が同じことであったように、左右が逆も違う見方がないか考えてみましょう。

 もう一度、右手に鉛筆を持った自分を鏡に映したときの様子を考えてみましょう。鏡に映った自分の姿を見ると、鏡の右側に映っている手が鉛筆を持っていることがわかるでしょう。なぜなら、鏡の右側に映っている手が自分の右手だからです。同じように鏡の左側に映っている手は自分の左手です。ですから、実際には鏡の中で手は左右が逆に映っているわけではありません。

 鏡が左右を逆にすると考えてしまうのは、鏡の中に映った自分を見て、自分が鏡の中に入ったと考えて、自分の体が左右逆になったと考えてしまうからです。また、鏡に映った「あ」が左右逆になったと考えるのも文字が読めなくなったからで、よく考えると「あ」の左側は鏡の左側に、右側は鏡の右側に映ります。

 これらのことを、よく考えると、鏡は左右を逆に映しているのではなく、左側にあるものは鏡の中の左側に、右側にあるものは鏡の中の右側に映しているだけです。そして、鏡はものを鏡の面に対して逆に映しているだけです。さっそく、確認してみましょう。次の写真は「ふしぎ」と書いた紙を鏡に映したときの様子を撮影したものです。

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 鏡に映った「ふしぎ」は読めなくなっていますが、紙の上で左側にある「ふ」は鏡の中で左側に映っていますし、紙の上で右側にある「ぎ」は鏡の中で右側に映っています。そして、紙の上の鏡の中の「ふしぎ」は鏡の面に対して逆になっていることがわかります。

まとめてみましょう

  • 鏡は、鏡から近いところにあるものは鏡の中の手前に映し、鏡から遠いところにあるものは鏡の中の奥に映す。
  • 鏡は、鏡の前の左側にあるものは鏡の中の左側に映し、鏡の前の右側にあるものは鏡の中の右側に映す。

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2009年12月31日 (木)

全身を映すために必要な鏡の大きさ

 鏡に全身を映すために必要な鏡の大きさがどれぐらいか考えてみましょう。

下の図は平面鏡に全身を映したときの様子を示したものです。

 つまさきBから出た光は鏡のQで反射して眼Oに届きますが、このとき光はOQの延長線上のB’からやって来るように見えます。同様に頭Aから出た光は鏡のPで反射して眼Oに届きますが、光はOPの延長線上のA’からやって来るように見えます。そのため、鏡の中に自分の姿(実体の像)が見えることになります。この鏡の中に見えている実体の像を虚像と言います。私たちはA’やB’から光がやって来ているように見ているだけで、A’やB’にAやBからの光は届いていないことに注意しましょう。

 さて、光が反射するとき、入射角=反射角となります。また、物体と虚像の位置関係は鏡の面に対して面対称になります。そのため、鏡の距離に関係なく、頭Aからの光は必ずP(頭Aと眼Oの長さの半分のところ)、つま先Bからの光は必ずQ(つま先Bと眼Oの長さの半分のところ)で反射します。従って、全身を映すのに必要な鏡の大きさは、鏡との距離に関係なく、全身の1/2となります。

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2009年11月29日 (日)

光をやってきた方向に反射する-反射板の仕組み(3)

 次の写真はコーナーキューブミラーという3枚の平面鏡を直角に組み合わせた鏡です。この鏡に、光を当てると、光がどんな角度で鏡にあたっても、光が最初にあたった面で反射した後、他の面で2回反射して、やってきた方向に戻ります。3枚の鏡が使われているので、光のやってくる方向が上下左右にずれていても、光はやってきた方向に戻ります。

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 反射板の表面をよく見ると、表面にブツブツしたものが見えます。このブツブツしている部分一つ一つがコーナーキューブミラーです。反射板にはたくさんの小さなコーナーキューブミラーが並んでいるのです。そのため、どこから反射板を照らしても、輝いて見えるのです。最近ではガラスビーズやマイクロプリズムを使った反射板もあります。

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次の図のように、アルミホイルの上に透明なビー玉を敷き詰めます。お菓子の箱のフタなどを使うとやりやすいでしょう。部屋を真っ暗にして、ビー玉反射板を斜めの方向から強い光で照らします。

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 次の写真はデジカメでフラッシュ撮影したものですが、光が反射してビー玉が輝いているのがよくわかります。

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 100円ショップに反射テープや反射シートが売っています。多くのものはガラスビーズを使ったもので、原理的には上述のガラス玉反射板と同じです。 テープやシールを文字の形に切り抜いて、壁に貼り、部屋を真っ暗にして光をあてると、暗闇に切り抜いた文字が浮かび上がります。好きな形を切り抜いて、カバンやレインコートに貼りつけると、オリジナルの図形が光る反射シールになります。自転車や自動車に貼るのも良いでしょう。

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