マジックミラーの原理と仕組み

　マジックミラーというと何か特殊な鏡のように聞こえるかもしれません。しかし、日常の生活の中でもマジックミラーと同じような現象を体験することができます。

　例えば、夜間に明るい部屋の中からガラス窓越しに外を見たとき自分や部屋の中の様子がガラスに鏡のように映りこんでさっぱり外が見えないという体験をしたことがあるでしょう。あるいは夜間に電車に乗っているとき電車の窓が鏡のようになっていることに気がついたことがあるでしょう。

　透明な物体に光があたると、ほとんどの光は物体を透過しますが一部の光は物体の表面で反射します。また物体が透明であるということは物体のこちら側から進んでいく光も、物体の向う側からやってくる光も物体を透過するということです。

ガラスで反射する光と透過する光

　ですから昼間でも窓ガラスを注意深く見てみるとものが映っていることがわかります。このとき窓ガラスに映ったものが見えづらいのは外が明るいためです。外からやってくる光が多くガラスの反射光が目立たないからです。

　ガラス窓が鏡のように見えるかどうかはガラス窓の内側と外側の明るさに関係しています。夜間、部屋の中から見た窓ガラスが鏡のよう見えるのは部屋の外が暗いので外から入ってくる光がほとんどなくなり、窓ガラスで反射した光が良く見えるようになるからです。　これは暗いところからは明るいところが良く見えるということです。この現象はガラスでなくても網戸やレースのカーテンなどでも体験することができます。

夜間に部屋の中から見た窓ガラスが鏡のように見えるのは

　マジックミラーはこの原理を利用しているのです。ただし、マジックミラーは単純なガラスではありません。なるべく鏡に見えるような工夫がされています。鏡はガラスに裏側に光を反射する銀やアルミニウムの薄膜を張りつけて、さらに光が透過しないように保護膜をつけてあります。マジックミラーは保護膜をつけずに光を反射する薄膜を貼りつけガラスを透過する光を約10%、反射する光を約50%にしてあります。この工夫によってガラスがより鏡のように見えるようにしてあります。

　実際にマジックミラーを使うときには、鏡のように見える方を暗くする必要があります。よく刑事ドラマなどで証人がマジックミラーを通して犯人を特定するシーンが出てきますが容疑者は明るい部屋、証人は暗い部屋にいるはずです。

取調室のマジックミラー

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鏡の中の物理学 (講談社学術文庫 31)

鏡の中の物理学 (講談社学術文庫)

朝永 振一郎 (著)

優れた科学者は難しい話をこのようにわかりやすく説明するのだなということを実感できる一冊です。波乃光子の裁判では量子の振る舞いを解き明かしていきます。

ノーベル物理学賞に輝く著者がユーモアをまじえながら平明な文章で説く、科学入門の名篇「鏡のなかの物理学」「素粒子は粒子であるか」「光子の裁判」を収録。“鏡のなかの世界と現実の世界との関係”という日常的な現象をとおして、最も基本的な自然法則や科学することの意義が語られる。また量子的粒子「波乃（なみの）光子」を被告とした裁判劇は、わかりやすく量子力学の本質を解き明したノン・フィクションの傑作として、読者に深い感銘を与える。

文庫: 129ページ
出版社: 講談社 (1976/6/4)
言語 日本語
ISBN-10: 4061580310
ISBN-13: 978-4061580312
発売日： 1976/6/4
商品の寸法: 14.8 x 10.2 x 1 cm

目次

・鏡の中の物理学
・素粒子は粒子であるか
・光子の裁判－ある日の夢－

 

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光は蓄えることができるか（１）ー光は光のままで蓄えることが可能か

　光を光のままで蓄える方法としてまず簡単に思いつくのは、次の図のように内面が鏡面になった空洞の球体に光を取り込んで無限に反射させる方法でしょう。もちろん、球体内部は空気が存在しない真空とします。

　この方法は一見すると永久に光をためておくことができるような感じがしますが、実現は不可能です。なぜなら球体の内面の反射率を100%にすることができないからです。仮に内面の反射率を99%にすることができたとしましょう。n回反射した後の光の強さは下記の式で求めることができます。

光の強さ

　球体内で光が100回反射すると光の強さはもとの約37%、300回反射すると約5%になってしまいます。

　光の速さは秒速約30万 kmもありますから、私たちが扱えるような大きさの球体では、光は無限に近い回数反射して、あっという間に消失してしまいます。それでは、球体の大きさを宇宙的規模まで大きくするとどうでしょうか。そうすると、単位時間あたりに光が反射する回数が減るので、ある程度の時間は光を球体内にとどめることはできるでしょう。

　しかし、これは遠くにある星から光がやってくるのと同じで、光を再び取り出すことができるまでに相当の時間を要することになってしまいます。とても光をためることができたと言えるような状態ではありません。

光は光として蓄えることができないのでしょうか。この続きはまた。

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• 光は蓄えることができるか（１）ー光は光のままで蓄えることが可能か 
• 光は蓄えることができるか（２）ー光の速度を落として光を蓄える
• 光は蓄えることができるか（３）ー光を圧縮して蓄える

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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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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天空の鏡 世界一の大きさの平面鏡 ウユニ塩湖

　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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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。

平面鏡を傾けると反射光はどれぐらい傾くか

【関連記事】

・鏡はなぜ上下はそのままで左右を逆に映すのか

・全身を映すために必要な鏡の大きさ

・鏡の中の世界はどこまで続くか

・合わせ鏡（90度）に物体の虚像はどのように映るか

・全身を映す鏡の大きさが身長の半分になる証明

・平面鏡を傾けると反射光はどれぐらい傾くか

・光をやってきた方向に反射する－反射板の仕組み（１）

・スプーンの内側に顔が逆さまに映る理由

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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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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。

　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。

　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。

　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。

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。

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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

　図の状態で合わせ鏡をのぞくと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度向きを変えて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。

スレンレス製スプーン

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。

凹面鏡と凸面鏡の光の反射

　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。

凸面鏡でできる虚像（左）と実像（右）

　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。

凸面鏡を利用したコーナーミラー

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