虹の楽しみ方

虹の楽しみ方
虹の7不思議を解く
虹の７不思議
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
虹はどうして発生するの？
虹はなぜ弧の形をしているの？
虹の内側と外側はどうなっているの？
第2の虹の正体は？
虹は動くのか？
全ての人が持つ虹レーダー？
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
Θ1 = 0度の時は？
反射角・屈折角
ｎ１＝１．００
１
ｎ2＝１．33
2
ヴィレブロルト・スネル(1580‐1626)
スネルの法則
オランダの天文学者/数学者
反射 Θ1= Θ1
屈折 n1 sinΘ1=n2 sinΘ2
屈折原理のイメージ
媒質での光の速度の違い
光の速さは水の中では
3割程度遅い
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？
屈折＋反射＋屈折
入射角 i 屈折角 r 反射角 r φ
φ＝4r‐2i
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
屈折の角度
i
r
10
7.5
20
14.8
30
22.0
40
28.7
50
35.0
Φの最大値の存在
60
40.4
70
44.7
80
47.4
90
0
雨粒を出て行く
角度 φ
10.0
19.2
28.0
34.8
40.0
41.6
38.8
29.6
なし
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
1.331
・
・
・
1.343
・
太陽光入
射角
i
59.5
・
・
・
58.8
・
屈折の角 雨粒を出
度
て行く角度
φ
r
40.3
42.3
・
・
・
・
・
・
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
白
黒
なぜ光は混じり合わないのか？
紫は弱い
外側に光りはない
白
黒
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
赤
Φ＝42.3
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
黒
白
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？