光の屈折について、凸レンズと凹レンズの例を交えながら5分で理系ライターがわかりやすく解説
ちなみに、屈折率が同じ2つの媒質間では屈折率は1となります。
例えば水と同じ屈折率を持つ物体を水槽の中へ沈めるとしましょう。そうすると、その物体はまるで消えたかのようにみえます。光の屈折は、簡単なマジックのトリックに用いられることもあるのです。
2 レンズと屈折
光の屈折を利用しているものといえばレンズでしょう。メガネや虫眼鏡などはレンズによる光の屈折を利用して、物を見ます。
レンズには凸レンズと凹レンズがありますね。それぞれのレンズに何本かの平行な光が入射したときの性質が異なります。
凸レンズは光を集める性質があり、対して凹レンズは散開させる性質を持つのです。この性質の差によって像の現れ方が異なります。
また、レンズから像までの距離が焦点距離fです。
2-1 凸レンズ(焦点より外)
image by Study-Z編集部
凸レンズによる像の仕組みを説明していきましょう。
まず、レンズの焦点の外に物体がある場合を説明します。
レンズの中心を通る軸の上に物体を置くとしましょう。
物体の先端から出る光を考えます。光はあらゆる方向に伸びていきますが、像を作図するときは3つの光について考えていきましょう。レンズの中心を通る光、軸に平行に進む光、焦点を通る光の3つです。
まず、レンズの中心を通る光を考えます。これはそのまま直進しますね。
次に、軸に平行に進む光を考えます。これはレンズに到達すると、焦点を通るように屈折するのです。
最後に、焦点を通る光ですが、これは2つ目とは反対にレンズに到達すると軸に平行に進みます。
これらの線の交点部分に像が発生することを覚えておいてください。
このとき、軸の物体と同じ側であれば正立、逆であれば倒立といいます。
また、レンズを挟んで物体の逆側にあれば実像、同じ側にあれば虚像というのです。
ここでうまれた像は倒立の実像でした。
2-2 凸レンズ(焦点より中)
image by Study-Z編集部
次に凸レンズで、焦点の内側に物体がある場合を考えます。これもまた先程と同様に、3つの線を作図しましょう。
しかし、レンズの向こう側へ行った光は交わりません。この時は、その線を逆方向へ伸ばしましょう。
そうするとレンズの、物体側へ交点ができますね。ここに像が見られるのです。この場合は正立の虚像といいます。
このように、凸レンズで焦点の内側に物体がある場合は虚像がみられ、実物よりも大きくみえることが特徴です。
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