物理読み物16　 反射　M-55   No213　2010年6月10日(木)

 

  ビリヤードの球が枠(クッション)に当たって跳ね返るときの球の振る舞いは, 教科書に書かれた光の反射の法則の図そのままです. ただし, これは, 平面内における反射なので分かりやすいケースです. これが立体的関係になるとどうでしょうか.  野球やテニスのボールをコンクリートの壁にぶつけて, 一人で練習をした経験はありませんか. 球を壁にぶつける角度や方向によって, その反射の仕方が変わることがわかります. これは立体的ですが, 壁が垂直で固定されているので球道が予想しやすいでしょう. 野球で外野手が外野のフェンスに当たったクッションボールを処理する場合も反射の法則をうまく利用しています.

  小さい鏡で太陽の光を目的の人にあてて信号を送るという方法があります. これは案外難しいものです. この遊びはぜひやってみてください.

  光が粒でボールのように反射すると考えるとよいのですが, 光の粒はとても小さいので, 反射する面が，よく反射して滑らかなもの，要するに，鏡のようなものでないと, 反射する光はいろいろのコースをとるので, 反射後の光は散らばってしまいます.　だから，光が当たっているものが見えるのですが…．

  中村清二という物理学者が反射に関する面白い記事を書いています. 夏のことです. 庭の樹で蝉が鳴いている縁側で休息していて, 手にしていた団扇を耳の近くで動かしていると, 蝉の声が時々強くなるのに気がつきました. それが団扇で蝉の声が反射することによるのだと気がつきました. そこで, 団扇の代わりに鏡を使って蝉の声が最大になる位置を求め, 鏡の位置を動かさないようにして鏡の中を覗いたら蝉が見えた, というのです. 音と光が同じ反射の仕方をするのです.

  音は波だということを知っています. そうすると音波もボールと同じような反射の仕方をするように思われます.

  円の半径と周との交点を接点とする接線はその半径に垂直です. 交点における短い弧は接線の一部と考えてもよいので, 円の中心を通る光や音は円の周(の内部)で反射した後はまた円の中心を通ります. 同様に, 楕円の一つの焦点を通る音や光はもう一つの焦点を通ります. これが立体になってもほぼ同じと考えてよさそうです. 放物面鏡は焦点から出た光や音は平行に出ていき, 逆に平行に入ってくる光や音は焦点に集まります. 太陽熱発電, 電気ストーヴ, 放送用パラボラアンテナ, 鳴き竜, バックミラー, ＜ささやき回廊＞等, これらの例ももいろいろあります.

  ロンドン市のセントポール寺院には回廊があり, 回廊の一部でささやくと, それが円天井で反射して, その反射の場所ではっきりと聞きとれるというものです. これは ささやき回廊 と呼ばれています. 鳴き竜は天井と床が反射し易い材料でできていて, 天井が緩い球面になっているので, 音の反射が繰り返されて響くのを竜の鳴き声に擬したものです. この外に, 山彦, 三面鏡, ミラボール, 万華鏡, 演奏会場, など音や光の反射に関する事象を探してみましょう.

  光の入射角が大きいと反射率が大きくなるので, 教室の前の方で両側の人には黒板の字は見にくいのです.

  

  2010年追記:

(1) 最近のTVでの大科学実験. 多数の鏡で太陽光を集めて, 肉を調理するパフォーマンス. 小規模なら学校でもできますね.

(2) ＜歯を磨きながら鏡のシクラメン＞   老眼には洗面台のシクラメンの花が見えにくいのです. 生理的に, 距離を措かれた鏡の中の花を見ています.