大分久しぶりの投稿になってしまいました。ここまでずっと数学の単元解説をしてきましたが、ちょっと気分を変えて理科の解説もしていきたいと思います。
理科は私が一番得意な科目なのですが、単元によっては苦手な部分もあります。とは言っても、テスト勉強の時にお供として使ってもらえるよう、しっかりと解説をしていきたいと思っています。
この記事をご覧の方には勉強のコツ｜理科編-学習する内容を明確な作業にする事例集も参考になります。
光の性質 光は直進する
光の性質で最も重要なのは光は直進するという「光の直進の法則」です。
法則といっても例外はあります。ブラックホールなどの強い重力場がある場所では光も曲がってしまいます。ただ、中学の段階ではこのような例外には触れませんから、ただまっすぐ進むとだけ覚えておけば大丈夫です。
理科の単元ではほとんど触れられませんが、光には他にも色々な性質があります。
まずは光の速度ですが、秒速30万kmというとんでもない早さで光は進んでいきます。東海道新幹線の「ひかり」もこの光速のように速いという意味で付けられているようです。
漫画でも光の性質が使われることがあります。イケメンが勝つことで定評のある車田正美の聖闘士星矢に出てくる黄金聖闘士は光速の動きを身につけています。作中でも解説がありますが、光の速さなら1秒間に地球を7周り半できるというとんでもないスピードです。
※でもなぜか音速（秒速約340m）の青銅聖闘士に負けることがあります・・・。
その他には太陽光など白色の光には全ての色が含まれているという性質もあります。絵具だと色を混ぜれば混ぜるほど黒色になっていきますが、光の場合はこの逆で、色を混ぜれば混ぜるほど白色になっていきます。
美術などでは光の三原色で「赤・青・緑」が挙げらます。これらの色を全て混ぜると光は白色になります。
光の反射 凹凸のない平面の鏡に当たった光は同じ角度で反射する
光の性質で2番目に重要なものは光の反射です。
凹凸のないことが条件になりますが、平面の鏡に当たった光は当たった角度と同じ角度で反射するという「光の反射の法則」です。
鏡に光が当たる角度を入射角、光が鏡から反射する角を反射角といいます。
入射角と反射角が鏡に対して上側か下側かで迷う方がいると思いますが、鏡に対して垂直に引いた線と、光が作る角が入射角と反射角になります。
とにかく上側の角と覚えておけばいいと思います。
作図などでは鏡に映ったりんごがどのように見えているかという作図が代表になります。
作図の方法は文章だけでは説明しづらいのですが、上の例では鏡を直線として見た時に線対称になる場所にりんごが見えているように錯覚します。
鏡の反対側にりんごを書き、それを見ているように鏡に向かって直線を書いて、鏡からりんごに向かって直線を書けば作図は終了です。
今の学校ではどの程度作図を求められるか私は知りませんが、コンパスと定規があれば簡単に作図ができます。
この光の反射を応用したのがインターネット回線にも使われている光ファイバーです。昔はインターネット回線にも電話回線が利用されていたので、今とは比べ物にならないほどインターネットの利用は不快だったのですが、この光回線が普及した今は情報の移動より情報の読み込みに時間がかかっているだけになっています。
15年ほど前だと、こういったウェブサイトのページの読み込みに数分かかっていたので、技術の進歩が伺えますね。
光の屈折 空気＞水の屈折角になって光の進行方向が変わる
光が空気中からレンズ・水中を通るときなど、周りの環境が変わるタイミングで光の進行方向が変わります。これを光の屈折といい、光が屈折する角度を屈折角といいます。
お椀の底に10円玉を入れて、斜め上から見ても見えない角度であっても、お椀に水を入れると10円玉が浮き出てくるように見えるのはこの光の屈折が関係しています。
ちなみに光の屈折にも法則があり、これを「スネルの法則」と呼ぶのですが、私は物理は専門外なので、説明を見ても分かりませんでした。興味のある方はウィキペディアのリンクをつけときますので、一度ご覧ください。
中学レベルであれば、光が水中に斜めから入った場合には、空気中＞水中の角度になります。そのせいで、上のお椀に水を入れたら10円玉が浮き出て見えるのですが、光が水中に入ると、通常直進する方向より下側に光が進んでいきます。
屈折角がどちらか迷う方も多いと思いますが、これも水面などを直線と見た時に、それと垂直になる線を引きます。その直線と光の間が入射角と屈折角になるのです。
つまり、屈折角は反射角と違って、下側の角になると覚えておけば大丈夫です。
凸レンズを通した光の進み方
遠視用や老眼用メガネの原理になっている凸レンズを通った光の進み方も説明しておきます。
中学の理科で覚えておく単語は焦点と焦点距離です。
焦点は凸レンズを通った光が集まる点で、レンズの中心を通り、レンズ面に対して垂直な線（横線）を必ず通ります。また、レンズの中心からこの焦点までの距離を焦点距離といいます。
凸レンズで基本となるのは、焦点距離の２倍の位置に物体を置いた場合、レンズの中心から見て点対象になる位置に物体の像が見えるようになります。
言葉だけだと分かりにくいと思いますが、反対側に逆さまになった像が映るというのが基本になります。
作図では１本目の直線を物体の頂点からレンズの中心に向かって引き、２本目の直線を物体の頂点からレンズに対して平行に引き、レンズに当たったところで焦点に向かうように引けば像がどこに映るか分かるようになります。
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