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    虫眼鏡に使われている!凸レンズの性質

    みなさんは凸レンズを知っていますか。凸レンズは虫眼鏡やルーペなどに使われています。しかし、凸レンズを勉強すると、実像や虚像の特徴が分かりにくいですね。今回は凸レンズ、実像や虚像の特徴を学びましょう。

    凸レンズの性質

    虫眼鏡のように、中心が膨らんでいるレンズを凸レンズといい、光を一箇所に集めることができます。

    虫眼鏡で太陽の光を一箇所に集めて紙に当てると、紙が焦げます。

    光が一箇所に集まることを焦点と呼び、レンズの中心との距離を焦点距離といいます。

    図のように、太陽から出た光は平行に進み、平行光線は凸レンズを通ると屈折し、一点に集まります。

    屈折とは光や音などがある物体からある物体に進むとき、その境界面で進行方向を変えることです。

    凸レンズの実像と虚像

    虫眼鏡で物体を見ると拡大されて見えますね。これを虚像といいます。その後、虫眼鏡を物体から遠ざけていくと、ある時点からぼやけていき、何も映らなくなります。さらに物体から遠ざけていくと、物体が逆さ、上下反対に映ります。これを実像といいます。

    虚像の解説

    見たい物体が焦点より内側(レンズに近い方)にある場合、物体の先端から出た(反射した)光のうち、光軸に平行な光は焦点を通り、レンズの中心を通り抜けた光はそのまま進みます。

    レンズの反対側から見ている目は、光がレンズで屈折していることに気づきません。

    よって、虫眼鏡で物体が拡大されて見える像を虚像です。

    不透明なコップに百円玉を入れます。最初は何も見えませんが、水を注いでいくと百円玉が見えてきます。これも虚像を利用しています。試してみましょう。

    実像の解説

    物体を焦点においたとき、平行光線は焦点を通り、レンズの中心をまっすぐ通ります。これにより、物体の先端から出た光はレンズを通り過ぎた後すべての光が平行に進み、ぼやけてしまいます。

    図のように、スクリーンを立てると、そこで乱反射し、緑色の矢印が反対になって(倒立)映ります。これを実像といいます。

    物体表面の凸凹が光の波長と同程度かそれ以上の場合に乱反射が発生します。
    焦点距離の2倍の位置に物体を置くと、もともとと同じ大きさの実像ができます。
    焦点<物体<焦点距離の2倍に物体をおいたとき、元の大きさより大きい実像ができます。

    凸レンズで実像ができることを応用した道具がカメラです。また、カメラと同じ仕組みで網膜に映して物体を見ているのが人間の目です。

    映画館のスクリーンも実像を利用しています。

    学ぶ方法

    • 実験のレポートを丁寧に作成する
    • 授業中、黒板に書かれている図を丁寧にノートに書き、その後見易いようにまとめておく。
    • 問題集を何度も解く。

    おわりに

    この記事を参考にして、虚像と実像の違いを理解しましょう。

    (photo by 足成)

    (photo by 著者)

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