虹色実験　水玉・プリズム・屈折

虹色実験トップ

シャボン玉・膜・干渉

その他（偏光の干渉、回折）

このページでは、草の露などの水滴（水玉）や水槽、ガラスの食器、水晶など光が透明な物体に入ったときに別れる性質（屈折）を使った実験をまとめました。 　なお、こういう現象を撮るカメラとしては、やはり一眼レフカメラとマクロレンズがあるのが便利です。しかし多くのコンパクトデジカメのマクロモードでも十分撮れると思います。なるべくアンダー気味に撮ることで虹色が強調される場合が多いでしょう。オートの場合にはより明るいところで調整して撮るというのも一法です。また、虹玉を撮るときには、絞りは解放に近い方がきれいにぼけてくれるでしょう。 　まず、空に架かる虹が水玉でできることの簡単な実験です。水玉の代わりに、丸いペットボトルを使います。水が球でないので円い虹はできないのですが、懐中電灯から出た光の方向と42度の離れた位置の白い壁に短い虹を映すことができます。虹と同じように、赤黄緑青の色が見えます。また、青の近くは薄く白い光が広がり、赤の近くは急激に暗くなりアレキサンダーの暗帯も再現できています。なお、この実験はNHK　Eテレで放送されたMIT白熱教室「完璧な虹を見る方法」（2013年2月2日16:00-16:56）を参考にさせて頂きました。 　水槽に水を入れると、角の部分がプリズムになり、光が七色に分かれます。光が通るところ以外はなるべく暗くし、虹色の部分は、カラープリンターの光沢紙に映してみました。これを写真に撮ります。このとき、少しアンダーにし、さらに写真のコントラストをパソコンで調整しました。 　水槽の代わりに水晶でやってみました。青と赤が混じるとピンクになり、よりカラフルな色の帯ができました。 　こんどは、カットグラスでやってみました。カットグラスはまさにプリズムの塊のようなものです。アヤメ模様の影と虹をあわせると、非常にきれいな模様ができました。空にできる環天頂アークの人工版という感じです。 　朝、草を見ると、自ら出した水や霧が付着して、葉の先に水の玉を付けています。太陽の光を受けてきらきらと輝いているので気付きます。しかしさらによく見ると、赤や青に光っている輝点があることが分かります。じつはこれは光が水玉に入ってまた出てくるときに屈折して起こっています。空の虹は非常に多くの雨の水玉それぞれの輝点が集まったものです。 　この輝点をカメラでぼかして撮ると、光学的な原理によって、色が分かれて見えます。これを虹玉と呼んでいます。葉先の水玉は、完全な球ではないので、太陽の向き、カメラの向き、絞りやぼかし方などでいろいろと違って捉えられ楽しいものです。 　 　 　 　 　水玉は人工的にも作ることができます。簡単なのは、なるべく水をはじく物質や防水スプレーをかけた布などに、霧吹きで水をそっとかけてみることです。葉先の水玉と同じようにしかも一度に多くの虹玉を撮ることができます。 　水玉ではないですが、似たものにモウセンゴケの液滴があります。これは粘っこく虫を捕まえるのですが、同じように虹玉ができます。モウセンゴケは作りやすく、この液滴は乾かないので安心して虹を追いかけられます。捕まった虫の翅も輝いていました。 　植物関連では最近デパートなんかで売られるようになったバラフという野菜があります。これはハマミズナ科メセンブリアンテマ属 Mesembryanthemum crystallinum という植物で、通常の植物が育たない塩分の多いところに育つ植物です。葉にブラダー細胞という透明な細胞を作りそこに塩を排出するそうです。ですから、サラダにして食べるとそのままでも少し塩辛い味です。そのブラダー細胞が水玉と同じように虹玉を作り出しました。 　水玉以外にも同じように楽しめます。これは道を歩いていてビックリしたものです。なんと、道路上に虹の弧が見えたのです。歩くと虹も付いてきます。道路の白いラインは、アスファルトの上に盛り上がって引かれています。これは単に白いペンキというのではなく、夜道でも車のライトが良く反射するように直径0.1〜0.5mmのガラスビーズが混ぜられています。そのビーズだけがなぜか大量にこぼれていたのです。 そこで、これをかき集めて、黒い布の上にばらまき、太陽の光を当てて写真を撮ってみました。虹は再現されました。しかし、そこにピントを合わせて撮ってもはっきり虹の弧は写らなかったのですが、ぼかして撮るときれいな虹の弧になりました。本物の虹と違い、ガラスの屈折でできる虹は、屈折率が大きいので虹の直径も42度よりずっと小さくなります。 　ビーズ一つ一つの虹玉も撮ってみました。水玉と違って形がいびつなために虹玉も様々です。 　次は窓などに使われている目隠しガラス板。 　次にガラス食器。ガラス食器はいろんな模様が付けられています。それぞれ微妙に形が違うので、非常に楽しい結果になりました。下写真の上の食器の外側には、まさにピラミッド型のプリズムがちりばめられていました。 　ワイングラスのカットグラスの底の部分の輝きをカメラで捉えると複雑な虹玉になりました。 　プリズムの集合体というのは実は日常的に使われています。それは来た方向に光を返すという性質があるからです。そのために、道路標識や自転車の反射板などに使われているのです。ここでは自転車の反射板を使って虹玉的に撮ってみました。カメラと同じ側に蛍光灯がある場合や光を透過させる場合でも虹色模様が異なります。またカメラの設定でもいろんな模様になります。 　 　クモの巣の糸もじつはきれいな光の模様を作ります。それを同じようにカメラで捉えるとまた神秘的な模様になりました。いうなればガラス棒のような棒状のレンズなのでしょうが、そこに微妙な太さの波ができてこのような横縞模様になるのでしょうか。 　 　 　そこで、透明なテグス糸で実験してみました。棒状レンズとしてのテストです。やはりクモの巣のような繊細な模様はできませんでした。微妙な太さの波が必要なのでしょう。 　もっともっと太い棒状レンズは水道水でも簡単に作れます。白色LEDライトで実験したのであまりきれいではありませんが、白色は青色LEDと蛍光剤で作られているので、青色が強く出ました。 　キク科やイネ科の綿毛でも虹色に見えます。ただこれが屈折によるのか干渉によるのかはよく分かりません。とりあえずクモの糸と同じような棒状レンズによる屈折としておきます。 　カタツムリやナメクジが這うと、跡に膜が残ります。この膜は干渉虹模様を作りますが、エッジの部分はプリズムになって虹玉もできるようです。この膜は非常に弱いので這った翌日ぐらいまでしかちゃんと残らないようです。ぼけ具合を変えて撮ってみました。 　 　赤とんぼの翅も同じような輝きを見せてくれます。屈折と干渉が混じっているかもしれません。 　同じ昆虫でも、マダラチョウ科の蛹は輝くことで知られています。これは薄い膜が何層にもなってその干渉によるものですが、不連続点があるようで、そこでは虹色に強く輝きます。冬ですが、アサギマダラの幼虫を飼っていてこれが蛹になりました。アサギマダラにはパッチ状に輝くところがありますが、これをぼかして撮ると、水玉と同じように、きれいな虹玉になりました。 　アメンボや木の葉が水面に浮いていると、その影が水底に映ります。しかし単に暗い影だけではなく明るい筋で面白い模様ができます。これは水の表面張力で水面が曲面になり屈折によって光が曲げられて（レンズ効果）いるからです。そこで実際に水面に花や葉を浮かべて実験してみました。するときれいな模様ができただけでなく、その縁取りは薄いですが青や赤で彩られていました。屈折の程度が光の波長で異なるためでしょう。

虹色実験のページへ戻る トップページへ戻る