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代々木ゼミナールで物理の講師をしています。

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赤外線を「見る」

 可視光の波長範囲はもう覚えたよね・・・
(まだの人は今覚えて!!理系の常識ですゾ)

そう紫から赤まで

約3.8×10^(−7)〜7.7×10^(−7)m

紫より短い光を紫外線、赤より長い光を赤外線といい、我々の目には見えません。

赤外線は、私たちの生活の中であるものに使われています。
それは、テレビなどのリモコン。
リモコン先端のビーズみたいなランプから赤外線が出てくるらしいのです。




では、みなさんもお手持ちのリモコンをボタンを押しつつ、直接目でランプを見てください。
・・・・・何も見えないはずですよね。(見えたら怖いです「ガラガラヘビ君」です)

それでは次に、デジカメもしくは携帯のデジカメモードを用意して下さい。
それで同じようにランプを撮影してみると・・・・・


あれ!ランプが光って見える??


これはデジカメが「見える」波長領域が赤外線まではみ出してカバーしているためなんですね。

さて、この赤外線は、可視光同様、電磁波という波の一種ですから、反射、屈折、回折、干渉
するはずですね。
そこで、MY回折格子にリモコンを通して見ると・・・


ちゃんと干渉縞が出来ている!(もちろん、これは肉眼では見えませんよ)
目には見えなくても立派な電磁波として、干渉するんですね。
皆さんも、リモコンの赤外線を、鏡で反射、レンズで屈折させてみよう。


この世界はまだまだ我々の見えない光に満ち溢れているのですね。

ちなみに iphone では見えないようです。








 


ウーロン茶の泡

 授業では、なかなか皆さんウーロン茶を持ち合わせてはいないので、ブログ上で実験しましょう。

シャボン玉が虹色に見える本質は、その膜の「薄さ」にあるということを扱いました。
ならば、シャボン玉でなくとも、「薄い」膜を作れるものなら、何でもレインボーになるのですね。
皆さんも身の回りの物で探してみてください。

さて、普通の水の泡は、「ぶ厚い」ので虹色には見えません。しかし、実はウーロン茶だと・・・・



何とレインボーに光っています。
これは、ウーロン茶に含まれる成分によって、「薄い」膜を作ることが出来るからですね。
みなさんもウーロン茶を飲む機会がありましたらよーく見て下さい。意外と「ケバケバしい」ですよ。


ニュートンリング

 干渉でニュートンリングというものをやりました。
レンズの隙間にできる同心円状の縞模様です。
自分で撮った写真をアップしますね。
レンズとレンズの隙間に薄ーくリングが見えますか。


ガラスどうしを密着させた隙間にもニュートンリングと同様の縞模様が出来ました。


レインボーなのはどうして?
そう、光源が白色光だからですね。中心の黒い部分の周りに並ぶ色の順も理解できますか?

いまは、反射光を見ていました。中心は黒でしたね。
今度は、蛍光灯を透かして見て、透過光を見てみます。



すると、今度は中心は白い部分が出来ました。

そう、これは、固定端型反射の数が変わり干渉条件が逆転したため明暗が入れ替わったからですね。ハイレベル物理P169、標準物理P164で扱いました。

そういえば以前、写真をカラーコピーしたときに人物の周りにオーラのようなレインボーのリングが写ってしまいました。何度やっても「オーラ」が出るのでとっても不思議でした。
しかし今思うとそれは、写真とコピー機のガラス面の間に出来た薄いすきまが、ニュートンリングを作っていただけのことだったのですね・・・

 


教室での実験

 わたくしは授業で実験をして見せることがあります。

 ただし、特にサテラインの授業では映像でのみ受講されている方がいらっしゃることから、実験の様子が上手く映っていないこともあるのではと思います。

 そこで、サテライン受講の生徒さんの為に、教室で使用した回折格子で、実際に実験してみるとこんな映像になります。(これで教室にいる生徒さんが見ていたものと同じものになります)




中央の白い点が0次の明点。
その上の(明るく白みがかった)虹の帯が1次のスペクトル。
その上の(青から赤までの)虹の帯が2次のスペクトル。
そして、その上の(細くて暗く青から緑まで見える)虹が3次のスペクトルとなります。

これで、教室にいた生徒さんと同じものが実験できました。

ご確認いただけましたでしょうか。



P.S.
ハイレベル物理7回目の例題4の最後に
「白色光を回折格子に当てた時に生じるスペクトル(虹色の光の帯)について、隣り合うスペクトル同士が重なるのは何次と何次か」という設問がありました。
問題文だけでは状況が把握しづらいですね、
ここで、よく見ると2次のスペクトルの上端の太い赤と、3次のスペクトルの下端の細い青が重なっています。
これがまさに、「スペクトルが重なる」ということなのですね。
ちなみに、この回折格子には「碁盤の目」のように筋が入っていることがお分かりですか?
上下左右放射状にスペクトルが見えますから。


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