屈折光の延長から水中の物体が浅く見える理由を説明しよう

このレッスンの役割

「屈折の規則性と見え方」セクションの第5段階です。前のレッスンまでに、水から空気へ出る光は法線から離れることを学びました。今回はその光を目まで追い、水中の物体が実際より浅い位置に見える理由を説明します。

今日の到達点は、空気中の屈折光を水中へ破線で延長し、その交点を見かけの位置として求めることです。実物の位置と見かけの位置を区別します。

知る・理解する

水中の物体の一点から出た二本の光を考えます。光は水面で水から空気へ進むので、法線から離れる向きに屈折し、目へ届きます。目は届いた光を途中で曲がったとは感じず、空気中の光がそのまま直進してきたと判断します。

そこで、目へ届く二本の屈折光を水中へ逆向きに破線で延長します。延長線は実物より水面に近い位置で交わります。その交点が見かけの位置であり、水中の物体が浅く見える理由です。

破線は実際の光路ではありません。実際の光は物体から水面へ進み、そこで屈折して目へ届きます。破線は、目が「この方向から直進してきた」と判断する見かけの道筋です。

具体例で使う

プールの底を斜め上から見ると浅く感じるため、見た深さだけで飛び込むと危険です。また、水中の魚を上からねらう場合、魚は実際より浅い位置に見えます。光の道筋を考えるなら、見える位置より深いところに実物がいます。

空気中から水底を見る場合と逆に、水中から空気中の物体を見る場合は、どちらからどちらへ光が進むかが変わります。暗記した「浅く見える」だけを全問題へ当てはめず、物体→境界→目の順に矢印を描きます。

誤答を直して次の学びへつなげる

「水を入れると硬貨が上へ移動する」は、実際の位置と見かけの位置を混ぜています。硬貨は動かず、目へ届く光路が変わります。また、見かけの位置から実際に光が出るのではありません。破線と実線を使い分けます。

次は、初めて見る透明物質や複数の図で、光の進む順序を確かめ、屈折光と見かけの位置を自力で判断します。

自分で確かめよう

クイズと理解チェックは、アプリで挑戦できます。