« 2017年12月 | トップページ | 2018年2月 »

2018年1月31日 (水)

皆既月食2018/1/31 赤銅色に染まる月をコンパクトデジカメで撮りました~

2018年1月31日は皆既月食でした。
21時ごろ部分食が始まり、
22時ごろ皆既食になり、
23時ごろまで皆既食。←1時間も皆既食が続く~
24時ごろ部分食終わり~ という3時間にも及ぶ天体ショーが見られる!
冬の寒空の下ですが、冬だから雨や曇り予報じゃないし、これは「赤銅色に染まる月」を見られるじゃないですか~(^o^)
よし!皆既月食の赤い月を撮るゾ!と、街灯の少ない近くの公園へコンパクトデジカメ持って…
Lunareclipse1801312154
皆既月食の赤い月が撮れたよ~(^o^)v
私は天体望遠鏡とか一眼レフカメラとかは持ってませんから、コンパクトデジカメで撮ります。コンパクトデジカメでもこのくらいには撮れます。
皆既月食2014…コンパクトデジカメで撮影したときは手持ちで撮ってましたが、今回は三脚使いましたので、ちょっと大きな画像で載せられます。でも、良く撮れた画像は少ないので、あとは小さな画像で並べておきます(^^;
Le1801312154 Le1801312204 Le1801312215 Le1801312308 Le1801312318
今回の皆既月食は22時ごろだったので、月は高く昇っています。
カメラの広角側で公園と月を撮ると…↓
皆既月食を撮りに公園へ1801312219
月、小さい(^^;
なので、コンパクトデジカメ CASIO EXILIM EX-ZR70 の光学ズーム10倍に、デジタルズーム4倍もかけると、最初は点だった月が画面いっぱいに拡大できるので、セルフタイマー2秒をセットしてシャッターボタンを押すと、カメラが撮影状況を適切に判断して「HSナイトショット」で カシャシャシャシャ…と高速連写して画像合成してくれます。←この機能がなかなかに優れものなので CASIO EXILIM を愛用してます。あ、2014年に皆既月食を撮ったときは EX-ZR20 だった。今は EX-ZR70 へ、アップグレードしてる~(^o^)

皆既月食を撮るなら、街灯の少ない広い公園がいいよね~ ということで、自宅の近くの府中郷土の森公園へ。
Le1801312314
他にも皆既月食を撮りに来てる人いないかな?
そんなもの好きは…いなかった(^^;

私が皆既月食を撮るのは、神秘的な美しい月を撮りたいからではなく、
皆既月食をきっかけに科学を伝えたいからです(^_^)
↓関連記事もご覧ください。
2014/10/09 皆既月食の月はなぜ赤い?
2014/10/18 皆既月食の本影と半影…太陽・地球・月のスケール感
2013/10/02 地球と月の距離と大きさのスケール感
2013/09/10 十五夜なので… アポロが月に置いてきた物に想いを馳せる
2015/4/4は皆既月食…赤い月が見られる~!

※CASIO EXILIM HSナイトショットで撮った記事
2012/05/21 金環日食をコンパクトデジカメ+日食グラスで撮った~
2014/10/08 皆既月食2014…コンパクトデジカメで撮影
2015/09027 コンパクトデジカメで月を撮る

2018年1月24日 (水)

モアレ(moire)…干渉縞を楽しむ

Moire1bs Moire1as
等間隔に並んだ平行線を透明なフィルムに印刷して、2枚重ねて、ちょっとずらす(片方を傾ける)と・・・あ~ら不思議!別の縞々模様が現れます。これがモアレ(moire)です。
ずらす傾きを変えると、モアレ(縞々模様)の幅も変わります。

Moire2as Moire2bs
等間隔に並んだ同心円を透明なフィルムに印刷して、2枚重ねて、ちょっとずらすと・・・こんなモアレが現れます。
ずらす幅を変えると、モアレ(縞々模様)がダイナミックに変化します。

Moire3bs Moire3as
パンチングボードを2枚重ねて、ちょっとずらす(片方を傾ける)と・・・6角形のモアレが現れます。
ずらす傾きを変えると、6角形のモアレの大きさが変わります。

上のモアレ画像をクリックすると、もう少し大きな画像が見られます。モアレ模様を鑑賞してください。でもね、静止画じゃモアレの本当の面白さを楽しめません。2枚のフィルムを自分でずらしてみて、ダイナミックに変化するモアレ模様を見ると・・・お~!すごい~!おもしろい~(^o^)
透明なフィルム(OHPフィルム)に平行線,同心円,パンチングボードを印刷して、モアレを楽しんでください。

用意するもの
OHPフィルム:使用するプリンタがインクジェットプリンタなら「インクジェットプリンタ用 OHPフィルム」…A4 10枚で約\1,000でした。1枚、約\100です。ちょっと高い(^^;

私がOHPを最後に使ったのは何(十)年前でしょうか…今やPCとプロジェクターの時代ですからね~。OHPフィルムなんてまだ売ってるかな~?と心配しながら、ヨドバシカメラに行ったら、ありました(^_^) OHPはなくなっても、透明なフィルムに印刷したいという需要はあるでしょうから、心配しなくても大丈夫だったのかな?

OHPフィルムは1枚\100なので、3つのパターンを印刷すると\300になってしまいます。これでは、単価が高すぎるので、科学体験イベントで子供たちに持ち帰らせる場合は、A4に印刷したのを半分にカットして使いましょう。さらに半分、1/4にカットしても平行線とパンチングボートは全然問題ないな~。同心円はバームクーヘン1/4状態になってしまうので、ちょっと改善の余地ありです(^^;

ちょっと厚めのA4用紙:OHPフィルムが(紙に比べて)ちょっと高いので…2枚ともOHPフィルムに印刷する必要はないので(上に重ねる方だけ透明なフィルムであればよい)…片方は紙に印刷します。普通紙だと、ふにゃふにゃなので、ちょっと厚めの紙に印刷します。(普通紙でもかまいません。)

OHPフィルムに印刷する
OHPフィルムに平行線,同心円,パンチングボードのパターンを印刷します。
下の画像をクリックすると、PDFが開きますので、それをOHPフィルムに印刷してください。
Moire1p Moire2p Moire3p

Pdf 同心円4つ版も用意しました。4つにカットすると4人分になります。)

このPDFをOHPフィルムに印刷するときは、プリンタのプロパティの設定が必要です。
※以下は、WindowsXPでCanonのプリンタでの例ですが、参考までに…

・PDFの[印刷]ツールボタンをクリックします。→[印刷]ダイアログボックスが開きます。
・[プロパティ]ボタンをクリックします。→[プロパティ]ダイアログボックスが開きます。
・[用紙の種類]には、[プロフォトペーパー]を選択します。
 ※使用するOHPフィルムの使用方法の説明に合わせてください。
・[印刷品質]には、[きれい]を選択します。
 ※これも使用するOHPフィルムの使用方法の説明に合わせてください。
・[OK]ボタンをクリックします。→[プロパティ]ダイアログボックスが閉じ、[印刷]ダイアログボックスに戻ります。
・PDFの[印刷]ダイアログボックスで[OK]ボタンをクリックします。→印刷が開始されます。

紙に印刷する
上の各パターンは、1枚はOHPフィルムに、もう一枚は紙に印刷します。
プリンタのプロパティの設定は…
・ちょっと厚めの紙に印刷するなら、[用紙の種類]は[高品位専用紙]あたり、[印刷品質]は[きれい]を選択します。
・普通紙に印刷するなら、[用紙の種類]は[普通紙]、[印刷品質]は[きれい]を選択します。
※[印刷品質]を[標準]とか[早い]とかにすると、1mm間隔で並んでいる直線や円が等間隔で印刷されないことがあります。

モアレを観察する
OHPフィルムと紙に印刷したら、それらを重ねてモアレを観察してみましょう。
フィルムを自分でずらしてみて、ダイナミックに変化するモアレ模様が・・・お~!すごい~!おもしろい~でしょ(^o^)

干渉縞(かんしょうじま)
モアレとは、Wikipediaによりますと…『干渉縞(かんしょうじま)ともいい、規則正しい繰り返し模様を複数重ね合わせた時に、それらの周期のずれにより視覚的に発生する縞模様のことである。』
平行線を傾けて重ねるとモアレが発生しましたが、傾けなくてもモアレ(干渉縞)が発生することがあります。
上記のWikipediaの説明にあるように「周期のずれにより」モアレ(干渉縞)が発生しますから、周期をずらす=平行線の間隔を変えればいいんです。
Moire1ct
平行線のPDFを95%縮小して紙に印刷して、OHPフィルムを重ねたら↑こうなりました。この縞々が干渉縞です。縮小率を色々変えてみると、干渉縞の間隔も変わります。
その後、色々やっていたら、縮小印刷しなくても、このタイプの干渉縞を簡単に見られることが分かりました。OHPフィルムを紙から離して見ればいいんです。目からOHPフィルムまでの距離と、目から紙までの距離が違うので、遠くにある紙の平行線の間隔がOHPフィルムの平行線の間隔より狭く見えるので、干渉縞が発生するんです。

TAMA300
規則正しい繰り返し模様ををちょっとずらすだけでモアレ(干渉縞)が発生します。つまり規則正しい繰り返し模様がずれているか/ずれていないか?は、モアレ(干渉縞)があるか/ないかで判断できます。これは、モアレ(干渉縞)の非常に重要な応用方法なんです。
モアレ(干渉縞)を使って、スケールの大きな(そして非常に精密な)観測をしているのが、TAMA300です。TAMA300とは、国立天文台三鷹キャンパス内の地下にある基線長300mの干渉計型重力波アンテナです。「なんだそれは?」と興味を持った方は、リンクをクリックして、ちょっと小難しい説明を読んでみてください(^^;
※私が住んでる府中から国立天文台三鷹キャンパスは、まぁ近いし、年に一回、国立天文台三鷹キャンパスの一般公開がありますので、その時、TAMA300の地下に潜って300mのトンネルの中にある干渉計型重力波アンテナの装置を見ることができます。ポイントは、これが干渉を使っているということ。一般公開を見に行くなら、何の予備知識もなく行くより、モアレ(干渉縞)のことを知っていて行く方が、一般公開を楽しめますよ(^_^)v

※重力波の検出にはと~っても高い観測精度が必要で、300mのトンネルを3Kmにすれば観測精度が1桁上がるゾ!ってんで、岐阜県飛騨市神岡町の地下に建設が進んでいるのが大型低温重力波望遠鏡が「かぐら(KAGRA)」です。
あ~!KAGRAのページのトップに「アインシュタインからの最後の宿題」って出てますよ。
ん~科学のロマンですね~(^o^)
重力波を観測できたらノーベル賞もんですよ~。みんなで応援しましょうね(^o^)/~
↑と、昔書いていたのですが、LIGOがノーベル賞とっちゃいましたね。

二重スリットによる波の干渉
Moire2c
同心円のパターンを半分に切って、半円の中心を僅かにずらしてモアレ(干渉縞)を発生させると、これ「二重スリットによる波の干渉」の説明に使えますよ(^^)v

液晶ディスプレイによるモアレ
同心円のPDFを開いて、PDFの[ズームアウト]ボタンを押して、表示を25%ぐらいまで縮小してみましょう。100%ではちゃんと同心円が表示されていたのに、25%ぐらいまで縮小すると、こんな模様になってしまいます。この模様もモアレです。
Moire2m
液晶ディスプレイが細かな「画素」の集まりでできているってことは知ってますか?液晶ディスプレイの表面を虫眼鏡で拡大して見ると、縦横に「規則正しく」画素が並んでいるのが分かります。 同心円を縮小していくと、線と線の間隔が、液晶ディスプレイの画素の間隔程度まで狭くなり、「規則正しい繰り返し模様の周期のずれ」で、モアレが発生するんです。

パンチングボードによるモアレ
Moire3ct
パンチングボードとはアルミ板や塩ビ板に規則的な並びで穴を開けた板です。パンチングボード2枚でモアレが発生します。先ほど引用したWikipediaのモアレのページの「図2」もパンチングボードによるモアレの例です。
このモアレを実際に見てみたい~!と思って、東急ハンズでパンチングボードを買ってきました。(20cm×30cm φ3mmの穴が5mm間隔で並んでいるアルミのパンチングボードが、2枚で約3千円。高い~(^^;) 2枚のパンチングボードを数cmの間隔を開けて並べて見ると… モアレが見えました~(^o^)
モアレが発生する理由は…目から手前のパンチングボードまでの距離と、奥にあるパンチングボードまでの距離が違うので、手前にあるパンチングボードの穴の間隔より、遠くにあるパンチングボードの穴の間隔の方が狭く見えるので、「規則正しい繰り返し模様の周期のずれ」で干渉縞が発生するんです。
さて、これをみんなに見せて、お持ち帰りさせたい。でも3千円は論外だ~
そうだ、平行線や同心円と同じように、パンチングボードのパターンもOHPフィルムに印刷すればいいじゃないか~(これなら百円以下です(^_^)
…で、作ったのが、パンチングボードのPDF。皆様、ご活用ください(^_^)v

多摩六都科学館でも、このパンチングボードによるモアレを見たことがあります。展示品ではなくて、展示室と展示室の間の通路の壁が二重のパンチングボードになっていて、モアレが見えたんです。(数年前の話ですけど…今もあるかな~?)
Moire00
ありました。多摩六都科学館のモアレの壁です。ただの通路じゃなくて、ちゃんと展示品でした。(2012年6月)

パターンを作るには…
「モアレ」で検索すると、ここで紹介した以外の色々なモアレが出てきます。それを自分で作るには…?
例えば、平行線のパターンをどうやって作ったと思います? 平行線は1mm間隔にしましたから(A4の用紙:210×297mmに)、200本の線が描かれています。
200本の平行線を描くには~ロットリング製図ペンと定規で~夜な夜な家族が寝静まってから精神統一して~無の境地で~平行線を延々と描き続けるんですが… 一本描き損じると、また最初から_| ̄|○ な~んてことは、してません(^^;;
「規則正しい繰り返し模様」を描くならパソコンでCAD(キャド)ソフトを使って描きます。
Wordで描くのは… 平行線なら描けるかも?ですが、同心円とパンチングボードのパターンは難しいだろな~
CADは、フリーソフトのJw_cadを使ってます。CADソフトを使うには、ある程度のスキルが必要ですが、Jw_cadは多数の使い方情報がネット上にありますから、自分で描いてみよう!と思われた方は、がんばってください(^_^)
ちなみに、正多面体ペーパークラフトの展開図や、万華鏡の仕組み(合わせ鏡)の図などは、Jw_cadを使って描いています。

※この記事の作成日は 2010/06/27
~.dion.ne.jp/~kagaku というサイトに載せていましたが、ホームページサービス(dion.ne.jp)が利用者減少のため2017/10/31で終了したので、ホームページのコンテンツをブログに移しました。

NHK Eテレ サイエンスZERO 「“点と線”で世界をとらえる アイデア勝負 3次元認識」で、モアレじまの実験が出てきたのを見て…
Zero_moire
あ~ モアレの記事を復活させなきゃ!と、復活(^^;

※関連記事
2012/06/09 多摩六都科学館の「モアレ」
2013/04/24 パンチングボードのモアレ
2012/05/06 「光子の逆説」日経サイエンス 2012年3月号

2018年1月14日 (日)

セロテープと偏光板のステンドグラス

2枚の偏光板の間に、プラ板にセロテープをベタベタ貼ったものを差し込むと…
Polarized05 Polarized06 Polarized07 Polarized08
あ~ら不思議!色が付いて見えるんです。ステンドグラスみたいでしょ。しかも、偏光板を回すと色が変わるんです~(^o^)



偏光板とは…(難しい話はおいといて)下の写真のような、やや薄暗い、でも光を透過する(通す)プラスチックの板です。偏光板を2枚重て、1枚の偏光板を90°回転させると、光を透過する(通す)向きと、光を遮断する(通さない)向きがあります。
Polarized02 Polarized01

用意するもの
偏光板:まずは、偏光板を買って来る必要がありますね。東京近辺にお住まいの方なら、東急ハンズで購入することができます。25cm角のものが900円ぐらいでした。これを縦横4等分(16個に分割)して、6.25cm角の正方形に切り分けます。一人=一セットで2枚の偏光板を使いますので、これで8人分=8セットです。個人でやってみようという方は、これでは余分なので、東急ハンズには12.5cm角で250円ぐらいの偏光板もありましたから、こちらをどうぞ。
プラ板:田宮のプラ板(B4サイズ 0.4mm厚、東急ハンズや、模型屋さんなどにあります)を使ってますが、透明で薄いプラスチックの板ならなんでもかまいません。
カッター定規:偏光板とプラ板を切るのに使います。
セロテープ

作り方
偏光板をカッターと定規を使って切り分けます。25cm角の偏光板なら、縦横4等分(16個に分割)して、6.25cm角に。12.5cm角の偏光板なら、縦横2等分(4個に分割)して、6.25cm角に。
※6.25cm角というのは測りにくい長さなので、25cm角の偏光板なら、5cmで縦横5等分(25個に分割)の方が切りがいいような気もしますが、5cm角では面積的に小さくて、作品がちんまりしてしまいます。6.25cm角≒39cm平方、5cm角=25cm平方なので、面積的には約1.6倍も違います。6.25cm角がお薦めです(^^)
偏光板はハサミでも切れますが、カッターが使えるなら、カッターと定規を使って真っ直ぐキレイに切りましょう。
プラ板をカッターと定規を使って偏光板と同じ大きさに切ります。
※偏光板を6.25cm角にしたので、プラ板を切るとき6.25cmを測るのが面倒です。そこで…先に紙に6.25cm角の線を描いておき、この紙の上に(透明な)プラ板を置いて切ると、6.25cmという半端な長さを測る手間が省けます。カッターは普通の力で、プラ板に傷を付けて、下の紙まで切らないようにします。カッターで傷つけたプラ板は、折り曲げれば簡単に切り分けられます。6.25cm角の線を描いたPDFをこちらに用意しました。印刷してお使い下さい。このPDFはA4です。田宮のプラ板(B4サイズ)はA4より大きいですから、2枚印刷して貼り合わせてお使い下さい。
※個人でやる場合、田宮のプラ板を買ってきたら余ってしまいますから、透明で薄いプラスチックの板ならなんでもかまいません。コンビニ弁当の透明なフタを使ってもいいですよ。
あとはプラ板にセロテープをベタベタと貼って、偏光板の間に挟んで、どんな色が見えるかな~

試してみよう
セロテープをちょっと貼ったぐらいではキレイな色が出ません。ベタベタといっぱい貼るとキレイな色が出てきます。どのくらいセロテープを貼ったら、どんな色が出るのでしょう?
Polarized09 Polarized10
この写真は、プラ板の左上隅から右下隅に向かって、セロテープを1枚、2枚、3枚、4枚、5枚、6枚と重ねて貼ったものです。セロテープを重ねる枚数によって色が違います。また、2枚の写真は、セロテープを貼ったプラ板は同じもので、上の偏光板を90°回転させたものです。偏光板の向きによって色が変わるんですね~。あ~それから、セロテープが斜め45°になっているのは、この角度が一番キレイな色が出るからです。セロテープを縦横の方向に貼ると、ちっとも色が出ません。

セロテープをベタベタと何枚も重ねて貼らないとキレイな色が出ないので、思った通りの形を作るのは難しいです。ならば…セロテープをベタベタと何枚も重ねて貼らなくても、偏光板の間に挟むだけで色の出るプラスチックはないものでしょうか?...東急ハンズで売ってた、アクリル板、塩ビ板、ポリカーボネイト板、耐衝撃板など、色々と試してみました。そしたら…ありました!
Polarized11 Polarized12
この写真は偏光板の間にポリカーボネイト板を挟んだものです。しかも、ポリカーボネイト板は縦横に切るのではなく、斜め45°に切ってます。セロテープを斜め45°に貼ると一番色が出やすいのと同じですね。2枚の写真は、ポリカーボネイト板は同じもので、上の偏光板を90°回転させたものです。劇的に色が変わります。しかも、よく見るとグラデーションまでかかってます。このグラデーションは、ポリカーボネイト板の厚さが均一でなく、僅かな厚さの違いによるものです。

ポリカーボネイト板を使えば、その上にセロテープを一枚貼るだけで色が変わります。
Polarized13 Polarized16
この写真は、ポリカーボネイト板の上にセロテープを一枚はって、大きい円と小さい円2つの形にカッターでセロテープに傷を付け、余計なセロテープを剥がして「耳の大きなネズミのシルエット」を作ってみたものです。(あ、普通に売ってるセロテープは24mm幅が最大なので、2枚並べて貼ってます。斜めの筋は、貼り合わせた隙間です。※その後、ネットで5cm幅のセロテープを見つけまして、隙間のないシルエットを作れるようになりました。)

さらに、こういうのも作ってみました。
Polarized14 Polarized15
太極」です。韓国の国旗の中央にある文様ですね。巴(ともえ)の一つはセロテープ1枚、もう一つはセロテープ2枚重ねです。偏光板を90°回転させると、たまたま2つの巴の色が入れ替わりました。まさに陰陽です。偶然にしては出来過ぎです(^o^)

2012年2月の「ふしぎ発見科学教室」を「偏光板で遊ぼう」というテーマで実施することになったので、「耳の大きなネズミのシルエット」と「太極」の下絵はどこにあったかな?と・・・探すのに苦労したので、PDFをアップしておきます。(ここに置いておけば、次にやるときに探さなくてすむので(^_^)

さらに、さらに、もっと大きな作品を作ってみたくなって…
Fukurosan20
25cm角の偏光板で作った「フクロウさん」です。

イベントでは、このフクロウさんを窓ガラスに貼っておきます。セロテープがベタベタ貼ってあるだけですから、ぱっと見なんでもありません。そこで「この不思議な虫眼鏡で見てごらん」と言って、
Polarized24
虫眼鏡のレンズを外して偏光板に換えた「不思議な虫眼鏡」を渡しています。みんな「あ!あれ~なんで色が付いて見えるの~?」と驚きます。さらに「虫眼鏡を回して見てごらん」と言うと、色がクルクル変わるので「わ~!キレイ!」

なぜ?
Polarized25
偏光板の仕組みを説明するための模型を作りました。段ボールの枠に黒いゴム紐を並べた偏光板の模型と、プラ板に赤いビニールテープを細く切って、波(サインカーブ)の形に貼り付けた、光の波の模型です。
「偏光板は(段ボールの枠に黒いゴム紐を並べた偏光板の模型を見せて)こんな感じのものです。光には波の性質があります。太陽からの光の波はあらゆる方向に振動しているけど、偏光板はある一定の方向の光の波しか通しません。偏光板が同じ向きだと光の波は通り抜けられるけど(と言って、光の波の板を向きの揃った偏光板の模型の隙間を通して見せる。)、でも偏光板の向きが90°違っていると、光の波は通り抜けられないね~(左の写真)」というような説明をしています。(子供より、大人の人ほど「ほ~なるほど~」と聞いてますね。)

2014/02/15 偏光板説明グッズをリニューアルしました。
偏光板説明グッズをリニューアル

「携帯電話かDS(ゲーム機ニンテンドーDSのことです)持っていたら出してみて~」と、液晶ディスプレイの画面の上に偏光板を載せて回転させると、画面が見える向きと、見えなくなる向きがあります。
Polarized17Polarized18
「偏光板は2枚重ねると、光を通したり、通さなくなったりしたよね~。今は1枚の偏光板だけだけど、もう一枚の偏光板はどこにあるのかな?」と問いかけると、子供たちは自信なさげに液晶ディスプレイの上を指さし「ここ?」「そうだね。液晶ディスプレイには偏光板が使われているんです。家のテレビが液晶テレビだったら、家に帰って偏光板を重ねて回して見てね~。他に、パソコンの液晶ディスプレイとか、電子レンジの液晶ディスプレイとか、家の中にはいっぱい液晶ディスプレイがあるだろうから、この偏光板を重ねて回して見てね~」というような解説もしています。

2012/2/25 ふしぎ発見科学教室「偏光板で遊ぼう」でもこれをやったのですが、
あれ?黒くならないよ~ 最近の携帯やスマートフォンでは、こういうことがよくある。
私も最近、携帯をスマートフォンに変えた。前の携帯と、スマートフォン、何が違うんだ?
液晶ディスプレイの基本的な仕組み(液晶を偏光板でサンドイッチ)は変わらないハズだから…
スマートフォンといえば「タッチパネル」だ!
「タッチパネル 偏光」で検索してみた。
「低反射タッチパネル」というのが出てきて、「位相差板」「λ/4 板」「直線偏光を円偏光に変換…」とか出てくる。ありゃ「円偏光」になったら、偏光板を回しても画面は黒くならないよ~
※画面の上で偏光板を回しても黒くならないやつが、円偏光タイプの低反射技術を使っているからなのかは不明ですけどね(^^;

2枚の偏光板の間にセロテープを挟んで、なぜ色が見えるのか?
これを説明するのは非常に難しいです。参考までに、科学体験クラブ府中のメーリングリストに投げたメールの内容を掲載しておきます。

…………………………………………………… 2008/04/30

ふしぎ発見科学教室で「偏光板で遊ぼう」をやるにあったって、色々と調べましたので、参考までに…

結論から言いますと、小学生にそれを説明するのは非常に難しいので、あきらめましょう。

何しろ私が理解しているレベルに達していないので、人に説明することができません(^^;

(昔このアイテムをやったとき「なぜ色が見えるのか?」をそれらしく説明していましたが、実はそれがかなり間違いだったことを知って、汗・汗です~)

小学生に「なぜ?」と質問されたら、「ん~なぜだろうね~。ふしぎだね~。これを理解するには、高校か大学の物理・数学の知識が必要だから、頑張って勉強しようね。それまで「なぜ?」って気持ちを大切にしてね~」ってな感じで逃げましょう。

一般の人に質問された場合は、「説明するのは、かなり難しいのですが…「光の干渉」って分かります?」と逆に聞いて、もし「はい」と応えられたら、下記URLのページを印刷しておいて、「これを読んでください。」と投げてしまいましょう。

※このアイテムでは「なぜ色が見えるのか?」を説明するより、偏光板に関連して液晶ディスプレイのしくみを説明することが(現代を生きていく上での科学知識として)重要だと思っています。

●((やまびこネット))博物館を身近に感じる楽しいホームページ
 偏光板であそぼう リンク切れ
 指導者の方へ…偏光板によって光が現れるしくみ

偏光に関する教材と偏光板(フィルム)の製作|科学実験・製作倶楽部
 お~偏光板を自作してるよ…ここまでやる人がいるんだね~

空の偏光特性の実験|平野拓一
 このページの「空が青い理由、夕焼けが赤い理由」は、へ~!でした。
(このページでは、偏光板にセロテープを挟んで色がつく実験はやってません)

虫の見る世界|東工大 ScienceTechno
 このページの話も面白い。

2枚の偏光板の間にセロテープを挟んで、なぜ色が見えるのか?(その2)
2012年2月の「ふしぎ発見科学教室」を「偏光板で遊ぼう」というテーマで実施することになったので、改めてなぜ色が見えるのか?…ネットで検索。キーワードは「旋光」と「複屈折」
ネットで検索して、やっぱりトップに出てくるのはWikipediaですね~
旋光 - Wikipedia
複屈折 - Wikipedia

このページの「複屈折」の説明が一番分かり易かった↓
偏光に関する教材と偏光板(フィルム)の製作
…って、このページ、昔(上記で)ここを参考に…ってリンクを貼ったページじゃないですか~(^^;
※(言い訳)昔このページを見たときは「δ=2π(no-ne)d/λ」この数式が出てきた段階で理解しようという気持ちが抜けていたな(そういうことって、よくありますよね(^^;)
今回は、その前に「旋光 - Wikipedia」で数式がズラ~っと並んでいたので、数式に対する耐性ができていたようです(^^;
ふむ、ふむ… なんとなく分かった。 「(昔このアイテムをやったとき「なぜ色が見えるのか?」をそれらしく説明していましたが、実はそれがかなり間違いだったことを知って、汗・汗です~)」って書きましたが、そんなに間違ってなかった~(^^)
でも、なぜ色が見えるのか?を小学生にどう説明するかは、相変わらずの課題です。
でも、「小学生にそれを説明するのは非常に難しいので、あきらめましょう。」というスタンスではなくなりました(^o^)v

※「セロテープを斜め45°に貼る」、「ポリカーボネイト板を斜め45°に切る」、するときれいな色が出るのは経験的に分かっていたのですが、それがなぜか?ずっと不思議だな~と思っていたのですが、偏光に関する教材と偏光板(フィルム)の製作の「複屈折」の説明に…
「特別な場合として、偏光の入射面が光軸に対して45゜で、位相差が半波長のときは直線偏光となり、偏光面は90゜回転する。そこで、複屈折する板を透過軸が互いに直交する2枚の偏光板で挟み、白色光 を照射すると、板の厚さに応じて、位相差が半波長に相当する波長の光が透過してくる。」
あ~!それで、セロテープを斜め45°に貼ったときに一番きれいな色が出るんですね~。なるほど。

2枚の偏光板の間にセロテープを挟んで、なぜ色が見えるのか?(その3)
科学体験クラブ府中のメーリングリストに「産業総合研究所のキッズ向けの所に偏光についての 説明があります。」との情報がありました。
こちらですね→産総研・サイエンス・タウン ドリームラボ科学実験コーナー 「偏光で遊ぼう(偏光万華鏡?)」
[次のページへ]を3~4回クリックすると… 偏光万華鏡で色がついて見えたわけを丁寧に説明しています。
お~!なぜ?を小学生にも分かりそうなレベルで説明しているページに始めて出会いました~素晴らしいです。拍手です(^o^)/
※でも、この2ページを小学生に説明して理解してもらうには、30分はかかると思います。(かつ、理解できない子も多数…) 経験上、科学イベントや科学教室でそれをやると、お客さんが逃げていく、教室がざわつくことになるので「説明は3分以内で」が経験則(^^;
なぜ?を詳しく知りたい人には、このページを紹介することにします。
※このページを理解できてしまうレベルの人だと、「セロファンテープに、斜めに(直線)偏光が入ると偏光が変化してしまいます。」のところで、「それはなぜ?」と突っ込みを入れたくなるのですが、その疑問に対する説明も用意されていました。
上級編:どうしてセロファンテープで偏光の状態が変わるのでしょう
(ん~ぬかりないですね)
なぜ?を詳しく知りたい人には、「サイエンスタウンで検索してね」と紹介しておくことにします。(^^)

※この記事の作成日は 2009/01/11
~.dion.ne.jp/~kagaku というサイトに載せていましたが、ホームページサービス(dion.ne.jp)が利用者減少のため2017/10/31で終了したので、ホームページのコンテンツをブログに移しました。
この記事中に…
「携帯電話かDS(ゲーム機ニンテンドーDSのことです)持っていたら出してみて~」とか、
「家のテレビが液晶テレビだったら、」とか書いてますが、
まだ、スマホじゃなくて携帯、家にはブラウン管テレビも残ってる時代だったのです(^^;

2018年1月13日 (土)

偏光板を使った黒い壁のあるトンネル(ブラックウォール)

Pbw03
透明だけど、ちょっと薄暗い筒の中に黒い壁が見えますね。黒い壁があるのに、筒の中にボール(スチロール球)を入れて転がすと、黒い壁を突き抜けてボールが転がります!この黒い壁(ブラックウォール)の正体は何でしょう?
…って、題名に「偏光板を使った」って書いてあるから、わかっちゃうかな(^^;
偏光板って何?という人は→「セロテープと偏光板のステンドグラス」を見てくださいね。
偏光板をどのように組み合わせたら(実際には無い)黒い壁が見えるようになるのかな?考えてみてね。



用意するもの
透明な筒:ポリカーボネイト製,直径4cm,長さ1mの筒を京王アートマンで買ってきました。(東急ハンズにもあります。)肉厚が薄いので、カッターで切ることができます。上の写真はデモンストレーション用に長さ20cmの筒で黒い壁が3つありますが、普通は長さ10cmで黒い壁は1つにしますので、1mの筒で10人分です。
偏光板:25cm角の偏光板を2枚用意します。(東急ハンズで25cm角のものが900円ぐらいでした。)このサイズで10人分になります。※筒が直径4cmなので、筒の中に巻く偏光板は4cm×π(円周率3.14…)≒12.56cm(直径4cmの筒の内側に入れるので、必要な長さはこれより短い)となります。たまたま、ちょうどいいサイズ(^^)
スチロール球:直径4cm ※筒の中を通すのは、ビー玉でも鉛筆でもなんでもいいのですが、筒の直径ぎりぎりのスチロール球は、筒の中をふわ~と落ちるので、見ていて楽しいです。
カッターと定規:筒と偏光板を切るのに使います。

作り方
上の写真は(デモ用に)黒い壁が3つありますが、これではちょっと材料費がかかりすぎるので、科学工作イベントなどでやるときは黒い壁1つで(^^;
Pbwa
この作り方では偏光板をセロテープで貼り付けたりはしないので、偏光板を簡単に取り外しできます。そこで、「セロテープと偏光板のステンドグラス」も併せて行えます(^_^)v
ポリカーボネイト製の透明な筒を長さ10cmに切る:筒の周りに厚めの紙を巻いて、これを定規代わりに、カッターで筒の周りにぐるっと一周傷を付けます。このとき、筒が切れてしまうほどの力を加える必要はありません。そこそこの力で、筒に傷を付けるだけです。一周したら、そこでカッターに力を入れて、ブスッと切り込みをいれ、カッターを抜きます。後は、傷付けた筒の両側を握って、ひねるように力を加えると、ポキッと切り離れます。
[偏光板を切る(縦)] [偏光板を切る(横)] 偏光板を5cm×12.5cmに切り分けます。黒い壁が見えるようにするには、偏光板の向きが縦と横になっていないといけませんから、下図のように切り分けます。縦向きと横向き1枚ずつで一人分です。
Pbwcutv Pbwcuth
偏光板の(偏光の)向きが「縦」「横」と言っても、縞々の格子が見えるわけじゃありません。2枚の偏光板を重ねて、光が透過すれば偏光の向きが揃ってますから、その状態で、一方を「縦」もう一方を「横」方向に切ります。
切った偏光板の1枚を筒の中に入れて長さを調整します。…偏光板を丸めて筒の中に入れます。手を離せば偏光板がピンと伸びようとして筒の中にピッタリくっつきます。でも直径4cmの筒に、長さ12.5cmの偏光板だと、偏光板の端が少し重なるハズです。この重なっている分、偏光板を切って、偏光板の端が重ならないように調整します。※ここは現物合わせで調整するしかなく、めんどくさいのですが、筒に入れた偏光板の端がピタッと合うと、できあがりもキレイで気持ちいいですよ。
筒の両側から2枚の偏光板を入れます。※ 偏光板を入れる前に、2枚の偏光板を重ねて、黒く見えること(つまり偏光の向きが縦向きと横向きであること)を確認しておきましょう。
スチロール球が筒の中をふわ~と落ちるように、縮めます:直径4cmの筒に直径4cmのスチロール球は入りませんから、机の上にスチロール球を置いて、上から手のひらで力を加えてグリグリと転がし、スチロール球が筒の中をふわ~と落ちるようになるまで縮めます。
※ ふわ~と落ちるようにするには筒を机の上か手のひらの上に置いて、スチロール球を落とします。ふわ~と落ちるのは「空気抵抗」のためですから、筒の脇を持って底が抜けた状態ではふわ~と落ちませんよ。
Pbwa

なぜ?
偏光板を2枚重て、1枚の偏光板を90°回転させると、光を通す向きと、通さない向きがあります。この光を通さない向きで2枚の偏光板が重なっている部分が黒い壁として見えるのです。
Polarized02 Polarized01 Pbw04

行ってみよ~
上野の国立科学博物館には人が通り抜けられる「偏光板を使った黒い壁のあるトンネル」があります。国立科学博物館に行くことがあったら、是非、通り抜けてみてね~(^o^)
国立科学博物館のこのページ→地球館2Fフロアマップを開いて…たんけん広場…身近な科学…光と感覚…「まぼろしの壁」で説明が見られるよ~

あ~国立科学博物館の地球館、リニューアルしたら「まぼろしの壁」はなくなってしまったようです。残念… こちらに紹介ページがありました⇒大規模リニューアル直前 地球館見どころ紹介「まぼろしの壁」

※関連記事
2003/11/03 実験で確かめる環境・エネルギー「エコサイエンス:実験横丁」…光の不思議な性質
2006/01/28 ぶしぎ発見科学教室「光を観察しよう~偏光板で遊ぼう」
2008/04/26 ぶしぎ発見科学教室「偏光板で遊ぼう」
2012/02/25 ふしぎ発見科学教室「偏光板で遊ぼう」
2012/04/08 スマートフォンの液晶ディスプレイの上で偏光板を回しても黒くならない…なぜ?
2012/05/06 「光子の逆説」日経サイエンス 2012年3月号
2015/03/18 「空が青いのはレイリー散乱だ」…アルドノア・ゼロ

※この記事の作成日は 2009/02/16
~.dion.ne.jp/~kagaku というサイトに載せていましたが、ホームページサービス(dion.ne.jp)が利用者減少のため2017/10/31で終了したので、ホームページのコンテンツをブログに移しました。

2018年1月 2日 (火)

うずまきのイリュージョン(運動残効)

Whirl01Cloud01
この雲の写真が動くんです! あ、クリックしても動きませんよ。 回転する渦巻きをジーッと見続けた後のあなたの「脳」が、雲が動いてる!と錯覚するんです。 この驚きは体験してみないとわかりません。 回転する渦巻きのコマは簡単に作れますから、とにかく一度体験してみてください。

用意するもの
渦巻きの絵[PDF]をA4普通紙に印刷
(不要な)CD/DVD/BD 1枚
プラ板 25mm×25mm 1枚 (なければ厚紙でも可)
袋ナット M4 1個 (なければ画鋲でも可)
両面テープ 幅10mm 長さ15cmほど

作り方
印刷した渦巻きの画像を丸く切り取ります。
Cd01Cd04
CDの周囲に両面テープを貼って、渦巻きの画像を貼り付けます。 (のりで貼ってもいいですが、何日かするとはがれてしまったので、両面テープを使ってます。)
Cd02Cd03
プラ板を25mm×25mmの大きさに切って、両面テープでCDの穴のところに貼り付けます。 次に、袋ナットをプラ版の上(CDの中心)に両面テープで貼り付けます。これで出来上がり。

やってみよう
雲の写真を傍らに用意しておきます。(渦巻きの絵と一緒に印刷されたものか、このページの雲の写真をクリックすると、もう少し大きな雲の写真が表示されます。 これを印刷するか、画面を表示したままにして…
渦巻きコマを回転させます。円盤の上に親指、人差し指、中指の3本の指を立てて、指をひねれば回ります。
回転する渦巻きの中心をジーッと20秒~30秒見つめます。 そして、雲の写真を見ると…ほらね!雲が動いて見えるでしょ。

試してみよう
隣にいる人の顔を見てみよう。
反対に回転させるとどうなるかな?
回転を止めて、そのまま渦巻きを見続けるとどうなるかな?
雲の写真以外にも、見て面白いものを探そう。

※うずまき銀河の写真を見ると、うずまき銀河が回転しま~す(^o^)
お勧めのうずまき銀河は…
M74M74 (NASA:Astronomy Picture of the Day)

なぜ?
これは「運動残効(うんどうざんこう)」という錯視です。
運動残効とは、一方向への動きを見続けると、その後で止まったものを見たときにそれが逆方向に動いているかのように見える現象です。
もう少し詳しい説明はこちらでどうぞ…→運動残効
この「運動残効」が体験できる「Illusion Forum イリュージョンフォーラム」というサイトは、色々な錯視を体験できて、とっても面白いですよ(^o^)

行ってみよ~
科学技術館には、うずまきのイリュージョンのでっかいのがあります(^o^)
うずまきシリンダーです。
これは、止まっているものが動いて見えるというレベルの体験ではありません。止まっている(立っている)自分の体が、回転している(倒れる~)と脳が錯覚して、体がグラッとします。体験してみないと、この凄さ/おもしろさは分かりません。科学技術館に行く機会があったら、是非体験してみてください(^^)



※この記事の作成日は 2004/12/19
~.dion.ne.jp/~kagaku というサイトに載せていましたが、ホームページサービス(dion.ne.jp)が利用者減少のため2017/10/31で終了したので、ホームページのコンテンツをブログに移しました。

※関連記事
2002/10/26 ぶしぎ発見科学教室「モーフィング(渦巻きのイリュージョン)」
2012/07/09 運動残効

« 2017年12月 | トップページ | 2018年2月 »

フォト
2018年7月
1 2 3 4 5 6 7
8 9 10 11 12 13 14
15 16 17 18 19 20 21
22 23 24 25 26 27 28
29 30 31        

Google AdSense


無料ブログはココログ

blog parts

  • ココログカレンダーPlus 月曜はじまり