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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…
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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。
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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?
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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!
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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。
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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。
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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…
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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、
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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?
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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。
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「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(^^;

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