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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)

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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(^^;
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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。
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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。
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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。
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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」

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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。

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