雨上がりの空に出ることがある虹は、とても綺麗で運よく見ることができたら得した気持ちになりますね！, 日本では伝統的に赤橙黄緑青藍紫とされますが、実際の色や、光の波長を考えると、この順番が一番近いです。, でも、これはあくまでも、日本の場合の区別の仕方です。例えば赤と橙の間には、赤とオレンジの間の色が存在します。そうやって無数の色のグラデーションになっているのが虹の色なんです。, アメリカの場合だと、水色を除いた、赤橙黄緑青紫の六色とされます。ドイツの場合は、さらに紫まで抜いた赤橙黄緑青の五色です。. %&'()*456789:CDEFGHIJSTUVWXYZcdefghijstuvwxyz��������������������������������������������������������������������������� �� � w !1AQaq"2�B���� #3R�br� ... 前方に雨が降っていて、背後から強い太陽光線が水平に近い角度で差し込むといった条件が整ったときに見られる. stream 圧力や浮力は、本来であれば『物理基礎』の範囲ですが、密度や体積を考慮する必要があるので『物理』の項に入れています。それでは見ていきましょう。 3色：■青、■緑、■赤 >> 虹は、大気中に浮かんだ無数の微小な水滴群によって太陽の光が屈折した結果として現れる、ということは子供の頃教わった記憶がありますね。しかし、具体的にどのような仕掛けであのように半円形の美しい縞模様が見えるのかまでは、具体的に教わる機会は意外に少ないようです。 5色：■むらさき、■青、■緑、■黄、■赤, ニュートンは、5色のむらさきと青の間、黄と赤の間に、それぞれの中間色の「あい色」と「だいだい色」をいれて、虹は7色だと考えました。 虹とは. LDR-PF, LDL-PF, HPD-PF, HPR-PF, LFV-PF, LDR-PF-LA, IR1200/IR1450/IR1550, 近赤外(SWIR)・ハイパースペクトルイメージング照明, HLV3-22-4-NR, HLV3-3M-RGB-4, HLV2-NR, HLV2-3M-RGB-3W, PFBR-600, PFBR, PFB3, HOME > endobj /ShadingType 2 %PDF-1.4 /Type/ExtGState endobj /Length 9476 どうも、やまとです。 << そして、沖縄だとなんと赤と青の二色と認識されているそうです。さすがにそれは省略し過ぎな気がしますけどね(^^; この順番を覚えるのは、それぞれの色を音読みで、リズミカルに読み上げるのがおすすめです。, こっちも『せきとうおうりょくすいせいし』とリズミカルに、繰り返し読めばすぐに頭に入ると思います。, さて、虹の七色の順番は分かったのですが、そもそも虹がこのように綺麗に色が分かれるのは、なぜなんでしょうか？, 虹ができる仕組みを理解する際に欠かせないのが、光の性質を知ることです。虹は光の不思議な性質のおかげで発生する現象です。, 光は空気中に浮いている粒子にぶつかると進行方向が曲がる性質を持っています。これを屈折と呼びます。, 粒子といっても酸素や窒素などの分子から、空気中を漂う埃や水蒸気など様々ですが、虹を作り出すほどの粒子はかなり粒の大きいものが必要です。, 雨上がりの空気中には粒の大きい水蒸気がたくさん漂っているため、虹が出やすいのです！, 実は太陽の光には様々な色の光が混じっています。これらの光は色ごとに波長が違います。そして、この波長ごとに粒子にぶつかった時の曲がりやすさが違うのです。, 光の曲がる角度が違うと、遠くにいる人には、それぞれの色の光が分かれて届くため綺麗な七色の虹が見えるのです。, 虹は屈折率の違うそれぞれの色の光が、空気中の粒子で屈折して分かれて届くためできるものです。しかし、どんな粒子でも良いわけでなく、粒の大きい水蒸気でなければ、虹になるほどの大きな別れ方になりません。, 下の画像をご覧ください。光は水蒸気の中で、屈折と反射を繰り返すことで、色ごとに光が分かれます。, ある程度の大きさの水蒸気でなければ、水蒸気の中での光の反射が起きないため、雨が上がった直後のような、空気中に大きな水蒸気がたくさんある状態でなければ、虹にならないのです！, しかし、実は虹は良く見ると必ず2つ出ているのをご存知でしょうか？外側にうっすらと、もう1つ出ている虹があるのですが、今度はこの2つ目の虹のことを見ていきましょう！, 虹を良く見てみると、色の濃い虹の外側にうっすらと薄い虹がもう1つ出ているのが分かります。色の濃いはっきり見える虹の方を主虹、色が薄い方の虹を副虹といいます。, 主虹は紫が内側で赤が外側になりますが、副虹は逆に赤が内側で、紫が外側になるのが特徴です。, 副虹ができる仕組みも、基本的には主虹と同じですが、水蒸気の中で反射する回数だけが違います。, 下の画像は副虹ができる時の、光の屈折と反射の仕方です。副虹の場合は水蒸気の中で2回反射します。, このように水蒸気の中で2回反射するため、光が飛んでいく方向が主虹とは更に離れます。そのため、副虹は主虹の外側に出るのです。, 光は水蒸気の中で反射する際に一部の光は反射せずに水蒸気の外に出て行ってしまいます。そのため、水蒸気の中で反射するたびに、光は弱くなっていくのです。, 主虹の場合の反射は1回だけですが、副虹の場合は2回反射しているので、その分、光が弱くなり色が薄くなってしまうのです。, 私は虹ができる仕組みは、光が水蒸気にぶつかって屈折するからだと思っていました。しかし、厳密には屈折に加えて反射しなければ、虹にはなりません！, ちなみに虹が発生する条件には、水蒸気以外にも様々な条件があります。その条件についてはこちらの記事に詳しく書いているので、良ければご覧ください！ /SM 0.001 << >> /BitsPerComponent 8 各色の帯のはばが、音楽の音階の間の高さに対応している」と結論するためだと言われています。 /Filter/DCTDecode 屈折率は色(波長)によって違う 順番に解説していきますね！ << 1 0 obj 4 0 obj ���� JFIF �� Adobe e� �� C
4"@.0&4KBONJBIHS^xeSXqZHIh�iq{���Qd�����x����� C=""=�VIV���������������������������������������������������� �" �� /FunctionType 3 %���� どうも、やまとです。虹の原理は、幾何学的に考えていくことで理解できます。少し難しいですが、センター試験や2次試験で題材になることもあるので、触れておきましょう。, 虹は夕方の雨上がり、夕立の直後などに現れることが多いです。もちろん他の時間帯でも見ることはできますが、虹の発生頻度が高いのは夕方です。虹は太陽光が雨滴内で屈折と反射をすることによって生じますが、前方に雨が降っていて、背後から強い太陽光線が水平に近い角度で差し込むといった条件が整ったときに見られるからです。雨雲は西から東に移動することが多いので、雨が通り過ぎた直後で前方とは東ですから、その背後つまり西から日が差す時刻、したがって夕方、ということになります。では、虹はどのくらいの角度に見えるのでしょうか。よく見えるのは主虹で、雨滴内で２回の屈折と１回の反射を起こした光線によって生じ、仰角約42°の方向に見えます。前回学んだように虹の外側は赤色、内側は紫色になり、「虹の７色」になります。このように色がつくのは、光の屈折率が光の色、波長によって違うためです。光が水滴に入射すると、水滴がプリズムの役割をして分散することでスペクトルに分かれるのでした。, わかりやすくするために、太陽光が水滴に水平に入射してくるときを考えています。このとき入射角をiとし、屈折角rの方向に屈折するとします。右側面で反射をし、左側面で再び屈折をして空気中に出ていきます。水滴の半径を2等辺とする三角形を考えると、入射光線と反射光線の延長線の交わる外側の三角形も、図のように角度を決めていくことができます。つまり、水平面から4r-2iの角度を見上げると水滴で分散したある特定の色が見えることになります。 この角度を入射角iだけで表すためには、逆三角関数を使う必要があるので下の式は発展になります。, 屈折の法則から屈折角rを逆三角関数を使って表すと上のようになります。逆関数は簡単に言えば、関数fがxからyに対応させるものであるとき、fの逆関数f^-1はyからxに対応させる関数です。したがって、ある三角関数のラジアンを求めるときに使われるのです。sinの逆三角関数をarcsin(アークサイン)と書くこともあります。のちほどこの式を使ってグラフを描いてみます。, さらに条件の良いときには、主虹の外側にもう一本、やや色は薄いですが虹が見えることがあります。見たことはありますか？はっきりと見えることはなかなかないので、出ていたとしても知らないければ見過ごしてしまうかもしれません。私も実物は人生で２回しか見たことがないです。この虹を副虹といい、色の配置は主虹とは逆に外側が紫、内側が赤になっています。副虹は下の図のように、雨滴内で屈折を２回、反射を２回起こすことによって出来ます。, 主虹よりも複雑ですが、水滴の半径を利用して2等辺三角形作るのは同じです。入射光線と反射光線、水滴の半径がつくる四角形の内角に着目し、入射光線と反射光線がなす角を求めるとπ-6r+2iとなります。これを逆三角関数を使って入射角iだけで表したのが下の式です。主虹と副虹の反射角がわかったので、水の屈折率を1.33として入射角を0°～90°まで変化させたときのエクセルで計算し、グラフ化したものが下の図です。, グラフは、入射光線と太陽光線の光軸方向から測った反射角の関係を表したものです。これが極大値もしくは極小値を持つ付近では、入射角が多少変化しても反射角はほとんど変化しません。ということは、この角度の方向からは他の角度からよりも相対的に多くの光がやって来ることになり、全体としてこの方向に強い反射光が見えることになります(グラフから、42°～51°のところで出てくる光はないので主虹と副虹の間は暗くなります。これをアレキサンダーの暗帯といいます)。これが虹です！太陽光線に対して、主虹では約42°、副虹では約51°の角をなす円弧（アーチ）状に見えます。ちなみに、「虹の7色」というのは、ニュートンの虹の研究に由来する学校教育によるようです。太陽光は分散によって連続的に変化するスペクトルを表すことをニュートンは知っていましたが、当時”7”が神聖な数字として考えられていたからです。, 不思議で美しい大気光学現象は他にもたくさんあります。発生原理も、虹と同じように屈折と分散によるものから、回折・干渉・散乱によるものまで様々です。興味のある人は調べてみみましょう！, 次回のコメントで使用するためブラウザーに自分の名前、メールアドレス、サイトを保存する。, 走って跳んで投げて、和太鼓を打ったり作曲したり、ポリプテルスやレッドビーシュリンプを飼育する物理の先生です。. >> All Rights Reserved. /Coords[-128 0 128 0] /OP false /C1[1 1 1] >> /FunctionType 2 どうも、やまとです。 /Width 528 $4�%�&'()*56789:CDEFGHIJSTUVWXYZcdefghijstuvwxyz�������������������������������������������������������������������������� ? 強度反射率： 強度反射 率と 透過 は大文字 で示します。 R =r 2T t (n tcos θt)/(n icos θi) 屈折率 が異なることから、 2つの 媒質内 にお ける 光速 は異なります。 コサイン の比は、 境 界面両側 における ビーム 断面積 の差を補正 し ます。 /Height 755 /ColorSpace/DeviceRGB endobj 2 0 obj << 虹というのは、大気中に浮かんでいる微小な水滴の中で太陽の光が屈折して生じます。水滴がプリズムの役目をするため、光が赤から紫の色の帯に見え、屈折率の違いから、虹（主虹）は、外側から赤・橙・黄・緑・青・藍・紫の順番になっています。 �(,��ժ7NQ%�2��y��X�v'�'����֗�_Z��֗�oZ ��֗�OZ��֏9�hk�OZ_==k�oZ�秭zz�'��{z�ߞ��y��X�{z�緭 ny��G����緭{z�瞞�y��X~{z����@~zz����X~{z�緭 n���G����緭{z��秭zz��y��@�zz����X^{z�緭 n���K秭`���K緭 n���G����緭{z�瞞�y��X~{z�y��@�zz�y��X~{z�緭 ny��I秭a���G��秭'����緭'��秭'����緭{z��秭zz�'��{z�ߞ��y��X�{z�y��@~zz�秭by��G��秭zz�/��{z�מ��y��X�{z�緭 l���G����緭{z�#g�OZ.