理科

はこなか景色けしきは、なぜさかさま? — ちいさなあなひとつでうつる仕組しく

はこちいさなあなをひとつけて、反対はんたいがわにしろかみる。くらくした部屋へやでろうそくにけると、かみほのおがうつります。レンズも電池でんち使つかっていないのに、です。

しかも、うつったぞうさかさま上下じょうげさかさになっています。なぜあなひとつでうつるのか、なぜさかさまになるのか——使つか法則ほうそくは、たったひとつだけです。

ひかりはまっすぐすすむ、それだけ

ろうそくのほのおからは、あらゆるきへひかりしています。そのうち、ちょうどあなをねらったひかりだけはこなかはいれます。ほかのひかりはこかべにぶつかってわりです。

ほのおうえのほう)からひかりは、あなとおったあともまっすぐすすみます。ななしたかっていたひかりは、あなさきでもななしたへ。だからかみしたのほうとどきます。

炎からの光が穴を通って紙の下に、根もとからの光が紙の上に届くことを示した図

反対はんたいに、ろうそくのもと(したのほう)からひかりななうえすすんでいるので、かみうえのほうへ。あなという1てんで、ひかりどうしがすれちがうのです。

うえからひかりしたへ、したからひかりうえへ。

おなじことは、はこうえからおろしたときにもきています。みぎはしからひかりあなとおってひだりへ、ひだりはしからのひかりみぎへ。だからできるぞうは、上下じょうげ左右さゆうれかわった、さかさまの姿すがたになります。

はこながいほど、ぞうおおきい

あなからかみまでをながくすると、ぞうはどうなるでしょう。ひかりのすじはあなからななめにひろがっていくので、おくくほどぞうおおきくなります。

あなをはさんだ左右さゆうに、おなかたち三角形さんかくけいが2つできています。かたちおなじならへんおなじなので、おおきさはきっちり計算けいさんできます。

ぞうたかさ = もののたかさ × はこながさ ÷ ものまでの距離きょり

たかさ24cmのろうそくが60cmさきにあるとき、はこながさが12cmなら 24×12÷60=4.8cmはこを2ばいの24cmにすると9.6cmと、ぞうも2ばいです。

したうごたしかめてみてください。スライダーではこばすとぞうおおきくなり、あなおおきさをえるとかたわります。

あなちいさいほど、くっきり

おおきいあなのほうがたくさんひかりはいって、よくえるのでは?」とおもうかもしれません。ところがぎゃくです。

あなおおきいと、ろうそくの1てんからひかりあなひろさのぶんだけたばになってとおけ、かみうえまるひろがってしまいます。てんてんのままとどかず、にじんだまるになる——これがぼやけの正体しょうたいです。

穴が大きいと1点の光が紙の上で広がってぼやけることを示した図

あなちいさくすれば、とおけるたばほそくなってぞうはくっきり。ただしはいってくるひかりりょうるので、ぞうくらくなります。くっきりさせるほど、ぞうくらくなるのです(ちいさくしすぎると今度こんどべつ理由りゆうでぼやけはじめるので、はりあなくらいがちょうどいいおおきさです)。

つくってみよう

ばこでつくれます。

  1. 菓子かしはこなどの片方かたほうめんに1cmほどのあなき、そのうえからアルミホイルをって、ホイルのまんなかはりでひとつ厚紙あつがみ直接ちょくせつすと、あながトンネルになってうまくうつりません)。
  2. 反対はんたいめんいて、しろいうすいかみ(トレーシングペーパーやクッキングシート)をる。
  3. はこのすきをテープでふさぎ、あなあかるいもの(まどそと景色けしき電球でんきゅう)にける。かみのほうからると——さかさまの景色けしき。ろうそくでためすときは部屋へやくらくするので、かならずおうちのひとといっしょに。

うまくえないときは、かみのまわりをぬのでおおって、よけいなひかりはいらないようにするのがコツです。

じつはおな

わたしたちのにも、「ひかりはいぐち」と「うつるめん」があります。黒目くろめなかにある瞳孔どうこうはいぐちで、おく網膜もうまくがうつるめん。ちがうのは、なかにはひかりあつめるレンズ(水晶体すいしょうたい)があることです。おかげであなちいさくしなくても、くっきりえます。それでも網膜もうまくにうつるぞうはさかさま——ひかりなかの1てんですれちがうのはおなじだからです。それをのうただしいきにみかえているので、世界せかいはさかさまにえません。

くらいところで瞳孔どうこうおおきくなるのも、さっきのはなしとにています。ひかりをたくさんれるためにはいぐちひろげているのです。

おぼかた — 「あなですれちがう」

レンズも電気でんきもいらない、あなひとつのカメラ。むずかしい仕組しくみにえて、使つかっているのは「ひかりはまっすぐすすむ」という、たった一行いちぎょう約束やくそくだけなのです。

おもな参考情報