理科

かげはなぜ動うごく? — 太陽たいようの反対側はんたいがわで、かげは「時計とけいのはり」になる

かげふみで遊あそんだことはありますか。逃にげる人ひとのかげは、ふんでもふんでも本人ほんにんといっしょに逃にげていきます。ところが、だれも動うごかなくても、かげは1日にちかけてゆっくり動うごいています。朝あさに校庭こうていの鉄棒てつぼうのかげを、木きの棒ぼうで地面じめんになぞっておくと、昼ひるにはもう別べつの場所ばしょへ移うつっている。なぜでしょうか。

かげは、太陽たいようの反対側はんたいがわにできる

かげができるのは、ものが光ひかりをさえぎるからです。光ひかりはまっすぐ進すすむので、さえぎられた後うしろ側がわだけが暗くらくなる。だからかげは、いつでも光ひかりと反対はんたいの向むきにできます。体からだの前まえから光ひかりが当あたれば、かげは後うしろに。地面じめんに立たてた棒ぼうのかげは、太陽たいようとちょうど反対側はんたいがわにのびます。

太陽の光をさえぎった棒の反対側に、かげができる図

この「反対側はんたいがわ」というルールさえおさえれば、かげの動うごきはぜんぶ太陽たいようの動うごきから読よみ解とけます。かげだけを見みていると不思議ふしぎでも、太陽たいようとセットで見みれば、かげは太陽たいようと手てをつないで反対側はんたいがわを回まわっているだけなのです。

太陽たいようは東ひがし→南みなみ→西にし、かげは西にし→北きた→東ひがし

日本にほんで見みる太陽たいようは、東ひがしからのぼり、南みなみの空そらを通とおって、西にしにしずみます。かげはその反対側はんたいがわですから、

つまり棒ぼうのかげの先さきは、1日にちかけて西にし→北きた→東ひがしの順じゅんに動うごいていきます。太陽たいようの通とおり道みちとかげの通とおり道みちは、いつも棒ぼうをはさんで向むかい合あわせです。

正午しょうごのかげが、いちばん短みじかい

かげは向むきだけでなく、長ながさも変かわります。決きめ手ては太陽たいようの高たかさ、つまり太陽たいようの光ひかりが地面じめんとつくる角度かくど(太陽たいよう高度こうど)です。頭あたまの真上まうえに近ちかい高たかいところから光ひかりが当あたるほどかげは短みじかく、地面じめんすれすれの低ひくいところから当あたるほど長ながくなります。

太陽たいようがいちばん高たかくなるのは南中なんちゅうする正午しょうごごろ。だからかげは正午しょうごごろにいちばん短みじかく、朝あさと夕方ゆうがたに長ながくなります。夕方ゆうがた、じぶんのかげが電柱でんちゅうみたいにのびるのは、太陽たいようが低ひくいからです。

高い太陽では短く、低い太陽では長くなるかげの比較図

向むきが時刻じこくで決きまり、長ながさも時刻じこくで決きまる——ということは、かげを見みれば時刻じこくがわかる。これを道具どうぐにしたのが日時計ひどけいです。地面じめんに棒ぼうを1本ぽん立たてるだけで、かげが時計とけいのはりになります。

下したの図ずは動うごかせます。空そらを左右さゆうになぞって太陽たいようを動うごかすと、棒ぼうのかげが向むきと長ながさを変かえ、かげの先さきの通とおった跡あとが線せんになって残のこります。「夏至げし」「冬至とうじ」のボタンの意味いみは、このあとの節せつで。

動うごいているのは、太陽たいようではなく地球ちきゅう

ここまで「太陽たいようが動うごく」と書かいてきましたが、ほんとうに動うごいているのは地球ちきゅうのほうです。地球ちきゅうは1日にちに1回かい、西にしから東ひがしへ自転じてんしています。回まわっているメリーゴーラウンドから外そとの景色けしきが反対はんたいに流ながれて見みえるように、西にしから東ひがしへ回まわる地球ちきゅうの上うえからは、太陽たいようが東ひがしから西にしへ動うごいて見みえる。この見みかけの動うごきを日周にっしゅう運動うんどうといいます。

メリーゴーラウンドの回転と反対に景色が流れて見えることを示す図

かげを動うごかしている犯人はんにんをたどっていくと、太陽たいようではなく、足あしもとの地球ちきゅうの回転かいてんにたどりつく。かげの観察かんさつは、地面じめんにいながら地球ちきゅうが回まわっていることをたしかめられる、いちばん身近みぢかな方法ほうほうなのです。

季節きせつでかわる、かげの通とおり道みち

太陽たいようの通とおり道みちは、季節きせつによって高たかさが変かわります。南中なんちゅうしたときの高たかさ(南中なんちゅう高度こうど)は、夏至げしの日ひに1年ねんでいちばん高たかく、冬至とうじの日ひにいちばん低ひくくなります。だから南中なんちゅうしたときのかげは、夏至げしがいちばん短みじかく、冬至とうじがいちばん長ながい。冬ふゆの昼ひるのかげが夏なつより長ながいのは、気きのせいではありません。

日ひの出での場所ばしょも動うごきます。春分しゅんぶん・秋分しゅうぶんの日ひは真東まひがしからのぼって真西まにしにしずみ、夏至げしのころは真東まひがしより北きた寄より、冬至とうじのころは南みなみ寄よりからのぼります。

そして、かげの先さきが1日にちに通とおった跡あとをつないだ線せん(日ひかげ曲線きょくせん)にも、季節きせつの個性こせいが出でます。春分しゅんぶん・秋分しゅうぶんの日ひだけは、この線せんが東西とうざいにのびるまっすぐな一直線いっちょくせんになります。夏至げしや冬至とうじの線せんは曲まがるのに、年ねんに2回かいだけ、ぴたりとまっすぐになる。うそみたいな話はなしですが、上うえの図ずで「春分しゅんぶん・秋分しゅうぶん」を選えらんで1日にち動うごかすと、たしかにまっすぐな線せんが残のこります。夏至げし・冬至とうじと見みくらべてみてください。

かげは、時計とけいでもあり、こよみでもある

まとめると、かげの見みかたはこうなります。

向むきと長ながさで時刻じこくがわかり、通とおり道みちの形かたちで季節きせつまでわかる。棒ぼう1本ぽんのかげは、時計とけいでもあり、こよみでもあるわけです。晴はれた日ひに棒ぼうを立たてて、1時間じかんおきにかげの先さきに印しるしをつけてみると、上うえの図ずと同おなじ線せんが地面じめんにあらわれます。自分じぶんの目めでたしかめたことは、テストの日ひにもいちばん強つよい味方みかたになります。

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